專利名稱：數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器，特別涉及一種能夠提供多種輸出波形的數(shù)字式X射線高壓發(fā)生器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的X射線高壓發(fā)生器主要分為工頻、高(中)頻高壓發(fā)生器兩種。其中，如圖1所示，工頻高壓發(fā)生器直接由網(wǎng)電源供電，網(wǎng)電源經(jīng)初級調(diào)整后，經(jīng)高壓變壓器升壓后，將電壓調(diào)節(jié)至指定高壓范圍，最后經(jīng)過高壓整流而得到相應(yīng)的高壓輸出波形，所謂波形的不同主要取決于整流的方式。
如圖2所示，高(中)頻高壓發(fā)生器的網(wǎng)電源供電仍為50Hz的工頻交流電壓。工頻交流電壓先經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟妷汉笤俳?jīng)高頻直流逆變器轉(zhuǎn)換成高頻電壓(一般在10KHz-100KHz)，接下來經(jīng)高頻升壓變壓器轉(zhuǎn)換成高頻高壓交流信號，最后經(jīng)高壓整流得到直流輸出。輸出電壓的控制通過調(diào)整高頻逆變器的脈寬或頻率的方式(Pulse Frequency Modulation，PFM或者Pulse WidthModulation，PWM)。同時(shí)輸出高壓經(jīng)過分壓后反饋給反饋比較模塊，與預(yù)置參考電壓Vs進(jìn)行比較并將比較結(jié)果(差分電壓Vd)作為高頻逆變器的控制信號，從而形成輸出電壓的閉環(huán)反饋。高(中)頻高壓發(fā)生器的優(yōu)勢在于由于升壓變壓器工作在高(中)頻段，因此變壓器的線圈匝數(shù)和鐵芯截面積都大幅度減少，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)小型化。由于使用了閉環(huán)控制，控制實(shí)時(shí)性和控制精度得到較大程度提高，輸出電壓穩(wěn)定，重復(fù)性好。
在基于光感應(yīng)方式的非介入式X射線高壓表的檢定/校準(zhǔn)過程中，應(yīng)該在不同管電壓波形(如恒定直流、單相半波整流、單相全波整流、三相六峰整流、三相十二峰整流等波形)的X射線輻射環(huán)境下對非介入式高壓表的量值進(jìn)行校準(zhǔn)。而現(xiàn)有技術(shù)無法在同一臺高壓發(fā)生器上產(chǎn)生上述多種高壓波形，因此在上述現(xiàn)有技術(shù)條件下，校準(zhǔn)一個(gè)非介入式X射線高壓表至少需要四臺以上不同波形的X射線高壓發(fā)生器來產(chǎn)生規(guī)定的管電壓。

發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的高壓發(fā)生器無法提供多種波形高壓信號的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠產(chǎn)生多種波形高壓信號的數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器。
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中的高壓發(fā)生器無法提供多種波形高壓信號的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器，高壓發(fā)生器包括將輸入交流電壓整流成直流電壓的整流單元；將直流電壓轉(zhuǎn)換成中間高頻交流電壓的直流逆變單元；將中間高頻交流電壓升壓成交流高壓的變壓單元；將交流高壓整流成高壓直流的高壓整流單元；對高壓發(fā)生器的輸出高壓波形進(jìn)行高壓采樣的采樣單元；以及接收采樣單元的采樣信號的反饋比較單元，該高壓發(fā)生器進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生預(yù)置電壓波形信號的任意波形信號發(fā)生單元，反饋比較單元接收預(yù)置電壓波形信號，直流逆變單元依據(jù)預(yù)置電壓波形信號和采樣信號的差分比較結(jié)果調(diào)制輸出高壓波形。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，任意波形信號發(fā)生單元包括進(jìn)行功能控制和數(shù)據(jù)處理的中央處理單元；存儲與預(yù)置電壓波形信號相對應(yīng)的數(shù)字離散數(shù)據(jù)的存儲單元；以及將數(shù)字離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬波形信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，數(shù)字離散數(shù)據(jù)由中央處理單元產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，預(yù)置電壓波形信號的頻率小于或等于直流逆變單元的工作頻率的二分之一。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，任意波形信號發(fā)生單元進(jìn)一步包括用于輸入設(shè)置參數(shù)的用戶輸入單元。
