【doc】 CT机X射线高频高压发生器的研究

【doc】 CT机X射线高频高压发生器的研究 CT机X射线高频高压发生器的研究 第14卷第3期 2005年8月(51,53) CT理论与应用研究 CTTheoryandApplications ,,o1.14NO.3 Aug.,2005 文章编号:1004—4140(2005)03—0051—03 CT机X射线高频高压发生器的研究 王秀彬 (南通大学附属医院影像科,南通226001) 摘要:高频高压发生器是CT高压系统中最重要的组成部分.本文主要介绍高频高压发生 器的组成和原理,高频逆变器脉冲控制的FM和PM方法,高频磁芯 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的选择,绕组的设 计,损耗的计算,电磁兼容的考虑,高压整流电路的设计.研制20KHz和50kHz高压发 生器的体会. 关键词CT;X一射线:高频高压发生器:变压器 中图分}号tR814.42文献标识吗tB AStudyonCTX-rayHighFrequencyandHighVoltageGenerator 0NGXiu_bin (DepartmentofImage.AffiliatedHospitalofNantongUniversity,Nantong226001China) Abstract:ThehighfrequencyandhighvoltagegeneratorisamostimportantpartofCT.Thisarticle mainlyintroducesthecompo. sitionandprincipleofhighfrequencyhighvoltagegenerator,TheFMand PMmethodsofthepulsecontrolofhighfrequencyinverter,Thechoiceofthematerialofmagneficcore ofthehighfrequency,Thedesignofcoflandthecalculationofloss,Theconsiderationofelectromagnetic compatibility,Thedesignofthehighvoltagerectifycircuit.Tounderstandthehighvoltagegeneratorof manufacture20kHzand50kHz. Keywords:CT;X—my:highfrequencyhi曲voltage:generator:transformer. CT高压系统中以高频高压发生器最复杂和最重要,其性能的好坏决 定x射线的质量,更进 一 步说决定了整个CT系统的精度,高频高压发生器是CT成像系统中 最关键的部件之一,其价 格昂贵,目前国内的所用的X射线高频高压发生器大都进口,本文结 合研制谈一点体会. 1高频高压发生器的原理 如图1高频高压发生器一般是将交流(200V,380V)经三相整流为正负直流Uc (260V-680V),斩波去除高频分量,滤波为比较平稳的直流,逆变器逆变后(频率20KHz,IOOKHz) 输入高频变压器,再经高频整流为正负直流高压(阳盔,高给球管的高压电场?. 三相 交流 三相整流一般采用大功率整流桥堆做全波整流,老一点CT机用晶闸管.斩波一般应用 MOSFET或IGBT管,也有应用晶闸管,斩波频率20kHz到100kHz.滤波电路应用LC滤波器得 到比较平稳的直流电压.在高频高压发生器线路里,以高频大功率逆变器和高频变压器最为关键. 2逆变器如图2(a),将逆变器表示为四个开关和高频变压器组成的电路,在A,D和B, 收稿日期:2005—03—18 52CT理论与应用研究l4卷 C上加上如图2(b)所示的控制电压,经高频变压器得到高频交流电压 输出.A,B,C,D现在 一 般应用MOSFET或IGBT大功率器件,老一点的CT应用电子管,晶体管,晶闸管等. . n几 ?]几厂 (b) 图2逆变器的原理示意图 zmTv 图3逆变器的等效电路 逆变器的输出等效电路如图3所示,其中u为逆变器输出.L,C为高频变压器的等效电感 和电容,R为变压器纯电阻,为了方便分析不计纯电阻.电路的阻抗Z(f)=?L—l,?C, (I)=2JIf,f为逆变器的频率,谐振频率,/2.rl4LC.f一般为20,100KHz,V为加在球管上的 电压,V鲁U-?Z(f),?为管电流,V=U一I(oL-1/?C)2当系统的逆变频率正好为谐振频率 时V=U,球管上得到电压最高,从上式可看出,要使V改变可改变频率?,这种方式一般叫做 FM(frequencymodulation),也可以改变U’即改变脉冲宽度叫做 PM(plusewithmodulation). 3高频变压器隆羽:高频变压器是高频高压发生器中进行能量储存和传输的的重要器件,一个性 能好的高频变压器应该损耗低,漏感小,分布电容及耦合电容小,符合电磁兼容等.