锂离子电池供电型便携式高频X射线机的研制

在总结相关专利的基础上,本文发明了一种便携式高频X射线机的锂离子电池的供电方法和控制电路。阐述了锂离子电池给X射线管的高压供电和灯丝加热。设计了半桥逆变的主电路方案,以及X射线机的管电压和管电流的反馈检测电路装置。样机总质量1.5 kg,总体积不大于15 cm×15 cm×15 cm。电池组容量可曝光300次,输出电压范围在19~25 V之间,管电压60 k V,波动5%,管电流2 m A,波动8%。样机轻便,体积小,便于携带,且能拍摄出清晰图片,能满足拍片要求。基于半桥逆变的供电方案,其管电流、管电压的波动比全桥逆变供电时要大,即精度会有所降低,但其结构简单,成本降低,体积减少,适合制作小容量的便携式X射线机。     

用于X射线测厚仪的高压直流电源的设计

为了解决X射线测厚仪管电压纹波系数大,电源稳定度低等问题,设计了一种用于X射线测厚仪的高压直流电源。设计电压为80 kV、电流为1 mA,系统采用了正负双向倍压整流电路。测试结果表明,所设计的高压直流电源稳定度高、纹波系数小。     

基于PLC的X光机智能控制系统

X射线机是一种重要的检测设备。随着食品安全、医疗、工业检测等方面的广泛应用,对它的制造技术和检测精度不断提出更高的要求。针对传统X光机手动调节方式复杂,速度慢,准确性低等缺点,提出了一种高频X光机电源智能控制系统的设计方案,以PLC为核心控制区,实现了X光机的智能化控制。在控制系统中完成了管电压(kV)、管电流(mA)闭环反馈控制及过压过流检测等保护功能。经多次测试结果表明,该智能控制系统能够达到管电压0~300kV、X射线管小焦点电流0~3mA和大焦点电流0~10mA连续可调等目标。该智能控制系统具有外围电路简单、操作简便、设计灵活、工作稳定、精度高、软件开发周期短等优点,主要应用于工业无损检测等方面。     

一种新的电流模式升压开关电源中的电流检测电路

电流检测电路是功率集成电路中重要的功能模块.一方面它可以大大提高整个系统环路的稳定性,另外一方面也可以避免功率管被大电流烧毁.目前已有多种拓扑结构的电流检测技术,通常采用的方法是在所要检测电流支路上加入一个小电阻,通过采样电阻上的压降来反映支路上的电流,或是利用MOS管的漏源电压的变化来采样流过该管的电流.前者将增加一个额外的功率损耗,而后者由于温度等变化导致电流检测精度的降低.文章设计了一种新型低功耗的高精度电流检测电路,采用2个MOS管串联的形式作为检测拓扑,利用三极管高增益的特性,克服了传统电流检测技术中增加额外功耗和精度较低的缺点,并通过电路的优化设计,降低了温度、电源电压和偏置电流对电流检测结果的影响.     

用短路法、开路法分析负反馈电路的组态

根据反馈网络从电路输出回路的不同取样电量和在输入回路的不同连接方式,可把交流负反馈电路的组态分为电压串联、电压并联、电流串联和电流并联4种.通过构建电路存在反馈的必要条件和充要条件,可引出令反馈电路的负载和信号源内阻分别短路或开路的方法,用于分析负反馈电路的组态.实例说明,两者互为对偶,物理意义明确,因果关系等价,逻辑概念清晰,通用性强,适用面广,应用灵活.     

新型开关稳压电源的优化设计与实现研究

针对小功率开关电源所普遍存在的问题,实现了一种新型小功率高频开关稳压电源的优化设计.电路中的输入回路EMI滤波器设计,有效解决了电网谐波问题以及电源本身对电网污染的问题;控制部分利用电流式PWM控制器UC3842芯片直接控制大功率开关MOSFET管,并通过电压反馈和电流反馈双环控制功能,实现了占空比的精确调节,提高了转换速率,降低了导通损耗;电路采用线性光耦PC817来改变误差放大器的增益,而且在电压采样反馈电路中采用了集成运放PJ324CD芯片以及三端可调稳压管TL431,使得输出电压在负载发生较大的变化时,输出电压基本保持稳定.     

