高频高压发生器原理

1、2021/3/10讲解：XX1 高频高压发生器原理 与工频机相比的优点 2021/3/10讲解：XX2 高频机的工作原理 2021/3/10讲解：XX3 X线高频发生器特点线高频发生器特点 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，在x线发生时，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。工频X线高压发生器输出电压是脉 动直流波形，对成像没有任何帮助的软射线成 分较多。高频高压发生器输出的波形近似恒定 直流，射线性能稳定，软射线成分较少，因而， 成像质量高，同时，成像效率高，剂量可以降 低，降低了患者X线伤害程度

2、。 。 2021/3/10讲解：XX4 2、高频高压发生器曝光时间精确，曝光时间的重复 率高，可实现超短时间曝光。 工频X线发生器多以可控硅或接触器作为曝光与 切断的开关元件，而接触器或可控硅的切断要 与电源频率同步进行；当交流相位没有达到或 接近“过零点”时，接触器或可控硅就不能切 断电源，使短时间曝光的重复率变差。在短时 间的自动曝光系统中，更不能按最佳瞬间及时 切断高压。采用逆变技术的X线高压发生器输出 的是波形近似恒定的直流高压，所以短时曝光 不受电源同步的影响，曝光定是精确，曝光重 复率高。X线机超短时间曝光取决于高压波形的 上升沿，高频机高压波形上升沿很陡，所以最 短曝光时间可达1

3、ms。工频机的高压波形按工频 正弦波变化，上升沿缓慢，较难实现超短时间 曝光。 2021/3/10讲解：XX5 3.高频高压X线发生器能显著缩小体积和重量。 普通变压器的感应电动势E与工作频率f，线圈匝 数N和铁芯截面积S的关系为： E/fNS=常数 由上式可见，若工作频率提高了几千倍，线圈匝 数N和铁芯截面积S的乘积即可缩小几千倍，而分 母保持不变，这样就可大大减小变压器的体积。 省去笨重的自耦变压器。工频X线高压发生器是 通过自耦变压器调节KV的，而高频X线发生器主 电路使用谐振逆变电路，通过改变频率来改变电 压，可满足KV在宽广范围的调节，从而省去笨重 的自耦变压器。 2021/3/10

4、讲解：XX6 4. 高频高压发生器的KV和mA的控制精度大大提 高。 工频X线发生器大多以KV预示及KV补偿来确定 曝光时KV的值。KV预示即在X线管未加负载时， 先测量高压初级电压，再根据高压变压器的变压 比，计算出高雅次级电压，预先将本次曝光X线 管两端可能加的实际KV指示出来。KV补偿法即 用某种方法预先增加高压变压初级电压，以补偿 空载与负载时的电压差。但曝光开始后，为防止 加压后自耦变压器碳轮移动产生电弧，同时由于 曝光时间短，碳轮驱动系统的机械惯性跟不上电 信号的变化，碳轮将处于静止状态，KV的控制没 有闭环反馈，这时由电源电压波动或其他因素造 成的输出高压变化便无法补偿，使实际K

5、V至于所 要求的KV设定值有偏差。 2021/3/10讲解：XX7 工频X线发生器的mA调节电路需要设置稳 压电源，同时由于空间电荷效应的影响， 灯丝电路还要对空间电荷进行补偿，尽管 采取很多措施，mA实际值与设定值仍有较 大误差。 X线高压发生器，KV和mA的控制使用闭 环控制，即使用KV和灯丝电流的测量电路， 由比较电路把测定的值与KV和灯丝电流的 设定值相比较，如果有差别的话，有控制 电路对控制参数进行快速调整，直到KV和 灯丝电流的设定值与测量值一致。KV和mA 的控制的控制精度大大提高，所以，重复 性也提高了。 2021/3/10讲解：XX8 5.高频高压发生器的高压部分整流电路简单

6、。 大功率的工频X线发生器为了抑制软射线，要减 小高压输出的脉动率，其高压变压器的次级采用 三相全波整流电路，复杂而庞大。 高频X线发生器的工作频率提高后，只要使用小 容量的高压电容器就可以有效抑制高压波形中的 脉动量。这样在高频X线发生器的高压变压器的 次级只需采用简单的单相全波整流电路。 6.使用微机控制，集成化程度高，控制电路体积 减小。 2021/3/10讲解：XX9 高频高压发生器的主电路原理图高频高压发生器的主电路原理图 2021/3/10讲解：XX10 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几万Hz的 交流电，由这部分电路

7、决定发生器输出KV 的大小；高压变压器变压，获得所需的直 流电压。高频X线机的高压变压器工作在频 率为几十到几百KHz的高频。 2021/3/10讲解：XX11 整流电路：整流电路： 2021/3/10讲解：XX12 整流电路的作用是将交流电压变换为单向 脉动的直流电压，滤波电路用来滤除整流 后单向脉动电压中的交流成分，使之成为 平滑的直流电压。因为高压发生器主电路 电压很高，如果是被压整流滤波后的电压 就可达530V左右，而稳压器件不能承受这 样的高压，所以滤波后无稳压电路。 2021/3/10讲解：XX13 单相倍压整流电路单相倍压整流电路 2021/3/10讲解：XX14 2021/3/

