係統電路組成


X射線機有陽極高壓
、陽極電流以及曝光時間三個物理量需要控製。陽極高壓決定X射線的質，而陽極電流的大小決定X射線的量，三者共同決定放射劑量的大小。為了完成上述三個物理量的控製，決定采用如圖1所suo示shi的de拓tuo撲pu結jie構gou。其qi中zhong，陽yang極ji高gao壓ya部bu分fen由you全quan橋qiao逆ni變bian電dian路lu和he倍bei壓ya整zheng流liu電dian路lu產chan生sheng。燈deng絲si加jia熱re電dian路lu采cai用yong推tui挽wan技ji術shu產chan生sheng的de高gao頻pin交jiao流liu加jia熱re。曝pu光guang時shi間jian由you單dan片pian機ji控kong製zhi。

陽極高壓產生及控製電路

陽極高壓產生部分需要解決兩個關鍵問題：

高壓變壓器的問題

因為升壓變壓器的次級繞組與初級繞組間變比大，在初級側的等效漏感
、fenbudianrongdengcanshujiaoda，bunenghushigaoyabianyaqiraozuderaozhifangfawenti。anzhaochangguidecijixianquanraozufencenglaihuiraozhihenduoceng，shangxiacengjiancunzaifenbudianrong，zheyangmeigezhouqineidouyoudianliutongguo
，chanshengjiaogaodesunhao，yingxiangnibianqideyunxing。

目(mu)前(qian)，工(gong)程(cheng)上(shang)采(cai)用(yong)分(fen)槽(cao)繞(rao)製(zhi)的(de)方(fang)法(fa)
，能(neng)減(jian)少(shao)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)。本(ben)設(she)計(ji)用(yong)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)方(fang)法(fa)，即(ji)采(cai)用(yong)雙(shuang)麵(mian)電(dian)路(lu)板(ban)印(yin)製(zhi)次(ci)級(ji)繞(rao)組(zu)，在(zai)中(zhong)間(jian)開(kai)孔(kong)
，然(ran)後(hou)相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)疊(die)加(jia)串(chuan)聯(lian)起(qi)來(lai)組(zu)成(cheng)，使(shi)用(yong)UUxingtieyangtigonglvcixin。zhezhongfangfadehaochushicengjiannengkekaodejueyuan，leisiyufencaoraozhi
，fenbudianrongxiaoqieyouquedingdezhi，youliyugongchengzhizaodetiaoshihejianshaochengben。

高壓器件部件的集成
、絕緣和散熱問題

本設計區別於傳統做法，將升壓變壓器
、倍壓整流電路板
、X球管等幾個部分安裝在一起
，采用變壓器油絕緣散熱，這樣可以解決升壓變壓器繞組間、beiyaerjiguanhedianrongdejueyuan
，tongshijiejueqiuguanyangjidesanre，bianyujueyuangongyishigongyuweihu，haikeyiyongputongdianxianlianjiequanqiaobianhuanqiyushengyabianyaqi，qudaijiageanggui、笨重的專用高壓電纜，減小了體積與成本。

gaopinnibianjishuchanshenggaopinjiaoliugonggeishengyabianyaqi
，keyicaiyongyingkaiguandianluchanshengfangbodianya
，yekeyicaiyonggaopinxiezhenbianhuanqichanshengjinsizhengxiandianya。yinfangbomaichongneihanyoufengfudegaocixiebo
，zhexiegaocixiebokenengyuhoujibeiyadianlugouchengxiezhenⅢ
，諧(xie)振(zhen)電(dian)壓(ya)疊(die)加(jia)在(zai)直(zhi)流(liu)成(cheng)分(fen)上(shang)形(xing)成(cheng)比(bi)預(yu)計(ji)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)，易(yi)產(chan)生(sheng)放(fang)電(dian)打(da)火(huo)現(xian)象(xiang)。而(er)後(hou)者(zhe)輸(shu)出(chu)近(jin)似(si)正(zheng)弦(xian)波(bo)
，高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)頻(pin)率(lv)單(dan)一(yi)，可(ke)以(yi)合(he)理(li)設(she)計(ji)參(can)數(shu)，規(gui)避(bi)在(zai)後(hou)級(ji)電(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)諧(xie)振(zhen)。所(suo)以(yi)在(zai)合(he)理(li)利(li)用(yong)升(sheng)壓(ya)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)寄(ji)生(sheng)參(can)數(shu)方(fang)麵(mian)，提(ti)高(gao)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)有(you)較(jiao)多(duo)研(yan)究(jiu)。本(ben)設(she)計(ji)中(zhong)也(ye)合(he)理(li)利(li)用(yong)了(le)升(sheng)壓(ya)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)
，如(ru)圖(tu)1中功率變換采用零電壓開關準諧振全橋變換器的主電路拓撲結構，它實際上是一種串並聯混合諧振變換器，並聯諧振電容（圖中沒有標出） 采用次級繞組在初級側的等效分布電容;諧振電感Lr包括了高頻變壓器的漏感;串聯諧振電容Cr為MOSFET管的輸出電容和外加電容
，它具有串聯諧振變換器和並聯諧振變換器各自的優點
，適應X球管這樣的大動態範圍負載。


圖2為陽極高壓控製電路。其核心芯片為零電壓開關諧振型控製器MC34067，它采用恒關斷時間而改變頻率來達到改變占空比的方式穩定輸出電壓。其中，R1和C1決定諧振頻率。U0為陽極電壓反饋信號。輸出信號A、B信號經驅動電路分別接圖1的S1/S4、S2/S3。
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燈絲加熱電路及控製