一种用于X射线测厚仪的高压直流电源

研制了一种用于X射线测厚仪的高压直流电源.电源主要由两部分构成,第一部分为高频AC/DC变换单元,设计实现过流、过压保护和输出电压调节的功能;第二部分为高频DC/DC变换单元,主要由全桥串联谐振变换器组成,控制其输出准正弦波电压,经高频升压变压器馈入到倍压整流电路得到直流高压,采用谐振变换器可以实现软开关控制,同时准正弦波相比于方波其含有的谐波成分少,可以改善由于电路分布参数引起的谐振过电压造成的高压打火问题.两部分都引入高频变换,可以减小装置体积并降低输出直流电压的纹波系数,最后给出了设计实例以及相应的测试结果.     

一种可用于高性能锁相环的CMOS电荷泵

文章提出了一种可用于高性能锁相环的CMOS电荷泵,电路采用电流舵技术来缩短切换时间,通过降低差分对管栅电压的变化速率,显著地减小了毛刺,使输出电流波形更平滑、输出电压谐波分量更低,该电路同时还消除了死区现象;最后用CMOS电荷泵与一种典型电荷泵作仿真结果对比,突出了CMOS电路的优点。     

近地表电磁探测发射系统控制技术

结合近地表频率域电磁探测发射系统特点,引入均值电流和电压双环反馈.设计以DSP(Digital Signal Processor,DSP)为平台的数字双环反馈控制系统.构建电路z域反馈补偿模型,使系统稳定运行.实现低频时稳流、高频时稳压,减小了发射天线负载电流幅值的变化范围,降低了对发射天线参数设计的要求,避免天线高频时电流大幅度衰减引起的发射矩不足,以及低频时电流过大导致的发射电流不稳定的问题,同时对电路起保护作用.通过仿真对比引入并联双环反馈后高低频输出电流变化量为开环时输出电流变化量的8.5%.实测结果达到了设计目的,为近地表电磁探测发射系统的改进提供参考.     

一种新型低温漂工艺补偿基准电流源的设计

基准电流电路是模拟和混合电路系统中非常重要的模块。文章设计了一种高精度基准电流源,在传统PTAT电流电路基础上,增加一级新型电阻和三极管组合电路提高正温度系数,与全MOS管产生的负温度系数电路级联实现温度和工艺补偿。电路基于CSMC-0.5μm工艺,输出电流为100μA,在-20~100℃内具有36×10-6/℃温漂。该设计仅增加很小的面积,即可实现受工艺、电压以及温度变化影响极小的电流源。     

基于免泵微流控芯片和电化学检测的便携式生物医学传感器研究

为满足即时检验(point-of-care testing,POCT)在基层和个性化诊疗使用需求,开发了一种免泵式微流控芯片和电化学检测生物医学传感器系统,配合免疫传感器完成了对过氧化氢和前列腺癌标志物的快速检测。系统利用改性处理后聚二甲基硅氧烷芯片通道内毛细作用力,自泵式完成待测试剂混合和流动,采用微型便携式检测设备控制输入信号并通过微电流检测电路设计读取传感器上电流信号,实现快速自动化检测。实验验证了三电极检测电路输出电位稳定,误差不超过1%;通过对双氧水浓度检测实验证明了该检测体系对浓度变化电流动态响应特性良好,输出稳定;检测系统配合生物传感器对前列腺特异性抗原浓度进行定量检测,检测限为1 ng/m L。据我们所知,这是首次利用电化学免泵微流控传感器进行前列腺抗原的检测,本体系结构简单,操作简便,系统有望与多种电化学传感器结合用于多种检测物质的快速智能化POCT检测。     

一种具有零稳态电流的新型上电复位电路

为实现具有超低功耗且稳定可靠的上电复位电压输出,提出了基于电平检测的具有零稳态电流的新型上电复位电路,该电路由电平检测电路、状态锁存电路和欠压检测电路组成,通过在上电复位之后切断电平检测电路的电源实现复位稳定后的零稳态电流,其输出复位电压的状态由状态锁存电路锁存.该电路采用0.18μm Bi-CMOS工艺设计,电源电压为1.8 V.Cadence Spectre的仿真结果表明,该电路在上电复位结束后的稳态仅有数纳安的漏电流,起拉电压和欠压检测电压受温度影响很小,因而适用于集成到超大规模片上系统(SoC)芯片中.     

