【正文】 ( 2 )( 7 )( 8 )( 5 )( 6 )( 3 )( 4 )J P 1 （ 14 ） 圖 311 電流反饋功能模塊 原理圖 電流反饋 功能模塊 工作原理是 ： X 射線管的工作電流通過航空頭的第 8 腳反饋到 電流反饋 功能模塊 的輸入端，經(jīng)降壓、濾波和光電耦合器隔離變換信號后送到LM358 進行放大， LM358 輸出電壓經(jīng) R20 和 W3分壓取樣后送至 控制電路 ，判斷 X 射線 管工作電流是否過流和欠流。 防止X 射線 管 因過熱而損壞。輸出電壓范圍的選擇 通過改變 一個雙位 數(shù)碼開關的檔位 來實現(xiàn) 。 表 32 電壓等級選擇開關的含義 開關 1 狀態(tài) 開關 2 狀態(tài) 輸出電壓范圍（ KV） 上撥 下?lián)? 100~200 下?lián)? 下?lián)? 150~250 上撥 上撥 170~300 R9 3 . 3 K1243G 0 2R 1 1 3 . 3 K+ 5 VJ P 1 （ 17 ）J P 1 （ 11 ）A DC 0 8 0 9 ( I N 3 )A DC 0 8 0 9 ( I N 4 )J P 1 （ 17 ）J P 1 （ 11 ） 圖 313 電壓等級選擇 功能模塊 原理圖 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設計 19 揚聲器驅(qū)動 功能模塊 揚聲器驅(qū)動 功能模塊 的功能是在系統(tǒng)發(fā)生異常情況時（如過壓、過流、欠壓、欠流等）驅(qū)動揚聲器發(fā)出報警聲。 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設計 20 電路板設計與制作 對于研發(fā)高電壓精密儀器來說，確定了硬件和軟件的詳細設計后，繪制電路原理圖和制作 PCB 控制電路板就成為必要的步驟了。 的設計工具和設計步驟 簡介 本系統(tǒng)主電路及驅(qū)動電路原理圖和 PCB 的設計均使用工具軟件 Protel99SE 來完成。 Prote199SE 較以前版本新增加的三項技術(shù) SmarTDoc,SmartTeam 和 Smart Tool。 Prote199SE 的印制電路板 編輯器為用戶提供了一條快捷的設計印刷電路板的途徑， PCB 編輯器通過它的交互性編輯環(huán)境達到了手動設計和自動化設計的完美結(jié)合。 概括的說，對于普通電路板的設計主要分為 原理圖、網(wǎng)絡表和印刷板 三個部分 ，天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設計 21 具體流程 如 圖 316 所示 : 原 理 圖（ S C H ）網(wǎng) 絡 表（ N E T ）印 刷 板（ P B C ） 圖 316 普通電路板設計三步驟 具體過程如下 : ，要先定義電路板屬性，包括 ： 定義電路板層數(shù)、電路板的外 形尺寸和形狀等 ； ，啟動電路板編輯進入電路板編輯環(huán)境。所以合理的 PCB 布局是一個關鍵的環(huán)節(jié)，應當從機械結(jié)構(gòu)、散熱、電磁干擾、將來布線的方便性、美觀性等方面綜合考慮。 元件的布局對后面的布線有很大的影響，好的布局可以給后面的布線帶來很大的方便，節(jié)約了布線的時間，提高了系統(tǒng)的可靠性。 元器件布局必須考慮元件的可安裝性和可焊接性，不要因為一個小小的元件封裝 問題給后來的工作帶來麻煩。對于支持 PROTEL99SE 格式的加工廠家，將這個文件導出為一個 PCB *. PCB 文件，注意導出時不要打開該件，而是在文件夾中直接將該文件導出。 最后要焊接元件到 PCB 板。 主電路和驅(qū)動電路的 PCB 圖如圖 31 318 所示。另外，控制電路采用模擬電路，可靠性不高，主回路與逆變電路僅采用電感起扼流作用，因而對元器件質(zhì)量要求相當高，一旦負載發(fā)生短路，受反饋影天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設計 25 響，往往使控制部分又產(chǎn)生新的故障點。 的 選擇 IGBT 本質(zhì)上是一個場效應晶閘管，只是在漏極和漏區(qū)之間多了一個 P型層。