1．2 燈絲加熱電路及控制??

??? 燈絲加熱電路的功能是發(fā)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(fā)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(guān)：燈絲加熱電壓和陽極高壓，但主要由燈絲加熱電壓決定。由于空間電荷的存在陽極電流與陽極高壓有關(guān)，因陽極高壓改變時，管內(nèi)加速電場強(qiáng)度變化，陽極收集電子的能力發(fā)生相應(yīng)的變化，從而導(dǎo)致陽極電流改變。為了保證 x線機(jī)陽極電流在整個輻照過程中一直穩(wěn)定不變，在設(shè)計電路時就必須采用相應(yīng)的控制方法。工頻供電X射線機(jī)中，多數(shù)設(shè)備是采用線性補(bǔ)償或電壓補(bǔ)償來抵消或抑制空間電荷的影響。這些方法不適合高頻逆變型X射線機(jī)的陽極電流控制。??

??? 本設(shè)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(jīng)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(bǔ)驅(qū)動信號的占空比D決定，控制芯片為TL494。圖4為基于 TL494設(shè)計的X射線機(jī)陽極電流控制原理。其原理描述如下，陽極電流反饋信號Ia與設(shè)定電流Iref比較進(jìn)行誤差放大后，再第一次限幅保護(hù)，其幅度的大小由燈絲推挽電路保護(hù)電流決定，然后再送入脈寬調(diào)制集成電路TL494的PWM比較器；若誤差信號增大，它與振蕩三角波信號比較后，輸出的方波信號占空比變小，這樣會使通過燈絲的電流變小，進(jìn)一步降低了陽極電流。至于陽極高壓對陽極電流的影響，它巧妙地利用了TL494的死區(qū)時間控制端，即用輸出電壓的大小改變輸出燈絲驅(qū)動信號占空比的最大值。這是一種非線性補(bǔ)償方法。??

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2 整機(jī)控制電路??

??? X光機(jī)的整機(jī)控制電路采用單片機(jī)，任務(wù)包括設(shè)定陽極高壓、電流、曝光時間、保護(hù)電路、高壓與燈絲工作的使能時序控制等。這里特別需要強(qiáng)調(diào)高壓產(chǎn)生電路與燈絲加熱的控制時序問題。與其他真空電子管設(shè)備一樣，燈絲加熱需要一定時間預(yù)熱才能穩(wěn)定發(fā)射電子，而高頻逆變器與倍壓電路相結(jié)合產(chǎn)生高壓這種電路類型，它的特性類似于電壓源，與傳統(tǒng)的工頻升壓變壓器相比較而言，其內(nèi)阻小；如果高壓反饋電路的取樣位置與控制閉環(huán)回路的設(shè)計不是很恰當(dāng)，且燈絲沒有工作或輕載工作時容易造成高壓部分空載或輕載工作，這樣全橋變換器的功率開關(guān)器件工作在極低占空比下，高壓輸出還有高次諧波分量多， EMI嚴(yán)重，容易產(chǎn)生尖脈沖在X球管內(nèi)產(chǎn)生打火，損壞球管。所以兩者的工作時序要配合好，高壓部分工作前要先啟動燈絲加熱，高壓部分關(guān)閉也先于燈絲加熱關(guān)閉，即燈絲加熱工作時序?qū)挾纫采w陽極高壓工作時序。??

3 實驗與結(jié)論??

??? 根據(jù)上述思路和電路設(shè)計了樣機(jī)，陽極高壓部分的設(shè)計要求是輸出范圍為50～90 kV，電流為4～20 mA。實驗分下面幾個部分進(jìn)行：??

??? (1)檢測高壓產(chǎn)生部分。檢測項目包括輸出高壓在電網(wǎng)波動情況下(220 V土10％)的穩(wěn)定性與調(diào)整情況、高壓輸出上升沿的時間、開關(guān)機(jī)時有沒有輸出電壓過沖現(xiàn)象、保護(hù)電路的可靠性以及其他有關(guān)的電氣安全。??

??? (2)對X球管產(chǎn)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(yōu)質(zhì)特氟龍安裝固定，并在真空狀態(tài)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(hù)電路進(jìn)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(jù)所選用X球管的情況，確定燈絲加熱的預(yù)熱時間比高壓產(chǎn)生部分的啟動信號早2～3 s，而關(guān)閉時間比高壓結(jié)束信號遲1 s。圖5為X球管在正常工作時高壓輸出信號和陽極電流的采樣波形。上面的波形為陽極電流Ia△7．2 mA，下面的波形為陽極高壓Va△68 kV。從波形可看出，整個陽極高壓穩(wěn)定，高壓逆變器部分效率約為89％。圖6為陽極高壓與陽極電流的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，陽極電流基本上不變，說明上面提到的燈絲加熱控制電路非常有效。??

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4 結(jié) 語??

??? 本文使用高頻逆變技術(shù)設(shè)計了X光機(jī)的高壓產(chǎn)生電路與燈絲加熱電路，使用非線性控制技術(shù)實現(xiàn)了陽極電流的精確控制，并對控制時序關(guān)系進(jìn)行了說明。該裝置體積小，重量輕，效率高。