串并联谐振式X线机高压发生器的设计与实现

摘要

1895年德国科学家伦琴(1845-1923)发明了第一台X线机，现在X线机已经成为一种重要的医学诊断仪器，而高压发生器是球管的电源，它为球管提供高压和灯丝电流。
　　 从本质上讲，X线高压发生器是一种高频高压开关电源，开关电源的逆变器通常采用脉宽调制的控制策略，但医用X线高压发生器的负载变化范围较大，输出电压从40KV到150KV，输出电流从10mA到2000mA，采用脉宽调制的控制策略，高压发生器的暂态和稳态特性将无法保证。本文设计了一种串并联谐振式X线机高压发生器，逆变器采用频率调制的控制策略，使开关管可以工作在零电压开通模式，变压器二次侧采用倍压整流结构，大大的减小了设备的体积。文中对串并联谐振变换器拓扑结构进行了详细分析，推导出了高压发生器工作的等效简化模型；给出了主电路、反馈控制及开关管驱动系统的详细电路，通过和项目组的共同努力，做出了实验样机，达到了预期的实验效果：这种频率调制的谐振变换器可以更好的改善输出电压特性，提高了系统的效率和稳定性。通过实验数据，可以证明这种串并联谐振式X线机高压发生器有很好应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 医用X线高压发生器技术发展概况

1.3 电力电子开关器件

1.4 高压DC-DC变换器的发展

1.5 软开关及谐振技术

1.6 本文的主要工作

第2章 X线机结构及球管负载特性

2.1 X线特性

2.1.1 X射线的外特性

2.1.2 X射线的“质”、“量”、“强度”

2.2 X线的产生原理

2.3 医用X线机

2.4 X线球管结构及负载特性

2.4.1 球管的结构组成

2.4.2 球管的工作原理

2.4.3 球管的阴极特性

2.4.4 球管的使用和校正

2.5 本章小结

第3章 高压发生器控制策略及结构分析

3.1 主电路结构

3.2 控制策略的选择

3.3 谐振变换器拓扑结构比较

3.3.1 串联谐振变换器

3.3.2 并联谐振变换器

3.3.3 串并联谐振变换器

3.4 LCC串并联谐振变换器原理分析

3.5 高频变压器的结构和高频特性

3.6 谐振电路工作区选择

3.7 本章小结

第4章 高压发生器主回路建模与优化

4.1 LCC串并联谐振变换器设计及优化

4.2 LCC串并联谐振变换器暂态分析

4.2.1 建立暂态等效电路

4.2.2 各暂态阶段分析

4.3 谐振网络的基波分析法

4.4 本章小结

第5章 高压发生器主回路设计

5.1 主电路结构及ZVS过程的实现

5.2 逆变板的设计

5.3 逆变驱动部分设计

5.4 谐振回路及倍压整流电路设计

5.5 本章小结

第6章 控制系统设计与实现

6.1 典型控制反馈系统

6.1.1 电压型控制模式

6.1.2 电流型控制模式

6.1.3 峰值电流模式控制

6.1.4 平均电流模式控制

6.1.5 相加模式控制

6.2 高压发生器反馈控制系统设计

6.3 逆变器保护电路

6.4 本章小结

第7章 实验结论及总结

7.1 实验结论

7.2 总结与展望

参考文献

致谢