【正文】 能模塊與整流功能模塊工作時(shí)能達(dá)到同步。每當(dāng)輸入電壓的波形從負(fù)到正（過(guò)零點(diǎn)）時(shí)，電壓比較器的輸出端將會(huì)輸出一次低電平到單片機(jī)的外部中斷端，單片機(jī)就以該時(shí)刻為給觸發(fā)電路輸出脈沖的基準(zhǔn)點(diǎn)，使整流功能模塊與其觸發(fā)電路能夠時(shí)刻保持同步。根據(jù)不同的曝光要求選擇其輸出電壓。通過(guò)改變單片機(jī)的輸出脈沖的相位將能改變主晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而可改變整流功能模塊輸出的直流電壓。逆變器觸發(fā)功能模塊如圖39所示：圖39 逆變器功能模塊原理圖逆變器功能模塊中，74HC123接成脈寬可調(diào)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，來(lái)自單片機(jī)的頻率信號(hào)送到74HC123的1腳，由74HC123的4和13腳產(chǎn)生相位相反的兩列矩形脈沖，經(jīng)C2R23，C23和R25微分電路微分后，產(chǎn)生正負(fù)尖脈沖送TT2的基極并放大后送到脈沖變壓器BB2分別觸發(fā)副和主晶閘管。電壓反饋功能模塊的主要功能就是在電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中自動(dòng)調(diào)節(jié)整流功能模塊的輸出電壓，當(dāng)整流功能模塊的輸出電壓升高或降低一定數(shù)值時(shí)，此時(shí)通過(guò)電壓反饋電路反饋到控制電路中進(jìn)行輸出電壓調(diào)整。并通過(guò)反饋電壓的數(shù)值判斷輸出是否過(guò)壓和欠壓。其中，電位器W3的作用是調(diào)節(jié)反饋電壓的取樣值。電路如圖311所示：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(guò)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(hào)后送到LM358進(jìn)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(guò)流和欠流。其中，電位器W2的作用是調(diào)節(jié)反饋電壓的取樣值。防止X射線管因過(guò)熱而損壞。若超過(guò)設(shè)定的溫度控制電路將發(fā)出控制信號(hào)切斷高壓，使脈沖變壓B3停止工作達(dá)到保護(hù)Ｘ光管的目的。輸出電壓范圍的選擇通過(guò)改變一個(gè)雙位數(shù)碼開(kāi)關(guān)的檔位來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼開(kāi)關(guān)各種狀態(tài)的含義如表32所示。表32 電壓等級(jí)選擇開(kāi)關(guān)的含義開(kāi)關(guān)1狀態(tài)開(kāi)關(guān)2狀態(tài)輸出電壓范圍（KV）上撥下?lián)?00~200下?lián)芟聯(lián)?50~250上撥上撥170~300圖313 電壓等級(jí)選擇功能模塊原理圖揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)功能模塊的功能是在系統(tǒng)發(fā)生異常情況時(shí)（如過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、欠流等）驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。電路如圖314所示：圖314 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)功能模塊原理圖電源穩(wěn)壓功能模塊主要由兩個(gè)通道組成，其電路圖如圖315所示：圖315 電源功能模塊原理圖電源功能模塊中，通道一是對(duì)變壓器二次測(cè)的交流電壓進(jìn)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(zhǔn)端，作為AD轉(zhuǎn)換得參考電壓。對(duì)于研發(fā)高電壓精密儀器來(lái)說(shuō)，確定了硬件和軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)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。本系統(tǒng)的電路原理圖的繪制和PCB圖的設(shè)計(jì)，是通過(guò)強(qiáng)大的電路板設(shè)計(jì)軟件Protel99SE來(lái)完成的。本系統(tǒng)主電路及驅(qū)動(dòng)電路原理圖和PCB的設(shè)計(jì)均使用工具軟件Protel99SE來(lái)完成。Protel99SE是Protel公司2000年推出的基于Windows平臺(tái)的第六代產(chǎn)品，集強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力、復(fù)雜工藝的可生產(chǎn)性分析及設(shè)計(jì)過(guò)程管理(PDM)于一體。