Titan高压发生器培训资料

第一章高频高压发生器简介1.1X线高频高压发生器特点1.2X线高频高压发生器的构成高频X线发生器主电路工作原理�整流器把工频电源整流、经滤波变为平滑直流；�逆变器把直流变成频率为25kHz的交流电，由这部分电路决定发生器输出KV的大小；�高压变压器变压，获得25kHz的高频高压交流电。再经过高压整流和高压滤波输出纹波为50kHz的高压直流电1.1X线高频高压发生器特点�1、X线性能稳定，成像质量及效率高�2、曝光定时精确，曝光时间的重复性精度高，并可实现1ms超短时曝光�3、能显著缩小体积和重量�4、kV和mA的控制精度大大提高�5、高压部分整流电路简单1、X线性能稳定，成像质量及效率高�X线的质（硬度）是由X线球管上所加的高压，即kV的大小决定的。�如kV有波动，X线的质不稳定，低kV造成软射线，射线性能降低，影响成像质量，加大病患所受X线伤害的程度。�高频高压发生器输出波形近似于恒定直流，X线性能稳定，成像质量好及效率高，剂量可以降低，降低了病患所受X线伤害的程度上图可见，高频发生器输出的是波形近似于恒定的直流高压，短时曝光不受电源同步影响，曝光定时精确，曝光时间的重复性高。高频发生器高压波形上升沿很陡，所以最短曝光时间可大大缩短4、kV和mA的控制精度大大提高�X线高频高压发生器，kV的控制使用闭环控制电路，kV的控制精度大大提高，重复性也提高了。�X线高频高压发生器灯丝电流的控制使用闭环控制电路。mA的控制精度大大提高。1.2X线高频高压发生器的构成1.2X线高频高压发生器的构成�主电路部分由整流电路、主逆变器、高压变压器、高压整流电路组成。上升沿陡峭�灯丝电路由灯丝逆变器、灯丝变压器组成。�控制及驱动电路由主电路逆变器控制及驱动电路、灯丝逆变器的控制及驱动电路、旋转阳极X线球管的阳极定子线圈驱动和控制电路、自动曝光控制（AEC）电路。第二章高频高压发生器主电路压发生器主电路2.1相关的基本概念2.2高频高压发生器主电路分析2.3功率开关管的驱动电路2.4发生器主电路的控制回路分析2.1相关的基本概念�电力电子电路辅助电路包括：控制电路、驱动电路、缓冲电路和保护电路。�控制电路：其功能是根据输入和输出的要求产生主电路所有大功率电子器件的通断信号。�驱动电路：其功能是根据控制电路给出的逻辑信号，提供大功率电子器件足够的驱动功率，以确保大功率电子器件的迅速可靠开通和关断。�整流电路：由交流电能到直流电能的变换称为整流（或称AC／DC变换），能实现这一功能的电路称整流电路。�逆变电路：由直流电能到交流电能的变换称为逆变（或称DC／AC变换），能实现这一功能的电路称逆变电路�IGBT：绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor）的简称，属电压全控、双极型半导体器件，外部有三个电极，分别是门极G、集电极C和发射极E。电路符号如下�PWM：脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，缩写为PWM）的简称，通过改变逆变器的工作的脉冲宽度，来改变输出电压值以达到调节输出功率的目的。2.2高频高压发生器主电路分析�发生器主电路的构成�整流电路�逆变电路�高压输出电路三相全桥整流电路组成：六个不控型器件上臂器件VD1、VD3、VD5，称共阴组，也可称为上组。下臂器件VD4、VD6、VD2，称共阳组，也可称下组。实际上VD1到VD6为一个整流桥。逆变电路属硬开关PWM控制逆变器，由VT1～VT4组成，反馈二极管Dl～D4的作用是续流，调整功率VT1–VT4的导通脉宽来调节输出管压。实际VT1，VT3，D1，D3由一个半桥IGBT模块组成。VT2，VT4，D2，D4由一个半桥IGBT模块组成。逆变电路的原理图和波形图在T0～T1，IGBTVT1和VT4导通，VT2VT3截止，电流通过VT1，VT4流过高压变压器。T1到T2和所有IGBT截止。