专利名称：工业x射线探伤机用高频高压电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电源装置，用于工业X射线探伤机的高频高压电源装置。
背景技术：
欧美发达国家，传统的工频X射线探伤机已被淘汰，取而代之的是性能优越的高 频高压电源的X射线探伤机，国内的市场需求也正朝着这个方向转变，但进口产品所配置 的高频高压电源装置价格昂贵，制约这类探伤机的扩大应用。目前，这种用途的高频高压电源装置所采用的电路基本如图2所示在与X射线管 相连的灯丝电路和高频高压电源电路中还包括管电流和管电压控制电路。图2中Ra，Rb分 别为管电压，管电流取样电路中的取样电阻。管电压和管电流控制电路由数字电位器及周 围元器件组成。现有技术AC220V整流电路中的两种噪声抑制电路，存在的问题是电源整流电路 中的滤波电容失效率较高，其主要原因是来自“核心电路”的干扰脉冲电压所致。如图12、 13所示，图中其中C33、C34、Bll和B12、B13分别为噪声抑制电路，由于设置在滤波电容 C35-C37和C38-C40后面，所以对滤波电容起不到保护的作用而导致该电路中滤波电容失
效率高。
发明内容本实用新型的目的是提供一种工业X射线探伤机用高频高压电源装置，以采用共 振效应来提高电路的传输效率的理念，重新设计各功能分电路，获得电路的传输效率高、可 靠性高、成本低的效果。本设计的工业X射线探伤机用高频高压电源装置，包括有管电流控制电路的灯丝 电路和有管电压控制电路的高频高压电源电路，其特征在于利用共振效应提高电路传输效 率的设计是高频高压电源电路中将功率输出电路、高频高压变压器电路和倍压电路及X 射线管阴阳极间分布电容连接起来后具有固定的谐振频率，灯丝电路中将功率输出电路与 灯丝变压器电路连接后也具有固定的谐振频率，高频高压电源电路与灯丝电路都是由其中 功率输出电路分别连接IlV开关直流稳压电路和压控振荡及驱动电路，并由功率输出电路 连接含噪声抑制电路的AC220V整流电路。本新型的特点是UAC220V整流电路中的噪声抑制电路；2、全新的压控振荡及驱动电路；3、功率输出电路有两个优点其一是要产生一个大功率的正弦波电压，以提高倍 压电路的传输效率；其二能够减小倍压电路中高压电容的失效率，提高电路的可靠性。4、在电路的整体设计中采用共振原理来提高电路的传输效率是本机设计上的一 大创新。因为频率高输出电压的纹波小，设备发射的X射线的穿透力强，但其工作频率受所 用元件的频率特性限制。本装置高频高压电源电路及灯丝电路的共振曲线是由目前采用的元器件决定的，随着采用元器件频率特性的提高，其共振曲线也将随之变化。5、电路的传输效率高，可靠性高，制造成本低。
图1是本设计利用共振效应提高电路传输效率的高频高压电源电路原理图；图2是与现有技术相同的各功能分电路的本装置电路框图；图3是本设计的高频高压电源电路原理框图；图4是本设计的灯丝电路原理框图；图5是本设计的灯丝电路中功率输出与灯丝变压器电路连接的原理图；图6是本设计AC220V整流电路中的噪声抑制电路原理图；图7是本设计的压控振荡及驱动电路原理图；图8是现有技术中推挽式的功率输出电路原理图；图9是高频高压变压器初次级绕组中正弦波电流电压波形图；图10是本设计高频高压电源电路的共振曲线图；图11是本设计灯丝电路的谐振曲线图；图12是现有技术中的一种AC220V整流电路中的噪声抑制电路图；图13是现有技术中的另一种AC220V整流电路中的噪声抑制电路具体实施方式