风力发电系统中直流辅助电源的设计与仿真

为了满足风力发电系统中各监测单元模块对供电系统的需求,设计了一款多输出直流(direct current, DC)辅助开关电源。根据辅助电源参数的具体要求,理论分析并设计了DC-DC高频反激变压器;选用稳压管TL431、光电耦合器PC817以及UC2842控制芯片,实现对输出电压的采集、输入电流的采样以及功率MOS(metal, oxide, semiconductor)管的驱动;搭建了一款输出电压为5、15、24 V的多输出双闭环控制的反激开关电源电路,并利用Saber软件对设计的直流辅助开关电源电路进行了仿真。仿真结果表明:设计的多输出直流辅助开关电源的输出电压、占空比以及开关频率符合设计要求,其值均在设计要求精度的10%以内。可见设计辅助电源电路中所采用的方法简单有效,且电路各元器件参数值的选取合理,其方法和结果可在后续直流辅助电源系统电路的硬件开发中为各元器件参数的优化提供参考依据。     

高精度轨对轨CMOS峰值检测电路设计

介绍了一种高精度轨对轨CMOS峰值检测电路设计。基于信号“先缩小后放大”,在MOS采样开关管控制下电源对存储电容充电,该电路实现了轨对轨峰值检测,降低了检测电路的工作电流,提高了MOS开关管的速度和峰值检测的精度。该电路设计基于CSMC 0.5 um CMOS工艺,采用了5 V单电源,检测精度小于1 mV ,检测电压范围为0～Vdd ,整个检测电路的静态电流消耗为2 mA,正常工作频率为0.1 HZ～10 KHz。     

高压直流发生器中斩波电路的设计

针对高压直流发生器中晶闸管斩波电路存在的问题,设计了由全控型电力电子器件IGBT取代晶闸管的斩波电路及相应的控制保护电路.实验结果表明,新设计的电路较好地实现了斩波电路的性能.     

雪崩光电二极管数控偏压源的设计

为保证雪崩光电二极管(APD)在温度变化的情况下始终处于最佳工作状态,人们研究了多种偏压控制方案。针对传统的偏压控制存在的缺陷,文章从APD的倍增机理出发,分析了温度对雪崩增益的影响,得到偏压与温度的特性曲线。基于偏压的虚警控制原理,利用单片机便于数据处理和存储的特点,设计了一个自动跟踪雪崩管击穿电压的数控偏压电路。该电路能在温度大幅度变化的情况下保证APD正常工作,适合于高频连续信号检测的光电系统。     

高效电压调节型电火花脉冲电源的设计

在对传统脉冲电源和现有节能脉冲电源的工作原理、控制策略进行分析的基础上,针对传统脉冲电源存在电能利用率低的弊端,提出一种高效电压调节型火花放电脉冲电源.这种电源的电路具有自适应调节输出电压和等电流脉宽的特性,利用电路的拓扑结构进一步优化控制策略,演算电路的动态分析模型,同时对电路的各个主要器件进行设计和计算,给出实际电流电压波形以及自适应调压波形.结果表明:所设计的电源可实现空载电压、脉冲宽度、脉间宽度大范围独立可调,彻底取消耗能严重的限流电阻;电路具有较高的调压精度和较好的加工工艺效果.     

基于恒流电桥的SnO2气体传感器动态测试系统

为了准确测量室内苯气体含量,设计了一款基于恒流电桥的SnO2气敏传感器苯气体动态智能测试系统．并以C8051F020微处理器为核心,设计了恒流电桥测试电路,实现气敏元件阻值与输出电压呈线性关系．动态加热电路采用微处理器实时监测电源电压,自动调整输出PWM信号占空比,精确控制传感器加热温度,提高气敏传感器检测准确度．结果表明：传感器阻值随气体浓度增加呈乘幂函数衰减规律变化,检测苯气体质量浓度范围为87．86～1757．20mg·m^-3.本系统具有低功耗、高精度、智能化、低成本等特点．     

光离子化检测器中新型微电流检测电路设计

光离子化检测器(photoionization detector, PID)中需要微电流检测电路模块,而传统的跨阻式微电流检测电路稳定性差,测量范围小,设计成本高,且整体结构较为复杂。采用对数放大器LOG112与微处理器STM32F103VCT6相结合,设计一种宽范围对数式微电流检测电路。通过TINA-9软件仿真,所设计对数前置放大电路应用于500 pA~8 nA的微电流检测,误差低于1%。搭建实验系统,将所设计检测电路检测结果与直接用商用皮安表(吉利时6485型)搭建的检测系统实验结果对比,2种测量方法具有较高的重复性,且整个检测系统线性度良好,拟合优度达到0.987。利用所设计系统与购置的空气检测仪在相同环境下分别测试同种浓度的异丁烯气体,发现所设计系统响应时间更快,准确度更高。实验测得系统响应时间小于6s,系统短期重复性约为±1.37%,长期测试的重复性约为±2.28%。实验结果表明,所设计宽范围对数式微电流检测电路能够应用于光离子化检测器中。