CN203775032U - 一种x射线发生器高压电源 - Google Patents

Abstract

一种X射线发生器高压电源，包括220VAC变换成48VDC模块和48VDC变换成高压控制以及倍压整流模块并依次连接，48VDC变换成高压控制以及倍压整流模块的输出连接在阴极灯丝和阳极靶两端。48VDC变换成高压控制的芯片采用UC3526A芯片。本实用新型的X射线用的高压电源，在实际中得到反复的运用，能够充分保证质量和可靠性。

Description

一种X射线发生器高压电源

技术领域

本实用新型涉及一种电源，尤其是高精度高压电源的技术领域。

背景技术

X射线具有穿透力，这种穿透力与物质密度有关，密度大的物质，对X射线的吸收多，透过少；密度小者，吸收少，透过多。因此利用差别吸收这种性质，可以把密度不同的物质区分开来。被广泛应用于医疗器械和产业型非破坏性探伤设备，以及测厚仪、荧光分析、违禁品检测等需要高稳定度、高精度高压电源的领域。

以往的X射线电源，多采用笨重的低频电源，再加上调压器，进行倍压，从而达到产生高压的目的，这种电源，不仅笨重，而且效率底，体积大等很多不足之处。

发明内容

本实用新型目的是，提出一种X射线发生器（X光管）使用的高压电源，具有开关电源的过压和短路保护功能。且为模块化的结构用于给X光管供电的专用电源。

本实用新型技术方案，一种X射线发生器高压电源，包括220VAC变换成48VDC模块和48VDC变换成高压控制以及倍压整流模块并依次连接，48VDC变换成高压控制以及倍压整流模块的输出连接在阴极灯丝和阳极靶两端。另设有灯丝电源，其中灯丝电源用于为X光管的灯丝加热。通过提供的高压电场，使灯丝上活跃的电子加速流向阳极靶，形成高速电子流驱动X光管工作。另设有灯丝电源，其中灯丝电源连接X光管的灯丝。

进一步的，设有电源外壳，电源外壳设有自然冷却和风扇强制风冷两种散热结构。自然冷却和强制风冷两种散热方式，适应高温的恶劣工作环境。由于输出的负极性高压电源直接与X射线管阴极相连，X射线管阳极接地因此非常有利于散热处理，使得X射线管阴极电压和阳极电流均获得极高的稳定度。

进一步的，48VDC变换成高压控制的芯片采用UC3526A芯片。

进一步的，倍压整流模块采用开关管控制推挽高频变压器，高频变压器输出接全波整流C滤波器再接输出负载。

本实用新型的有益效果是：电源转换效率高，供电稳定，体积小、重量轻；通过接口连接器及内置电位器实现管高压和管电流的本地及远程控制、监测功能；同时选用的模块具有过压和短路保护功能。是设计生产给X光管供电的专用电源。本实用新型采用现有先进的开关电源模块技术。克服了低频电源的缺点。减小了体积，提升了效率。增加了可靠性。能够长期稳定的工作，为保障整套设备的顺利的工作。220VAC转换成48VDC，48VDC变换成高压控制部分以及倍压整流部分，均采用模块化结构，生产和安装的工艺都比较简便，倍压整流部分的模块，安装方式，采用叠加的结构安装，减少空间，布局明朗。X射线源与电源的连接采用10芯航空插头，插头的结构放置都是自己精心设计。电源的面板布局可采用独特的设计。

附图说明

图1是本实用新型高压电源的主电路的电路原理图；

图2是本实用新型的电路工作波形图；

图3是本实用新型的电路所使用的芯片；

图4是本实用新型的X射线发生器整体框图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

倍压整流模块到X射线管的工作电压（如140KV）如图1所示，图1中Ui为输入直流电压源，C1为滤波电容，S1、S2为开关管，W1、W2为推挽高频变压器，D1、D2为全波整流二极管，L、C2组成LC滤波器，RL为输出负载，Uo为输出电压。变压器原边线圈W1的两端分别和两个开关管相连，中心抽头与电源负极相连；副边线圈W2的两端分别接在全波整流二极管的阳极，其中心抽头为输出电压负极。整流后经L、C2滤波后为负载供电。