燈絲加熱電路的功能是發射電子，有直流電壓和交流電壓加熱兩種方法。圖3為某一型號X射線球管的燈絲發射特性曲線。從圖中可知，X射線管的陽極電流（又稱為管電流）與兩個因素有關：dengsijiaredianyaheyangjigaoya，danzhuyaoyoudengsijiaredianyajueding。youyukongjiandianhedecunzaiyangjidianliuyuyangjigaoyayouguan
，yinyangjigaoyagaibianshi
，guanneijiasudianchangqiangdubianhua
，yangjishoujidianzidenenglifashengxiangyingdebianhua
，congerdaozhiyangjidianliugaibian。weilebaozhengx線機陽極電流在整個輻照過程中一直穩定不變，在設計電路時就必須采用相應的控製方法。工頻供電X射線機中
，多數設備是采用線性補償或電壓補償來抵消或抑製空間電荷的影響。這些方法不適合高頻逆變型X射線機的陽極電流控製。

本設計用推挽電路將15 V的直流電變換成17 kHz的高頻方波信號經變壓器降壓隔離接至燈絲兩端
，輸出電壓的有效值大小受兩個互補驅動信號的占空比D決定，控製芯片為TL494。圖4為基於TL494設計的X射線機陽極電流控製原理。其原理描述如下
，陽極電流反饋信號Ia與設定電流Iref比較進行誤差放大後，再第一次限幅保護，其幅度的大小由燈絲推挽電路保護電流決定，然後再送入脈寬調製集成電路TL494的PWMbijiaoqi。ruowuchaxinhaozengda
，tayuzhendangsanjiaoboxinhaobijiaohou
，shuchudefangboxinhaozhankongbibianxiao，zheyanghuishitongguodengsidedianliubianxiao，jinyibujiangdileyangjidianliu。zhiyuyangjigaoyaduiyangjidianliudeyingxiang

，taqiaomiaodiliyongleTL494的死區時間控製端，即用輸出電壓的大小改變輸出燈絲驅動信號占空比的最大值。這是一種非線性補償方法。

整機控製電路

X光機的整機控製電路采用單片機
，任務包括設定陽極高壓
、電流

、曝光時間、保護電路、gaoyayudengsigongzuodeshinengshixukongzhideng。zhelitebiexuyaoqiangtiaogaoyachanshengdianluyudengsijiaredekongzhishixuwenti。yuqitazhenkongdianziguanshebeiyiyang
，dengsijiarexuyaoyidingshijianyurecainengwendingfashedianzi
，ergaopinnibianqiyubeiyadianluxiangjiehechanshenggaoyazhezhongdianluleixing，tadetexingleisiyudianyayuan，yuchuantongdegongpinshengyabianyaqixiangbijiaoeryan，qineizuxiao。ruguogaoyafankuidianludequyangweizhiyukongzhibihuanhuiludeshejibushihenqiadang，qiedengsimeiyougongzuohuoqingzaigongzuoshirongyizaochenggaoyabufenkongzaihuoqingzaigongzuo
，zheyangquanqiaobianhuanqidegonglvkaiguanqijiangongzuozaijidizhankongbixia
，gaoyashuchuhaiyougaocixiebofenliangduo，EMI嚴重，容易產生尖脈衝在X球(qiu)管(guan)內(nei)產(chan)生(sheng)打(da)火(huo)，損(sun)壞(huai)球(qiu)管(guan)。所(suo)以(yi)兩(liang)者(zhe)的(de)工(gong)作(zuo)時(shi)序(xu)要(yao)配(pei)合(he)好(hao)
，高(gao)壓(ya)部(bu)分(fen)工(gong)作(zuo)前(qian)要(yao)先(xian)啟(qi)動(dong)燈(deng)絲(si)加(jia)熱(re)，高(gao)壓(ya)部(bu)分(fen)關(guan)閉(bi)也(ye)先(xian)於(yu)燈(deng)絲(si)加(jia)熱(re)關(guan)閉(bi)
，即(ji)燈(deng)絲(si)加(jia)熱(re)工(gong)作(zuo)時(shi)序(xu)寬(kuan)度(du)要(yao)覆(fu)蓋(gai)陽(yang)極(ji)高(gao)壓(ya)工(gong)作(zuo)時(shi)序(xu)。

實驗與結論

根據上述思路和電路設計了樣機，陽極高壓部分的設計要求是輸出範圍為50～90 kV
，電流為4～20 mA。實驗分下麵幾個部分進行：

（1）檢測高壓產生部分。檢測項目包括輸出高壓在電網波動情況下（220 V土10%）的穩定性與調整情況、高壓輸出上升沿的時間、開關機時有沒有輸出電壓過衝現象
、保護電路的可靠性以及其他有關的電氣安全。

（2）對X球管產生部分的安裝絕緣處理檢查。所有的高壓電路與球管采用優質特氟龍安裝固定，並在真空狀態下灌注變壓器油
、密封，防止氣泡融入油中影響絕緣等級。

（3）燈絲加熱電路的實驗。主要是對推挽變壓器和保護電路進行測試，防止輸出的17 kHz交流加熱信號中因漏感造成有過高的幅度燒壞燈絲。根據所選用X球管的情況
，確定燈絲加熱的預熱時間比高壓產生部分的啟動信號早2～3s，而關閉時間比高壓結束信號遲1s。

本篇文章以高頻逆變電源為基礎
，對X光機係統電路的組成、高壓變壓器、整機控製電路這三大方麵進行了全麵的介紹。隨著科技的進步，X光機將向著小型便攜化發展。通過對逆變電源的改良，設計者們將會很快實現這一目標。

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