变压器的磁 芯采用铁氧体,根据高频变压器的频率可应用PWl(15--100kHz),PW2(25--200kHz),PW3 (100~300kHz),PW4(300kHz,1MHz),国内能生产PWlmPW3,一般我们应用PW2,PW3作 为高频变压器的磁芯.变压器传输功率正比于工作频率f,最大可允许磁通Bm和磁路截面积A, 表示为:Ph=CfBAWd其中C与开关电源电路工作方式有关,Wd绕组参数.增大磁芯尺寸, 可提高变压器传输功率,但高频高压发生器目的之一是为了减小体积,降低重量.增加频率可提 高功率,但对大功率器件要求高,在开关电路中产生较多的谐波,产生一定的电源辐射,提高频 率磁芯损耗也随频率成线性增加,要提高高频磁芯的性能. 对于工作频率为100KHz的功率磁芯,降低损耗非常重要,包括绕组铜损和磁芯铁损,铜损 包括直流和交流损耗,直流主要是线圈的铜损,一般取电流密度为2A,4A,mm,高频电流引起 的趋肤效应,使导线的有效流通面积减小,使导线的交流阻抗远大于铜阻抗,可使用多股线并绕. 铁损是高频变压器的重要组成部分,通常有三部分组成,磁滞损耗,涡流损耗和剩余损耗.对于 工作频率在100kHz以下的磁芯,磁滞损耗为最重要,其损耗正比于直流磁滞同线的面积,并与 频率成线性关系.磁滞损耗=fBdH,f为频率,BdH为最大磁通B下测得的直流磁滞回线 的等值线. 漏感大产生尖峰的电压幅度愈高,漏极钳位电路损耗愈大,一般来说漏感为次极开路时的初 极电感量的1%—3%.减小高频变压器的漏感的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 主要为减小初级绕组的匝数,减小磁芯的气 隙等.分布电容不仅使电源变压器的损耗增加,而且还与绕组的分布电感构成LC振荡,产生噪 音,特别是初级绕组分布电容的影响比较显着,为了减小分布电容的影响,应尽量减小每匝导线 的长度,并将初级绕组的始端接漏级.电磁兼容是指高频变压器不产生对外界的电磁干扰,也能 承受外界的电磁干扰.包括高频噪音,和不可闻的高频噪音.其产生的原因之一是磁致伸缩,使 磁芯发生位移.选用一种”波璃珠”的胶合剂来粘合磁芯,效果甚好.也 可用以金属箍将磁芯夹 紧.因一般cr高频变压器放在装有高压绝缘油的密封金属桶内,能起到一定屏蔽作用. 3期王秀彬:机x射线高频高压发生器的研究53 具体变压器的设计要重复好多次,以设计理论为指导,在实践中不断提高.具体包括:变压 器的功率确定磁芯的尺寸,计算绕组匝数,选择绕组导线和损耗计算等. 4几种典型的高压发生器 4.10T机中一般将阳极和阴极分开,用不同的变压器 变乐器次级直接整流为高压直流.图4a,b所示. 4.2 ?出 用 啊 这种高压发生器的功率 图5二级倍压整流图6次级多级串联 图5为二级倍压整流,可以根据需要做成多级倍压整流.用这种方法变压器可以做得比较小, 高频硅堆,滤波电容的耐压可以低一点.这种高压发生器的功率不能 做得很大. 4.3次级多级串联:图6这种方法简单,对高频硅堆,滤波电容的要求也不高,这种高压发生器 的功率可以做得比较大,也有的高压发生器应用倍压整流再多级串联,也有的CT机把高压变压 器和高压整流电路用高压环氧树脂真空封装,这种所为固体高压发生器性能比较稳定,在扫描架 高速旋转时不会有漏油现象,但一有故障不太好维修. 5研制体会 应用六个二阶倍压整流电路串联,磁芯采用E型铁氧体,初级用大功率管IGBT管驱动,整 个变压器浸泡在25号高压绝缘油中,当设计工作频率为20kHz左右时,高压为65Kv,输山电流 100mA,当工作频率升高时,高压开使降低,当达到40kHz时,高压只有21kv.当设计工作频率 为50kHz左右时,高压输出只有不到28Kv.分析原因是由于国产高频整流硅管的频率达不到标 称的lOOkHz,经测试只有25kHz.另外高频磁芯和高频漆包线的高频损耗可能也比较大.以影响 了高压的输出. 高频高压发生器原理很简单,但要制作一台比较好的高压发生器比较复杂,除高频变压器外, 线圈的绕制,高频硅堆,高频电容的要求同样也比较高.因国内还不能生产有自主产权的高频高 压x射线发生器.因此对其研究有重要的意义. 参考文献: [1】SobolWT~High丘uencyx.raygene. ratorbasics[J].Medphys.2002Feb;29(2):132-44. [2]中华人民共和国电子工业部,开关电源变压器计算方法IS].SJ/Z2921--88北京,1998. [3】电子变压器专委会,电子变压器 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 (M).沈阳:辽宁科技出版社,1998.10. 作者简介:王秀彬(1963一),男,硕:,高级 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师,土要从事x剁’线高频高压发生器和M融射 频线圈的维修与研究. r~1 舭 ‘_ 流-_r一整_l- 压 ‰ 得多一.一r1