朽月十八 -
控制120kV高压电源输出高低的方法，笔者试验了三种方案。
1.调供电电压法用0～10V电位控制，把+15V电源变换为0～150V，0～150V线性跟随0～10V，0～150V再输入给大功率晶体三极管跟随器3DD104E，3DD104E发射极接120kV高压电源直流变换器，便可控制倍加器高压输出。3DD104E发射极上的滤波器很重要，没有它，120kV高压电源的直流变换器就不起振，就没有高压输出。其电路如图2-3-12、图2-3-13所示。
根据图2-3-12做成了QYDC15～150V直流变换器模块，模块外接一个大功率晶体三极管跟随器，如图2-3-13所示。
大功率晶体三极管跟随器要有φ34mm×70mm的散热片，功耗为10V×400mA。模块QYDC15～150V，尺寸：φ26mm×92mm，供电15V×80mA，输出150V×5mA。单片机控制电路输入给模块控制端的信号( 0～10V )×1mA。0～150V直流电压，经E-6扼流圈“п”滤波器输入给大功率晶体三极管3DD104E，3DD104E发射极接有电容滤波器。3～7kΩ( 3W )电阻起降压作用，使基极电压不能高于C极电压，否则3DD104E工作不正常。为了确保电路可靠工作，需先加+15V，再加0～+150V，后加控制信号0～10V。
2.调频法一个单片机调频控制的120kV高压电源如图2-3-14所示。
CD4066是一个双向四开关，控制端C高电平，I/O—O/I导通。当2～4s信号加到C端时，I/O—O/I导通，单片机调频信号通过，输入到CD4017，推动直流变换器工作产生120kV高压电源。
3.调触发信号幅度法一个控制CD4069、CD4017电源电压，进而控制CD4017输出幅度，使它激推挽直流变换器变压器T次级输出脉冲电压受到控制，即倍加器输出高压受到控制。其电路如图2-3-15所示。
如果是脉冲中子氧活化液流测井仪，上跟随器加0～10V直流电压，下跟随器加宽度为2s、4s、幅度为0～10V的脉冲。如果是碳氧比、中子寿命上、下跟随器输入端接在一起，加0～10V直流电压即可。
九、高压倍加器在井下核测井仪器中产生120kV高压电源，如果不用高压倍加器几乎是不可能的。倍加器分为单向倍加器和双向倍加器。同样的元件做成单向倍加器，由于倍压级数多，内阻大，内部压降大，输出功率小，脉振系数大；做成双向倍加器，由于倍压级数少，内部压降小，输出功率大，脉振系数小。因此，在φ102mm、φ90mm碳氧比能谱测井仪器中，采用了双向倍加器。在φ42mm的单向或双向液流脉冲中子氧活化测井仪器中，采用了单向倍加器，因为φ42mm直径细空间小，高压变压器次级线圈悬浮不起来。
大庆油田研制的井下碳氧比能谱测井仪器的中子发生器，120kV高压电源是双向20次倍压，向正方向倍压10次，向负方向倍压10次。如果说级数，正、负方向各5级。倍加器原理如图2-3-16所示。
现以双向每边4次倍压说明。明白了4次，依此类推也就明白了每边10次倍压。
如图2-3-16所示，设第一个周期0～Π时间内，B点正，A点负。充电电流I由B点→电容C6′→硅堆G11→A点，将电容C6′充电到变压器T次级线圈输出电压V2max。在П→2П时间内，A点正，B点负。充电电流有两路：一路由A点→硅堆G10→电容C5′→B点，将电容C5′充电到V2max。另一路由A点→电容C6→硅堆G12→电容C6′→B点，将电容C6充电至V2max＋VC6′＝2V2max。第二个周期2П～3П时间内，B点正，A点负。一路由B点→电容C6′→电容C7′→硅堆G13→电容C6→A点，将电容C7′充电至V2max－VC6′＋VC6＝2V2max。