射線管脈沖高壓電源設計研究①

張偉 國家罡

摘? 要：脈沖高壓電源在電場殺菌、等離子發生器、激光技術等領域有著十分廣泛的應用作用，特別是在應用測井技術中還需要借助專門的脈沖和測量時序。在實際運用的過程當中，應當將離子源電壓控制在1.5～2.5kV范圍內，當供電電壓的數值處在一定的范圍內時，可以適當地調節電壓。當電子源的電壓數值較高時，中子射線管內部的氣體會受到電離現象的影響，同時在較短的時間內釋放出中子。根據上述研究，在該文中，我們提出了一類新型的高壓電源，即通過單向反激逆變電路、半臂逆對稱倍壓整流電路來增強電壓的穩定性能，實現高壓電源狀態下的斬波功能，圍繞著中子射線管脈沖高壓電源的設計進行分析，以便充分了解該設計是否具備足夠的實踐價值。

關鍵詞：射線管? 脈沖高壓電源? 電源設計? 研究

中圖分類號：TN144 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（a）-0046-03

Research on the Design of High Voltage Power Supply for X-ray Tube Pulse

ZHANG? Wei? GUO? Jiagang

（Dandong East measurement and Control Technology Co.，Ltd，Dandong，Liaoning Province，118000 China）

Abstract： Pulse high voltage power supply is widely used in electric field sterilization， plasma generator， laser technology and other fields， especially in the application of logging technology， it needs to use specific pulse and measurement time sequence. In use， the ion source voltage is required to be 1.5～2.5kV， and the power supply voltage can be adjusted within the specified range. The gas inside the neutron ray tube will be affected by the ionization phenomenon and release neutrons in a short time. Based on the above analysis， this paper designs a pulse high-voltage power supply for the neutron ray tube， that is， through the one-way flyback inverter circuit and the half arm inverse symmetric voltage doubling rectifier circuit， the voltage stability performance will be enhanced， and the chopping work under the high-voltage power supply state will be realized Yes， this paper explores the design of the neutron tube pulse high voltage power supply. The feasibility of the design of the pulsed high voltage power supply for neutron ray tube is verified by experiments.

Key Words： Ray tube; Pulse high voltage power supply; Power supply design; Research

離子源大多只有兩種形式，即直流工作形式以及脈沖工作形式。在中子射線管當中，脈沖工作形勢發揮著極為重要的作用。在實際使用的過程當中，需要將離子源的電壓控制在一定范圍內，且需要滿足相應的要求才能夠有針對性的調節供電電壓。當離子源處在較高的電壓情況下時，中子射線管內部的氣體會受到電離現象的影響，以較高的速率作用于靶核，同時釋放出大量的中子。在下文中我們就主要圍繞著中子射線管脈沖高壓電源的設計進行了具體的研究分析。

1? 中子射線管脈沖高壓電源系統結構設計分析

所謂脈沖高壓，簡單來說就是指直流高壓經過斬波電路時所形成的一類高壓，具備著較為突出的實際應用價值。為了更大程度上滿足離子源供電所提出的一系列要求，必須合理地調節電壓，將電壓控制在一定的范疇內，可以選擇運用低頻變壓器，結合脈沖頻率調制方式形成脈沖高壓。在這一過程當中主要是借助合理調節開關改變占空情況，從而實現對于電壓的調節，從而充分保證整體系統的安全、穩定運轉。

在實際運用此類系統的過程當中，為了合理地控制電壓和電流等條件，在這篇文章當中特提出以MOSFET為基本開關的器件，在此基礎之上打造能夠根據需求進行適當調節的高壓脈沖電源，先設置直流電壓，在借助相關的控制系統將電壓調節后再輸出利用，以便滿足中子射線管的使用需求。

