東軟CT-C2800旋轉(zhuǎn)陽極控制原理分析及改進(jìn)

林木炎 馮曉剛 盧廣文

東軟CT-C2800采用定制的VARIAN GS2071球管，該管為容量2.0 MHU的中速旋轉(zhuǎn)陽極球管，工作頻率50 Hz，啟動電壓AC220 V，維持電壓AC90 V。啟動繞組（黑線和白線）電阻46.0 Ω±15%，工作繞組（綠線和白線）電阻14 Ω±15%，其中白線為公共端（COM）。

1 工作原理

旋轉(zhuǎn)陽極控制電路（圖1）位于電源控制板內(nèi)，具體工作過程如下：

圖1 旋轉(zhuǎn)陽極主電路

1.1 準(zhǔn)備

CT開機(jī)正常后，掃描開始前，kV Enable信號為高，繼電器K4工作，旋轉(zhuǎn)陽極控制電路K4A和K4B切換，為陽極旋轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備。

1.2 啟動

掃描開始前，由控制系統(tǒng)來的旋轉(zhuǎn)陽極啟動允許信號（Rotor Enable）變高，使比較器U6B輸出變低，光耦U5導(dǎo)通，220 V交流電壓經(jīng)F6、R21、R19、U5、R25、旋轉(zhuǎn)陽極工作繞組等形成回路，獲得分壓使主可控硅Q1被觸發(fā)導(dǎo)通，旋轉(zhuǎn)陽極在220 V AC電源供電下快速啟動。

1.3 延時

旋轉(zhuǎn)陽極延時電路由U6A、Q14、Q7、R43、C35等組成，跳線開關(guān)JP1選擇2 s或6 s延時。當(dāng)Rotor Enable信號為高、陽極啟動開始時，Q14截止，使Q7截止，+12 V通過R43或R53給C35充電，計時開始。當(dāng)C35充電電壓大于9 V時，延時時間到，比較器U6A輸出變?yōu)楦唠娖?，使比較器U6B輸出也變?yōu)楦唠娖健?/p>

1.4 降壓

比較器U6B輸出兩路高電平，一路使光耦U5截止，主可控硅在交流電過零點(diǎn)時截止，220 VAC的啟動電壓切斷；另一路使比較器U6D輸出變低，繼電器K2B得電，旋轉(zhuǎn)陽極控制電路K2A閉合，加在旋轉(zhuǎn)陽極兩端的交流電壓變小，降為工作維持電壓AC 90 V，實(shí)現(xiàn)降壓。

1.5 保護(hù)

保險管F6、F7、F9提供了短路保護(hù)和轉(zhuǎn)子故障保護(hù)，R21、C25用來限制Q1兩端電壓的上升率，保護(hù)雙向可控硅Q1。

干簧管K3B、K5B為旋轉(zhuǎn)陽極電流檢測保護(hù)器件，啟動延時過程中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)陽極已經(jīng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，流過旋轉(zhuǎn)陽極啟動繞組和工作繞組的電流將使干簧管K3B、K5B動作，K3A、K5A閉合。延時到達(dá)后，U6A輸出電位變高，Q2導(dǎo)通，向高壓控制板輸出低電平，允許加高壓。當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)速有問題時，干簧管的K3A或K5A斷開，Q2截止，向高壓控制板輸出一個故障信號，禁止曝光，同時使Rotor Enable信號變低，陽極停止旋轉(zhuǎn)。

2 故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

螺旋掃描開始時報F-S-3：掃描過程傳輸出錯，且明顯聞到燒焦味道，馬上停機(jī)。

2.2 故障檢修和分析

查歷史記錄發(fā)現(xiàn)，曾報過故障代碼9035，即旋轉(zhuǎn)加高壓狀態(tài)接收采集數(shù)據(jù)超時；9036，即旋轉(zhuǎn)加高壓狀態(tài)送旋轉(zhuǎn)陽極啟動命令到DAS高壓控制機(jī)返回狀態(tài)異常，懷疑高壓異常。

關(guān)機(jī)狀態(tài)測量IPC的輸入和輸出正常。重新開機(jī)，讀硬件測試狀態(tài)正常，在硬件測試內(nèi)測試高壓加載無反應(yīng)，打開機(jī)架觀察IPC箱的狀態(tài)指示燈正常，測量IPC的三相輸入電壓正常。打開ACU箱檢查逆變電路正常，打開IPC箱檢查發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)陽極控制電路的F6、F9保險燒壞，220 V供電插頭XP0105的7、3腳和球管旋轉(zhuǎn)陽極的供電插頭XP0106的1、3腳燒糊，查旋轉(zhuǎn)陽極控制電路降壓繼電器K2正常，旋轉(zhuǎn)維持可控硅Q1正常，隔離光耦U5正常。查球管旋轉(zhuǎn)陽極的輸入電阻主繞組13 Ω、啟動繞組40 Ω、兩繞組之和53 Ω正常。

該球管已曝光近21萬次，據(jù)此懷疑旋轉(zhuǎn)陽極卡死導(dǎo)致過流，但用戶反映在使用中未聽到旋轉(zhuǎn)陽極異常旋轉(zhuǎn)的聲音。在設(shè)置雙路5A保險做好保護(hù)措施的情況下，單獨(dú)給旋轉(zhuǎn)陽極加110 V AC，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)陽極轉(zhuǎn)速正常，旋轉(zhuǎn)聲音正常，初步排除旋轉(zhuǎn)陽極卡死故障。修復(fù)IPC箱的電源控制板受損部分，測試正常后開機(jī)使用正常。