一路由B点→电容C5′→硅堆G9→电容C5→A点，将电容C5充电至V2max＋VC5′＝2V2max。在3Π～4Π时间内，A点正，B点负。一路由A点→电容C6→电容C7→硅堆G14→电容C7′→电容C6′→B点，将电容C7充电至V2max－VC6＋VC7′＋VC6′＝2V2max。另一路由A点→电容C5→硅堆G8→电容C4′→电容C5′→B点。将电容C4′充电至V2max＋VC5－VC5′＝2V2max。在第三个周期4Π～5Π时间内，B点正，A点负。一路由B点→电容C5′→电容C4′→硅堆G7→电容C4→电容C5→A点，将电容C4充电至V2max＋VC5′＋VC4′－VC5＝2V2max。另一路由B点→电容C6′→电容C7′→电容C8′→硅堆G15→电容C7→电容C6→A点。经过二个半周期，将4次倍压过程简述完毕。每边10次倍压，经过六个半周期充电完毕。由充电过程看出，C—D电容器柱各电容上的电压均为2V2max，10个电容上的电压加起来是2V2max×10＝20V2max。E—F电容器柱，电容C6′电容C5′上的电压等于一个V2max，其他均为2V2max。所以E—F电容柱10个电容上的电压加起来是2V2max×8＋V2max×2＝18V2max，电容C6′、C5′充电电压V2max，耐压比其他电容低一半，而电容量应大一倍较好。
1.倍加器的理论公式1）单向倍加器理论公式（1）倍压级数N：
式中 f——直流变换器工作频率；c——倍加器倍压电容；I——倍加器负载电流；V——倍加器输出电压。
（2）脉振系数δ：
（3）内部压降ΔV：
（4）倍加器电容：
式中 K——倍压次数，倍压级数N=2K。
2）双向倍加器的理论公式由于双向倍加器实质上是两个单向倍加器，所以其公式是一样的，只是倍压级数计算时可减少一半。例如：在碳氧比能谱仪器中，V2＝8000V，要产生160kV高压，单向倍加器需要10级20次倍压，双向倍加器每边只需5级10次倍压。由于倍加器内部压降，脉振系数都与倍加器倍压级数的平方、立方成正比。所以，要做一个输出高压脉动幅度值比较小，比较平稳，输出功率比较大的高压电源，应首选双向倍加器。
2.直流变换器自激推挽直流变换器的优点：（1）负载高压电源短路时，停止振荡，成为一种自动短路保护电路；（2）晶体管不论在饱和状态、截止状态都能工作，效率高，功耗小；（3）铁芯饱和时，开关被切换，切换时很少有脉冲反冲尖子击穿晶体管；（4）两个晶体管集电极之间接一个电容C来吸收脉冲反冲尖子，保护晶体管；（5）高压电源120kV打火时，直流变换器也不会坏。其原理如图2-3-17所示。
当电源VCC接通后，由于两个晶体管参数不完全一致，总有一个先导通。假如G1先导通，电流由Vcc正端→变压器T中间抽头→变压器T上边线圈→G1C1→G1E1→地。在线圈上产生的感应电势，下正上负。G1基极b1为正，进一步导通，G2基极b2为负，进一步截止，这是一个“雪崩”过程。瞬间使G1饱和导通，G2完全截止。G1一直导通到变压器T磁芯磁通达到饱和值φs为止，此时如图2-3-17b所示磁通的变化速度接近于零或很小；变压器T所有线圈的感应电势也将接近零或下降很多。此时各线圈内的电流急剧地减小，并引起各线圈出现极性相反的感应电势，下负上正，使G1向截止方向发展，使G2向导通方向发展，这是一个“雪崩”过程。瞬间使G1完全截止，G2饱和导通。自激推挽直流变换器计算公式如下：
式中 Nc——集电极线圈匝数；VCC——供电电压；f——直流变换器振荡频率；Bm——磁芯饱和磁感应强度；S——磁芯截面，cm2。
大功率高反压晶体三极管发射极、基极之间电压最高为16V。高于16V时，晶体管就要损坏，一般设计为4～5V。图2-3-18列出了过去曾实验过的直流变换器电路。