线性脉冲调制器的相关设计和常见问题分析.doc

关于线性脉冲调制器的设计几点说明 直流高压电源的设计（） 一般设计调制器时我们只知道输出指标，在设计高压电源时我们必须考虑整个调制器的效率才能使设计的直流高压电源的功率满足要求。调制器的效率由两部分构成：充电效率和放电效率。由于充电电流要小于放电脉冲的大电流所以充电效率要大于放电效率，一般取充电效率90％，放电效率85％。 由于，电压效率＝＝1 所以电源电压＝脉冲变压器的初级输入电压 充电电流＝ 次级相电压＝0.43*电源电压 次级相电流＝0.82*充电电流 初级相电流＝初级线电流＝3×次级相电流 电源的纹波按优于0.1%设计，滤波电容的容量要大于10倍的PFN总电容的容量，一般可以取到20倍。 依北京医疗器械研究所BJ-6型医用加速器调制器为例： 输出峰值功率：； 平均功率： 由于调制器工作中存在损耗，即有效率因素，所以输入功率： 因为 调制器的充电电流较小，充电效率比较高，一般，而放电电流较大，放电效率要低一些，一般； 所以， 在设计时考虑到冗余，一般取P入=8kW； 在这个调制器设计中我们选定了脉冲变压器的变比N=4.2，次级电压48kV， 故，初级电压； 工程上我们一般设计到12kV； 所以，初级电流 工程上我们一般设计到0.8A； 在高压电源设计中为了提高高压三相电源变压器的效率，一般变压器初次级绕组采用的接法， 可最终得出高压电源变压器的设计参数。 整流滤波： 采用三相全桥整流整流后的直流电压 这是理想状态下整流系统输出的直流电压。 在三相桥式整流系统中， 一般为了使电源在PFN充电过程中近似为恒压源，选择滤波电容是PFN总电容容量的10倍。滤波电感L不能太小，否则会产生谐振。 充电隔离削峰网络 充电电感与人工线电容构成LC谐振回路；使得PFN电压达到2倍的电源电压，即。 充电二极管使得人工线能够保持电压至放电开始，防止PFN通过电源放电。 充电电感在人工线放电结束开始充电的瞬间起到限流的作用，以保证充电电流小于放电开关（氢闸流管）的擎制电流，避免短路高压电源。 由于充电变压器对地存在分布电容，在充电过程中分布电容也同样被充到了2倍的电源电压，在放电时分布电容通过隔离二极管与人工线及脉冲变压器构成振荡回路（在脉冲间歇期，人工线由直流电源充电而储存能量，由于充电时间远大于放电时间，所以充电电流的变化与放电过程相比十分缓慢，人工线各串联电感和脉冲变压器的初级绕组呈现极小的阻抗，看成是短路）。容易造成很大的浪涌电流，损坏隔离二极管。 此外，在谐振充电的半周期处充电电感两端也会产生振荡，对充电变压器和隔离二极管构成威胁。因此在充电回路中要加入削峰组件R和L2。为了不影响充电效率，削峰电感的电感量通常小于充电电感的千分之一。在闸流管导通放电时削峰电感的阻抗大，电流从削峰电阻上流过，相当于在高频放电电路中加入了一只阻尼电阻，使振荡停止，电阻损耗了分布电容上储存的能量。 依北京医疗器械研究所BJ-6型医用加速器调制器为例： L2=25-35mH，R=1.2kΩ-1.5kΩ， 由于L2的直流电阻小于20Ω，所以并不影响充电效率。 充电变压器的设计 充电变压器的漏感：初次级耦合不到的能量。 漏感的测量方法：将调压器调到很小的电压，看充电波形，记录充电时间 几个重要参数： 充电电感的电感量Lc； 谐振充电时， 充电二极管必须能承受反向电压Ebb和通过峰值电流Icmax和有效电流Icrms。 放电网络 放电开关一般选择充氢闸流管，他的触发信号有触发器提供，触发器输出经过低通网络和加载电阻加到闸流管栅阴极之间，在放电开始时刻触发闸流管开启，开始放电过程：PFN在充电期间储存的能量经闸流管和脉冲变压初级绕组释放，在负载上形成一个脉冲。 在正失配时，一个脉冲之后，PFN剩余正向电压，闸流管在下一充电周期开始时不能消电离，这样就可能出现“连通”现象。 在负失配时，有助于闸流管的消电离，但闸流管在主脉冲之后所能承受的反向电压也不能太大，所以调制器常工作在负失配状态，用反峰电路来放掉过大的UN，以保护闸流管。 低通滤波器 在闸流管导通时，在栅极上会暂时出现一个高电位，他可能接近阳极电位，虽然这个尖峰的宽度很窄（这个脉宽取决于栅－阴之间的击穿滞后于阳－栅之间的击穿时间，一般为0.05微秒－0.1微秒），能量很小，但是他可以破坏触发器的正常工作，或使低压元件击穿。所以必须在触发器和闸流管栅极之间接一滤波器只能让正常的触发脉冲通过而阻止高压尖峰。这一般用型LC滤波器即可，一般L取100微亨，C取几百皮发。 在低通滤波器前接一隔离二极管对触发器的工作也是有利的。因为闸流管的栅极和阳极靠的很近，两极之间大约有10－15PF的分布电容，由于这个电容的耦合作用，会使栅极在充电期间出现正电压，从而使管子击穿。这个耦合效应在高重复频率、电压上