基于UC3875移相控制技术的X射线管电源的研究.ppt

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1、基于基于UC3875UC3875移相控制技术的移相控制技术的X X射线管射线管 电源的研究电源的研究 姓名：姓名：姓名：姓名：*学号：学号：学号：学号：*导师：导师：导师：导师：*安安 徽徽 工工 业业 大大 学学Study of the Power Supply for X-ray Tube Based on UC3875 Phase-shifting Control目目 录录1 1 本课题的研究理论基础本课题的研究理论基础2 2 本课题本课题的主要工作的主要工作3 3 总结与展望总结与展望安安 徽徽 工工 业业 大大 学学安安 徽徽 工工 业业 大大 学学1.1 1.1 1.1 1.1 本

2、课题研究背景本课题研究背景本课题研究背景本课题研究背景 近年来，近年来，X X射线检测装置在工业产品质量检验、医学、工业射线检测装置在工业产品质量检验、医学、工业用用X X射线测厚仪、无损检测等领域都有非常重要的应用，而且射线测厚仪、无损检测等领域都有非常重要的应用，而且其具有安装方便、重量轻、可靠性高、故障率低等许多优点。其具有安装方便、重量轻、可靠性高、故障率低等许多优点。但由于高压直流电源技术的滞后阻碍了但由于高压直流电源技术的滞后阻碍了X X射线检测装置的发展，射线检测装置的发展，所以如何解决高压直流电源技术在所以如何解决高压直流电源技术在X X射线检测装置中的应用成射线检测装置中的应

3、用成为人们越来越关心的问题。为人们越来越关心的问题。本课题就是为了解决这一问题，提出了基于本课题就是为了解决这一问题，提出了基于UC3875UC3875移相控移相控制技术的制技术的X X射线管电源的研究。射线管电源的研究。1 1 本课题的研究理论基础本课题的研究理论基础安安 徽徽 工工 业业 大大 学学1.2 X1.2 X1.2 X1.2 X射线管概况射线管概况射线管概况射线管概况 如图如图如图如图1 1 1 1所示，所示，所示，所示，X X X X射线管主要由阴极、阳极和玻璃管三部分组射线管主要由阴极、阳极和玻璃管三部分组射线管主要由阴极、阳极和玻璃管三部分组射线管主要由阴极、阳极和玻璃管三

4、部分组成，阳极和阴极封装在高真空度的玻璃壳内。成，阳极和阴极封装在高真空度的玻璃壳内。成，阳极和阴极封装在高真空度的玻璃壳内。成，阳极和阴极封装在高真空度的玻璃壳内。图图图图1.1 X1.1 X1.1 X1.1 X射线的产生原理射线的产生原理射线的产生原理射线的产生原理安安 徽徽 工工 业业 大大 学学1.3 1.3 1.3 1.3 传统高压直流电源传统高压直流电源传统高压直流电源传统高压直流电源图图图图1.2 1.2 1.2 1.2 传统高压直流电源传统高压直流电源传统高压直流电源传统高压直流电源缺点：所用设备、组件的电压较高，体积、重量和占地面积大。缺点：所用设备、组件的电压较高，体积、重

5、量和占地面积大。缺点：所用设备、组件的电压较高，体积、重量和占地面积大。缺点：所用设备、组件的电压较高，体积、重量和占地面积大。电压质量差，纹波系数比较大。电压质量差，纹波系数比较大。电压质量差，纹波系数比较大。电压质量差，纹波系数比较大。解决办法：电路的高频化。提高工作频率就可以减少变压器绕解决办法：电路的高频化。提高工作频率就可以减少变压器绕解决办法：电路的高频化。提高工作频率就可以减少变压器绕解决办法：电路的高频化。提高工作频率就可以减少变压器绕组的匝数以及减小铁芯的尺寸，从而使得变压器小型化。组的匝数以及减小铁芯的尺寸，从而使得变压器小型化。组的匝数以及减小铁芯的尺寸，从而使得变压器小

