工業x射線探傷機用高頻高壓電源裝置的製作方法

2023-05-03 12:05:56

專利名稱：工業x射線探傷機用高頻高壓電源裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電源裝置，用於工業X射線探傷機的高頻高壓電源裝置。
背景技術：
歐美發達國家，傳統的工頻X射線探傷機已被淘汰，取而代之的是性能優越的高 頻高壓電源的X射線探傷機，國內的市場需求也正朝著這個方向轉變，但進口產品所配置 的高頻高壓電源裝置價格昂貴，制約這類探傷機的擴大應用。目前，這種用途的高頻高壓電源裝置所採用的電路基本如圖2所示在與X射線管 相連的燈絲電路和高頻高壓電源電路中還包括管電流和管電壓控制電路。圖2中Ra，Rb分 別為管電壓，管電流取樣電路中的取樣電阻。管電壓和管電流控制電路由數字電位器及周 圍元器件組成。現有技術AC220V整流電路中的兩種噪聲抑制電路，存在的問題是電源整流電路 中的濾波電容失效率較高，其主要原因是來自「核心電路」的幹擾脈衝電壓所致。如圖12、 13所示，圖中其中C33、C34、Bll和B12、B13分別為噪聲抑制電路，由於設置在濾波電容 C35-C37和C38-C40後面，所以對濾波電容起不到保護的作用而導致該電路中濾波電容失
效率高。
發明內容本實用新型的目的是提供一種工業X射線探傷機用高頻高壓電源裝置，以採用共 振效應來提高電路的傳輸效率的理念，重新設計各功能分電路，獲得電路的傳輸效率高、可 靠性高、成本低的效果。本設計的工業X射線探傷機用高頻高壓電源裝置，包括有管電流控制電路的燈絲 電路和有管電壓控制電路的高頻高壓電源電路，其特徵在於利用共振效應提高電路傳輸效 率的設計是高頻高壓電源電路中將功率輸出電路、高頻高壓變壓器電路和倍壓電路及X 射線管陰陽極間分布電容連接起來後具有固定的諧振頻率，燈絲電路中將功率輸出電路與 燈絲變壓器電路連接後也具有固定的諧振頻率，高頻高壓電源電路與燈絲電路都是由其中 功率輸出電路分別連接IlV開關直流穩壓電路和壓控振蕩及驅動電路，並由功率輸出電路 連接含噪聲抑制電路的AC220V整流電路。本新型的特點是UAC220V整流電路中的噪聲抑制電路；2、全新的壓控振蕩及驅動電路；3、功率輸出電路有兩個優點其一是要產生一個大功率的正弦波電壓，以提高倍 壓電路的傳輸效率；其二能夠減小倍壓電路中高壓電容的失效率，提高電路的可靠性。4、在電路的整體設計中採用共振原理來提高電路的傳輸效率是本機設計上的一 大創新。因為頻率高輸出電壓的紋波小，設備發射的X射線的穿透力強，但其工作頻率受所 用元件的頻率特性限制。本裝置高頻高壓電源電路及燈絲電路的共振曲線是由目前採用的元器件決定的，隨著採用元器件頻率特性的提高，其共振曲線也將隨之變化。5、電路的傳輸效率高，可靠性高，製造成本低。

圖1是本設計利用共振效應提高電路傳輸效率的高頻高壓電源電路原理圖；圖2是與現有技術相同的各功能分電路的本裝置電路框圖；圖3是本設計的高頻高壓電源電路原理框圖；圖4是本設計的燈絲電路原理框圖；圖5是本設計的燈絲電路中功率輸出與燈絲變壓器電路連接的原理圖；圖6是本設計AC220V整流電路中的噪聲抑制電路原理圖；圖7是本設計的壓控振蕩及驅動電路原理圖；圖8是現有技術中推挽式的功率輸出電路原理圖；圖9是高頻高壓變壓器初次級繞組中正弦波電流電壓波形圖；圖10是本設計高頻高壓電源電路的共振曲線圖；圖11是本設計燈絲電路的諧振曲線圖；圖12是現有技術中的一種AC220V整流電路中的噪聲抑制電路圖；圖13是現有技術中的另一種AC220V整流電路中的噪聲抑制電路具體實施方式