其工作过程如下：当S1导通，S2关断时，整流二极管D1承受正压处于通态，D2反向截止。整流后经L、C2滤波后为负载供电；当S1关断，S2导通时，整流二极管D2承受正压处于通态，D1反向截止，整流后经L、C2滤波后为负载供电；当S1、S2均关断时，D1、D2都处于通态，各分担一半电流。其工作波形如图2.2所示。

因为当S1导通，S2关断时，原边线圈导通部分电压为电源电压，即UN1=Ui，而W1中心抽头上下两部分的感应电动势相等，即UN1’=UN1=Ui。并且S2两端电压为电源电压与原边线圈中心抽头以下的感应电动势之和，即US2=Ui+UN1’。所以，S1、S2断态时承受的峰值电压为电源电压的两倍，即US=2Ui。

若S1、S2同时导通，相当于变压器一次侧绕组短路，因此要避免此种情况发生，每个开关管的占空比不得大于50%，并设置一定的死区时间。

当开关管S1导通，S2关断时，输入电压Ui加在原边线圈N1上，并在副边线圈N2上产生感应电动势，使二极管D1承受正压而导通，经LC滤波后为负载供电，此时二极管D2因承受反压而截止。此时的输出电压Uo为

$U_o=\frac{N_2}{N_1}\frac{t_{\mathrm{on}}}{T}{U}_i---(2-1)$

当开关管S2导通，S1关断时，输入电压Ui加在原边线圈N1’上，并在副边线圈N2’上产生感应电动势，使二极管D2承受正压而导通，经LC滤波后为负载供电，此时二极管D1因承受反压而截止。此时的输出电压U_o为

$U_o=\frac{{N_2}^{,}}{{N_1}^{,}}\frac{t_{\mathrm{on}}}{T}{U}_i---(2-2)$

又因为N1=N1’，N2=N2’，总输出电压为两开关状态下输出电压之和，所以有

$U_o=\frac{N_2}{N_1}\frac{t_{\mathrm{on}}}{T}2U_i---(2-3)$

以上为输出电流连续情况，当输出电流断续时，输出电压Uo将高于式2-3的计算值，并随负载的减小而升高，在负载为零的极限情况下，

$U_o=\frac{N_2}{N_1}{U}_i.$

输入电压为低电压的开关电源主电路一般采用推挽拓扑结构，因为这一结构能够使得变压器双向磁化，高效率利用铁芯，有利于减小变压器的体积与重量；同时开关管频率为输出PWM波频率的1/2，有利于减小输出直流母线电压的脉动减小滤波电感的大小，提高稳压精度；变压器原边电路结构简单，有利于提高输入电压的利用率。

本实用新型48VDC变换成高压的控制芯片，采用UC3526A芯片作为PWM发生和控制芯片。UC3526A是美国德州仪器公司最先生产的PWM发生器，广泛应用于开关电源类电力电子设备之中。UC3526A内部采用的是一种频率固定，脉冲宽度可调制的集成电路，开关电源的控制、调制和保护电路尽在其中，在单端正激式、半桥式、全桥式以及推挽式开关电源中得到广泛应用。其内部集成了全部脉冲宽度调制电路；片内置有线性锯齿波振荡器，外部只需一个电阻一个电容来组成震荡元件；内置误差放大器；5V基准参考电压源置于片内；死区时间可调；拥有200mA驱动能力的功率晶体管置于片内；拥有推拉两种输出方式。其简单的内部框图如图3所示。