结合附图说明本新型工业X射线探伤机用高频高压电源装置中各分电路的设计尽管从图2中可以看出本发明的电源装置中各功能分电路仍然与现有技术的功能电路名称相同，高频高压电源电路的压控振荡及驱动电路连接的是管电压控制电路、灯 丝电路的压控振荡及驱动电路连接的是管电流控制电路，但各部分电路内部却不同。图1 所示的高频高压电源电路，其特征在于利用共振效应，提高电路传输效率的设计将其中的 功率输出电路、高频高压变压器电路、倍压电路连接起来。图1中功率输出电路推动变压器 两次绕组通过电阻RpR2与场效应管Q1、Q2的栅极相连，场效应管Q1、Q2及电容Cl组成功 率输出电路。场效应管Ql与300V电源相连、场效应管Q2接地，在场效应管Ql、Q2源漏极 相连处连接电容Cl，电容Cl另一端与高频高压变压器的初级相连，高频高压变压器初级的 另一端接地。在电容Cl与高频高压变压器初级相连处到地之间还接有由二极管Dl D3、 电容C3、电阻R3和二极管D4 D6、电容C4及电阻R4组成的阻尼电路。高频高压变压器的 次级与其中倍压电路的高压电容C5、高压二级管D7及高压电容ClO相连，高压二级管D7、 D8、高压电容C5另一端与高压电容C6相连，以此方式相继连接至高压电容C14，高压电容 ClO与高压二级管D7连接处接地并与X射线管阴阳极间分布电容Ctl 一端相连，分布电容Ctl 另一端与高压电容C14、高压二极管D16连接处相连组成倍压电路。本设计连接的这种高频高压电源电路能够使该电源装置高频高压变压器的次级 输出一个正弦波形高频高压，正弦的高压加到后面的倍压电路中。从而提高在其后面的倍 压电路中的传输效率，同时可以减小倍压电路中高压电容的失效率。从图3、4两个原理框图中可以看出，高频高压电源电路除高频高压变压器电路、 倍压电路与灯丝变压器电路不同，与灯丝电路相同的是两个功率输出电路均分别连接各自的Iiv开关直流稳压电路、压控振荡及驱动电路及管电流控制电路，功率输出电路与 AC220V整流电路连通。灯丝电路中的“功率输出电路”与“灯丝变压器电路”的连接方式见图5 推动变压器两次级绕组通过电阻R5、R6与场效应管Q3、Q4栅极相连，场效应管Q3、 Q4源漏极连接处与电容C15相连，电容C15的另一端与灯丝变压器中的B2初级相连，B2初 级的另一端接地，电容C16与B2初级两端相连，在B2初级的两端还接由二极管D17、电容 C17、电阻R7和二极管D18、电容C18、电阻R8组成的阻尼电路。灯丝变压器电路是三个由磁 环组成的高频变压器B2、B3、B4串联而成，其中B4次级是通过二级管D19、D20整流成直流 电，场效应管Q3、Q4及电容C15组成功率输出电路。由于灯丝电路与X射线管的阴极相连， 电压很高，采用三个串联变压器把高电压分成三等份，以减小相邻绕组间的电压，提高可靠 性。变压器B4次级经整流二极管整流后变成直流电压，目的是为了减小远距离传输时的电 压损耗。工作原理灯丝电路是由三个变压器B2，B3，B4串联而成，其中三个变压器分别由 三个磁环绕制而成，变压器B4次级经整流二极管整流后成直流电压，目的是为了减小远距 离传输时电压的损耗。由于灯丝变压器与X射线管的阴极相连，电压非常高，采用三个串联磁环是把阴 极高电压分成三等分，以减小每个绕组间的电压，提高可靠性。灯丝电压高低调整与管电流 的大小成正比。本设计AC220V整流电路中噪声抑制电路见图6，AC220V电源两端接二极管 D21-D24组成的桥式整流电路后，有电容C19-C21组成的滤波电路、接着串联门电路。门电 路包括一端连接电源的二极管D25，此后在电源两端连接电容C22-C27及电阻R9，组成噪声 抑制电路。图6所述门电路的工作原理只允许与二极管D25同方向的电压或电流通过，而 对反向的任何形式的电压或电流都无法通过此门电路。