2? 中子射線管脈沖高壓電源系統高壓直流電源設計

深入對于中子射線管脈沖高壓電源系統中的高壓直流電源進行分析，我們可以發現，其構成結構主要包括逆變電路以及倍壓電路，具體如圖1所示。整體逆變電路所運用到的給電路脈沖形式普遍為TL494，開關部分的零件則為MOS管和20N60S5，整體系統所輸出的脈沖信號不局限于單向信號，還包括雙向信號。線路當中的逆變環節電路形式較為單一，即單端反激電路模式，當整體系統結構完全處在高電平脈沖狀態的情況下，當電流通過時，會或多或少地產生政府相對應的電壓，反之，如果當整體系統結構處在低電平脈沖狀態的情況下，TL494構成的脈沖振蕩電路則會停止運轉。

3? 中子射線管脈沖高壓電源斬波電路基本設計

3.1 觸發電路的基本設計

為了能夠保障脈沖波形的適宜性，在進行電路的規劃時，特別選擇了SG3525脈沖頻率調制控制器，此類控制器的應用優勢在于其正常運行過程中的工作電壓能夠控制在8～35V之間，其中包含5.1V的基準電源，而振蕩器的工作頻率則大約在100～400Hz之間，屬于一類應用價值較高的脈沖頻率調制控制器。在進行連接時，主要采取的推挽輸出的形式，能夠連續不斷地發揮供電作用。

3.2 開關管的選取

開關管的質量很大程度上影響著脈沖電路的工作特征以及輸出效果，因此相關工作人員需要有針對性地進行開關管的選取，充分保障開關管的可控性，降低外界因素對于系統運行所造成的不良影響。結合此次設計的需求，在選擇開關管時特選擇了耐壓數值能夠達到2000V的MOSFET，采取串聯的方式同時也能夠提升耐壓效果。

3.3 過流保護

常見的過流保護的形式多種多樣，具體來說主要包括平均電流門限檢測以及逐周過流保護等形式。立足于實際的設計需求，可以判定借助最大輸出平均電流來實現門線的檢測是較為常見的一類方法，能夠輕而易舉地放大電流信號。結合實際的使用需求調整數值，當輸出的電流與數值相契合時，設備即自動運行，實現對于電流的調節。但此種過流保護形式也存在著一定的不足，那就是當短路問題發生時是無法實現對于功率開關的保護的，甚至會導致功率開關管受到損壞，因此并不建議采取此類形式。

通過逐周過流的保護方式，能夠實現對于通過電流的大小的控制，并在較短的時間內實現對于通過開關管的電流的把控，當通過的電流超出了所設置的限定數值時，為了避免造成不必要的損壞，可以及時關閉功率開關管，以便對于中子射線管脈沖高壓電源進行過流保護。

4? 中子射線管脈沖高壓電源設計結果分析

通過對于中子射線管脈沖高壓電源系統進行應用測試，合理調控斬波電路輸出連接結構，使之與阻性負載相聯系，負載電路的取樣電阻能夠達到相應的方波需求。通過對于不同類型的測井方式所需的中子脈沖頻率以及脈寬需求的差異進行分析，需要運用多組具備代表性的中子射線管脈沖高壓電源脈寬、頻率、輸出波形，制作出清晰明確的電阻波形圖。最終得出測試結論，該文中所提出的中子射線管脈沖高壓電源帶入中子射線管時設計能夠實現對于陽極離子源提供重復頻率的脈沖高壓供電，從而充分保障中子射線管頻率的脈沖形式來適應足夠數量的中子。

5? 結語

綜上所述，脈沖測井技術正隨著時代的不斷發展而衍生出新的內容，與此同時，也對于中子發生器的相關表現形式和應用功能有了新的要求，只有在現有的基礎之上提升了高壓脈沖電源的綜合性能，才能更大程度上滿足多樣化的發展需求。在這篇文章當中，我們提出了一種新型的中子射線管脈沖高壓電源，并進行了實驗研究，最終得出有效結論，這種中子射線管脈沖高壓電源帶入中子射線管時能夠滿足為陽極離子源提供重復頻率脈沖高壓供電的需求。

參考文獻

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