TOPSwitch-GX開(kāi)關(guān)電源在牙科X光機(jī)中的應(yīng)用.pdf

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1、TOPSwitch-GX開(kāi)關(guān)電源在牙科X光機(jī)中的應(yīng)用來(lái)源：國(guó)外電子元器件作者：西北工業(yè)大學(xué)付麗劉衛(wèi)國(guó)馬欣摘要：TOPSwitch器件是美國(guó)H(PowerIntegrations)公司推出的一種PWM／MOSFET二合一的新型單片集成開(kāi)關(guān)電源，其第4代產(chǎn)品GX系列更是集前3代優(yōu)點(diǎn)于一身的高集成度、最佳性能、最簡(jiǎn)外圍電路的高性價(jià)比產(chǎn)品。介紹TOPSwitch—GX的工作原理。并在分析醫(yī)用牙科x光機(jī)高壓電源對(duì)輔助電源性能要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合PI—Expert軟件，給出該輔助電源的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。關(guān)鍵詞：TOPSwitch—GX；輔助電源；醫(yī)用牙科X光機(jī)；PI—Expert軟件1引言輔助電源作為

2、醫(yī)用x光機(jī)電源的一部分．雖然不是核心部件，但它就如同人的左右手一樣．起著至關(guān)重要的作用，其性能指標(biāo)直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重要影響。在設(shè)計(jì)過(guò)程中一般采用的方法有二種：一種是工頻變壓器加濾波穩(wěn)壓電路．在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于要給燈絲提供電源，其功率近百瓦。顯然，這種方法在效率、體積、重量方面都不能滿足要求；另一種是PWM調(diào)制器加功率MOSFET，這種方法還需要大約40～80個(gè)外圍分立元件，來(lái)提高其穩(wěn)定性和安全性，這不但增加了成本和體積，還使可靠性受到了影響。因此，選用TOPSwitch—GX系列開(kāi)關(guān)電路成為最佳選擇。2內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理圖1示出TOPSwitch—GX系列電路的內(nèi)部原理框圖

3、。由圖1可知．該電路主要由以下幾部分組成：1)控制電壓源，控制電壓UC向并聯(lián)調(diào)整器和門(mén)驅(qū)動(dòng)級(jí)提供偏置電壓，控制電流，IC調(diào)節(jié)占空比；2)帶隙基準(zhǔn)電壓源，所有臨界的TOPSwitch內(nèi)部電壓都由一個(gè)溫度補(bǔ)償?shù)膸秴⒖蓟鶞?zhǔn)得出。該參考基準(zhǔn)也產(chǎn)生一個(gè)溫度補(bǔ)償?shù)碾娏髟?，它被微調(diào)在精確設(shè)置的振蕩頻率和調(diào)節(jié)MOSFET柵極的驅(qū)動(dòng)電流：3)振蕩器，用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制器所需要的鋸齒波、時(shí)鐘信號(hào)及最大占空比信號(hào)：4)并聯(lián)調(diào)整器／誤差放大器，誤差放大器將反饋電壓與5．7V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差電流IFB，在RE上形成誤差電壓；5)脈寬調(diào)制器．脈沖寬度調(diào)制器提供電壓型控制環(huán)，以驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)MOSFET，其

4、占空比與流入控制腳的電流成反比例。該腳在RE二端產(chǎn)生一個(gè)電壓誤差信號(hào)，經(jīng)RC濾波后．與內(nèi)部振蕩器鋸齒波相比較，產(chǎn)生一定占空比的波形；6)門(mén)驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)，門(mén)驅(qū)動(dòng)級(jí)用于驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管，使之按一定速率導(dǎo)通。MOSFET管的漏一源擊穿電壓大于700V；7)過(guò)流保護(hù)電路，過(guò)流比較器的反向輸入端接閾值電壓Ulimit,同相輸入端接MOSFET的漏極；8)具有滯后特性的過(guò)熱保護(hù)電路，當(dāng)芯片結(jié)溫大于135℃時(shí)，過(guò)熱保護(hù)電路將關(guān)斷輸出級(jí)；當(dāng)芯片結(jié)溫低于70℃時(shí)．電路恢復(fù)正常工作，即具有滯后特性；9)關(guān)斷／自動(dòng)重啟動(dòng)電路，一旦調(diào)節(jié)失控，將立即使電路在低占空比下工作，倘若故障被排除，則自動(dòng)重新啟動(dòng)電源，

5、恢復(fù)正常工作；10)高壓電流源，在啟動(dòng)或滯后調(diào)節(jié)模式下，高壓電流源經(jīng)過(guò)電子開(kāi)關(guān)S給內(nèi)部電路提供偏置，電源正常工作時(shí)．電子開(kāi)關(guān)S改接內(nèi)部電源．將高壓電流源關(guān)斷；11)軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)時(shí)間為10ms．以減輕啟動(dòng)時(shí)元器件的負(fù)荷；12)輸入過(guò)壓、欠壓檢測(cè)及保護(hù)電路，通過(guò)外接電阻器設(shè)定過(guò)壓、欠壓的保護(hù)電壓．并且可以在電源關(guān)斷時(shí)防止自動(dòng)重啟動(dòng)脈沖的干擾；13)輕載時(shí)自動(dòng)降低開(kāi)關(guān)頻率，開(kāi)關(guān)頻率及占空比能隨輸出端負(fù)載的降低而自動(dòng)減小，保證其在輕載時(shí)仍具有很好的調(diào)節(jié)特性；14)停止邏輯和開(kāi)啟電壓為1V的電壓比較器，通過(guò)改變線路檢測(cè)端流入或流出電流的大小及方向來(lái)控制開(kāi)關(guān)電源的通、斷狀態(tài)。線路檢測(cè)端內(nèi)部還增

6、加了開(kāi)啟電壓為lV的電壓比較器，此開(kāi)啟電壓可用于遠(yuǎn)程通斷控制。3TOPSwitch—GX輔助電源設(shè)計(jì)3．1對(duì)輔助電源的要求圖2示出醫(yī)用牙科X光機(jī)高壓電源原理框圖。交流市電經(jīng)。EMI濾波、整流、功率因數(shù)校正后，通過(guò)串聯(lián)開(kāi)關(guān)調(diào)整將電壓穩(wěn)定到直流160V，一方面減少了市電波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響，提高了輸出高壓的穩(wěn)定度；另一方面降低了后級(jí)開(kāi)關(guān)管上的電壓應(yīng)力．并且多加一級(jí)過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)，提高了系統(tǒng)的安全性。160V的直流電源再經(jīng)全橋逆變、變壓器升壓和整流倍壓后輸出60kV一70kV的高壓給X射線管供電。其中用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)接口，并通過(guò)對(duì)SG1525的開(kāi)啟關(guān)斷來(lái)精確控制底片的曝光時(shí)間，同時(shí)對(duì)

7、燈絲進(jìn)行恒流控制，實(shí)現(xiàn)不同的光劑量。輔助電源作為系統(tǒng)的重要組成部分，共提供5路輸出，其中2路分別給2個(gè)SGl525及其外圍電路作為工作電源；l路送風(fēng)扇；1路送單片機(jī)系統(tǒng)部分，1路給燈絲提供電源。由于該系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)院牙科，檢查病人牙齒的病變，故對(duì)電源性能提出了較高的要求：首先要求輸出高壓要穩(wěn)定．發(fā)射X射線的劑量要適當(dāng)，其次是要安全。輔助電源須滿足以下要求：1)輸出功率要超過(guò)100W，以滿足各部分對(duì)輔助電源功率的要求：2)使用電壓范圍要寬，保證電壓大范圍波動(dòng)時(shí)