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X射线电源系统是X射线设备中的核心组成部分，主要为X射线管提供稳定、可控的高压和灯丝加热电源，以确保X射线的高效、安全产生。该系统通常由多个功能模块组成，构成一个完整的供电与控制体系。

X射线电源系统的典型框图包括以下几个主要部分：主电源输入、整流滤波模块、逆变器、高压变压器、高压发生器、灯丝加热电路、控制系统以及安全保护模块。主电源输入通常为交流电，经过整流滤波后转换为稳定的直流电源。逆变器将直流电转换为高频交流电，以提高变压器效率并减小体积。高压变压器将电压升至所需高压等级，再经过高压发生器整流滤波后，输出稳定的高压加至X射线管的阴阳两极，产生X射线。

此外，灯丝加热电路为X射线管的阴极灯丝提供可调的加热电流，控制电子发射量，从而调节X射线的强度。整个系统由中央控制模块进行调节和监控，确保输出参数（如管电压kV、管电流mA）精确可控。安全保护模块则包括过压、过流、过热及接地保护等功能，保障设备和操作人员的安全。

X射线电源系统广泛应用于医疗成像、工业检测和科研领域，其性能直接影响X射线图像的质量与设备运行的稳定性。随着电力电子技术的发展，现代X射线电源趋向高频化、小型化与智能化，提高了系统的响应速度与能效比，为X射线设备的高性能运行提供了可靠保障。

（北京交通大学电气工程学院jc∕t 807-2013 轻质耐碱浇注料， 北京 10004

摘要：描述了X射线电源系统结构。详细叙述了该电路谐振软开关、倍压电路原理，并提出了一 种新的调压策略。整个电路的控制由一片TMS320LF2407完成，实现了电源的全数字化控制。最 后，给出了电路的试验波形及结论。 关键词：TMS320LF2407；APFC；数字PID；谐振软开关；倍压电路

AXI（自动X射线检测）已经成为检测和评估 复杂MEMS（微机电系统)和MOEMS（微光电子机 械系统）的基本方法，并且在医疗、考古等领域也 有广泛的应用，而稳定可靠高效的直流高压电源 是AXI的核心组件。由于X射线管具有特殊的伏 安特性即电压和电流基本是独立调节，X射线电 源必须提供在不同x射线管电流的情况下的高稳 定度且可以大范围调节的电压。基于此，本文设计 了一种新型调压电路，以满足产生各种强度X射 线的要求。整个电源由kV和mA两部分组成，其 中kV电路产生0~160kV的高压，以加速热电子 撞击靶面产生X射线；而mA部分，则精确地控制 管电流。电源的控制部分主要由DSP来实现，DSP 同时还担任了与上位机进行通信，实现对电源的 给定与监控的任务。

X射线电源由X射线管、高压发生器、灯丝供 电部分、高频开关电源、DSP控制板及PC机共6 部分组成，如图1所示

图1X射线电源系统相

其中灯丝部分给灯丝加热产生热电子：高压

第10卷第9期 2007年9月

发生器加速热电子撞击靶面产生X射线；高频开 关电源为高压发生器及灯丝供电；DSP控制板实 现控制功能并与上位机进行通讯；PC机对电源进 行监控

如图2所示，射线电源由EMI滤波器、PFC、 Buck变换器、半桥逆变器、高压发生器等几部分 构成。PFC电路控制采用UC3854来实现，为这个 系统的功率前级；Buck及半桥逆变电路经谐振电 容及倍压电路产生高压；另外一个半桥变换器为 灯丝供电

電源技术应 OWER SUPPLY TECHNOLOGIES AND APPLICATIONS

Vol.10 No.9

（b）电流连续工作模式(C

逆变电路的控制信号和谐振电路的仿真波升

示，无论在开关器件S、S、S、S。还是二极管D√ DDD。的开通和关断都是实现了零电流；当 0.5f

如图5所示，X射线电源采取的调压方式与 传统的调压方式相比具有以下几个优势：首先 PFC电路的引I人使电源在AC110~765V的宽范 围输人电压下都能正常工作，且大大提高了输人 端功率因数；其次用改变Buck电路的占空比来调 压简单易于实现；同时由于逆变电路可以在定频 定宽条件下工作对实现软开关提供了便利的条 件，且能充分利用高频变压器，也避免了在低压大 电流情况下对逆变电路的损害。

功率半导体技术的飞速发展，超高频二极管 和高频电容已经很成熟，对倍压电路的应用和发 展提供了坚强的后盾。如图6所示，其基本原理可 概述如下：当V:负时，C通过D被In充电到V 的峰值；当V：为正时，V：的峰值加上C的电压对 C充电，通过D2被电流I充电，C电压达到V 的两倍；当V再为负时，C被电流I充电到两倍 V峰值，通过D被电流I充电；当V再次为正 时，C通过D.被电流I充电到两倍V：峰值

图6半波电容二极管倍压电路

基于DSP的X射线电源设计

由此，只要选择合适的参考点通过N个倍压 电路就可以得到数值为NV的直流电压。

整个电源系统的控制部分采用 TMS320LF2407来实现。如图7所示，系统通过电 压、电流两个数字PID来对射线管电压及电流进 行稳定控制。采用AD模块对电压及电流两个量 进行采集。通过PWM模块产生控制信号；利用 SCI模块与PC通信，对电源进行监控。

e(t )dt+Ta de (t) T： d(t )

式中：K。为比例系数； T为积分时间常数： T。为微分时间常数。 对式(2)作z变换.得

式中：2为采样时间。 以离散域表示为

如图8所示，首先进行系统及各使用模块的

第10卷第9期 2007年9月

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图8 控制程序万框图

初始化，然后循环检测串口，以接受PC的指令及 传递电源信息给PC，AD模块连续对电压电流进 行采集，在T。的周期中断子程序中读取AD采样 值。并设定条件，如果采集的数量满足要求则停止 T。计数，进行数字滤波和数字PID算法，更新 PWM后，重启T，继续以一定的频率读取AD采 样值。过压、过流、超温等控制信号产生引起功率 保护中断，为最高级别的中断，关闭逆变脉冲对电 路进行保护。

如图9和图10所示，为试验过程中保存的部 分波形。 由图9可知.在管电流为1mA的情况下长沙市房屋建筑工程方案设计、初步设计、施工图设计审查要点（长住建发[202214号] 长沙市住房和城乡建设局2022年2月23日），电

压为一恒稳的直流电压，实现了对电压的稳定控 制；图10的两幅图可以看出，合理的调节开关电 源的频率可以实现串联谐振软开关的功能，大大 降低了电源的损耗

由于该电源整个系统的控制由 TMS320LF2407来实现，实现了电源的全数字化控 制，只要通过修改软件参数就可以调整开关频率 大大提高了调试难度，并具有通用性。

基于DSP的X射线电源设计

涵洞二级技术交底艾默生UPS电源管理解决方案

(b)f=0.62f 图10 开关电源输出电压及谐振电压波形

图10 开关电源输出电压及谐振电压波形