【正文】 分立元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡單， 成本低， 適用于低頻小功率驅(qū)動(dòng)；專用的混合集成驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)功能比較完善 、 可靠性和性能較高 、 驅(qū)動(dòng)頻率高 、 可驅(qū)動(dòng)電流容量較大的 IGBT。 AR1 為壓敏電阻 ，用于電路過壓時(shí)對(duì) IGBT 過壓保護(hù) 。C )以減少系統(tǒng)功耗； 內(nèi)置 FRD (快速恢復(fù)二極管 )以簡化電路設(shè)計(jì)和減少元件數(shù)。與上一代器件相比 ， 它的工作溫度可降低達(dá) 10℃ ，因而能夠延長系統(tǒng)壽命。 1） IGBT 過電流保護(hù)一般是檢測逆變橋輸入直流母線上的電流，當(dāng)該電流值超過設(shè)定值時(shí)，封鎖 IGBT 的驅(qū)動(dòng)信號(hào) ； 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 2） IGBT 過壓保護(hù)一般采用 RC 吸收電路或 RCD 吸收電路。 在 IGBT 的使用過程中， 導(dǎo)致器損壞的原因主要有兩個(gè)方面： 1． IGBT 在高頻下工作，當(dāng)其關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低，而線路電感電流不能突變，于是在 IGBT 集 － 射極間感應(yīng)出較高的電壓值；當(dāng) IGBT 導(dǎo)通時(shí)，寄生電容通過 IGBT 放電，從而產(chǎn)生較大的浪涌電流；由于 IGBT 反并聯(lián)的續(xù)留二極管在換向結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷能力，因而有較大的反向電流流過，使殘存的載離子恢復(fù)，而當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會(huì)因線路電感而在IGBT 兩端產(chǎn)生換向過電壓。結(jié)構(gòu)性故障主要表現(xiàn)為由于功率器件的損壞造成主電路結(jié)構(gòu)改變；參數(shù)性故障主要表現(xiàn)為元件參數(shù)的偏移所造成的裝置特性嚴(yán)重偏移正常特性。而對(duì)于 X射線探傷機(jī)，天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 由于其采用的 IGBT 直接對(duì)地短路的可能型很小，因此只要能保證不發(fā)生逆變電路的 橋臂直通 現(xiàn)象 ， IGBT 就不會(huì)受到過流威脅。這個(gè)特性是優(yōu)點(diǎn)還是缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工作頻率、二極管的價(jià)格和電流容量等參數(shù)來衡量。這些新型電力電子復(fù)合器件集合了單極型和雙極型器件各自的優(yōu)點(diǎn)。 IGBT 是將功率 MOSFET 和 GTR 集成在一個(gè)芯片上的復(fù)合器件。因此， X 射線探傷機(jī)在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用 IGBT 模塊對(duì)逆變電路進(jìn)行改進(jìn)。 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 317 主電路 PCB圖 圖 318 驅(qū)動(dòng)電路 PCB圖 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 319 主電路 3D仿真圖 圖 320 驅(qū)動(dòng)電路 3D仿真圖 基于 IGBT 的主電路及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 考慮到以晶閘管為核心的逆變電路，在換向時(shí)電感產(chǎn)生較大的噪 聲和干擾，由于受回路時(shí)間常數(shù)及晶閘管關(guān)斷時(shí)間限制，因而效率不高，且完成逆變需要兩組相關(guān)觸發(fā)信號(hào)。焊接場效應(yīng)管時(shí)注意焊接引腳的順序，最好是燒熱電烙鐵后將電烙鐵的電源切斷后 再焊接，以免損壞場效應(yīng)管。通常要注明板子材料和厚度 (做一般板子時(shí)厚度為 ，特大型板可用 2mm，射頻用微帶板等一般在 左右 )。 PCB 的制作 首先要導(dǎo)出適合生產(chǎn)廠家的 PCB 文件。一個(gè)產(chǎn)品的成功既要注重內(nèi)在質(zhì)量的可靠性，也要兼顧整體的美觀性。在本系統(tǒng)中，元件布局時(shí)就 將功能相關(guān)的元件放在一起，便于系統(tǒng)的調(diào)試。 