功率 MOSFET 是單機型電壓驅(qū)動器件，它具有工作速度低、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好以及驅(qū)動電路簡單等特點，但它的導通電阻較大，電流容量也較低；而 GTO 是雙極性電流驅(qū)動器件，其阻斷電壓高，載流能力強，但工作速度較慢，驅(qū)動電流大，控制電路較復雜。 IGBT 是少子器件，它不但具有非常好的導通特性，而且也具有功率 MOSFET 的許多特性，如容易驅(qū)動、安全工作區(qū)寬峰值電流、堅固耐用等。 IGBT 驅(qū)動電路的形式和特點 IGBT 是電壓驅(qū)動型器件，根據(jù)電路隔離方式， IGBT 驅(qū)動器可分為兩大類，一類用光電耦合器，另一類用脈沖變壓 器，兩者均可實現(xiàn)信號傳輸及電路隔離。 IGBT 逆變電路的特點 采用 IGBT組成的 逆變電路只需一只 IGBT和一路控制信號，就能完成逆變工作，因 IGBT 是由大功率晶體管 GTR 和場效應 MOS 管復合而成，且有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動功率小等特點 (MOS管的特性 )，加之其本身是晶體管器件，開關損耗小、通斷快 (IGBT 的特性 )，因而能使整機工作效率提高，且噪聲極小。 IGBT 的保護電路主要是針對結(jié)構(gòu)性故障而言。這些因素都會造成芯片過熱，最終導致 IGBT 損壞。 RC 吸收電路接法是吸收電容 Cs 于電阻 RS串聯(lián)后跨接在 IGBT 的 C、 E 兩端就構(gòu)成了 RC 吸收電路。它能夠耐受最大 450mJ 的雪崩能量，確保在異常的雪崩模式情況下仍能進行無故障運作。 主電路設計 整流功能 模塊 整流 功能模塊 是把 220V 交流電整流，再進行 LC 濾波，輸出一個較平滑的直流電作為逆變電路的輸入電壓。 R8 是取樣電阻，用于把輸出電壓的取樣值反饋到控制電路進行輸出電壓的調(diào)整。 在本設計中， IGBT 工作時的最大電流在 10A 以下，工作頻率在 500Hz 以下，屬于低頻 小功率驅(qū)動。 驅(qū)動電路 的 設計 IGBT 驅(qū)動電路設計中，最常用的是分立元件構(gòu)成的驅(qū)動電路和專用的混合集成天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設計 29 驅(qū)動電路。 整流 功能模塊 原理圖如圖 322 所示： 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設計 28 C 3 8 C 3 9C 3 7C 3 51 0 0 0 u / 4 5 0 V 5C 3 6D5D4L1R35 .1 KF U 1V1 V2VDR1 0 0 3 9 1 KC2224KV C CNSA2 （ 1 ）A2 （ 3 ）A2 （ 2 ）J P 5J P 4D3 圖 322 半控整流 功能模塊 原理圖 逆變功能模塊 逆變 功能模塊 主要由 IGBT 及其外圍元件組成，電路如圖 323 所示： V T 4CGER6R7D2 C2L1J P 4＋ 12VR8D3R9C3D4D5R 1 0V C CA R 3 圖 323 逆變功能模塊 原理圖 逆變 功能模塊 中 ， R9 和 C3組成 RC緩沖電路，對 IGBT 有過壓保護的作用，與R3 并聯(lián)的二極管 D2 為緩沖二極管，其使緩沖電阻的阻值 增大，避開了開通時， IGBT功能受阻的問題。C) 以限制導通損耗； 低開關損耗 (Eoff,typ= IC = 25A 和 TC=25176。 IGBT 的選擇 FGA25N120ANTD 1200V 是一種高性能的 IGBT，其為 NPT 溝道 ， 具有極佳的抗雪崩能力和經(jīng)優(yōu)化的開關和導通損耗性能權(quán)衡，能為 逆變 應用提高系統(tǒng)可靠性和效率。 因此，對于 IGBT 的保護，主要包括 IGBT 過電流保護、 IGBT 過電壓保護和 IGBT過熱保護等。因此，在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動電路設計良好外，采用合理的過電壓保護、過電流保護、 du/dt 保護和 di/dr 保護也是必要的。 