“功率输出电路”和“高频高压变压 器电路”在工作中会产生较高的正向脉冲电压，这个电压如果反串到滤波电容C19-C21和 AC220V电网中，会对滤波的电解电容C19-C21和其它用电设备造成不良影响，由于本发明 在电路中增加了这个门电路，因此，干扰脉冲电压被这个门挡住，因而消除了对滤波电容及 AC220V电网损伤、干扰，达到了抑制噪声电压的目的。实践证明，这个干扰脉冲电压对滤波 电解电容C19-C21的使用寿命影响很大，加上了这个门电路之后，可以极大的减小滤波电 解电容的失效率，从而提高了整机的使用寿命。本设计中压控振荡及驱动电路见图7 集成电路T的脚4、脚8、晶体管Q5集电极连 接IlV电压端，并通过稳压二极管W1、电阻R10、R11、R12与集成电路T的脚5相连，晶体管 Q5的基极电路通过电阻R17和电位器Rwi中间抽头相连、并经电阻R16连接IlV电源，电位 器Rwi的另一端连接电阻R18到地；电容C31、C32是Q5基极电路的滤波电容，其中间串联电 阻R15，电阻R15与Q5基极相连，集成电路T的脚6经电阻R14与集成电路T的脚7相连， 集成电路T的脚7经电阻R13连接IlV电压，集成电路T的脚2、脚5与脚1之间分别连接 电容C28、C30，脚1串联二极管D26、D27接地。集成电路T的脚3连接电容C29正极，C29 负极连接推动变压器B5的初级，初级的另一端与地相连。推动变压器B5的两组次级绕组 绕向相反，以驱动图1所示功率输出电路中的Ql、Q2。[0037]工作原理图7中集成电路T的脚5电位发生变化时，集成电路的工作频率发生变化，当脚5电位升高时，工作频率降低，反之频率增高，晶体管Q5基极电路是由电容C31、C32，电阻 R15，R16，R17，R18及电位器Rwi组成，集电极电路是由IlV电源，电阻R10，Rll, R12及T的 脚5组成。图7中，调整电位器Rwi使Q5基极电位接近于零伏，此时，集成电路T的脚5电压 最高，使集成电路T的工作频率最低，调整电位器Rwi使基极电位升高，晶体管Q5由截止进 入放大区，其集电极电压开始向低变化，使T的脚5电压降低，进而集成电路T的工作频率 也由低向高的方向变化；当电位器Rwi调到另一端时，晶体管Q5变为导通状态，使其集电极 电压接近于零伏，T的脚5电压下降到最低，从而使集成电路T的工作频率上升到最高，以 上就是调整集成电路T工作频率的基本方法，以此实现“管电压”或“管电流”的手控或自 动控制。变压器B5是推动变压器，次级两绕组绕向相反，输出电压相位相反，以驱动图1所 示功率输出电路中的Ql、Q2，使其交替导通和截止。目前国内外同类型机器的“功率输出电路”均采用推挽式电路，见图8，线圈L1，L2 为高频高压变压器BlO的两个初级绕组，变压器B6、B7、B8及B9为噪声抑制电路。当大功率管Q6导通，Q7截止，300V电源电压经L1、Q6到地，对Ll充电储能。当Q6 截止Q7导通，300V电源电压经L2、Q7对地，对L2充电储能，在这个同时，Ll将以高频高压 的方式来释放自己储存的能量，由此可见，线圈Li，L2总是在大功率的条件下，同时工作， 由于互感的作用，又总是在强烈的相互干扰；为了减小这个干扰，分别加了噪声抑制电路， 必须指出，这种干扰方式影响了该电路的使用寿命。现有技术的这种电路，变压器BlO次级输出一个脉冲电压，加在其后的倍压电路 中，使倍压电路中的高压电容承受了突变高压和突变电流的影响，突变电压和电流是导致 高压电容失效的根本原因，为了提高产品的质量，对高压电容的质量提出了更高的要求，从 而使设备成本上升。