x射线高压电源

X射线的高频高压电源

X光机电源又称X光机高压电源、X光管高压电源和X光高压电源是X光机的关键部件是一种比较精密的高压电源，其可分为高压电源和灯丝电源两部分，其中灯丝电源用于为X光管的灯丝加热，高压电源的高压输出端分别家在阴极灯丝和阳极靶两端，提供一个高压的电场使灯丝上活跃的电子加速流向阳极靶，形成一个高速的电子流，当高速电子流撞击原子和外围轨道上电子，使之游离且释放出能量，就产生了X光。

一、X射线机用电源概述

由于X射线具有穿透作用、电离作用、荧光作用等，使得X射线在医学检查、工无损探测、公共安全检查等领域广泛应用，而产生X射线需要三个基本条件为：（1）自由活动的电子群；（2）电子群的高速运动；（3）高速电子群的突然阻击。所以为了得到大剂量大能量持续稳定的X射线就需要稳定性好精度高的高压电源来为提供X射线机提供电源。下图为高压电源在X射线机中的地位和作用：

高压电源

市电/蓄电池

X射线管控制器

冷却系统

图一X射线机结构图

如图一所示，高压电源由市电220伏（蓄电池）提供基本电源，受控制器的精确制为X射线管提供灯丝电流（提供自由活的电子群）和高压场电压（使电子群高速运动），并且实时的把高压电源的实时电压电流信息反馈给控制器。

由于X射线的广泛应用，而X射线机用高频高压电源现状通过对比分析可知，我国的X射线机用高频高压电源的生产状况较国外还有一定的差距；所以如果能利用先进技术缓解和解决生产高频高压电源中的难点问题进而能设计生产出具有自主知识产权的轻小型智能化X射线机用高频高压电源，将具有较强的现实意义，并且也蕴藏着巨大的商机。

X光机电源系统输入22OV工频交流电，整流之后经有源功率因数校正模块(APFC)

实现功率因数校正，采用APFC 可以降低产品对电网的危害作用，也使产品适应电网电压变化的能力增强，理论上，电网提供的输入电压在100v 到250v 之间，电源系统依然可以正常工作。APFc 的400v 直流输出分别送入高压控制器和灯丝电流控制器，高压控制器的输出经升压变压

器和倍压电路处理后输出即为X 射线管两端电压，而灯丝电流控制器的输出经降压变压器处理后即为灯丝电流。

二、高压控制器主电路

高压控制器的主要任务就是将市电经过适当的变换，成为75kV 一150kV 的直流电压，该电压用于射线管两端产生高压电场以加速电子，从而使电子以较高能量撞击靶极产生X 光。以上的叙述是X 射线电源的基本原理，在X 光机诞生的一百多年里，这一点并没有改变，只是随着半导体器件的不断进步，具体实现高压的方法经历了很大的变革。较早使用的方法是晶闸管调压法，也就是市电经过可控整流之后再逆变输出，在这一过程中通过调节晶闸管的触发角来调节整流后的直流电压以达到调压的目的。这种方法的不足之处是显而易见的，由于晶闸管的开关频率不可能很高，所以势必造成整个X 光机电源系统特别是后面变压器既笨重而且体积庞大，此外还会给电网极大的谐波污染。基于传统X 光机电源系统拓扑结构的缺陷，一种全新的电路设计思路:采用MOSFET 代替晶闸管从而极大地提高开关频率以降低电源系统的体积和重量;在前端采用APFC 使电路的功率因数达到1以克服对电网的谐波污染;斩波电路部分采用BUCK 变换器使电路的结构和调压更加简单;逆变部分采用半桥电路，以解决输出波形伏秒不平衡的问题，且逆变电路可以设置固定的频率和脉宽，对实现软开关提供很好的条件，并且能充分利用高频变压器，也避免了在低压大电流情况下对逆变电路的损害。 逆变整流

滤波斩波220、

380VAC

EMI 整流

滤波

斩波逆变高频变压器倍压整流控制单元电压反馈保护电路电流反馈

保护电路键盘

显示

外接PC 机外接X 射线管

PFC 模块变压器

整流

图二 X 射线机用高频高压电源结构图

直流线性稳定电源是因电路中的调整功率管工作在线性放大状态而得名。线性稳定电源有电路结构简单、可靠性高、输出纹波小、电磁干扰小、动态响应速度快等优点，所以直流线性稳定电源得到比较广泛的应用。然而由于直流线性稳定电源的调整管工作在放大状态，所以发热量大（需要加庞大的散热片，不利于微型化），效率低（效率一股只有45%），这一因素限制了它在X射线机中的应用。而随着电力电子器件、变换拓扑电路和控制技术的发展，应用于X射线机中的电源多为中高频高压电源。由于电源工作在中高频，从而减小了升压变压器的体积和重量；由于加入功率补充器和利用软开关谐振技术，从而提高了电源的工作效率；由于控制结构和控制算法的改善，从而电源的输出电压质量也大为提高。三、优势

整体而言，高频高压电源有如下优点：输出电压等级高、精度高、稳定性好、纹波系数小、体积小重量轻等优点，所以决定了它在X射线机中的应用地位不断的攀升。