Prote199SE 較以前版本新增加的三項(xiàng)技術(shù)SmarTDoc,SmartTeam 和Smart Tool。Prote1 99SE 軟件包主要包含了以下幾個(gè)模塊:原理圖設(shè)計(jì)軟件Protel Advanced Schematic 99SE、電路板設(shè)計(jì)軟件Protel Advanced PCB 99SE、用于PCB 自動(dòng)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(hào)完整性分析的Advanced Integrity99，可謂功能齊全。Prote199SE的印制電路板編輯器為用戶提供了一條快捷的設(shè)計(jì)印刷電路板的途徑，PCB編輯器通過(guò)它的交互性編輯環(huán)境達(dá)到了手動(dòng)設(shè)計(jì)和自動(dòng)化設(shè)計(jì)的完美結(jié)合。對(duì)于特別復(fù)雜的、電腦難以自動(dòng)完成的布線工作，可以手動(dòng)完成。概括的說(shuō)，對(duì)于普通電路板的設(shè)計(jì)主要分為原理圖、網(wǎng)絡(luò)表和印刷板三個(gè)部分，具體流程如圖316所示:圖316 普通電路板設(shè)計(jì)三步驟具體過(guò)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(dòng)電路板編輯進(jìn)入電路板編輯環(huán)境。Protle自動(dòng)布線功能很強(qiáng)，一般都可以100%的布通，不滿意的方面再進(jìn)行人工修改；。所以合理的PCB布局是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱、電磁干擾、將來(lái)布線的方便性、美觀性等方面綜合考慮。電路中的期間有很大的相關(guān)性和獨(dú)立性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別要考慮這些因素。元件的布局對(duì)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(lái)很大的方便，節(jié)約了布線的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可靠性。PCB設(shè)計(jì)是一項(xiàng)科學(xué)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的工作，也是一門帶有藝術(shù)性的設(shè)計(jì)。元器件布局必須考慮元件的可安裝性和可焊接性，不要因?yàn)橐粋€(gè)小小的元件封裝問(wèn)題給后來(lái)的工作帶來(lái)麻煩。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，將功率元件放在了電路板的邊上，有利于散熱片的安裝。對(duì)于支持PROTEL99SE格式的加工廠家，將這個(gè)文件導(dǎo)出為一個(gè)PCB *. PCB文件，注意導(dǎo)出時(shí)不要打開(kāi)該件，而是在文件夾中直接將該文件導(dǎo)出。接著發(fā)Email或拷盤給加工廠家。最后要焊接元件到PCB板。注意要先焊接“矮”器件，再焊接“高”器件。主電路和驅(qū)動(dòng)電路的PCB圖如圖31318所示。主電路、驅(qū)動(dòng)電路的整機(jī)原理圖和實(shí)物圖見(jiàn)附錄附錄附錄4和附錄5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(duì)元器件質(zhì)量要求相當(dāng)高，一旦負(fù)載發(fā)生短路，受反饋影響，往往使控制部分又產(chǎn)生新的故障點(diǎn)。在電路設(shè)計(jì)上，又不易高度集成化、模塊化，且很難實(shí)現(xiàn)微機(jī)智能化、控制模糊化，難以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)、減少使用器件，達(dá)到減輕重量、縮小體積、易于攜帶的目的。IGBT本質(zhì)上是一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶閘管，只是在漏極和漏區(qū)之間多了一個(gè)P型層。IGBT既具有功率MOSFET的高速開(kāi)關(guān)及電壓驅(qū)動(dòng)特性，又具有雙極型晶體管的低飽和電壓特性極易實(shí)現(xiàn)較大電流的能力，是近年來(lái)電力電子領(lǐng)域中最令人注目及發(fā)展最快的一種器件。功率MOSFET是單機(jī)型電壓驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但它的導(dǎo)通電阻較大，電流容量也較低；而GTO是雙極性電流驅(qū)動(dòng)器件，其阻斷電壓高，載流能力強(qiáng)，但工作速度較慢，驅(qū)動(dòng)電流大，控制電路較復(fù)雜。