8、10讲解：XX15 倍压整流电路：当将几个由二极管和电容 组成的半波整流电路作几级串联时，交流 电压经二极管D1-Dn在每半个周期内对电 容C1Cn进行充放电，用低的交流电压就 可以获得单级半波整流电路几倍的输出电 压。倍压整流电路可以是单倍压，两倍压， 也可以是多倍压。 2021/3/10讲解：XX16 串联谐振逆变电路串联谐振逆变电路 2021/3/10讲解：XX17 如图所示为一个RLC串联谐振的的桥式逆 变器。逆变桥由四个臂构成，每一个臂由 一个场效应管（IGBT）和一个续流二极管 并联组成。输出为串联谐振电路，谐振逆 变技术中有串联逆变和并联逆变两种方式， 并联谐振逆变电路就用在工作

9、频率固定或 变化不大的场合。高频X线由于频率调节范 围比较宽，采用串联谐振逆变技术较为方 便。串联逆变技术要求输入为恒压源，采 用大电容的滤波。 2021/3/10讲解：XX18 采用谐振开关技术，可以使功率器件两端 的电压或流过的电流呈正弦规律，而且电 压、电流波形错开，以实现功率器件零电 流开关或零电压开关，使开关损耗理论上 降为零。因谐振电路吸收了高频变压器漏 抗、电路中的寄生电感和功率器件的寄生 电容，消除了高频时产生的电压尖峰和涌 浪电流，消除了电磁干扰和电源噪声。 因场效应管（IGBT）或晶闸管开关频繁， 实际应用中常使用两套或多套串联谐振电 路以减小逆变电路的损耗。 2021/3

10、/10讲解：XX19 如图串联谐振逆变电路所示，电路的电源由不可 控三相整流桥整流后经大电容C1滤波获得平稳的 直流电压，属于电压型逆变器。电路为了续流， 设置了反馈二极管D1D4，而逆变器输出功率依 靠调整功率开关管触发脉冲的频率来进行调节。 依据X线曝光信号，在T0T1期间，逆变电路的开 关元件VT1、VT4导通，导通时间为，流过谐振 电容C，高压变压器的初级线圈、写真电感L的电 流如下图所示，电流为正弦波形，在T1时，VT1、 VT4断开，在T1T2期间，贮存在电感L电容C内 的能量通过D1、D4放出。在T3T4期间，逆变电 路的开关元件VT2、VT3导通，导通时间也为， 流过谐振电容C

11、，高压变压器初级线圈、谐振电 感L的电流同样为正弦波形，在T4时，VT2、VT3 断开，在T4T5期间，贮存在L、C内的能量通过 D2、D3放出。在T3T5期间的电压波形与T0T1 期间一样，只是方向相反。 2021/3/10讲解：XX20 串联谐振型逆变电路串联谐振型逆变电路 2021/3/10讲解：XX21 T0T1,VT1、VT4导通，导通时间为；电流 为正弦波。 在T1时，VT1、VT4关断。 在T1T2,贮存在电感L、电容C内的能量通 过D1、D4放出。 在T2时，D1、D4关断。 2021/3/10讲解：XX22 T3T4,VT2、VT3导通，导通时间为；电流 为正弦波。 在T4时

12、，VT2、VT3关断。 在T4T5，贮存在电感L、电容C内的能量 通过D2、D3放出。 在T5时，D2、D3关断。 2021/3/10讲解：XX23 低功率输出时串联谐振逆变电流 2021/3/10讲解：XX24 高功率输出时串联谐振逆变电流 2021/3/10讲解：XX25 串联谐振电路的基本原理串联谐振电路的基本原理 串联谐振等效电路 当 lc1 时Z=R,阻抗最小，负载R可得到最大功率。 2021/3/10讲解：XX26 PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。 由高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调变 用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字的，因为在给定的

13、任何时刻，满 幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无 (OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF) 的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时 候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候 即施电被断开的时候。只要频宽足够，任何模拟 值都可以使用PWM进行编码。 2021/3/10讲解：XX27 PFM：脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation缩写为PFM）的简称，通过改 变逆变器的工作频率，来改变负载输出阻 抗以达到调节输出功率的目的。 PWM：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation缩写为PWM）的简称，通过改 变逆变器的工作频率

14、的脉冲宽度，来改变 输出电压值以达到调节功率的目的。 2021/3/10讲解：XX28 系统上电控制及电源分配电路系统上电控制及电源分配电路 kV控制和反馈 灯丝驱动和mA控制 X线曝光控制 旋转阳极的定子驱动及保护电路 自动曝光控制（AEC） 自动亮度控制（ABS） 2021/3/10讲解：XX29 设计所用元器件：设计所用元器件： 驱动级器件选用TC4420，驱动单元根据控 制单元的指令对IGBT进行驱动。 IGBT栅极 驱动电路有多种形式。按照驱动电路元件 的组成可分为分立元件组成的驱动电路和 集成化的驱动电路。 2021/3/10讲解：XX30 2021/3/10讲解：XX31 202

15、1/3/10讲解：XX32 IGBT全称绝缘栅双极晶体管，是MOSFET和 GTR(功率晶管)相结合的产物。它的三个极分别 是集电极(C)、发射极(E)和栅极(G)。特点：击穿 电压可达1200V，集电极最大饱和电流已超过 1500A。由IGBT作为逆变器件的变频器的容量达 250kVA以上，工作频率可达20kHz。其输入极为 MOSFET，输出极为PNP晶体管，它融和了这两 种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小 和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压 降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET 与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率 范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广 泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据 了主导地位。 2021/3/10讲解：XX33 若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正 电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管 的集电极与基极之