結合附圖說明本新型工業X射線探傷機用高頻高壓電源裝置中各分電路的設計儘管從圖2中可以看出本發明的電源裝置中各功能分電路仍然與現有技術的功能電路名稱相同，高頻高壓電源電路的壓控振蕩及驅動電路連接的是管電壓控制電路、燈 絲電路的壓控振蕩及驅動電路連接的是管電流控制電路，但各部分電路內部卻不同。圖1 所示的高頻高壓電源電路，其特徵在於利用共振效應，提高電路傳輸效率的設計將其中的 功率輸出電路、高頻高壓變壓器電路、倍壓電路連接起來。圖1中功率輸出電路推動變壓器 兩次繞組通過電阻RpR2與場效應管Q1、Q2的柵極相連，場效應管Q1、Q2及電容Cl組成功 率輸出電路。場效應管Ql與300V電源相連、場效應管Q2接地，在場效應管Ql、Q2源漏極 相連處連接電容Cl，電容Cl另一端與高頻高壓變壓器的初級相連，高頻高壓變壓器初級的 另一端接地。在電容Cl與高頻高壓變壓器初級相連處到地之間還接有由二極體Dl D3、 電容C3、電阻R3和二極體D4 D6、電容C4及電阻R4組成的阻尼電路。高頻高壓變壓器的 次級與其中倍壓電路的高壓電容C5、高壓二級管D7及高壓電容ClO相連，高壓二級管D7、 D8、高壓電容C5另一端與高壓電容C6相連，以此方式相繼連接至高壓電容C14，高壓電容 ClO與高壓二級管D7連接處接地並與X射線管陰陽極間分布電容Ctl 一端相連，分布電容Ctl 另一端與高壓電容C14、高壓二極體D16連接處相連組成倍壓電路。本設計連接的這種高頻高壓電源電路能夠使該電源裝置高頻高壓變壓器的次級 輸出一個正弦波形高頻高壓，正弦的高壓加到後面的倍壓電路中。從而提高在其後面的倍 壓電路中的傳輸效率，同時可以減小倍壓電路中高壓電容的失效率。從圖3、4兩個原理框圖中可以看出，高頻高壓電源電路除高頻高壓變壓器電路、 倍壓電路與燈絲變壓器電路不同，與燈絲電路相同的是兩個功率輸出電路均分別連接各自的Iiv開關直流穩壓電路、壓控振蕩及驅動電路及管電流控制電路，功率輸出電路與 AC220V整流電路連通。燈絲電路中的「功率輸出電路」與「燈絲變壓器電路」的連接方式見圖5 推動變壓器兩次級繞組通過電阻R5、R6與場效應管Q3、Q4柵極相連，場效應管Q3、 Q4源漏極連接處與電容C15相連，電容C15的另一端與燈絲變壓器中的B2初級相連，B2初 級的另一端接地，電容C16與B2初級兩端相連，在B2初級的兩端還接由二極體D17、電容 C17、電阻R7和二極體D18、電容C18、電阻R8組成的阻尼電路。燈絲變壓器電路是三個由磁 環組成的高頻變壓器B2、B3、B4串聯而成，其中B4次級是通過二級管D19、D20整流成直流 電，場效應管Q3、Q4及電容C15組成功率輸出電路。由於燈絲電路與X射線管的陰極相連， 電壓很高，採用三個串聯變壓器把高電壓分成三等份，以減小相鄰繞組間的電壓，提高可靠 性。變壓器B4次級經整流二極體整流後變成直流電壓，目的是為了減小遠距離傳輸時的電 壓損耗。工作原理燈絲電路是由三個變壓器B2，B3，B4串聯而成，其中三個變壓器分別由 三個磁環繞制而成，變壓器B4次級經整流二極體整流後成直流電壓，目的是為了減小遠距 離傳輸時電壓的損耗。由於燈絲變壓器與X射線管的陰極相連，電壓非常高，採用三個串聯磁環是把陰 極高電壓分成三等分，以減小每個繞組間的電壓，提高可靠性。燈絲電壓高低調整與管電流 的大小成正比。本設計AC220V整流電路中噪聲抑制電路見圖6，AC220V電源兩端接二極體 D21-D24組成的橋式整流電路後，有電容C19-C21組成的濾波電路、接著串聯門電路。門電 路包括一端連接電源的二極體D25，此後在電源兩端連接電容C22-C27及電阻R9，組成噪聲 抑制電路。圖6所述門電路的工作原理只允許與二極體D25同方向的電壓或電流通過，而 對反向的任何形式的電壓或電流都無法通過此門電路。