牙科X 射線機射線源高壓油箱電路的設(shè)計

趙佳洋 金鑫 馬躍 遼寧省醫(yī)療器械檢驗檢測院 （沈陽 110179）

高壓油箱電路的設(shè)計是牙科X 射線機射線源設(shè)計的重點，而目前主流的高壓油箱電路的傳統(tǒng)設(shè)計思路是采用多倍整流升壓電路。隨著時間的推移，我們能看出這種傳統(tǒng)設(shè)計存在一定的缺陷，容易造成高壓紋波較大，高壓不穩(wěn)，同時帶載能力差，尋求新的設(shè)計方法是擺在我們面前值得思考的問題。

1.傳統(tǒng)設(shè)計思路所采用的射源油箱電路

傳統(tǒng)設(shè)計思路在采用普通的多倍整流升壓電路（圖1），此電路下注電容在一個周期內(nèi)僅在很短時間內(nèi)獲得電荷，而差不多在一個周期的時間內(nèi)流失電荷，其紋波系數(shù)為：

Id 為輸出電流；

n 為倍壓級數(shù)；

f 為工作頻率；

C 為倍壓電容容量；

V0 為輸出電壓；

其串聯(lián)臨界級數(shù)公式為：

圖1. 多倍壓整流升壓原理圖

其中um 為變壓器副邊輸出電壓峰值

可以明顯看出其缺點是：高壓硅堆多級串聯(lián)， 高壓紋波仍然比較大，帶載能力差，高壓不穩(wěn)等。

2.單向?qū)ΨQ倍壓整流升壓電路

如圖2 所示，此電路同樣第一級為變壓器升壓，第二級為高壓硅堆整流升壓。與普通多倍壓整流升壓電路相比，其優(yōu)點是：整流輸出電壓紋波小，帶載力增強，輸出電壓穩(wěn)定，電路內(nèi)部壓降低，波動小，臨界級數(shù)高，輸出電壓高。其缺點是：如果輸出電壓比較高，高壓硅堆串聯(lián)級數(shù)多，對絕緣耐壓要求苛刻。此電路有兩個升壓變壓器，中間柱電容在半個周期內(nèi)獲得電荷一次，而流失電荷時間不到半個周期，其紋波系數(shù)為：

Id 為輸出電流；

n 為倍壓級數(shù)；

f 為工作頻率；

C 為倍壓電容容量；

V0 為輸出電壓；

可以看出，與普通多倍壓整流升壓電路相比，此電路高壓輸出紋波明顯減小。

其串聯(lián)臨界級數(shù)公式為：

串聯(lián)臨界級數(shù)是普通倍壓電路的2 倍，其中um 為變壓器副邊輸出電壓峰值。

圖2. 單向?qū)ΨQ倍壓整流升壓原理圖

3.單向?qū)ΨQ倍壓整流升壓電路對比傳統(tǒng)設(shè)計電路的優(yōu)勢

雖然使用單向?qū)ΨQ倍壓整流升壓電路會使得射源油箱的制作成本大大提高，但X 射線類產(chǎn)品本身生產(chǎn)量有限，成本劣勢不明顯。但更好地紋波系數(shù)和帶載、升壓能力可以保證X 射線源的良好穩(wěn)定性，同時由于在實際的產(chǎn)品中優(yōu)化了單向?qū)ΨQ倍壓整流升壓電路，如圖3 所示，正負雙向?qū)ΨQ倍壓整流電路其實是兩路對稱倍壓電路的疊加串聯(lián)，上半路對稱倍壓電路負責正向倍壓整流升壓，下半路對稱倍壓電路負責負向倍壓整流升壓；為了減小電路輸出紋波，該電路采用兩組高壓變壓器同時給上半路對稱倍壓電路和下半路對稱倍壓電路供電。兩組高壓變壓器異名端都與地相連，作為正負倍壓電路中心參考點。正負雙向?qū)ΨQ倍壓整流電路，其正向倍壓整流升壓電路和負向倍壓整流升壓電路充放電原理一樣，只是它們的充電電壓和整流二極管方向相反。

圖3. 正負雙向?qū)ΨQ倍壓整流電路

這種結(jié)構(gòu)進一步的保證了該電路具有較小的輸出高壓紋波系數(shù)、更強的帶載能力、升壓能力強、對高壓絕緣要求低、變壓器發(fā)熱小、體積小。在同等的升壓倍數(shù)下，其紋波系數(shù)理論上是單向?qū)ΨQ倍壓電路的近似0.5 倍；升壓能力是單向?qū)ΨQ倍壓電路2 倍；在高壓數(shù)值一樣的環(huán)境下，其對絕緣要求是單向?qū)ΨQ倍壓電路的一半。

4.總結(jié)

可以說多倍整流升壓電路是一種結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠的設(shè)計，但是由于其下注電容充放電時間的限制，導致其在高壓紋波比、帶載能力、高壓穩(wěn)定性方面具有固有的劣勢，高壓紋波比的升高可直接導致高壓穩(wěn)定性降低，從而引起一系列射線防護方面的問題。而帶載能力差直接導致系統(tǒng)長時間曝光能力的下降，而本設(shè)計通過將單向?qū)ΨQ倍壓整流升壓電路優(yōu)化為正負雙向?qū)ΨQ倍壓整流電路，一方面提高了高壓源的紋波性能、帶載能力，另一方面縮小了高壓源的體積，更提升了系統(tǒng)的耐壓性能和熱容量，為更好地完成X 射線源功能提供了可能。