高频高压发生器设计

高频高压发生器设计 高频高压发生器: 高频高压发生器采用了高频倍压电路，应用了最新的PWM高频脉宽调制技术，闭环调整，采用了电压大反馈，使电压稳定度大幅度提高。使用性能卓越的大功率IGBT器件及其驱动技术，并根据电磁兼容性理论，采用特殊屏蔽、隔离和接地等措施。使直流高压发生器实现了高品质、便携式，并能承受额定电压放电而不损坏。 仪器特点 : 1、 体积小、重量轻、更美观、更可靠、操作简便、功能齐全，便于野外使用，是新世纪最理想的可靠产品。 2、 采用最先进技术、 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 制造，率先应用最新的PWM高频脉宽调制技术、脉冲串逻辑阵列调制，采用大功率IGBT器件，利用高频技术提高频率，频率高达100kHz，从而使输出高压稳定度更高，波汶系数更小。 3、 精度高、测量准确。电压、电流均为数字显示，电压分辨率为0.1kv，电流分辨率为0.1uA，控制箱上电压表直接显示加在负载试品上的电压值，使用时无需外加分压器，接线简 单 名单名单延期单出门单老板名单 。仪器具有高、低压端测量泄漏电流，高压端采用圆形数字表显示，不怕放电冲击，抗干扰性能好，适合现场使用。 4、 电压调节稳定度高，全量程平滑调压，输出电压调节采用进口单个多圈电位器，升压过程平稳，调节精度高，并设计有粗调和细调功能。电压调节度优于0.1%，电压、电流测量误差小于1.0%，脉动因数优于0.5%。 5、 负极性输出、零启动、连续可调、有过电压、过电流、回零、接地保护、特有断线保护等各种保护功能。自动保护电路功能强，保护完善可靠，使操作安全，各种技术指标均优于行业MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714160574273_0及优于同类产品。 6、 增设了高精度75%VDC-1mA的功能，做氧化锌避雷器测量带来极大的方便。轻轻一按无须计算。本仪器控制箱上有75%的电压功能键，在做避雷器氧化锌试验时，当电流升到1000uA时，就打开0.75的按钮，这时，电压表、电流表所显示的值就是75%的数据，做完后应立即将升压的旋钮回到零位上，同时，将细调电压旋钮回到零位上，并应立即按绿色按钮，切断高压并关闭电源开关。再做其它试验。 7、 方便的过电压整定设置功能，采用了数字拨盘开关，能将整定电压值直观显示，使你操用更随意，显示数值单位为kv。 8、 倍压筒可分节结构，现场使用，灵活方便，一机多用，经济实惠。 工作原理: X线高频发生器特点 线高频发生器特点 1、x线性能稳定，成像质量及效率高。 X线的质(硬度)是由x线球管上所加的高压， 即kv的大小决定的，在x线发生时，如kv有波 动，X线的质不稳定，低KV造成软射线，射线 性能降低。工频X线高压发生器输出电压是脉 。 动直流波形，对成像没有任何帮助的软射线成 分较多。高频高压发生器输出的波形近似恒定 直流，射线性能稳定，软射线成分较少，因而， 成像质量高，同时，成像效率高，剂量可以降 低，降低了患者X线伤害程度。 2、高频高压发生器曝光时间精确，曝光时间的重复 率高，可实现超短时间曝光。 ? 工频X线发生器多以可控硅或接触器作为曝光与 切断的开关元件，而接触器或可控硅的切断要 与电源频率同步进行;当交流相位没有达到或 接近“过零点”时，接触器或可控硅就不能切 断电源，使短时间曝光的重复率变差。在短时 间的自动曝光系统中，更不能按最佳瞬间及时 切断高压。采用逆变技术的X线高压发生器输出 的是波形近似恒定的直流高压，所以短时曝光 不受电源同步的影响，曝光定是精确，曝光重 复率高。X线机超短时间曝光取决于高压波形的 上升沿，高频机高压波形上升沿很陡，所以最 短曝光时间可达1ms。工频机的高压波形按工频 正弦波变化，上升沿缓慢，较难实现超短时间 曝光。 ? 3.高频高压X线发生器能显著缩小体积和重量。 ? 普通变压器的感应电动势E与工作频率f，线圈匝 数N和铁芯截面积S的关系为: ? E/f?N?S=常数 ? 由上式可见，若工作频率提高了几千倍，线圈匝 数N和铁芯截面积S的乘积即可缩小几千倍，而分 母保持不变，这样就可大大减小变压器的体积。 省去笨重的自耦变压器。工频X线高压发生器是 通过自耦变压器调节KV的，而高频X线发生器主 电路使用谐振逆变电路，通过改变频率来改变电 压，可满足KV在宽广范围的调节，从而省去笨重 的自耦变压器。 ? 4. 高频高压发生器的KV和mA的控制精度大大提 高。 ? 工频X线发生器大多以KV预示及KV补偿来确定 曝光时KV的值。KV预示即在X线管未加负载时， 先测量高压初级电压，再根据高压变压器的变压 比，计算出高雅次级电压，预先将本次曝光X线 管两端可能加的实际KV指示出来。KV补偿法即用 某种方法预先增加高压变压初级电压，以补偿空 载与负载时的电压差。但曝光开始后，为防止加 压后自耦变压器碳轮移动产生电弧，同时由于曝 光时间短，碳轮驱动系统的机械惯性跟不上电信 号的变化，碳轮将处于静止状态，KV的控制没有 闭环反馈，这时由电源电压波动或其他因素造成 的输出高压变化便无法补偿，使实际KV至于所要 求的KV设定值有偏差。 ? 工频X线发生器的mA调节电路需要设置稳 压电源，同时由于空间电荷效应的影响， 灯丝电路还要对空间电荷进行补偿，尽管 采取很多措施，mA实际值与设定值仍有较 大误差。 ? X线高压发生器，KV和mA的控制使用闭 环控制，即使用KV和灯丝电流的测量电路， 由比较电路把测定的值与KV和灯丝电流的 设定值相比较，如果有差别的话，有控制 电路对控制参数进行快速调整，直到KV和 灯丝电流的设定值与测量值一致。KV和mA 的控制的控制精度大大提高，所以，重复 性也提高了。 ? 5.高频高压发生器的高压部分整流电路简单。 ? 大功率的工频X线发生器为了抑制软射线，要减 小高压输出的脉动率，其高压变压器的次级采用 三相全波整流电路，复杂而庞大。 ? 高频X线发生器的工作频率提高后，只要使用小 容量的高压电容器就可以有效抑制高压波形中的 脉动量。这样在高频X线发生器的高压变压器的 次级只需采用简单的单相全波整流电路。 ? 6.使用微机控制，集成化程度高，控制电路体积 减小。 高频高压发生器的主电路原理图 ? 高频X线发生器主电路工作原理 ? 整流器把工频电源整流、经滤波变为平滑 直流;逆变器把直流变成频率为几万Hz的 交流电，由这部分电路决定发生器输出KV 的大小;高压变压器变压，获得所需的直 流电压。高频X线机的高压变压器工作在频 率为几十到几 百KHz的高频。 整流电路: 整流电路: ? 整流电路的作用是将交流电压变换为单向 脉动的直流电压，滤波电路用来滤除整流 后单向脉动电压中的交流成分，使之成为 平滑的直流电压。因为高压发生器主电路 电压很高，如果是被压整流滤波后的电压 就可达530V左右，而稳压器件不能承受这 样的高压，所以滤波后无稳压电路。 单相倍压整流电路 ? 倍压整流电路:当将几个由二极管和电容 组成的半波整流电路作几级串联时，交流 电压经二极管D1--Dn在每半个周期内对电 容C1—Cn进行充放电，用低的交流电压就 可以获得单级半波整流电路几倍的输出电 压。倍压整流电路可以是单倍压，两倍压， 也可以是多倍压。 串联谐振逆变电路 ? 如图所示为一个RLC串联谐振的的桥式逆 变器。逆变桥由四个臂构成，每一个臂由 一个场效应管(IGBT)和一个续流二极管 并联组成。输出为串联谐振电路，谐振逆 变技术中有串联逆变和并联逆变两种方式， 并联谐振逆变电路就用在工作频率固定或 变化不大的场合。高频X线由于频率调节范 围比较宽，采用串联谐振逆变技术较为方 便。串联逆变技术要求输入为恒压源，采 用大电容的滤波。 ? 采用谐振开关技术，可以使功率器件两端 的电压或流过的电流呈正弦规律，而且电 压、电流波形错开，以实现功率器件零电 流开关或零电压开关，使开关损耗理论上 降为零。因谐振电路吸收了高频变压器漏 抗、电路中的寄生电感和功率器件的寄生 电容，消除了高频时产生的电压尖峰和涌 浪电流，消除了电磁干扰和电源噪声。 ? 因场效应管(IGBT)或晶闸管开关频繁， 实际应用中常使用两套或多套串联谐振电 路以减小逆变电路的损耗。 ? 如图串联谐振逆变电路所示，电路的电源由不可 控三相整流桥整流后经大电容C1滤波获得平稳的 直流电压，属于电压型逆变器。电路为了续流， 设置了反馈二极管D1~D4，而逆变器输出功率依 靠调整功率开关管触发脉冲的频率来进行调节。 ? 依据X线曝光信号，在T0~T1期间，逆变电路的开 关元件VT1、VT4导通，导通时间为，流过谐振 电容C，高压变压器的初级线圈、写真电感L的电 流如下图所示，电流为正弦波形，在T1时，VT1、 VT4断开，在T1~T2期间，贮存在电感L电容C内 的能量通过D1、D4放出。在T3~T4期间，逆变电 路的开关元件VT2、VT3导通，导通时间也为， 流过谐振电容C，高压变压器初级线圈、谐振电 感L的电流同样为正弦波形，在T4时，VT2、VT3 断开，在T4~T5期间，贮存在L、C内的能量通过 D2、D3放出。在T3~T5期间的电压波形与T0~T1 期间一样，只是方向相反。 串联谐振型逆变电路 ? T0~T1,VT1、VT4导通，导通时间为;电流 为正弦波。 ? 在T1时，VT1、VT4关断。 ? 在T1~T2,贮存在电感L、电容C内的能量通 过D1、D4放出。 ? 在T2时，D1、D4关断。 ? T3~T4,VT2、VT3导通，导通时间为;电流 为正弦波。 ? 在T4时，VT2、VT3关断。 ? 在T4~T5，贮存在电感L、电容C内的能量 通过D2、D3放出。 ? 在T5时，D2、D3关断。 低功率输出时串联谐振逆变电流 高功率输出时串联谐振逆变电流 串联谐振电路的基本原理 当 ω=ω0 =1 lc 串联谐振等效电路 时Z=R,阻抗最小，负载R可得到最大功率。 ? PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。 由高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调变 用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满 幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无 (OFF) (OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF) (ON) (OFF) 的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时 候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候 即施电被断开的时候。只要频宽足够，任何模拟 值都可以使用PWM进行编码。 ? PFM:脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation缩写为PFM)的简称，通过改 变逆变器的工作频率，来改变负载输出阻 抗以达到调节输出功率的目的。 ? PWM:脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation缩写为PWM)的简称，通过改 变逆变器的工作频率的脉冲宽度，来改变 输出电压值以达到调节功率的目的。 系统上电控制及电源分配电路 kV控制和反馈 灯丝驱动和mA控制 X线曝光控制 旋转阳极的定子驱动及保护电路 自动曝光控制(AEC) 自动亮度控制(ABS) ? 设计所用元器件: 设计所用元器件: ? 驱动级器件选用TC4420，驱动单元根据控 制单元的指令对IGBT进行驱动。 IGBT栅极 驱动电路有多种形式。按照驱动电路元件 的组成可分为分立元件组成的驱动电路和 集成化的驱动电路。 ? IGBT全称绝缘栅双极晶体管，是MOSFET和 GTR(功率晶管)相结合的产物。它的三个极分别 是集电极(C)、发射极(E)和栅极(G)。特点:击穿 电压可达1200V，集电极最大饱和电流已超过 1500A。由IGBT作为逆变器件的变频器的容量达 250kVA以上，工作频率可达20kHz。其输入极为 MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两 种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小 和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压 降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET 与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率 范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广 泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据 了主导地位。 ? 若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正 电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管 的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶 体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电 压为0V，则MOS 截止，切断PNP晶体管基 极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与 MOSFET一样也是电压控制型器件，在它 的栅极—发射极间施加十几V的直流电压， 只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗 功率。 主电路原理图: 本高压发生器电路可产生稳定的8KV以上的高压，它电路简单，稳定可靠。该电路包括降压整流、稳压电路、18kHz多谐振荡器和升压变压器等，其电路如图所示。 降压整流电路由降压变压器T1和全桥整流器及滤波电容器C1等组成，整流出的15V直流电压，经三端稳压器7812稳压后输出+12v的稳定直流电压，为IC2、VT1等提供工作电压。 555和R1、R2、C3等组成一个无稳态多谐振荡器，其振荡频率为: fc,1.44/(R1+2R2)C3 图示参数是按18.5kHz设计的。 555输出的高频振荡脉冲经R3限流后，加至高频放大级VT1的基极。该放大器的负载是升压变压器T2，经T2的次级升压，可使次级输出达12KV的高压，再经高压堆或高压整流管整流后，可稳定输出+8KV的直流高压。 图中降压变压器T1的次级电压应不低于11V，功率不小于5VA;全桥整流器由四支1N4001组装而成，也可选用1A/400V的全桥模块;VT1可选用中功率高频开关管3DK106C或2SD1062等管型;升压变压器T2可使用14英寸电视机行输出变压器的磁芯和骨架，初级L1用Φ0.45高强度聚脂漆包线绕制54圈，次级用原高压包，无须改动。初级线圈绕制后最好烘干并腊封。 使用注意事项 : 1、使用高频高压发生器的工作人员，必须具有“高压试验上岗证”的专业人员。 2、使用本仪器请用户必须按《电力安规》168条规定，并在工作电源进入试验器前加装两个明显断开点。当更换试品和接线时，应先将两个电源断开点明显断开。 3、试验前请检查所有试验接线、控制箱、倍压筒和试品的接地线是否接好。试验回路接地线应按本仪器 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 的要求，一点接地。 4、对大电容试品的放电应用PSZGF专用放电电阻棒对试品放电。放电时不能 将放电棒立即接触试品，应先将放电棒逐渐接近试品，到一定距离空气间隙开始游离放电，有嘶嘶声，当无声音时可用放电棒放电，最后直接接上地线放电。 5、直流高压200KV及以上时，尽管试验人员穿绝缘鞋，且处在安全距离以处区域，但由于高压直流离子空间电场分布扩印影响，会使几个邻近站立的人体上带有不同的直流电位。试验人员不要互相握手或用手接触接地体等，否则会有轻微电击现象，此现象在干燥地区和冬季较为明显，但由于能量较小，一般不会对人体造成伤害。