电子产品世界

1．2 灯丝加热电路及控制
灯丝加热电路的功能是发射电子，有直流电压和交流电压加热两种方法。图3为某一型号 X射线球管的灯丝发射特性曲线。从图中可知，X射线管的阳极电流(又称为管电流)与两个因素有关：灯丝加热电压和阳极高压，但主要由灯丝加热电压决定。由于空间电荷的存在阳极电流与阳极高压有关，因阳极高压改变时，管内加速电场强度变化，阳极收集电子的能力发生相应的变化，从而导致阳极电流改变。为了保证 x线机阳极电流在整个辐照过程中一直稳定不变，在设计电路时就必须采用相应的控制方法。工频供电X射线机中，多数设备是采用线性补偿或电压补偿来抵消或抑制空间电荷的影响。这些方法不适合高频逆变型X射线机的阳极电流控制。
本设计用推挽电路将15 V的直流电变换成17 kHz的高频方波信号经变压器降压隔离接至灯丝两端，输出电压的有效值大小受两个互补驱动信号的占空比D决定，控制芯片为TL494。图4为基于 TL494设计的X射线机阳极电流控制原理。其原理描述如下，阳极电流反馈信号Ia与设定电流Iref比较进行误差放大后，再第一次限幅保护，其幅度的大小由灯丝推挽电路保护电流决定，然后再送入脉宽调制集成电路TL494的PWM比较器；若误差信号增大，它与振荡三角波信号比较后，输出的方波信号占空比变小，这样会使通过灯丝的电流变小，进一步降低了阳极电流。至于阳极高压对阳极电流的影响，它巧妙地利用了TL494的死区时间控制端，即用输出电压的大小改变输出灯丝驱动信号占空比的最大值。这是一种非线性补偿方法。

2 整机控制电路
X光机的整机控制电路采用单片机，任务包括设定阳极高压、电流、曝光时间、保护电路、高压与灯丝工作的使能时序控制等。这里特别需要强调高压产生电路与灯丝加热的控制时序问题。与其他真空电子管设备一样，灯丝加热需要一定时间预热才能稳定发射电子，而高频逆变器与倍压电路相结合产生高压这种电路类型，它的特性类似于电压源，与传统的工频升压变压器相比较而言，其内阻小；如果高压反馈电路的取样位置与控制闭环回路的设计不是很恰当，且灯丝没有工作或轻载工作时容易造成高压部分空载或轻载工作，这样全桥变换器的功率开关器件工作在极低占空比下，高压输出还有高次谐波分量多， EMI严重，容易产生尖脉冲在X球管内产生打火，损坏球管。所以两者的工作时序要配合好，高压部分工作前要先启动灯丝加热，高压部分关闭也先于灯丝加热关闭，即灯丝加热工作时序宽度要覆盖阳极高压工作时序。

关键词： 研究 设计 光机 技术 高频 逆变 基于