IGBT 的保護電路 簡介 電力電子裝置故障可分為結(jié)構(gòu)性故障和參數(shù)性故障。通常，對于變頻器等輸出和輸入有直接聯(lián)系的設備，由于逆變器對地直接短路的危險性比較大，而且 IGBT關斷的等待時間比較長，故采用光耦隔離式驅(qū)動器比較合適。由于 IGBT 內(nèi)部不存在反向二極管，應用中可以靈活選用外接恢復二極管。目前出現(xiàn)了許多新型復合器件，如 MOS 雙極復合晶體管等。 IGBT 既具有功率 MOSFET 的高速開關及電壓驅(qū)動特性，又具有雙極型晶體管的低飽和電壓特性極易實現(xiàn)較大電流的能力，是近年來電力電子領域中最令人注目及發(fā)展最快的一種器件。在電路設計上，又不易高度集成化、模塊化，且很難實現(xiàn)微機智能化、控制模糊化，難以簡化電 路設計、減少使用器件，達到減輕重量、縮小體積、易于攜帶的目的。 主電路 、 驅(qū)動電路 的整機原理圖和 實物圖 見附錄 附錄 附錄 4 和附錄 5所示 。注意要先焊接“矮”器件，再焊接“高”器件。 接著發(fā) Email 或拷盤給加工廠家。本系統(tǒng)在設計時，將功率元件放在了電路板的邊上，有利于散熱片的安裝。 PCB 設計是一項科學性和實踐性很強的工作，也是一門帶有藝術(shù)性的設計。 天津工程師范學院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設計 22 電路中的期間有很大的相關性和獨立性，在設計過程中，特別要考慮這些因素。 Protle 自動布線功能很強，一般都可以 100%的布通，不滿意的方面再進行人工修改 ； 。對于特別復雜的、電腦難以自動完成的布線工作，可以手動完成。 Prote1 99SE 軟件包主要包含了以下幾個模塊 :原理圖 設計軟件 Protel Advanced Schematic 99SE、電路板設計軟件 Protel Advanced PCB 99SE、用于 PCB 自動布線的 Protel Advanced Route 99SE、用于可編程邏輯器件 Protel Advanced PLD 99SE、用于電路仿真的 Advanced SM199 和信號完整性分析的 Advanced Integrity99，可謂功能齊全。 Protel99SE 是 Protel 公司 2021 年推出的基于 Windows 平臺的第六代產(chǎn)品，集強大的設計能力、復雜工藝的可生產(chǎn)性分析及設計過程管理 (PDM)于一體。 本系統(tǒng)的電路原理圖的繪制和 PCB 圖的設計，是通過強大的電路板設計軟件Protel99SE 來完成的。 電路如圖 314 所示： R1 1KT48550+ 5 VJ P 1 （ 4 ）單片機 ( P 1 .6 )J P 1( 4 )揚聲器 圖 314 揚聲器驅(qū)動 功能模塊 原理圖 電源 功能模塊 電源穩(wěn)壓 功能模塊 主要由 兩個通道組成， 其電路圖如圖 315所示 ： D1D4D3D2C73 3 0 0 u / 1 6 VC23 3 0 0 u / 1 6 VC 1 24 7 0 u / 1 6 VC51 0 0 0 u / 1 6 VC10 .1 uC60 .1 uC40 .1 uC30 .1 uC80 .1 uC 1 10 .1 uAC2V+1AC4V3BR1AC2V+1AC4V3BR2+ 1 2 V+ 5 VJ P 1 （ 10 ）變壓器IN1GND2OUT3W Y 2 7812IN1GND2OUT3W Y 1 7805IN1GND2OUT3W Y 3 7805 V R E F ++ 5 VJ P 2 （ 13 ）J P 2 （ 15 ）J P 2 （ 17 ）J P 2 （ 19 ） 圖 315 電源功能模塊 原理圖 電源 功能模塊 中 ，通道一是對變壓器二次測的交流電壓進行整流濾波，再由L7812和 L7805穩(wěn)壓出 5V電壓傳送至控制電路的 AD轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809電壓基準端，作為 AD 轉(zhuǎn)換得參考電壓。數(shù)碼開關 各種狀態(tài)的含義如表 32所示。若超過設定 的溫度控制電路將發(fā)出 控制 信號 切斷高