基于高频逆变技术的X光机研究与设计

　　X射线检测技术在无损检测技术和医院诊断领域有着重要的应用，因此人们不断研究X射线产生的相关技术，比如如何减小设备的体积，提高高压直流电源的稳定性和可靠性，X射线的品质与其所需的灯丝电流及阳极电压的相互关系等。本文从高频逆变技术的角度出发，介绍了X光机主要部分的设计，以及阳极电流与阳极高压及灯丝加热之间实现控制的方法。其主要特点是合理利用高频变压器的寄生参数来设计谐振变换器。灯丝加热采用高频交流电压信号。

　　1 系统电路组成

　　X射线机有阳极高压、阳极电流以及曝光时间三个物理量需要控制。阳极高压决定X射线的质，而阳极电流的大小决定X射线的量，三者共同决定放射剂量的大小。为了完成上述三个物理量的控制，决定采用如图1所示的拓扑结构。其中，阳极高压部分由全桥逆变电路和倍压整流电路产生;灯丝加热电路采用推挽技术产生的高频交流加热;曝光时间由单片机控制。

　　1.1 阳极高压产生及控制电路

　　阳极高压产生部分需要解决两个关键问题：

　　(1)高压变压器的问题

　　因为升压变压器的次级绕组与初级绕组间变比大，在初级侧的等效漏感、分布电容等参数较大，不能忽视高压变压器绕组的绕制方法问题。按照常规的次级线圈绕组分层来回绕制很多层，上下层间存在分布电容，这样每个周期内都有电流通过，产生较高的损耗，影响逆变器的运行。

　　目前，工程上采用分槽绕制的方法，能减少分布电容的影响。本设计用了一种新的方法，即采用双面电路板印制次级绕组，在中间开孔，然后相同的电路板叠加串联起来组成，使用UU型铁氧体功率磁芯。这种方法的好处是层间能可靠的绝缘，类似于分槽绕制，分布电容小且有确定的值，有利于工程制造的调试和减少成本。

　　(2)高压器件部件的集成、绝缘和散热问题

　　本设计区别于传统做法，将升压变压器、倍压整流电路板、X球管等几个部分安装在一起，采用变压器油绝缘散热，这样可以解决升压变压器绕组间、倍压二极管和电容的绝缘，同时解决球管阳极的散热，便于绝缘工艺施工与维护，还可以用普通电线连接全桥变换器与升压变压器，取代价格昂贵、笨重的专用高压电缆，减小了体积与成本。

　　高频逆变技术产生高频交流供给升压变压器，可以采用硬开关电路产生方波电压，也可以采用高频谐振变换器产生近似正弦电压。因方波脉冲内含有丰富的高次谐波，这些高次谐波可能与后级倍压电路构成谐振Ⅲ，谐振电压叠加在直流成分上形成比预计更高的电压，易产生放电打火现象;而后者输出近似正弦波，高次谐波频率单一，可以合理设计参数，规避在后级电路产生谐振。所以在合理利用升压变压器的寄生参数方面，提高逆变器的效率有较多研究。本设计中也合理利用了升压变压器的这些参数，如图1中功率变换采用零电压开关准谐振全桥变换器的主电路拓扑结构，它实际上是一种串并联混合谐振变换器，并联谐振电容(图中没有标出) 采用次级绕组在初级侧的等效分布电容;谐振电感Lr包括了高频变压器的漏感;串联谐振电容Cr为MOSFET管的输出电容和外加电容，它具有串联谐振变换器和并联谐振变换器各自的优点，适应X球管这样的大动态范围负载。