T2到T3，IGBTVT2VT3导通，VT1和VT截止，电流通过VT2，VT3流过高压变压器。高压输出电路�高压整流部分通常为单相全波整流电路。�高频高压发生器使用两套高压变压器，阳极、阴极各自有一套，整流后的直流电压串联，中间接地。这样可以降低高压器件的耐压要求。2.3功率开关管的驱动电路�驱动电路的功能就是将控制信号变成适于驱动相应开关管的电压或电流信号。�分电压驱动型和电流驱动型。�MOSFET与IGBT属于电压驱动型器件。驱动电路的要求�1、驱动电路应保证驱动功率开关器件完全的导通和关断。要使MOSFET、IGBT开通必须给门极或栅极加上正电压。去掉该门极或栅极电压后，MOSFET、IGBT就关断，通常为了高速关断，以及防止关断期间误动作，一般都加一个负偏压。�2、驱动电路的设计应该根据功率开关器件的开关性能，考虑改善器件的开关特性和减小器件的开关损耗。�3、由于开关管器件所在的主电路电位与控制电路的电位不同，所以两者之间需要隔离，此时可以采用脉冲变压器，光电耦合器或驱动模块。所以，驱动电路的作用是将控制电路输出的控制信号隔离、放大以驱动功率开关器件。�4、提高抗干扰性能，防止器件误导通和误关断。2.4发生器主电路的控制回路�发生器的主电源回路与外接网电源接通后，会对整流电路的平滑电容充电，这时常有保护电路来限制充电时的浪涌电流；�主电路的电源与外接网电源断开后，存留于平滑电容中的电荷是非常危险的，电路中必须有外接的放电电路，在发生器断电后，要释放储存于电容中的剩余电荷。发生器主电路电源的接通过程�线电压通过软启动电流限制电阻R1,R2，整流板上的K1,K2继电器供给整流器D1的输入端，给直流母线电容预充电。�直流母线预充电探测电路的检测。�直流母线充电正常，闭合主电源输入的电源接触器K2，主电路线电压由D1直接整流，产生直流电压。发生器主电路电源关断过程�当发生器电源关断后，当12V电源失去，主电源输入接触器K1释放。常闭点接通，直流母线电路通过R3快速放电。第三章高频高压发生器控制电路主要内容�3.1系统上电控制及电源分配电路�3.2kV控制和反馈�3.3灯丝驱动和mA控制�3.4X线曝光控制�3.5旋转阳极的定子驱动及保护电路�3.6自动曝光控制（AEC）�3.7自动亮度控制（ABS）3.1系统上电控制及电源分配电路�3.1.1系统上电控制�3.1.2电源分配�在外部电网电源与发生器可靠连接后，而系统的主接触器没有合上以前，在发生器中有部分线路已与外部电网电源接通得电，供系统上电控制。主要包括保险丝，接触器输入，24V开关电源。3.2kV控制和反馈�X线的质（硬度）是由kV的大小决定的，调节kV就能有效地控制X线的质。由于人体各组织部位密度、厚度的差异很大，这就要求X线高压发生器必须有一个调节范围很宽的kV调节系统，以满足人体各部位对X线穿透能力的要求。�高频高压发生器kV的控制使用闭环控制，即使用kV的测量电路，由比较电路把所测值与kV的设定值相比较，如果有差别的话，由控制电路对控制参数进行快速调整，直到kV的测量值与设定值一致。3.2.1kV的检测电路见上面的高压发生器原理图�采样电路两个或几个高阻抗电阻相互串联，根据电路的工作原理，确定适当的缩放倍数，得到合适的采样电压。�阳极和阴极电路各自都有电压分配器提供阳极和阴极的kV反馈电压。3.2.2kV的控制C1C2C10R1R2R7R17R8R16R15C15D5R39R31C289108114U1C*2Z1Z2R5430kv/vR30C22+15OVERKV+KV-KV231411U1ATL084D8U6FJ1:1J1:2J1:3TP2TP1J4:9DS56C3C411W1502R51J4:24KVDR1KV-DR2J7:1J7:2R61R62TP6KVDEMPWM控制器R27R29131214411U1DJ4:22KVMkV设定kV比较kV的控制kV的反馈kV的输出�在发生器控制板上的J11：1和J1：3的KV反馈电压送到差放大电路U1A的输入,U1A输出送到PWM控制器与KV设定进行误差放大控制PWM控制器的输出脉冲宽度以以调整输出KV.