本设计有高频高压变压器的功率输出电路如图1前半部分所示，功率输出电路中 场效应管Ql和Q2处于交替导通和截止状态，当Ql导通，Q2截止，300V电源向Cl和Bl的 初级绕组充电，同时还存在着Bl自身固有谐振频率的自由振荡过程，由二极管D1-D6，电容 C3、C4，电阻R3、R4组成的阻尼电路，对其进行阻尼，从而减小了其对后面电路的破坏性作 用，同时也减小了高频辐射，当电容Cl两端的电压，接近于300V时，其充电电流接近于零， 此时，Ql截止，Q2导通，电路的工作状态，由300V电源向Cl充电的过程，变为在这一充电 过程中储存了大量电能的电容Cl，从反方向向高频高压变压器Bl的初级绕组充电的过程。 以上两个过程中流过高频高压变压器Bl的初级绕组的电压、电流波形如图9所示。从图9中可以看出，高频高压变压器Bl次级输出电压是一个正弦波形的高频高 压，正弦的高压加到后面的倍压电路中，有以下好处，其一减小了倍压电路中高压电容的负 担，其二提高了电路的传输效率。本设计高频高压电源电路的共振曲线分布情况如图10所示，其中25士5kHz为高 频高压电源电路的共振点，高频高压电源电路中的压控振荡电路的工作频率是35 50kHz 连续可调，当压控振荡电路的工作频率为50kHz时，输出电压最小，随着频率的减小，输出 电压增大，当频率为35kHz时，输出电压最大。影响整个电路共振点的元器件图1中变压器B1，电容Cl，C5-C14及X射线管的阴阳极间分布电容CO。本机灯丝电路的谐振曲线如图11所示，45士5kHz是灯丝电路的共振点，灯丝电路 压控振荡电路的工作频率是55 70kHz，连续可调，当压控振荡电路的工作频率为70kHz 时，输出电压最小，随工作频率的减小，输出电压逐步提高，当工作频率为55kHz时输出电 压最大。实践证明，采用共振原理，极大的提高了电路的传输效率。
权利要求工业X射线探伤机用高频高压电源装置，包括有管电流控制电路的灯丝电路和有管电压控制电路的高频高压电源电路，其特征在于利用共振效应提高电路传输效率的电路连接高频高压电源电路中将功率输出电路、高频高压变压器电路和倍压电路及X射线管阴阳极间分布电容连接起来后具有固定的谐振频率，灯丝电路中将功率输出电路与灯丝变压器电路连接后也具有固定的谐振频率，高频高压电源电路与灯丝电路都是由其中功率输出电路分别连接11V开关直流稳压电路和压控振荡及驱动电路，并由功率输出电路连接含噪声抑制电路的AC220V整流电路，其压控振荡电路的工作频率均在上述两电路固有谐振频率的附近；一个正弦波形高频高压的高频高压变压器次级输出端接到其后面的倍压电路中。
2.根据权利要求1所述的工业X射线探伤机用高频高压电源装置，其特征在于连接功 率输出电路和倍压电路的高频高压变压器电路功率输出电路推动变压器两次绕组通过电 阻(RpR2)与场效应管(Q1、Q2)的栅极相连，场效应管(Q1、Q2)及电容(Cl)组成功率输出 电路；场效应管(Ql)与300V电源相连、场效应管(Q2)接地，在场效应管(Q1、Q2)源漏极相 连处连接电容(Cl)，电容(Cl)另一端与高频高压变压器的初级相连，高频高压变压器初级 的另一端接地；在电容(Cl)与高频高压变压器初级相连处到地之间还接有由二极管(Dl D3)、电容(C3)、电阻(R3)和二极管(D4 D6)、电容(C4)及电阻(R4)组成的阻尼电路；高 频高压变压器的次级与其中倍压电路的高压电容(C5)、高压二级管(D7)及高压电容(ClO) 相连，高压二级管(D7、D8)、高压电容(C5)另一端与高压电容(C6)相连，以此方式相继连 接至高压电容(C14)，高压电容(ClO)与高压二级管(D7)连接处接地并与X射线管阴阳极 间分布电容(Ctl) 一端相连，分布电容(Ctl)另一端与高压电容(C14)、高压二极管(D16)连 接处相连组成倍压电路。
