文档介绍：基于高频逆变技术的 X 光机电源系统设计
第二章电源系统设计的理论基础
一、X 光机电源系统的整体设计
(一)X 光机电源系统的结构图及工作流程
典型的 X 光机电源系统的连接关系如图所示:
高压直流电源灯丝电源
采样与转换
调节调节
单片机
状态显示
X光机电源系统框图
系统的工作流程为:X 射线管被灯丝电源加热后,阴极在高温下发射足够数量的电子,
接在 X 射线管的阴、阳两极之间的高压直流电源,为其提供强大的高压电场,电子在电场
力作用下加速成高能电子流去撞击阳极板。采样与转换电路由单片机控制,当单片机检测
到高压端和灯丝电流端存在波动时,启动控制电路维持稳定的输出,保证设备正常工作。
状态显示使设备的工作状态一目了然,为用户的安全操作提供了有力保障。
(二)电源系统框图
电源系统框图如图所示,主要包括灯丝电源和高压直流电源。分为四大部分:PWM
控制单元、逆变单元、高频变压器和控制部分。
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基于高频逆变技术的 X 光机电源系统设计
主电路逆变单元高频变压器灯丝电流输出
PWM控制单元隔离驱动状态显示
调节与保护
单片机采样与转换
PWM控制单元隔离驱动
高压输出
主电路逆变单元高频变压器倍压整流电路
图电源系统框图
二、PWM 脉冲发生电路
中高频逆变电源输出功率的调节主要有两种方式,脉宽调制(PWM,Pulse Width
Modulation)和脉频调制(PFM,Pulse Frequency Modulation)。脉宽调制是指周期不变,
通过调整占空比来实现输出功率的调节;脉频调制是指占空比不变,通过频率或周期的改
变来实现输出功率的调节。同样的,中高频的逆变电源输出电压的调节方式也有两种方式,
即,脉宽调制和脉频调制,本文根据设计要求,采用脉宽调制方式,控制芯片选用 TL494。
(一)TL494 简介
TL494 是美国德州仪器公司最先生产的一种固定频率脉宽调制电路[3],它几乎包含了
开关电源控制所需的全部功能,内部原理框图如图所示,它广泛应用于单端正激式、
反激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源,有 SO-16 和 PDIP-16 两种封装形式,以适应
不同场合的要求。其主要特性如下:
1、输入电压为 DC7~40V,可用非稳压电源作为输入电源,从而使辅助电源简化。最大
输出电流可达 250mA[4];
2、片内置线性锯齿波振荡器,外置振荡元件仅两个(一个电阻和一个电容);
3、内置一对误差放大器,可作反馈放大器及保护之用,控制方便;
4、内置+5V 基准电压源,使用方便,参考电压短路时,有下垂保护特性;
5、可调整死区时间,可以实现软启动输出和保护功能;
6、推或拉两种输出方式。
6
基于高频逆变技术的 X 光机电源系统设计
TL494 是一个固定频率的脉冲宽度调制电路,内置了线性锯齿波振荡器,振荡频率可
通过外部的一个电阻和一个电容进行调节,其振荡频率如下:
f
= ()
RT C
T
13
8 1
6
5
振荡器
D
Q
2
3
Q1
RT
9
CT 1
11 3
-
Ck Q
2
Q2
+
4
10
mA
-
-
+ +
12
+ +
- -
-
+
基准电压源
1 2 3
15 16 14 7
图 TL494 内部原理图
输出脉冲的宽度可以调节,通过电容C 上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进
T
行比较,可以实现。输出端功率管Q 和Q 受控于或非门,触发器的时钟信号(Ck)为低
1 2
电平时才会被选通,也就是说,当锯齿波电压大于控制信号时,输出功率管被选通。当控
制信号增大时,输出端脉冲的宽度将减小。
控制信号由外部送入集成电路中,一路送至死区时间比较器,另一路送往误差放大器
的输入端。死区时间比较器具有 120mV 的输入补偿电压,有了它的限制,最小输出死区
时间约等于锯齿波周期的 4%,最大输出占空比出现在输出端接地的情况下,为 96%,而
当输出端接参考电平时,占空比为 48%。当在死区时间控制端接上 0~ 的电压时,就
可以在输出端的脉冲上产生附加的死区时间,实现脉宽可调的目的。
当反馈电压从 ~ 之间变化时,输出的脉冲宽度从最大导通时间中下降到零。
两个误差放大器具有从- 到 2V 的共模输入范围,这可以从电源的输出电压和电流察觉
得到。误差放大器的输出端常处于高电平,它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”
运算,正是这种电路结构,放大器只需最小的输出即可支配控制回路。
当