隨著我國(guó)醫(yī)療事業(yè)的不斷發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備精度更加高，醫(yī)用X射電診斷儀器是應(yīng)用較早的一種設(shè)備，技術(shù)比較成熟，在高頻高壓的研究方面，國(guó)外的研究比較先進(jìn)，本文主要研究X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器的設(shè)計(jì)。

　　【摘 要】X射線具有傳統(tǒng)物質(zhì)不反射和折射的特點(diǎn)，目前廣泛使用在醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)生產(chǎn)以及航天等領(lǐng)域，X射線機(jī)高頻高壓是現(xiàn)代X光機(jī)的研究方向，本文主要研究X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器的設(shè)計(jì)，希望能為相關(guān)人員帶來(lái)一些幫助。

　　【關(guān)鍵詞】科技期刊發(fā)表,X射線機(jī),高頻高壓,設(shè)計(jì)

　　1.高頻高壓發(fā)生器理論基礎(chǔ)

　　X射線本身屬于電磁波，產(chǎn)生需要具備陰極電子源、陽(yáng)極靶和高壓電場(chǎng)。高壓高頻發(fā)生器用于X射線球管提供穩(wěn)定高壓電流，相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，工作過(guò)程與常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源類似，不同的是輸出電壓高、功率大。目前常見(jiàn)的中高頻發(fā)生器都是通過(guò)調(diào)節(jié)交流電壓的頻率來(lái)輸出電壓的大小，常見(jiàn)的控制方式包括脈沖頻率調(diào)制、脈沖寬度調(diào)制和混合調(diào)制三種。

　　脈沖寬度調(diào)制中，方波電壓的有效值受到占空比控制，輸出電壓的大小可以通過(guò)改變占空比實(shí)現(xiàn)。在空載情況下，輸出電壓為最高值，若是存在負(fù)載，濾波電容不斷充放電，實(shí)現(xiàn)平衡，這種方法一般使用在燈絲電壓的控制中。脈沖頻率調(diào)節(jié)控制通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器初級(jí)線圈回路電壓的信號(hào)周期改變輸出電壓，一般使用在管電壓的調(diào)節(jié)電路中�；旌险{(diào)制就是將以上兩種方式結(jié)合在一起改變輸電壓。

　　2.X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器設(shè)計(jì)

　　高頻高壓發(fā)生器的主要功能是為X射線管提供電壓和電源，因此在設(shè)計(jì)中需要采用反饋設(shè)計(jì)，還需要設(shè)計(jì)故障報(bào)警功能，保障人機(jī)安全，操作方便，體積小，便于控制成本。

　　2.1電源模塊的設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)的電源模塊為電網(wǎng)→電源管理→逆變橋，逆變橋→系統(tǒng)工作低壓電源。此設(shè)計(jì)模塊需要能夠滿足對(duì)系統(tǒng)電源電壓分配控制，在開(kāi)機(jī)中能夠起到預(yù)充電的作用，在工作異常的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備與電網(wǎng)的切斷，提高安全性。因此在此設(shè)計(jì)中采用了預(yù)充電檢測(cè)電路和一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)電路設(shè)計(jì)，能夠先給發(fā)生器提供低壓電源保證電路的正常運(yùn)行，預(yù)充電檢測(cè)電壓線先保證高壓電源的預(yù)充電，在對(duì)其他電源充電，能夠避免產(chǎn)生浪涌電流。

　　在設(shè)計(jì)中整個(gè)高頻高壓發(fā)生器需要提供低壓直流電源，雖然電源的電壓都不是很高，但是數(shù)量非常大。因此在本設(shè)計(jì)中所涉及的電源模塊要求比較高，需要購(gòu)買技術(shù)比較成熟的開(kāi)關(guān)模塊，部分對(duì)電源要求較低的電源可自行設(shè)計(jì)，再利用電源芯片實(shí)現(xiàn)所需電壓的輸出。逆變橋的電源模塊需要設(shè)定為直流電，通過(guò)逆變轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電。

　　2.2控制模塊與逆變電路模塊的設(shè)計(jì)

　　控制模塊的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的部分，核心采用微型處理器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制。微處理器自身想要正常工作，需要提供電源以及時(shí)鐘信號(hào)等，邏輯信號(hào)就是微處理器的輸入信號(hào)，微處理器判斷邏輯信號(hào)，發(fā)出指令，執(zhí)行模塊執(zhí)行。