3.根据权利要求1所述的工业X射线探伤机用高频高压电源装置，其特征在于灯丝 电路中的功率输出电路与灯丝变压器电路的连接方式推动变压器两次级绕组通过电阻 (R5、R6)与场效应管(Q3、Q4)栅极相连，场效应管(Q3、Q4)源漏极连接处与电容(C15)相 连，电容(C15)的另一端与灯丝变压器电路中的高频变压器(B2)初级相连；(B2)初级的另 一端接地，电容(C16)与(B2)初级两端相连，在高频变压器(B2)初级两端之间还连接由二 极管(D17)、电容(C17)、电阻(R7)和二极管(D18)、电容(C18)、电阻(R8)组成的阻尼电路； 灯丝变压器电路是三个由磁环组成的高频变压器(B2、B3、B4)串联而成，其中高频变压器 (B4)次级是通过二级管(D19、D20)整流成直流电，场效应管(Q3、Q4)及电容(C15)组成功 率输出电路。
4.根据权利要求1所述的工业X射线探伤机用高频高压电源装置，其特征在于AC220V 整流电路中噪声抑制电路，电源AC220V两端接二极管(D21-D24)组成的桥式整流电路后， 有电容(C19-C21)组成的滤波电路、接着串联门电路；门电路包括一端连接电源的二极管 (D25)，此后在电源两端连接电容(C22-C27)及电阻(R9)，组成噪声抑制电路。
5.根据权利要求1所述的工业X射线探伤机用高频高压电源装置，其特征在于压控振 荡及驱动电路集成电路⑴的脚⑷、脚(8)、晶体管(Q5)集电极连接IlV电压端，并通过 稳压二极管(Wl)、电阻(R10、R11、R12)与集成电路⑴的脚(5)相连，晶体管(Q5)的基极 电路通过电阻(R17)和电位器(Rwi)中间抽头相连、并经电阻(R16)连接IlV电源，电位器 (Rffl)的另一端连接电阻(R18)到地；电容(C31、C32)是晶体管(Q5)基极电路的滤波电容，其间串联电阻(R15)，电阻(R15)与晶体管(Q5)基极相连，集成电路(T)的脚(6)经电阻 (R14)与集成电路(T)的脚(7)相连，脚(7)经电阻(R13)连接IlV电压，集成电路(T)的 脚(2)、脚(5)与脚(1)之间分别连接电容(C28)、(C30)，集成电路(T)的脚(1)串联二极 管(D26、D27)接地；集成电路⑴的脚(3)连接电容(C29)正极，电容(C29)负极连接推动 变压器(B5)的初级，初级的另一端与地相连，推动变压器(B5)的两组次级绕组绕向相反，以驱动高频高压电源中的功率输出电路中的场效应管(Q1、Q2)，使其交替导通和截止，实现 管电压或管电流的手控或自动控制。
专利摘要工业X射线探伤机用高频高压电源装置，包括有管电流控制电路的灯丝电路和有管电压控制电路的高频高压电源电路，其特征在于高频高压电源电路中将功率输出电路、高频高压变压器电路和倍压电路及X射线管阴阳极间分布电容连接起来后具有固定的谐振频率，灯丝电路中将功率输出电路与灯丝变压器电路连接后也具有固定的谐振频率，高频高压电源电路与灯丝电路都是由其中功率输出电路分别连接11V开关直流稳压电路和压控振荡及驱动电路，并由功率输出电路连接含噪声抑制电路的AC220V整流电路，其工作频率均在上述两电路固有谐振频率的附近；高频高压变压器的次级输出电压是一个正弦波形高频高压，正弦的高压加到后面的倍压电路中。以采用共振效应来提高电路的传输效率的理念，重新设计各功能分电路，获得电路的传输效率高、可靠性高、成本低的效果。
文档编号H02M5/10GK201601603SQ200920203279
公开日2010年10月6日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者董延博, 贾凡, 顾福茂, 顾韧 申请人:丹东市无损检测设备有限公司;顾福茂