「功率輸出電路」和「高頻高壓變壓 器電路」在工作中會產生較高的正向脈衝電壓，這個電壓如果反串到濾波電容C19-C21和 AC220V電網中，會對濾波的電解電容C19-C21和其它用電設備造成不良影響，由於本發明 在電路中增加了這個門電路，因此，幹擾脈衝電壓被這個門擋住，因而消除了對濾波電容及 AC220V電網損傷、幹擾，達到了抑制噪聲電壓的目的。實踐證明，這個幹擾脈衝電壓對濾波 電解電容C19-C21的使用壽命影響很大，加上了這個門電路之後，可以極大的減小濾波電 解電容的失效率，從而提高了整機的使用壽命。本設計中壓控振蕩及驅動電路見圖7 集成電路T的腳4、腳8、電晶體Q5集電極連 接IlV電壓端，並通過穩壓二極體W1、電阻R10、R11、R12與集成電路T的腳5相連，電晶體 Q5的基極電路通過電阻R17和電位器Rwi中間抽頭相連、並經電阻R16連接IlV電源，電位 器Rwi的另一端連接電阻R18到地；電容C31、C32是Q5基極電路的濾波電容，其中間串聯電 阻R15，電阻R15與Q5基極相連，集成電路T的腳6經電阻R14與集成電路T的腳7相連， 集成電路T的腳7經電阻R13連接IlV電壓，集成電路T的腳2、腳5與腳1之間分別連接 電容C28、C30，腳1串聯二極體D26、D27接地。集成電路T的腳3連接電容C29正極，C29 負極連接推動變壓器B5的初級，初級的另一端與地相連。推動變壓器B5的兩組次級繞組 繞向相反，以驅動圖1所示功率輸出電路中的Ql、Q2。[0037]工作原理圖7中集成電路T的腳5電位發生變化時，集成電路的工作頻率發生變化，當腳5電位升高時，工作頻率降低，反之頻率增高，電晶體Q5基極電路是由電容C31、C32，電阻 R15，R16，R17，R18及電位器Rwi組成，集電極電路是由IlV電源，電阻R10，Rll, R12及T的 腳5組成。圖7中，調整電位器Rwi使Q5基極電位接近於零伏，此時，集成電路T的腳5電壓 最高，使集成電路T的工作頻率最低，調整電位器Rwi使基極電位升高，電晶體Q5由截止進 入放大區，其集電極電壓開始向低變化，使T的腳5電壓降低，進而集成電路T的工作頻率 也由低向高的方向變化；當電位器Rwi調到另一端時，電晶體Q5變為導通狀態，使其集電極 電壓接近於零伏，T的腳5電壓下降到最低，從而使集成電路T的工作頻率上升到最高，以 上就是調整集成電路T工作頻率的基本方法，以此實現「管電壓」或「管電流」的手控或自 動控制。變壓器B5是推動變壓器，次級兩繞組繞向相反，輸出電壓相位相反，以驅動圖1所 示功率輸出電路中的Ql、Q2，使其交替導通和截止。目前國內外同類型機器的「功率輸出電路」均採用推挽式電路，見圖8，線圈L1，L2 為高頻高壓變壓器BlO的兩個初級繞組，變壓器B6、B7、B8及B9為噪聲抑制電路。當大功率管Q6導通，Q7截止，300V電源電壓經L1、Q6到地，對Ll充電儲能。當Q6 截止Q7導通，300V電源電壓經L2、Q7對地，對L2充電儲能，在這個同時，Ll將以高頻高壓 的方式來釋放自己儲存的能量，由此可見，線圈Li，L2總是在大功率的條件下，同時工作， 由於互感的作用，又總是在強烈的相互幹擾；為了減小這個幹擾，分別加了噪聲抑制電路， 必須指出，這種幹擾方式影響了該電路的使用壽命。現有技術的這種電路，變壓器BlO次級輸出一個脈衝電壓，加在其後的倍壓電路 中，使倍壓電路中的高壓電容承受了突變高壓和突變電流的影響，突變電壓和電流是導致 高壓電容失效的根本原因，為了提高產品的質量，對高壓電容的質量提出了更高的要求，從 而使設備成本上升。