　　逆變電路模塊常見(jiàn)的方式包括全橋逆變和半橋逆變，在此設(shè)計(jì)中，采用的是全橋逆變的方式，逆變?nèi)珮蚋鳂虮谏系拈_(kāi)關(guān)管在驅(qū)動(dòng)時(shí)序下輪流導(dǎo)通和斷開(kāi)，逆變橋的工作頻率可以通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖的周期實(shí)現(xiàn)，在此設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)程序中插入了死區(qū)時(shí)間。由于逆變電路在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序中要求非常嚴(yán)格，逆變電路屬于低壓信號(hào)，因此在本方案的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了性能更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電路，能夠把驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙極性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保證相位，實(shí)現(xiàn)高低壓的隔離。

　　2.3高頻高壓變壓器與多倍壓整流濾波的設(shè)計(jì)

　　高頻高壓變壓器是核心部件之一，也是設(shè)計(jì)中的技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)逆變器輸出的電壓是交流電，但是電壓幅值太低，因此需要經(jīng)過(guò)電壓升壓變化，因此變壓器的損耗以及耐壓條件需要格外的注意。高頻高壓變壓器的結(jié)構(gòu)與常見(jiàn)的變壓器基本一樣，但是并沒(méi)有現(xiàn)成的樣品，因此需要根據(jù)高頻交流電壓等進(jìn)行自行設(shè)計(jì)并調(diào)整參數(shù)。此處設(shè)計(jì)的高頻變壓器需要確定變壓器初級(jí)、次級(jí)線圈的參數(shù)，變壓器繞組的參數(shù)主要包括寄生參數(shù)和線圈匝數(shù)，需要先選擇一個(gè)工作頻率，工作頻率范圍要能夠保證不會(huì)產(chǎn)生太大的損耗，依照線圈電流的大小以及窗口面積等確定線圈導(dǎo)線的直徑，選定為漆包銅線，在設(shè)計(jì)中需要做好保護(hù)措施。

　　經(jīng)過(guò)高頻高壓變壓器升壓后，電壓值滿足要求，但是X射線管需要的電源是直流電源，因此還需要進(jìn)行整流和濾波，采用多倍壓整流濾波的放大法，也能降低變壓器的耐壓指標(biāo)，達(dá)到平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的。由于X射線管提供的電壓值很高，很多元件的承壓能力要求很好，因此在設(shè)計(jì)中需要采用技術(shù)來(lái)降低元件所承受的電壓，在此設(shè)計(jì)中采用了倍壓整流濾波技術(shù)，降低變壓器次級(jí)的輸出電壓，也能減小整流二極管和濾波電容的耐壓要求。

　　2.4燈絲電路的設(shè)計(jì)

　　燈絲電源是產(chǎn)生X射線的條件，作用是產(chǎn)生豐富的電子源，在有電流的情況下，形成自由電子，在高壓電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生高速的電子流。燈絲電路的設(shè)計(jì)采用了脈沖寬度調(diào)制控制方式。

　　燈絲單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的自由電子與管電流基本相等，燈絲產(chǎn)生的熱量與散熱達(dá)到平衡就能保證燈絲的溫度恒定，獲得穩(wěn)定的自由電子，平衡狀態(tài)由X射線管電流的大小決定，在采樣中，將管電流的大小反饋給控制電路，形成閉合環(huán)路，比較設(shè)定值和反饋值，確定管電流值�？刂齐娐愤�需要燈絲電流的反饋信號(hào)，在設(shè)計(jì)中需要先讓燈絲電流達(dá)到設(shè)定值。

　　2.5高壓采樣反饋電路的設(shè)計(jì)

　　在X線成像中，需要X射線是單能，為了獲取穩(wěn)定的管電壓，就要求高壓發(fā)生器隨著工作條件自行調(diào)整參數(shù)。為降低濾波電容的耐壓要求，在光電采樣的過(guò)程中，分別采樣陰陽(yáng)極的電壓，在經(jīng)過(guò)運(yùn)算后反饋給控制電路。

　　結(jié)束語(yǔ)：

　　綜上所述，本文主要研究X射線機(jī)高頻高壓發(fā)生器的設(shè)計(jì)，高頻高壓發(fā)生器是一種復(fù)雜的系統(tǒng)架構(gòu)，當(dāng)前的研究成果有很多，在本設(shè)計(jì)中還需要繼續(xù)研究變壓器以及電路等的完善，這些還需要更多的人努力去研究。

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