6、型化。组的匝数以及减小铁芯的尺寸，从而使得变压器小型化。安安 徽徽 工工 业业 大大 学学1.4 1.4 1.4 1.4 全桥逆变整流电路全桥逆变整流电路全桥逆变整流电路全桥逆变整流电路 图图图图1.3 1.3 1.3 1.3 全桥逆变整流电路全桥逆变整流电路全桥逆变整流电路全桥逆变整流电路 存在的问题：在提高开关频率的同时，开关损耗以及电磁干扰都相应的增存在的问题：在提高开关频率的同时，开关损耗以及电磁干扰都相应的增存在的问题：在提高开关频率的同时，开关损耗以及电磁干扰都相应的增存在的问题：在提高开关频率的同时，开关损耗以及电磁干扰都相应的增大了，电路效率严重下降。大了，电路效率严重下降。大

7、了，电路效率严重下降。大了，电路效率严重下降。解决的方法：软开关技术。它利用以谐振为主的辅助换流手段，可以解决解决的方法：软开关技术。它利用以谐振为主的辅助换流手段，可以解决解决的方法：软开关技术。它利用以谐振为主的辅助换流手段，可以解决解决的方法：软开关技术。它利用以谐振为主的辅助换流手段，可以解决开关损耗和开关噪声问题，从而使得开关频率可以大幅度提高。开关损耗和开关噪声问题，从而使得开关频率可以大幅度提高。开关损耗和开关噪声问题，从而使得开关频率可以大幅度提高。开关损耗和开关噪声问题，从而使得开关频率可以大幅度提高。安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2 2 本课题的主要工作本课题的主要工作

8、2.1 2.1 系统框图系统框图图图图图2.1 2.1 2.1 2.1 系统框图系统框图系统框图系统框图安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.2 2.2 移相全桥型零电压开关移相全桥型零电压开关PWMPWM电路电路 图图2.2 2.2 移相全桥型零电压开关移相全桥型零电压开关PWMPWM电路电路 安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.2 2.2 移相全桥型零电压开关移相全桥型零电压开关PWMPWM电路电路 图图2.3 2.3 模态模态1 1（t0t1t0t1）安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.2 2.2 移相全桥型零电压开关移相全桥型零电压开关PWMPWM电路电路 图图2.4 2.4 模态

9、模态2 2（t1t2t1t2）安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.2 2.2 移相全桥型零电压开关移相全桥型零电压开关PWMPWM电路电路 图图2.5 2.5 模态模态3 3（t2t3t2t3）安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.2 2.2 移相全桥型零电压开关移相全桥型零电压开关PWMPWM电路电路 图图2.6 2.6 模态模态4 4（t3t4t3t4）安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.2 2.2 移相全桥型零电压开关移相全桥型零电压开关PWMPWM电路电路 图图2.7 2.7 模态模态5 5（t4t5t4t5）安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.3 UC38752.3 UC387

10、5的介绍和外围电路的设计的介绍和外围电路的设计 图图2.8 UC38752.8 UC3875外围电路图外围电路图芯片振荡频率由估算公式确定：设计的电路工作频率为10kHz左右。安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.4 UC38752.4 UC3875单板实物图和输出的单板实物图和输出的PWMPWM波形波形 图图2.8 UC38752.8 UC3875单板实物图和输出单板实物图和输出PWMPWM波形波形安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.5 EXB8412.5 EXB841外围驱动电路设计图外围驱动电路设计图 当高电平驱动信号输入时，通过内部光耦电路，使互当高电平驱动信号输入时，通过内部光耦电

11、路，使互补输出电路的上管导通，忽略饱和压降，补输出电路的上管导通，忽略饱和压降，3 3脚输出电压接近脚输出电压接近15V15V，使，使IGBTIGBT导通。当低电平信号输入时，当导通。当低电平信号输入时，当3 3脚输出脚输出-5V-5V的低电平时，使的低电平时，使IGBTIGBT关断。关断。图图2.9 2.9 基于基于EXB841EXB841驱动电路图驱动电路图安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.6 2.6 驱动电路实物图和驱动波形驱动电路实物图和驱动波形 图图2.9 2.9 驱动电路实物图和驱动波形驱动电路实物图和驱动波形 安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.7 2.7 逆变电路测试与分