220V AC转换48VDC模块采用现有的标准电源模块，典型的采用型号MW/NES-150-48；但是48V DC变换成高压倍压整流模块的由本实施例描述。

UC3526A芯片的主要电路：1.振荡电路：振荡电路由9、10两脚的RT、CT组成。RT和CT的取值，是决定该芯片的工作频率，F=1/1.1*CT*RT；2.脉宽调制电路：芯片的1、2两脚是电压比较电路正反相输入端，调整1、2两脚之间的电压比值，可以是PWM输出端13、16两脚脉冲的占空比在0到49%之间变化。当1、2两脚的电压差△U12为0MV时。其输出波形的占空比是25%。UC3526的输出波形的占空比的大小与1、2两脚的电压差△U12的大小存在线性关系。所以可以通过改变输出波形的占空比来调整输出电压的高低；3.软启动电路：软启动电路是由接到4脚的电容来决定的，最大延迟在80毫秒的软启动时间；4.过流保护电路，过流保护是在67两脚来控制的，当两个脚之间的电位在100MV左右时，电路动作，从而封锁PWM输出。

电气性能：输入：AC220±10%；输出：80KV、140KV和160KV等多种最高压输出可选，0V到最高电压可调。

电压控制：

电源内部：电源自带的多圈电位器可将输出电压设置在0V到最高电压之间；

外部遥控：外部0到10V控制信号可将输出从0V调到最高输出电压。

管电流控制；

电源内部：电源自带的多圈电位器可将电子束电流设置在0A到最高电流；

外部遥控：外部0到10V控制信号可将电子束电流设置在0A到最高电流；

直流灯丝电源：输出电流为4A可调，电压为5.5V。

电压调整率：

相对负载：0.01%(空载到额定负载)；

相对输入：±0.01%(输入电压变化为±10%)。

电流调整率：

相对负载：0.01%(空载到额定负载)；

相对输入：±0.01%(输入电压变化±10%)。

纹波电压：输出额定电压的条件下，纹波电压的峰峰值为最高输出电压的0.1%。

环境温度：工作时0到+50℃；储存时-20℃到+80℃。

温度系数：每摄氏度0.01%；稳定度：开机半小时后每8小时小于0.05%。

电压电流指示：0到+10V,额定输出条件下精度为1%。

连接器：

输入输出连接器：DB9，包含控制和显示信号；

输出电压和电流的远程控制：可外接电位器利用电源内部的10V参考电压对输出电压和电流进行远程控制；远程电压电流指示：DB9针接线端子包含了0到10V的电压和电流指示信号，可外接各种数字或指针表。

芯片提供倍压整流和电压取样部分。

另设有灯丝电压供电部分。RS232接口，电源控制模块与X射线源连接部分。倍压整流和电压取样，采用两层重叠放置，减少了空间。

电源模块部分和X射线源部分的连接，采用10芯航空插头，插头的输出部分安装在模块电源上，安装在左下角，接地线的下方，上下一排LED的左侧，LED的右侧安装RS232接口，RS232接口的右上方安装I/O开关，右下方安装AC电源输入插座。航空插头的输入端，接到X射线源的外壳上。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种X射线发生器高压电源，其特征是包括220VAC变换成48VDC模块和48VDC变换成高压控制以及倍压整流模块并依次连接，48VDC变换成高压控制以及倍压整流模块的输出连接在阴极灯丝和阳极靶两端。

2.根据权利要求1所述的X射线发生器高压电源，其特征是另设有灯丝电源，其中灯丝电源连接X光管的灯丝。

3.根据权利要求1所述的X射线发生器高压电源，其特征是设有电源外壳，电源外壳设有自然冷却和风扇强制风冷两种散热结构。

4.根据权利要求1所述的X射线发生器高压电源，其特征是48VDC变换成高压控制的芯片采用UC3526A芯片。

5.根据权利要求1所述的X射线发生器高压电源，其特征是倍压整流模块采用开关管控制推挽高频变压器，高频变压器输出接全波整流C滤波器再接输出负载。