通過采用上述結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有高(中)頻高壓發(fā)生器的基礎(chǔ)上，增加可編程波形信號發(fā)生單元，該信號發(fā)生單元可以根據(jù)用戶輸入?yún)?shù)生成的相應(yīng)波形的弱電壓信號(峰峰值不大于30V)并輸入到高壓發(fā)生器的反饋比較器，替代原有的穩(wěn)壓預(yù)置直流電壓Vs(標(biāo)準(zhǔn)預(yù)置電壓信號)，使輸出高壓按生成的弱電壓波形信號變化而變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對高壓輸出的波形調(diào)制。

圖1是現(xiàn)有工頻高壓發(fā)生器的示意框圖；圖2是現(xiàn)有高(中)頻高壓發(fā)生器的示意框圖；圖3是本發(fā)明高壓發(fā)生器的示意框圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖3所示，圖3是本發(fā)明高壓發(fā)生器的示意框圖。在本實(shí)施例中，數(shù)字式高壓發(fā)生器包括將輸入交流電壓整流成直流電壓的整流單元；將直流電壓轉(zhuǎn)換成中間交流電壓的直流逆變單元；將中間交流電壓升壓成交流高壓的變壓單元；將交流高壓整流成高壓直流的高壓整流單元；對高壓發(fā)生器的輸出高壓波形進(jìn)行高壓采樣的采樣單元；接收采樣單元的采樣信號的反饋比較單元以及用于產(chǎn)生預(yù)置電壓波形信號的任意波形信號發(fā)生單元。其中，任意波形信號發(fā)生單元包括用于進(jìn)行功能控制和數(shù)據(jù)處理的中央處理單元；存儲數(shù)字與預(yù)置電壓信號相對應(yīng)的數(shù)字離散數(shù)據(jù)的存儲單元；以及將數(shù)字離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬波形信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。此外，任意波形信號發(fā)生單元還進(jìn)一步包括用于輸入設(shè)置參數(shù)的用戶輸入單元。
用戶可以通過用戶輸入單元設(shè)定預(yù)置電壓信號的波形參數(shù)(波形的類型、電壓、頻率)，中央處理單元根據(jù)上述參數(shù)直接形成數(shù)字離散數(shù)據(jù)并存儲在存儲單元，或者預(yù)先通其他方式計(jì)算并存儲在存儲單元中。數(shù)字離散數(shù)據(jù)通過D/A轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成模擬形式的弱電壓波形信號，并通過外部接口(I/O口、通訊接口或者網(wǎng)絡(luò)接口)輸出到反饋比較單元，代替原有的穩(wěn)壓預(yù)置直流電壓Vs(標(biāo)準(zhǔn)預(yù)置電壓信號)。在使用時(shí)，工頻交流電壓先經(jīng)整流單元整流變?yōu)橹绷麟妷海俳?jīng)直流逆變單元轉(zhuǎn)換成預(yù)定頻率的中間交流電壓，接下來經(jīng)變壓單元升壓為交流高壓信號后并經(jīng)整流后輸出。輸出電壓波形經(jīng)采用單元進(jìn)行采樣后反饋給反饋比較模塊，與預(yù)置電壓信號進(jìn)行比較并將比較結(jié)果(差分電壓Vd)作為直流逆變單元的控制信號，直流逆變單元依據(jù)預(yù)置電壓波形信號和采樣信號的比較結(jié)果調(diào)制交流電壓的波形，由此實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。其中，輸出電壓波形可以利用分壓器從高壓整流單元的輸出端獲取，也可以通過對利用互感器從升壓單元的輸出端感應(yīng)的電壓信號進(jìn)行整流后獲取。
在本實(shí)施例中，預(yù)置電壓波形的電壓范圍由反饋比較單元的輸出而決定，一般在(0-30)V范圍，也可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整，而信號帶寬原則上應(yīng)低于直流逆變單元工作頻率的二分之一，超過該范圍的信號所得到的高壓輸出波形會(huì)有較大的畸變。中央處理單元、存儲單元、D/A轉(zhuǎn)換單元均采用通用電子技術(shù)研制，其型號、參數(shù)、性能等技術(shù)指標(biāo)僅需要滿足弱電壓波形信號對于電壓范圍、信號帶寬的基本要求即可。分壓單元可采用本領(lǐng)域公知的電阻分壓、電容分壓或阻容分壓。而直流逆變單元可采用公知的脈寬調(diào)制或頻率調(diào)制。