PCB 元件布局的基本原則 一個(gè)性能優(yōu)良的系統(tǒng)，除了選擇高質(zhì)量的元器件，合理的電路之外，印制線路板的組件布局和電器連接方向的正確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是決定系統(tǒng)能否可靠工作的一個(gè)關(guān)鍵問題，對(duì)于同一種組件和參數(shù)的電路，由于組件布局設(shè)計(jì)和電氣連接方向的不同 會(huì)產(chǎn)生不 同 的結(jié)果，其結(jié)果可能存在很大的詫異。本課題的印制電路板的設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與手工設(shè)計(jì)這兩種方法的綜合。 電路設(shè)計(jì)的最終目的是為了獲得裝配原理圖合 PCB圖，而原理圖是為了設(shè)計(jì) PCB圖服務(wù)的?？赏暾麑?shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到生成物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全過程，以及中間的所有分析、仿真和驗(yàn)證。下面介紹一下設(shè)計(jì)印制電路辦的過程和在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題。通道二是對(duì)變壓器二次測的交流電壓進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓后對(duì)各芯片進(jìn)行供電。電壓等級(jí)選擇電路 如圖 313 所示 。 電路如圖 312 所示： D7C 1 81 0 0 u / 1 6 VC 1 70 . 1 uC 1 60 . 1 uR73 . 3 KR6 1K+ 5 VJ P 2 （ 7 ）J P 2 （ 6 ）J P 2 （ 3 ）A D C 0 8 0 9 ( I N 5 )12 34G 0 1J P 2 ( 7 )J P 2 ( 3 )J P 2 ( 6 )J P 1 （ 15 ） 圖 312 溫度檢測 功能模塊 原理圖 電壓等級(jí)選擇 功能模塊 電壓等級(jí)選擇 功能模塊 的作用是給控制電路的單片機(jī)一個(gè)選擇的信號(hào)，最終決定以使用者可選擇的輸出高壓范圍。 溫度檢測 功能模塊 X 射線管溫度檢測 功能模塊 主要功能就是 實(shí)時(shí) 檢測 X 射線 管的工作溫度。 電流反饋 功能模塊 電流反饋 功能模塊 的主要功能就是在電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中自調(diào)節(jié)控制管電流，當(dāng)升高管電壓時(shí)，盡管 X 射線管電壓幅值增加，但通過降低頻率，而管燈絲電壓的平 均值沒有增加，管電流毫安值基本保持在小范圍內(nèi)變化。 電路如圖 310所示： W31KR 2 933KR 3 033KR 2 01 .5 KR 2 833KC 3 10 .1 u+ 1 2 V+ 1 2 V756284I C 3BL M 3 5 8 NR 1 61 .5 KR 1 71 .5 KC 2 93 3 0 0P12 34G 0 4 ( 1 )1234G 0 4 ( 2 )( 3 )( 5 )( 6 )( 4 )( 1 )( 2 )( 7 )( 8 )J P 1 （ 13 ）A DC 0 8 0 9 ( I N 7 )J P 3 （ 15 ）J P 3 （ 15 ） 圖 310 電壓 反饋 功能模塊 原理圖 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 電壓反饋 功能模塊 主要由 LM358 及外圍元件組成，其工作原理是： 整流 功能模塊 整流 后的 直流 電壓送到 電壓反饋電路的輸入端，由 R28R30限 流， 光電耦合器 G04隔離 變換信號(hào)后 送到 LM358 同相輸入端， 進(jìn)行放大 后 經(jīng) R20 和 W3 分壓取樣后送至控制電路對(duì)整流 功能模塊 的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。 逆變器觸發(fā) 功能模塊 逆變器觸發(fā) 功能模塊 主要功能是 為 逆變 功能模塊 中的主、副晶閘管門極提供觸發(fā)信號(hào)，使逆變 功能模塊 穩(wěn)定工作在設(shè)定頻率上。 半控整流觸發(fā) 功能模塊 半控橋觸發(fā)電路 主 要作用是對(duì) 整流 功能模塊 輸出的直流電壓進(jìn)行調(diào)整和控制。 下面分別對(duì)各 功能模塊 的功能及工作原理進(jìn)行描述。 航空頭 管腳分配 航空頭是操作臺(tái)與 X 射線管的連接口，航空頭的質(zhì)量和連接的可靠性直接影響到 X射線機(jī)工作的穩(wěn)定性和 X 射線管的壽命。同時(shí)， C3 C3 C3 C3 L2（ 2）經(jīng) SCR D3 串聯(lián)諧振，使電容放電后再充電為上正下負(fù)，反偏 振蕩 停止。 