牙科X 射線機射線源逆變電路的設計

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

1.逆變電路分類

逆變電路根據(jù)直流側電源性質的不同可分為兩種：直流側是電壓源的稱為電壓型逆變電路，直流側是電流源的稱為電流型逆變電路。它們也分別被稱為電壓源逆變電路和電流源逆變電路，本設計采用的是電壓型逆變電路。

2.電壓型逆變電路的設計及優(yōu)化

將半橋式變換電路中的兩電解電容換成另外兩只高反壓功率晶體管，并配以適當驅動電路即可組成全橋式變換電路，如圖1.2.1 所示。VT1、VT2、VT3、VT4組成4 個橋臂。高頻變壓器T 連接在它們中間。相對臂的VT1、VT2和VT3、VT4由驅動電路激勵而交替導通，將直流輸入電壓變換成高頻方波交流電壓。其工作過程與推挽式功率轉換電路一樣。這樣，高頻變壓器工作時，其初級線圈得到的電壓即為電源電壓。它是半橋電路輸出電壓的一倍，而每個晶體管耐壓仍為電源電壓，使輸出功率增大一倍。若是電流達到半橋電路的水平，即電流增大一倍的話，則輸出功率就可以增大4 倍。

圖1. 單相全橋逆變電路

圖2. IGBT 關斷時的動作波形

圖3. IGBT 緩沖電路原理圖

全橋電路的主要不足是需要4 組彼此絕緣的晶體管基極驅動電路,使控制驅動電路成本增大并復雜化，但選用全橋變換電路可使輸出功率大大提高,而且晶體管的損耗少。在設計中驅動采用隔離變壓器進行驅動信號隔離。

實際電路中緩沖吸收電路很重要，因為設計的不合適，會使吸收電路有很大損耗。然而吸收電路的設計主要還是靠經驗而不是理論計算，這是由于需要吸收電路區(qū)改善的波形主要是由電路中存在的寄生元件引起的。吸收電路應該在電路實際搭建好以后才設計，即從己確定的印制電路板、變壓器、功率開關管以及整流器的參數(shù)來構建吸收電路雛形，這樣寄生參數(shù)就能很接近實際情況。

通常IGBT 的開關時間約為1μs 當IGBT 由通態(tài)迅速關斷時，有很大的–di/dt 產生，–di/dt 在主回路的布線電感上引起較大的尖峰電壓–Ldi/dt，如圖1.2.2 所示

這個尖峰電壓與直流電壓疊加后，加在關斷的IGBT 的C-E 之間。如果峰值電壓很大，可能使疊加后的UCESP超出反向安全工作區(qū)，或者由于du/dt 過大，而引起誤導通，兩者都有損于IGBT；為此，在IGBT 上加入緩沖電路。設計中采用的是充放電型RCD 緩沖電路，其電路圖如圖1.2.3 所示。

3.設計要點

電壓源逆變電路和電流源逆變電路是兩種主流逆變電路設計思路，其中，電流源逆變電路由于使用了電抗器來緩沖無功功率，所以其產生電流為方波，這種設計會導致高壓源的高壓不穩(wěn)定等問題，所以我們采用電壓源逆變電路的設計思路。由于該設計通過使用了電容器來緩沖無功功率，可以保證電壓輸出為方波，這種結構保證了X 射線高壓發(fā)生器輸出高壓的準確性和穩(wěn)定性，從而滿足了X 射線的輻射防護方面的要求。而合理的選擇參數(shù)又是其中的技術難點，需要激勵電路和緩沖電路的參數(shù)的互相配合。同時，將半橋式激勵電路優(yōu)化為全橋式激勵電路，可以有效的提高X 射線逆變電路的工作功率，并有效地促進了X 射線源的小型化的發(fā)展，但由于增加了電路的元器件，使逆變電路的設計復雜化，并且需要通過隔離變壓器來隔離來自于驅動信號的電磁干擾。另外，在緩沖電路設計方面，主要采用了充放電型RCD 緩沖電路來起緩沖作用，由于寄生參數(shù)是由電路結構和尺寸決定，所以緩沖電路的參數(shù)選擇是需要通過試驗來確定的。