工頻X射線機(jī)燈絲加熱電路的改進(jìn)

秦瑞遙 李蓮娣 張勛宇 田田 張鑫 于廣浩＊

1 牡丹江醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院 （黑龍江 牡丹江 157011）

2 牡丹江醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院麻醉科 （黑龍江 牡丹江 157009）

內(nèi)容提要： 目的：利用可控硅等元件搭建X射線管燈絲加熱電路，提供穩(wěn)定加熱電流，保證X射線質(zhì)量。方法：對燈絲變壓器輸入電流進(jìn)行采樣，與設(shè)定信號進(jìn)行差動比較引入負(fù)反饋，調(diào)整可控硅導(dǎo)通角獲取穩(wěn)定的燈絲加熱電流。結(jié)果：將設(shè)計(jì)電路安裝X射線機(jī)上，實(shí)現(xiàn)對燈絲加熱電路的恒流作用。結(jié)論：該電路設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定X射線機(jī)管電流的作用。

工頻X射線機(jī)在中小醫(yī)院扔被使用[1,2]。其燈絲加熱電路有缺點(diǎn)：①燈絲變壓器初級隨電阻變化引起燈絲加熱電流波動，導(dǎo)致管電流不穩(wěn)；②燈絲變壓器供電電壓波動導(dǎo)致燈絲加熱電壓隨之改變，影響攝影質(zhì)量[3,4]。本項(xiàng)目對此缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，通過控制可控硅導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)燈絲加熱電壓大小，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓交流電壓輸出。

1.改進(jìn)設(shè)想

調(diào)整可控硅導(dǎo)通角可改變交流輸出電壓，實(shí)現(xiàn)對X射線管燈絲加熱電流控制[3,4]。提取交流過零點(diǎn)信號，作為調(diào)整可控硅導(dǎo)通角同步信號。提取管電流采樣信號，與燈絲加熱電壓設(shè)定信號進(jìn)行差動比較，用于修正可控硅導(dǎo)通角，調(diào)整燈絲加熱電路輸出電壓。

2.電路設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

經(jīng)管電流采樣電阻獲得采樣電壓，與燈絲加熱電流設(shè)定信號比較，得到電壓變化量與設(shè)定信號相加獲得控制電壓。控制電壓與電源電壓同步三角波信號比較得到控制可控硅導(dǎo)通角的相位信號，可改變燈絲變壓器輸出電壓大小，穩(wěn)定燈絲加熱電流。

2.2 電路分析

2.2.1 采樣比較電路

如圖1所示，采樣電阻R1串接在燈絲變壓器初級回路，采樣信號→1:1隔離變壓器L1→放大器A1+→Q1→FAV→A2-；S1（管電流選擇）和A4設(shè)定電壓FBV→A2+→FCV與FBV→A3+→Q2→FDV→A7+。FDV高低控制著燈絲變壓器輸入電壓，越高，可控硅導(dǎo)通的時(shí)間越短。

2.2.2 電源同步信號電路

電源電壓→L2→Q3→輸出與電源同步方波→A5-，與A5+信號比較→輸出與電源同步的方波。經(jīng)可變電阻積分運(yùn)算，得到與電源同步三角波→A6-→FEV。

2.2.3 導(dǎo)通角調(diào)整電路

FEV→A7-，與FDV比較→相位控制信號（控制可控硅導(dǎo)通角），當(dāng)FDV＞FEV時(shí)A7輸出正，Q4導(dǎo)通，LB1工作，LB2收光，轉(zhuǎn)換成可控硅通斷信號，將可控硅U、T串接到燈絲壓器初級進(jìn)行電壓控制。見圖1。

2.2.4 燈絲電流恒流分析

當(dāng)FAV＞FBV時(shí)，A2輸出負(fù)，F(xiàn)CV和FBV通過A3加法運(yùn)算→FDV。電源電壓同步三角波FEV和FDV比較。經(jīng)上述分析可知FDV信號根據(jù)燈絲變壓器輸入電流大小而變化，并決定與FEV相交時(shí)間，也決定可控硅導(dǎo)通角。即燈絲變壓器輸入電流過高時(shí)，F(xiàn)DV下降，與FEV相交延遲，可控硅導(dǎo)通角變小，燈絲變壓器初級供電電壓降低，使燈絲變壓器輸入電流回歸正常。當(dāng)燈絲變壓器輸入電流下降時(shí)，F(xiàn)DV升高，與FEV相交提前，可控硅導(dǎo)通角變大，燈絲變壓器的初級供電電壓升高，使燈絲變壓器輸入電流回歸正常。

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證

將圖1電路組裝，用調(diào)壓器為負(fù)載變壓器及其次級燈泡供電。圖1中L2、L3輸入端連接到交流220V上。R1和L1串接在負(fù)載變壓器初級回路，可控硅輸出控制點(diǎn)U、T串接到負(fù)載變壓器初級回路。①改變調(diào)壓器的輸出電壓（交流200～240V）100次，測量負(fù)載變壓器輸入電流均為0.21A，燈泡加熱電流均為0.99A；②改變R1值（±5Ω，100次），測量負(fù)載變壓器初級回路電流均為0.21A，驗(yàn)證本電路工作穩(wěn)定。

圖1. 導(dǎo)通角調(diào)整電路

3.2 X射線機(jī)上驗(yàn)證

將圖1中L2、L3輸入端連接到F78-Ⅲ型工頻X射線機(jī)交流220V上。R1和L1串接在燈絲變壓器初級回路，可控硅U、T串接到燈絲變壓器初級回路控制輸入電壓，拆除部分原電路降壓電阻。調(diào)節(jié)圖中8個(gè)可調(diào)電阻阻值，使電路工作在穩(wěn)定的可控狀態(tài)，各管電流檔輸出準(zhǔn)確。①選擇50mA檔，進(jìn)行燈絲加熱，測量燈絲變壓器初級電流為0.49A。改變R1值（±5Ω，50次），燈絲變壓器初級電流均為0.49A；②拆除燈絲變壓器供電穩(wěn)壓器，用普通交流電為電路供電，測量燈絲變壓器初級電流均為0.49A（測量50次）。進(jìn)行攝影20次，管電流表指數(shù)均50mA，指示穩(wěn)定。

4.小結(jié)

通過燈絲變壓器輸入電流進(jìn)行負(fù)反饋，調(diào)整可控硅導(dǎo)通角來改變燈絲變壓器輸入電壓，穩(wěn)定輸出電流。經(jīng)在X射線機(jī)上試驗(yàn)證明：改進(jìn)后的燈絲加熱電路，很好地保證輸出電流穩(wěn)定，從而保證了X射線量穩(wěn)定，提高X射線攝影的質(zhì)量。