逆變功能模塊 原理圖如圖 35 所 示 : C 3 14 u / 4 0 0 VC 3 24 u / 4 0 0 VC 3 34 u / 4 0 0 VC 3 44 u / 4 0 0 VC72 2 4 K / 6 3 0 E 1C82 2 4 K / 6 3 0 E 1D5N 8 1 F R 6 08D3N 8 1 F R 6 08D4M U R 3 0 1 2 0 P TL2R11 0 0 Ω /4 0 WR751ΩR851ΩR22 Ω /3 0 WS C R 4S C R 3V C CA1（9）A1（5）A1（7）123A R 31 0 K 4 3 1A R 21 0 K 4 3 1 圖 35 逆變 功能模塊 原理圖 在電路 圖中 SCR SCR4 分別為主、副 晶閘管， L2 為換向變壓器（電感）， C3C3 C3 C34 為換向電容， D4 為反饋二極管（削尖峰）， AR D5為逆峰吸收回路，C C R7 和 R8分別為主、副晶閘管過壓吸收保護(hù)元件， AR AR3 為壓敏電阻。 此外，在整流后加上濾波電感和負(fù)載，這樣感性負(fù)載的特點(diǎn)是電流的變化落后于電壓的變化，這就有可能在電源正半周結(jié)束時(shí)，陽極電流仍大于維持電流，使晶閘管久久不能關(guān)斷，破 壞了整個(gè)電路正常工作，稱這 種現(xiàn)象為晶閘管“失控”，必天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 須嚴(yán)加防止。下面分別對(duì)各 功能模塊 的功能及工作原理進(jìn)行描述。 X 射線探傷機(jī)原理框圖 如圖 33所示： 晶 閘 管 橋式 整 流 器L C 濾 波 器 逆 變 器半 控 整 流觸 發(fā) 電 路單 片 機(jī)電 流 調(diào)節(jié) 單 元鍵 盤顯 示X 射 線發(fā) 生 器2 2 0 V5 0 H z~電 壓 反 饋電 路逆 變 器 觸發(fā) 電 路功 率 放大 電 路電 源電 路 圖 33 X射線探傷機(jī) 原理框圖 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 基于晶閘管的主電路及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 本部分是采用晶閘管為核心， 設(shè)計(jì)了 X 射線機(jī)的逆變功能模塊 和整流功能模塊 ， 并 針對(duì)主電路的觸發(fā)要求合理設(shè)計(jì)了其驅(qū)動(dòng)電路。另外，在管桶內(nèi)鐵心和外部散熱器上各裝有一個(gè)溫度繼電器，用來防止溫度過高而損壞機(jī)器。 根據(jù)各部分電路的功能特點(diǎn)，本系統(tǒng)分 主電路電路部分、驅(qū)動(dòng)電路部分和面板電路部分三大模塊。 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 24 側(cè) 面板圖 源 開關(guān) ； 源 線插 座； 接 X射 線發(fā) 生器 電纜 插座； 險(xiǎn)絲 管座； 險(xiǎn)絲 管座； 天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 3 X 射線 探傷機(jī)主電路及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 射線 探傷機(jī)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體 框架 本系統(tǒng)由操縱臺(tái)、 X 射線發(fā)生器和 低壓 連接電纜三部分組成。 本設(shè)計(jì)的 X射線探傷機(jī) 前面 板主要是系統(tǒng)人機(jī)界面，由 LED 顯示器、發(fā)光二極管和按鍵組成；側(cè)面板是配電和電纜連接面板 ，主要由 電 源 開關(guān) 、 電 源 線插 座、 連接 X射 線發(fā) 生器 電纜 插座、 20A 保 險(xiǎn)絲 管座、 2A 保 險(xiǎn)絲 管座和接地端子組成 。 所以 X 射線 管 陽 極在實(shí)際制造時(shí)，都采取各種措施保證冷卻效率。 射線 探傷 機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 一般 X射線 探傷 機(jī)的結(jié)構(gòu)由 五 個(gè) 功能模塊 組成：高壓 功能模塊 、冷卻 功能模塊 、保護(hù) 功能模塊 、 控制 功能模塊 和人機(jī) 界面 功能模塊 ，下面分別對(duì)各模塊作簡單介紹。 攜帶式 X 射線機(jī) 攜帶式 X射線機(jī)是一種體積小、重量輕、便于攜帶、適用于高空和野外作業(yè)的X 射線機(jī)。檢查的速度快、成本低，便于自動(dòng)探傷和遠(yuǎn)距操作與觀察。 工業(yè)射 線實(shí)時(shí)成像法 工業(yè) X射線實(shí)時(shí)成 像 法是將貫穿工件后射線強(qiáng)度分布變?yōu)殡娨?圖像 顯示缺陷。選擇熒光亮度高，發(fā)出的熒光物質(zhì)，加工成粉末，均勻涂布到透明材料做的支撐層上，即成熒光屏。天津工程師范學(xué)院 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 在工件遠(yuǎn)離射線源的一側(cè) ,放置裝有 X 射線膠片的暗盒。高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊到陽極靶上，發(fā)生韌致輻射，產(chǎn)生 X射線。X 射線發(fā)生的示意圖 如 圖 22 所示： 415326++X 射 線 圖 22 X 射線 發(fā)生示意圖 ； ； ； ； ； X 射線發(fā)生 的