但使用不到1個月后，掃描過程中報9001，即外部燈絲過流，高壓異常；9101，即外部燈絲過流，主電源正常。

進(jìn)入硬件測試時，IPC箱電源跳掉。斷電后打開IPC箱發(fā)現(xiàn)F10(10 A)保險管燒毀，根據(jù)前次故障情況，首先檢查旋轉(zhuǎn)陽極控制電路，發(fā)現(xiàn)主可控硅Q1擊穿，測旋轉(zhuǎn)陽極線圈電阻發(fā)現(xiàn)，主繞組5 Ω、啟動繞組40 Ω、兩繞組之和45 Ω，確認(rèn)主繞組短路。拆下球管測試后發(fā)現(xiàn)，由于旋轉(zhuǎn)陽極的堵轉(zhuǎn)或卡死導(dǎo)致主繞組過熱短路，引起主可控硅Q1擊穿、保險管F10燒毀。修復(fù)電路受損部分后測試燈絲加熱電路正常，IPC箱電路正常，更換球管后CT使用正常。

3 電路改進(jìn)

該旋轉(zhuǎn)陽極電路僅有欠流保護(hù)，而過流保護(hù)僅依靠2個保險管，保護(hù)效果有限，導(dǎo)致IPC箱的電源控制板連續(xù)兩次燒毀，并最終導(dǎo)致球管損壞。如按廠家要求進(jìn)行高壓部分的故障維修，按慣例需將高壓發(fā)生器的三個電氣箱，即電源輸入調(diào)節(jié)部分（IPC）、陽極/陰極組件（ACU）和接口控制系統(tǒng)全部更換，維修成本昂貴。

由于旋轉(zhuǎn)陽極欠流和過流都可能引起轉(zhuǎn)速不足，當(dāng)旋轉(zhuǎn)陽極的堵轉(zhuǎn)或卡死將產(chǎn)生過流，若這種過流沒有馬上保護(hù)，將會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)陽極控制電路損壞，嚴(yán)重時將致球管損壞。如果能在電路上增加過流保護(hù)器件，在發(fā)生端，同參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)生過流時E1輸出低電平至電源控制板上穩(wěn)壓二極管D12的陽極，使三極管Q2輸出高電平，報旋轉(zhuǎn)陽極錯誤，保護(hù)裝置起作用，高壓中斷，旋轉(zhuǎn)陽極停止旋轉(zhuǎn)。

4 結(jié)論

對于GS2071球管，旋轉(zhuǎn)陽極的額定功率大概為200 W，對于單相電路而言，電機(jī)功率P=IUcosφ，其中cosφ是電機(jī)功率因素，一般取0.75，可算出額定電流約為3 A，當(dāng)發(fā)生陽極堵轉(zhuǎn)時，電機(jī)可看作純阻性，最大堵轉(zhuǎn)電流約為6.5 A。通過模擬最大堵轉(zhuǎn)電流實(shí)驗(yàn)和上機(jī)調(diào)試，調(diào)整電阻R3使U1的參考端電壓為5 V，當(dāng)旋轉(zhuǎn)陽極正常工作時U1輸出為高，不影響電源控制板功能，發(fā)生陽極堵轉(zhuǎn)過流時，U1輸出變?yōu)榈碗娖?，報旋轉(zhuǎn)陽極錯誤。實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)陽極控制板的過流保護(hù)，并可延長球管的壽命，減少了醫(yī)院的設(shè)備運(yùn)行成本。旋轉(zhuǎn)陽極的堵轉(zhuǎn)或卡死時馬上切斷旋轉(zhuǎn)陽極電源并切斷高壓，就能保護(hù)旋轉(zhuǎn)陽極控制電路和球管。

圖2 過流保護(hù)電路

根據(jù)單向異步電機(jī)的工作原理，堵轉(zhuǎn)電流和啟動電流在數(shù)值上是相等的，但電機(jī)啟動電流和堵轉(zhuǎn)電流的持續(xù)時間不同，啟動電流最大值出現(xiàn)在電機(jī)接通電源后的0.025 s以內(nèi)，隨著時間的推移啟動電流將按指數(shù)規(guī)律衰減，衰減速度與電機(jī)的時間常數(shù)有關(guān)；而電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流并不隨時間推移衰減，而是保持不變。CT2800的旋轉(zhuǎn)陽極啟動時間為2 s，因此過流保護(hù)時應(yīng)避開啟動時間，同時堵轉(zhuǎn)電流大概是額定電流的5～7倍。

為不破壞原電源控制板，本過流保護(hù)電路（圖2）采用從保險管F9串聯(lián)取樣，T1為取樣變壓器并具隔離功能，采樣電壓經(jīng)整流濾波后送至比較器U1的負(fù)

[1]曲良勇,苑翠紅.東軟CT-C3000螺旋CT的維修分析[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2007,22(11):92-94.

[2]周建武.東軟CT-C3000常見故障及維修[J].中國醫(yī)學(xué)裝備, 2008,5(1):58-59.

[3]林木炎.東軟CT-C2800高壓逆變的原理及故障檢修[J]. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2010(1):128-129.

[4]王華.東軟CT-C3000常見故障及分析[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2009,6(5):61-62.

[5]周建武.東軟CT-C3000 螺旋CT的維修分析[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2007(11):92-94.