医用X线机高压直流电源系统设计

发布时间：2020-05-23 02:25

【摘要】：随着医学影像诊断技术的发展,医用X线机中的高压直流电源受到了广泛关注。此高压直流电源除了高可靠性、高效率和小体积的要求,还应具有低纹波,较快的动态响应和在大的负载范围内电压稳定的特点。高压电源中存在一个大升压比的高压变压器,它的漏感和寄生电容不可忽略,采用传统的PWM变换器会造成很大的电压尖峰和引入较大环流。LCC谐振变换器相对于串联谐振变换器和并联谐振变换器,包含三个谐振元件,具有更优异的电路性能,同时高压变压器的寄生参数可以在LCC谐振变换器中得到充分利用,因此本文选用LCC谐振变换器作为高压直流电源的主电路拓扑。本文详细分析了LCC谐振变换器的工作原理,采用基波分量分析法建立了变换器的交流等效模型。基于交流等效模型,绘制出电压增益特性曲线,分析了变换器的工作特性,给出一种变频控制方案,能够使得变换器的开关管在全负载范围内实现ZVS开通。在稳态分析的基础上,采用扩展描述函数法建立了变换器的小信号模型,并通过仿真验证了该模型的准确性。另外,推导出输出电压对开关频率的传递函数,并根据该传递函数对PID调节器进行了优化设计,使高压电源具有良好的动态性能。针对医用X线机高压直流电源高电压小电流的特点,采用正负双向12倍压整流电路,降低了高压变压器的升压比和副边电压,从而减小了高压变压器的设计难度,提高了高压电源的可靠性。并且,通过建立高压直流电源中LCC谐振变换器的损耗模型,得到高压直流电源的损耗分布,为系统效率优化设计提供了依据。最后,依据设计指标,搭建了一台数字控制的原理样机,介绍了硬件和软件的设计,并以此样机为平台进行了实验,实验结果与理论和仿真分析相吻合,有效地验证了分析的正确性。
【图文】：

南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文幅频特性(dB)相频特性()°f (Hz)2103104105106100180360540 4020020 60图 3.3 输出电压对开关频率传递函数 Gvf(s)的波特图

图 3.9 闭环仿真电路图 3.10 所示为全桥 LCC 谐振变换器闭环稳态工作波形，从上到下波形依次为折合后的输出电压'oV 、逆变桥 AB 两点电压 vAB、谐振电感电流 iLs和并联谐振电容电压 vCp波形，从波形上看，输出电压稳定，谐振电感电流近似正弦，与理论分析的波形一致。25.225.024.824.640.020.00.0-20.0-40.050.00.0-50.040.020.00.0-20.0-40.0t(ms)12.11 12.12 12.13 12.1412.15(V)(V)(V)(A)ABvLsiCpv'oV图 3.10 全桥 LCC 谐振变换器闭环稳态波形
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH77

【参考文献】

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本文编号：2676991