本發(fā)明在基本不改變高頻高壓發(fā)生器的原有電路的基礎(chǔ)上增加數(shù)字化可編程的任意波形信號發(fā)生裝置，使用該裝置對高頻高壓發(fā)生器反饋部分的預(yù)置參考電壓進(jìn)行調(diào)制后，高頻高壓發(fā)生器的高壓輸出由單一的穩(wěn)壓直流輸出(當(dāng)然存在一定的紋波和過沖、振零)變?yōu)榕c調(diào)制信號波形相同的高壓輸出波形，一般該高壓輸出的峰峰值電壓可以在5kV～400kV的范圍內(nèi)。因而本發(fā)明的高壓發(fā)生器不受原有高頻高壓發(fā)生器輸入交流電源制式(單相220V或三相380V、50Hz或60Hz)的影響，不受直流逆變器工作頻率、工作方式(橋式逆變、半橋式逆變或單端逆變)、開關(guān)元件類型(可控硅或晶體管)及調(diào)制方式(PFM或PWM)的影響。實(shí)現(xiàn)了各種不同波形輸出，可以是波形帶寬在直流到高壓發(fā)生單元高頻逆變單元工作頻率二分之一范圍內(nèi)的任意波形。本高壓發(fā)生器可以仿真工頻高壓發(fā)生單元的波形(包括常見的單相半波整流/單相全波整流/三相六峰整流/三相十二峰整流)、直流、三角波、方波等各種波形。并且由于采用了數(shù)字信號發(fā)生技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，輸出的任意波形可以通過編程的方式產(chǎn)生，十分方便于用戶使用。
在上述實(shí)施例中，僅對本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明所保護(hù)的范圍和精神的情況下，可根據(jù)不同的實(shí)際需要設(shè)計(jì)出各種實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器，所述高壓發(fā)生器包括將輸入交流電壓整流成直流電壓的整流單元；將所述直流電壓轉(zhuǎn)換成中間高頻交流電壓的直流逆變單元；將所述中間高頻交流電壓升壓成交流高壓的變壓單元；將所述交流高壓整流成高壓直流的高壓整流單元；對所述高壓發(fā)生器的輸出高壓波形進(jìn)行高壓采樣的采樣單元；以及接收所述采樣單元的采樣信號的反饋比較單元，其特征在于所述高壓發(fā)生器進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生預(yù)置電壓波形信號的任意波形信號發(fā)生單元，所述反饋比較單元接收所述預(yù)置電壓波形信號，所述直流逆變單元依據(jù)所述預(yù)置電壓波形信號和所述采樣信號的差分比較結(jié)果調(diào)制所述輸出高壓波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器，其特征在于所述任意波形信號發(fā)生單元包括進(jìn)行功能控制和數(shù)據(jù)處理的中央處理單元；存儲與所述預(yù)置電壓波形信號相對應(yīng)的數(shù)字離散數(shù)據(jù)的存儲單元；以及將所述數(shù)字離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬波形信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器，其特征在于所述數(shù)字離散數(shù)據(jù)由所述中央處理單元產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器，其特征在于所述預(yù)置電壓波形信號的頻率小于或等于所述直流逆變單元的工作頻率的二分之
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器，其特征在于所述任意波形信號發(fā)生單元進(jìn)一步包括用于輸入設(shè)置參數(shù)的用戶輸入單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字式任意波形高壓發(fā)生器，包括將輸入交流電壓整流成直流電壓的整流單元；將直流電壓轉(zhuǎn)換成中間高頻交流電壓的直流逆變單元；將中間高頻交流電壓升壓成交流高壓的變壓單元；將交流高壓整流成高壓直流的高壓整流單元；對高壓發(fā)生器的輸出高壓波形進(jìn)行高壓采樣的采樣單元；接收采樣單元的采樣信號的反饋比較單元；用于產(chǎn)生預(yù)置電壓波形信號的任意波形信號發(fā)生單元，其中反饋比較單元接收預(yù)置電壓波形信號和采樣信號的比較(差分)結(jié)果對輸出高壓波形進(jìn)行調(diào)制。通過采用上述結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有高頻高壓發(fā)生器的基礎(chǔ)上增加數(shù)字式任意波形信號發(fā)生單元，使高頻高壓發(fā)生器的輸出高壓按照任意波形信號發(fā)生單元的弱電壓預(yù)置波形信號變化，生成所需任意波形的高壓輸出。
文檔編號H05G1/10GK101079579SQ200610062030
公開日2007年11月28日 申請日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月7日
發(fā)明者朱崇全, 盧瑞祥, 李名兆, 周迎春, 徐濤, 李陽武 申請人:深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院