x射线管用直流高压电源的设计

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1、大连理工大学硕士学位论文直流高压输出的稳定性是衡量直流高压电源性能优劣的重要指标之一，在直流高压测试中，被测设备所施加的高压直流电的脉动系数不应大于3％，而实际应用对这一要求也越来越苛刻。传统的高压电源大多先采用工频变压器升压后、再整流滤波得到，电源的体积大、笨重、且电源效率低，导致了设备的使用效果达不到要求。随着电力电子技术及开关器件的发展，新的电磁材料、新的变换技术和控制理论的不断涌现，高频开关技术在直流稳压电源中得到应用和发展，使高压直流电源体积小型、轻型化的同时实现效率的提高和稳压性能的大幅提升。高频开关直流电源正逐步取代传统电源的位置，引领电源行业

2、的发展。现代高压开关电源在新技术的应用主要体现在两方面【5】：(1)关键功率元器件的使用①高频大功率开关管的使用，如晶体管、功率MOSFETS、IGBT等。②具有低功耗、高性能的新电磁材料的使用，例如铁氧体、非晶材料等。③低耗散的大容量电容的发展及应用。④低前向电压降的高速、甚至超高速整流器件的应用。(2)先进变换技术的发展①零电流串联和并联谐振开关技术(ZCS)。②零电压LCC谐振变换技术(ZVS)。③无损软开关技术和相控谐振技术。④正反激及推挽逆变技术。我国在直流高压电源领域的发展与国外相比还存在比较大的差距。90年代，高压开关电源的工作频率不断提升，P

3、hilips公司在其30kw以下的移动式X光机的x射线发生装置中已实现了30kHz以上的工作频率。德国的霍夫曼公司高压发生器的工作频率也达到了40kHz。近十年以来，国外的高压开关电源技术已经发展得很成熟，频率越来越高，体积越来越小。通用(GE)电气公司和瓦瑞安公司的X射线发生器都成功突破100kHZ的变换频率。近年来，微电子技术得到了长足的发展，芯片的集成程度越来越高，国际上享有盛名的芯片供应商如TI、MOTOROLA、ADI等都相继推出了适用于开关电源使用的单片机或DSP芯片，且功能越来越完善，性能也越来越优越。这快速地促进开关电源向高频化、数字化发展。

4、如今，开关电源(特别是高压开关电源)高频化、数字化的发展的过程中，也出现了一些新的技术难点：(1)高频变压器随着频率的提升，体积越来越小，但分布容抗变小、绝缘问题越来越突出。X射线管用直流高压电源的设计(2)高频变压器的大变比使分布电容、漏感等增加，非线性化越来越严重，产生的尖峰严重影响电源的工作。因此变压器与开关器件之间增加必要的隔离保护电路。(3)高频化，增强了变压器的趋肤效应、邻近效应，降低了变压器的效率。因此，高频变压器的设计是高压开关电源技术中的一个难点，在高频化、小型化的同时，采用谐振软开关技术、先进的控制策略等是目前提高电源效率的一个有效措施。

5、由于单片机、DSP等芯片的推出，我国开关电源的控制领域己经有了较大的发展。并朝着全数字化、智能化和网络化的方向迈进。目前，高频化的开关电源在电路结构设计，如功率开关器件的驱动电路和反馈控制电路设计方面、保护电路、智能化控制方面仍然不够完善。自动化控制、智能化检测、网络化通信、模块化的设计以及绿色、高效能源是目前高压直流电源发展的方向和目标【5J。1．3电源的设计参数及本文内容本电源系统是针对x射线管用的直流高压电源，其主要技术指标如下：(1)电源的输入电压：AC220士20％，50／60HZ。(2)电源的输出电压：DC40KV一-"80KV连续可调。(3)电

6、源的最大输入功率：1．2KW。(4)效率≥0．8，电压纹波率<0．5％。(5)功率电路开关频率：25KHZ。本文的内容主要分为5章，具体的章节安排如下：(1)第一章主要介绍了课题的研究背景，X射线管用直流高压电源的发展现状和方向。(2)第二章介绍了本电源系统的结构以及各部分的功能分析。(3)第三章针对AC／DC变换器的原理、APFC技术的原理进行分析，给出详细的参数设计过程。(4)第四章给出了DC／DC变换器的结构、各部分电路的参数设计。(6)第五章给出硬件电路的saber仿真结果与分析。大连理工大学硕士学位论文2直流高压电源的系统结构2．1电源系统的基本组

7、成直流高压电源通常是从低压交流电经过整流、逆变以及升压后得到，即AC—Dc—AC—Dc变换模式；或者直接从低压直流电经过逆变、升压后得到，即DC-AC-DC。如图2．1所示，本电源系统采取AC-DC—AC-DC模式：I整流、滤波电路HDC／Ac变换器卜一变压器、倍压整流路图2．1电源系统实现过程Fig．2．1Therealizationprocessofpowersystem本电源系统主电路设计的思路为：把220V市电经过全桥不可控整流电路、有源功率因素校正电路(APFC)后得到400V左右的稳定直流电，此电压做为Buck变换电路进行调压，得到所需的电压做为

8、逆变电路的母线电压，DSP产生的移相PWlVI波经过