本設計有高頻高壓變壓器的功率輸出電路如圖1前半部分所示，功率輸出電路中 場效應管Ql和Q2處於交替導通和截止狀態，當Ql導通，Q2截止，300V電源向Cl和Bl的 初級繞組充電，同時還存在著Bl自身固有諧振頻率的自由振蕩過程，由二極體D1-D6，電容 C3、C4，電阻R3、R4組成的阻尼電路，對其進行阻尼，從而減小了其對後面電路的破壞性作 用，同時也減小了高頻輻射，當電容Cl兩端的電壓，接近於300V時，其充電電流接近於零， 此時，Ql截止，Q2導通，電路的工作狀態，由300V電源向Cl充電的過程，變為在這一充電 過程中儲存了大量電能的電容Cl，從反方向向高頻高壓變壓器Bl的初級繞組充電的過程。 以上兩個過程中流過高頻高壓變壓器Bl的初級繞組的電壓、電流波形如圖9所示。從圖9中可以看出，高頻高壓變壓器Bl次級輸出電壓是一個正弦波形的高頻高 壓，正弦的高壓加到後面的倍壓電路中，有以下好處，其一減小了倍壓電路中高壓電容的負 擔，其二提高了電路的傳輸效率。本設計高頻高壓電源電路的共振曲線分布情況如圖10所示，其中25士5kHz為高 頻高壓電源電路的共振點，高頻高壓電源電路中的壓控振蕩電路的工作頻率是35 50kHz 連續可調，當壓控振蕩電路的工作頻率為50kHz時，輸出電壓最小，隨著頻率的減小，輸出 電壓增大，當頻率為35kHz時，輸出電壓最大。影響整個電路共振點的元器件圖1中變壓器B1，電容Cl，C5-C14及X射線管的陰陽極間分布電容CO。本機燈絲電路的諧振曲線如圖11所示，45士5kHz是燈絲電路的共振點，燈絲電路 壓控振蕩電路的工作頻率是55 70kHz，連續可調，當壓控振蕩電路的工作頻率為70kHz 時，輸出電壓最小，隨工作頻率的減小，輸出電壓逐步提高，當工作頻率為55kHz時輸出電 壓最大。實踐證明，採用共振原理，極大的提高了電路的傳輸效率。
權利要求工業X射線探傷機用高頻高壓電源裝置，包括有管電流控制電路的燈絲電路和有管電壓控制電路的高頻高壓電源電路，其特徵在於利用共振效應提高電路傳輸效率的電路連接高頻高壓電源電路中將功率輸出電路、高頻高壓變壓器電路和倍壓電路及X射線管陰陽極間分布電容連接起來後具有固定的諧振頻率，燈絲電路中將功率輸出電路與燈絲變壓器電路連接後也具有固定的諧振頻率，高頻高壓電源電路與燈絲電路都是由其中功率輸出電路分別連接11V開關直流穩壓電路和壓控振蕩及驅動電路，並由功率輸出電路連接含噪聲抑制電路的AC220V整流電路，其壓控振蕩電路的工作頻率均在上述兩電路固有諧振頻率的附近；一個正弦波形高頻高壓的高頻高壓變壓器次級輸出端接到其後面的倍壓電路中。
2.根據權利要求1所述的工業X射線探傷機用高頻高壓電源裝置，其特徵在於連接功 率輸出電路和倍壓電路的高頻高壓變壓器電路功率輸出電路推動變壓器兩次繞組通過電 阻(RpR2)與場效應管(Q1、Q2)的柵極相連，場效應管(Q1、Q2)及電容(Cl)組成功率輸出 電路；場效應管(Ql)與300V電源相連、場效應管(Q2)接地，在場效應管(Q1、Q2)源漏極相 連處連接電容(Cl)，電容(Cl)另一端與高頻高壓變壓器的初級相連，高頻高壓變壓器初級 的另一端接地；在電容(Cl)與高頻高壓變壓器初級相連處到地之間還接有由二極體(Dl D3)、電容(C3)、電阻(R3)和二極體(D4 D6)、電容(C4)及電阻(R4)組成的阻尼電路；高 頻高壓變壓器的次級與其中倍壓電路的高壓電容(C5)、高壓二級管(D7)及高壓電容(ClO) 相連，高壓二級管(D7、D8)、高壓電容(C5)另一端與高壓電容(C6)相連，以此方式相繼連 接至高壓電容(C14)，高壓電容(ClO)與高壓二級管(D7)連接處接地並與X射線管陰陽極 間分布電容(Ctl) 一端相連，分布電容(Ctl)另一端與高壓電容(C14)、高壓二極體(D16)連 接處相連組成倍壓電路。