目前出現(xiàn)了許多新型復(fù)合器件，如MOS雙極復(fù)合晶體管等。IGBT是少子器件，它不但具有非常好的導(dǎo)通特性，而且也具有功率MOSFET的許多特性，如容易驅(qū)動(dòng)、安全工作區(qū)寬峰值電流、堅(jiān)固耐用等。由于IGBT內(nèi)部不存在反向二極管，應(yīng)用中可以靈活選用外接恢復(fù)二極管。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路的形式和特點(diǎn)IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，根據(jù)電路隔離方式，IGBT驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸及電路隔離。通常，對(duì)于變頻器等輸出和輸入有直接聯(lián)系的設(shè)備，由于逆變器對(duì)地直接短路的危險(xiǎn)性比較大，而且IGBT關(guān)斷的等待時(shí)間比較長(zhǎng)，故采用光耦隔離式驅(qū)動(dòng)器比較合適。 IGBT逆變電路的特點(diǎn)采用IGBT組成的逆變電路只需一只IGBT和一路控制信號(hào)，就能完成逆變工作，因IGBT是由大功率晶體管GTR和場(chǎng)效應(yīng)MOS管復(fù)合而成，且有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小等特點(diǎn)(MOS管的特性)，加之其本身是晶體管器件，開(kāi)關(guān)損耗小、通斷快(IGBT的特性)，因而能使整機(jī)工作效率提高，且噪聲極小。 IGBT的保護(hù)電路簡(jiǎn)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。IGBT的保護(hù)電路主要是針對(duì)結(jié)構(gòu)性故障而言。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(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合理的過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、du/dt保護(hù)和di/dr保護(hù)也是必要的。這些因素都會(huì)造成芯片過(guò)熱，最終導(dǎo)致IGBT損壞。因此，對(duì)于IGBT的保護(hù)，主要包括IGBT過(guò)電流保護(hù)、IGBT過(guò)電壓保護(hù)和IGBT過(guò)熱保護(hù)等。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。 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(kāi)關(guān)和導(dǎo)通損耗性能權(quán)衡，能為逆變應(yīng)用提高系統(tǒng)可靠性和效率。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(jìn)行無(wú)故障運(yùn)作。C)以限制導(dǎo)通損耗；低開(kāi)關(guān)損耗(Eoff,typ= IC = 25A和TC=25176。整流功能模塊是把220V交流電整流，再進(jìn)行LC濾波，輸出一個(gè)較平滑的直流電作為逆變電路的輸入電壓。整流功能模塊原理圖如圖322所示：圖322 半控整流功能模塊原理圖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：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(duì)IGBT有過(guò)壓保護(hù)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(kāi)了開(kāi)通時(shí)，IGBT功能受阻的問(wèn)題。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(jìn)行輸出電壓的調(diào)整。IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，最常用的是分立元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路和專用的混合集成驅(qū)動(dòng)電路。在本設(shè)計(jì)中，IGBT工作時(shí)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(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路中，TS01起隔離作用，VT1為中間級(jí)，VT2和VT3組成推挽輸出級(jí)。VT1截止使D點(diǎn)電位上升至20V，VT2導(dǎo)通VT3截止，通過(guò)VT3及柵極電阻R7向IGBT提供電流，使之迅速導(dǎo)通。