12、析逆变电路测试与分析 由上图可以看出，经过移相全桥逆变之后，只有在对角的由上图可以看出，经过移相全桥逆变之后，只有在对角的两个开关管同时开通，电路才能完成能量的传递。通过改两个开关管同时开通，电路才能完成能量的传递。通过改变驱动脉冲的变驱动脉冲的“重叠重叠”部分，即可改变逆变电路输出的波形，部分，即可改变逆变电路输出的波形，从而经过高压升压整流电路调节输出电压的大小。从而经过高压升压整流电路调节输出电压的大小。图图2.10 2.10 全桥逆变电路输出的波形全桥逆变电路输出的波形 安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.8 2.8 倍压整流电路分析倍压整流电路分析 图图2.11 2.11 六倍压整

13、流电路六倍压整流电路 安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.9 2.9 双向六倍压整流电路双向六倍压整流电路 逆变输出的交变电压经过逆变输出的交变电压经过1 1：3030的高频升压变压器先升压，的高频升压变压器先升压，得到峰值约为得到峰值约为8.0kV8.0kV左右的交流电压，然后经过两个左右的交流电压，然后经过两个6 6倍压整流倍压整流电路进一步升压，最后输出电路进一步升压，最后输出80kV80kV左右的直流负高压。左右的直流负高压。图图2.12 2.12 双向双向六倍压整流电路六倍压整流电路 2.2.2.2.10 10 10 10 高压电源高压电源高压电源高压电源电路的设计电路的设计电路的

14、设计电路的设计图图图图2 2 2 2.13 X.13 X.13 X.13 X射线管阴阳极供电高压电源电路图射线管阴阳极供电高压电源电路图射线管阴阳极供电高压电源电路图射线管阴阳极供电高压电源电路图安安 徽徽 工工 业业 大大 学学安安 徽徽 工工 业业 大大 学学2.2.2.2.11 11 11 11 高压直流电压的输出高压直流电压的输出高压直流电压的输出高压直流电压的输出 采用采用1000010000：1 1比例的高压碳棒或者电阻分压电路测量输出电压。比例的高压碳棒或者电阻分压电路测量输出电压。经检测输出的高压直流电压约为经检测输出的高压直流电压约为80kV80kV，稳定度在，稳定度在100

15、V100V之内。满足之内。满足高压直流电源设计要求。高压直流电源设计要求。图图图图2 2 2 2.13 .13 .13 .13 输出的直流电压和电阻分压电路输出的直流电压和电阻分压电路输出的直流电压和电阻分压电路输出的直流电压和电阻分压电路2.2.2.2.12 12 12 12 灯丝电源的设计灯丝电源的设计灯丝电源的设计灯丝电源的设计 本课题是利用脉冲给灯丝供电，此脉冲是由全桥逆变输出本课题是利用脉冲给灯丝供电，此脉冲是由全桥逆变输出本课题是利用脉冲给灯丝供电，此脉冲是由全桥逆变输出本课题是利用脉冲给灯丝供电，此脉冲是由全桥逆变输出得到，逆变桥的开关管是由得到，逆变桥的开关管是由得到，逆变桥的

16、开关管是由得到，逆变桥的开关管是由SG3525SG3525SG3525SG3525控制器来提供驱动信号。控制器来提供驱动信号。控制器来提供驱动信号。控制器来提供驱动信号。图图图图2.14 2.14 2.14 2.14 灯丝电源电路和灯丝电源电路和灯丝电源电路和灯丝电源电路和输出的灯丝电源波形输出的灯丝电源波形输出的灯丝电源波形输出的灯丝电源波形安安 徽徽 工工 业业 大大 学学安安 徽徽 工工 业业 大大 学学电压反馈电路的设计电压反馈电路的设计 电流保护电路的设计电流保护电路的设计 2.2.2.2.13 13 13 13 高压直流电源闭环反馈网络高压直流电源闭环反馈网络MAX471 安安 徽