3.根據權利要求1所述的工業X射線探傷機用高頻高壓電源裝置，其特徵在於燈絲 電路中的功率輸出電路與燈絲變壓器電路的連接方式推動變壓器兩次級繞組通過電阻 (R5、R6)與場效應管(Q3、Q4)柵極相連，場效應管(Q3、Q4)源漏極連接處與電容(C15)相 連，電容(C15)的另一端與燈絲變壓器電路中的高頻變壓器(B2)初級相連；(B2)初級的另 一端接地，電容(C16)與(B2)初級兩端相連，在高頻變壓器(B2)初級兩端之間還連接由二 極管(D17)、電容(C17)、電阻(R7)和二極體(D18)、電容(C18)、電阻(R8)組成的阻尼電路； 燈絲變壓器電路是三個由磁環組成的高頻變壓器(B2、B3、B4)串聯而成，其中高頻變壓器 (B4)次級是通過二級管(D19、D20)整流成直流電，場效應管(Q3、Q4)及電容(C15)組成功 率輸出電路。
4.根據權利要求1所述的工業X射線探傷機用高頻高壓電源裝置，其特徵在於AC220V 整流電路中噪聲抑制電路，電源AC220V兩端接二極體(D21-D24)組成的橋式整流電路後， 有電容(C19-C21)組成的濾波電路、接著串聯門電路；門電路包括一端連接電源的二極體 (D25)，此後在電源兩端連接電容(C22-C27)及電阻(R9)，組成噪聲抑制電路。
5.根據權利要求1所述的工業X射線探傷機用高頻高壓電源裝置，其特徵在於壓控振 蕩及驅動電路集成電路⑴的腳⑷、腳(8)、電晶體(Q5)集電極連接IlV電壓端，並通過 穩壓二極體(Wl)、電阻(R10、R11、R12)與集成電路⑴的腳(5)相連，電晶體(Q5)的基極 電路通過電阻(R17)和電位器(Rwi)中間抽頭相連、並經電阻(R16)連接IlV電源，電位器 (Rffl)的另一端連接電阻(R18)到地；電容(C31、C32)是電晶體(Q5)基極電路的濾波電容，其間串聯電阻(R15)，電阻(R15)與電晶體(Q5)基極相連，集成電路(T)的腳(6)經電阻 (R14)與集成電路(T)的腳(7)相連，腳(7)經電阻(R13)連接IlV電壓，集成電路(T)的 腳(2)、腳(5)與腳(1)之間分別連接電容(C28)、(C30)，集成電路(T)的腳(1)串聯二極 管(D26、D27)接地；集成電路⑴的腳(3)連接電容(C29)正極，電容(C29)負極連接推動 變壓器(B5)的初級，初級的另一端與地相連，推動變壓器(B5)的兩組次級繞組繞向相反，以驅動高頻高壓電源中的功率輸出電路中的場效應管(Q1、Q2)，使其交替導通和截止，實現 管電壓或管電流的手控或自動控制。
專利摘要工業X射線探傷機用高頻高壓電源裝置，包括有管電流控制電路的燈絲電路和有管電壓控制電路的高頻高壓電源電路，其特徵在於高頻高壓電源電路中將功率輸出電路、高頻高壓變壓器電路和倍壓電路及X射線管陰陽極間分布電容連接起來後具有固定的諧振頻率，燈絲電路中將功率輸出電路與燈絲變壓器電路連接後也具有固定的諧振頻率，高頻高壓電源電路與燈絲電路都是由其中功率輸出電路分別連接11V開關直流穩壓電路和壓控振蕩及驅動電路，並由功率輸出電路連接含噪聲抑制電路的AC220V整流電路，其工作頻率均在上述兩電路固有諧振頻率的附近；高頻高壓變壓器的次級輸出電壓是一個正弦波形高頻高壓，正弦的高壓加到後面的倍壓電路中。以採用共振效應來提高電路的傳輸效率的理念，重新設計各功能分電路，獲得電路的傳輸效率高、可靠性高、成本低的效果。
文檔編號H02M5/10GK201601603SQ200920203279
公開日2010年10月6日 申請日期2009年9月15日 優先權日2009年9月15日
發明者董延博, 賈凡, 顧福茂, 顧韌 申請人:丹東市無損檢測設備有限公司;顧福茂