在TP6测试点输出比例为1V=30KV，W1电位器可对输出KV进行修正。�只有在RS触发器没触发，单片机不死机，用户曝光手柄EXP按下，单片机输出开高压允许信号4个条件都满足，硬件电路才允许开高压，否则控制管压的PWM控制器不启动。3.2.3保护电路�高压初级过电流信号经IGBT驱动电路检测并传送给CPU,CPU发出关断高压指令，并在显示屏上进行故障提示：IGBT故障。�过高kV的限制保护U1C是绝对过KV保护当检测反馈KV高于160KV,U1C输出高电平，经U6F缓冲后送给CPU板RS触发器。RS触发器触发后直接关断管压控制。CPU读到RS触发器被触发后，也发出关断高压指令，并在显示屏上进行故障提示：过管压。�阴阳极不平衡，在kV板对阴极管压取样和阳极管压取样进行比较。如果2者电压相差20kV,则比较器输出触发CPU板RS触发器，直接关断kV。3.3灯丝驱动和mA控制�灯丝驱动电路是为X线管灯丝提供加热电源的电路。因为它可实现mA调节，所以又称为mA控制电路。�按灯丝变压器的初级线圈端和次级线圈端的电路，可分为灯丝初级电路和灯丝次级电路。灯丝次级电路与X线球管的阴极灯丝相连。�球管灯丝温度发射的电子数量是X射线剂量的关键因素之一�灯丝温度是由X线球管灯丝加热电压决定的，即由灯丝变压器次级电压决定。改变灯丝变压器初级电压或电流来调节mA。由灯丝反馈闭环控制来实现mA的控制。灯丝电流的设定由单片机计算完成。高频高压发生器的灯丝初级电路一般是由功率管组成的半桥逆变器，灯丝输出功率的控制是用逆变器脉冲宽度调制来实现的。3.3.1检测与反馈电路�3.3.1.1灯丝变压器初级电流的检测在灯丝变压器的初级串入灯丝电流检测变压器TA的初级。�在检测变压器TA次极的经真有效值转换，输出经矫正后的灯丝电流反馈的值，在此电路中，反馈比例为5V=5.4A的灯丝电流。�有两块灯丝板的发生器，相应分别检测小焦点灯丝电流和大焦点灯丝电流。�3.3.1.2mA检测电路�当曝光时，X线球管电流流过高压阳极和阴极板的串联电阻。经过这些电阻分压，产生的电压与X线球管的电流mA成正比，送到模拟板的的J1。�在高压发生器mA反馈电压值设定比例为约1V=100mA的阳极电流。�3.3.1.3用户mA测量电路C8104C6C7C5104C18R3R4R10R12R13R11R20R19R32231411U2AC17103131214411U2DD6R33R35R34C25104C4C12104*2100mA/VZ31N4757Z41N4757D2D1D5D3R9R14+15-15-15+15MAMTP3TP4TP5mA+mA-J1:4J1:5J4:18R40阳极取样阴极取样�在发生器控制板上的1-4和J1-5的mA反馈电压送到误差放大电路U2A的输入,由U2D输出,在TP5测试点输出比例为1V=100mA�在高压TANK上面留有用户mA测试接点A、C。�测量方法：在断电的情况下，去掉mA测试接点A、C的短接片，把测量仪器串接在A、C间。�注意，在测量工作完成后，把mA测量仪器从测量点移去后，要马上把mA测试接点A、C的短接片安装好3.3.2灯丝电流的控制�CPU接收到一个曝光准备指令，在发生器CPU内部的D/A转换器，输出与设定灯丝电流成正比的参考电压。经过CPU板运放U19A输出放大，比例为（5V=5.4A的灯丝电流）。在经过继电器K1切换到大焦点灯丝控制电路或小焦点灯丝控制电路的参考电压端。�灯丝板的控制：由功率管组成的半桥逆变器，灯丝输出功率的控制是用逆变器脉冲宽度调制来实现的。R8C7231411U1A9108114U1CTL084J1:3R18C12C10FILDEMC1R2R1J1:2FILAR4R17R105.4A/5V0-5VR35R38Q3Q4D13D14C35C29C31J4:1J4:3电流真有效值转换PWM调制器R9C8D1+12-12657411U1B