17、徽 工工 业业 大大 学学2.14 2.14 灯丝电源闭环反馈网络设计灯丝电源闭环反馈网络设计 电流调理电路电流调理电路 电流反馈电路电流反馈电路 安安 徽徽 工工 业业 大大 学学电流保护电路电流保护电路 安安 徽徽 工工 业业 大大 学学3 3 总结与展望总结与展望3.1 3.1 3.1 3.1 总结总结总结总结 本文主要针对本文主要针对本文主要针对本文主要针对X X X X射线管的具体特性，在比较研究了相关理论的基射线管的具体特性，在比较研究了相关理论的基射线管的具体特性，在比较研究了相关理论的基射线管的具体特性，在比较研究了相关理论的基础上，设计了一台电源用于础上，设计了一台电源用于础

18、上，设计了一台电源用于础上，设计了一台电源用于X X X X射线管的具体方案，通过实验调试得射线管的具体方案，通过实验调试得射线管的具体方案，通过实验调试得射线管的具体方案，通过实验调试得到了相应的实验结果。试验结果都满足设计指标，达到设计要求。到了相应的实验结果。试验结果都满足设计指标，达到设计要求。到了相应的实验结果。试验结果都满足设计指标，达到设计要求。到了相应的实验结果。试验结果都满足设计指标，达到设计要求。（1 1 1 1）采用）采用）采用）采用UC3875UC3875UC3875UC3875作为控制的移相式零电压作为控制的移相式零电压作为控制的移相式零电压作为控制的移相式零电压PW

19、MPWMPWMPWM软开关电源，具有高软开关电源，具有高软开关电源，具有高软开关电源，具有高频、能耗小、体积小等优点，同时电源工作波形纹波小，谐波少，频、能耗小、体积小等优点，同时电源工作波形纹波小，谐波少，频、能耗小、体积小等优点，同时电源工作波形纹波小，谐波少，频、能耗小、体积小等优点，同时电源工作波形纹波小，谐波少，减少了输出电压的脉动分量，抑制了开关尖峰嗓声，且运行可靠。减少了输出电压的脉动分量，抑制了开关尖峰嗓声，且运行可靠。减少了输出电压的脉动分量，抑制了开关尖峰嗓声，且运行可靠。减少了输出电压的脉动分量，抑制了开关尖峰嗓声，且运行可靠。（2 2 2 2）将高频技术运用在高压电源的

20、设计中，进一步减小了高压电）将高频技术运用在高压电源的设计中，进一步减小了高压电）将高频技术运用在高压电源的设计中，进一步减小了高压电）将高频技术运用在高压电源的设计中，进一步减小了高压电源的体积；源的体积；源的体积；源的体积；（3 3 3 3）利用正负双向倍压整流电路大大减小了直流高压输出的纹波；）利用正负双向倍压整流电路大大减小了直流高压输出的纹波；）利用正负双向倍压整流电路大大减小了直流高压输出的纹波；）利用正负双向倍压整流电路大大减小了直流高压输出的纹波；安安 徽徽 工工 业业 大大 学学3.2 3.2 展望展望（1 1）高压直流电源的高电压绝缘技术与结构工艺技术。由）高压直流电源的高

21、电压绝缘技术与结构工艺技术。由于本电源的电压等级比较高，所以在具体试验过程中的绝缘于本电源的电压等级比较高，所以在具体试验过程中的绝缘问题会遇到些麻烦，安全及其稳定性能都需要进一步加强。问题会遇到些麻烦，安全及其稳定性能都需要进一步加强。（2 2）集成控制器）集成控制器UC3875UC3875控制电路和快速保护电路的技术。控制电路和快速保护电路的技术。基于基于UC3875UC3875芯片的控制电路有些繁琐，控制方法可以进一步芯片的控制电路有些繁琐，控制方法可以进一步精确。精确。（3 3）由于本论文还未应用到数字控制，可以运用单片机或）由于本论文还未应用到数字控制，可以运用单片机或者者DSPDSP提升电源的精度，向数字电源发展。提升电源的精度，向数字电源发展。THATS ALL!THANK YOU!安安 徽徽 工工 业业 大大 学学