VT1導(dǎo)通使VT2截止VT3導(dǎo)通，IGBT柵極電荷通過(guò)VT3迅速放電，使C點(diǎn)電位迅速下降至0V，使IGBT可靠關(guān)斷，UCE迅速上升，IGBT正常關(guān)斷。它為驅(qū)動(dòng)IGBT提供5V反偏壓，使IGBT更加可靠關(guān)斷。4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析在測(cè)試過(guò)程中，為了分析系統(tǒng)輸出電壓的線性度，分別對(duì)整流功能模塊各典型輸出電壓及其對(duì)用的觸發(fā)相位作了記錄。200檔、250檔各典型電壓及其觸發(fā)相位如表41和表42所示：表41 200檔型電壓及其觸發(fā)相位觸發(fā)時(shí)間（單位:ms）輸出電壓（單位:V）100110120130140150160170180190200表42 250檔型電壓及其觸發(fā)相位觸發(fā)時(shí)間（單位:ms）輸出電壓（單位:V）150160170180190200210220230240250為了方便觀察和分析，采用了MATLAB對(duì)整流功能模塊電壓及其觸發(fā)相位進(jìn)行曲線擬合， 200檔電壓及其觸發(fā)相位曲線如圖41所示，250檔電壓及其觸發(fā)相位曲線如圖42 所示：圖41 200檔電壓及其觸發(fā)相位曲線圖圖42 250檔電壓及其觸發(fā)相位曲線圖在X射線探傷機(jī)調(diào)試和調(diào)試的過(guò)程中，曾經(jīng)遇到一些故障和問(wèn)題，而且有些問(wèn)題曾經(jīng)多次出現(xiàn)，經(jīng)多次分析總結(jié)現(xiàn)將幾個(gè)典型故障及處理方法列出如下：（1）故障1：電源接通后，電源指示燈不亮處理方法：檢查風(fēng)扇是否旋轉(zhuǎn)，如果不轉(zhuǎn)，可能是2A保險(xiǎn)絲斷開(kāi)或電源沒(méi)有載入；如果風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)正常，則系機(jī)器內(nèi)部故障，此時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查電路中各功能模塊的工作是否正常。（3）故障3：前面操作顯示正常，按“訓(xùn)機(jī)”或“高壓開(kāi)”后很快出現(xiàn)管頭超溫或欠流保護(hù)處理方法：可能是連接電纜接觸不良。結(jié) 論本設(shè)計(jì)的成果可用于造船、石油、化工、機(jī)械、航天、交通等部門檢查管道、容器等加工焊接質(zhì)量，以及各種金屬、橡膠、陶瓷等加工質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)。本設(shè)計(jì)根據(jù)X射線探傷機(jī)的用途，合理設(shè)計(jì)了其主電路和驅(qū)動(dòng)電路，加入了必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。并采用IGBT對(duì)探傷機(jī)的主電路進(jìn)行改進(jìn)，以及設(shè)計(jì)了其驅(qū)動(dòng)電路，使X射線機(jī)功耗更低，工作更可靠穩(wěn)定，系統(tǒng)性能更優(yōu)。參考文獻(xiàn) [1] :云南科技出版社,2001.[2] 周志敏,:人民郵電出版社,2006.[3] 王兆安,:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.[4] 石玉,:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.[5] 石玉,:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.[6] 王昊,:電子工業(yè)出版社,2007.[7] 趙亮,:人民郵電出版社,2003.[8] :人民郵電出版社,2004.[9] :浙江大學(xué)出版社,2002.[10] 張偉, :人民郵電出版社,2006.[11] 曾峰,（PCB）:電子工業(yè)出版社,2005.[12] :(碩士學(xué)位論文).黑龍江: 黑龍江大學(xué),2001.[13] :(博士學(xué)位論文).黑龍江: 哈爾濱工業(yè)大學(xué),2001.[14] 周艷霞在此期間，我學(xué)到了許多的專業(yè)知識(shí)、處事的方法和做人的道理，它將使我一生都受益無(wú)窮。感謝自動(dòng)化工程系為我們創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和提供動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)，對(duì)工作孜孜不倦的追求精神和高尚的人格、平易近人的風(fēng)格是我終身學(xué)習(xí)的榜樣。您點(diǎn)點(diǎn)滴滴的教誨將永駐我心，再次向邴老師表示深深的謝意。感謝張健、王娟、黨瓊和丁棟等同學(xué)對(duì)我的幫助。最后感謝參與論文評(píng)審的各位專家，感謝您們?cè)诎倜χ袑?duì)我的論文給出批評(píng)