XHA600直线加速器调制器故障判别与维修

唐陆正

XHA600直线加速器调制器故障判别与维修

唐陆正①

目的：使电子直线加速器微波功率源磁控管获得一定振幅、宽度、重复频率和一定功率的脉冲，保证加速管稳定工作。方法：通过对调制器高压过流HVOC、反峰MOD、灯丝跳变STEP1、STEP2联锁等参数的调试。结果：加速器磁控管获得稳定的符合要求的脉冲功率。结论：医院工程师通过对调制器原理的学习，掌握故障判别、维修及调试，也能对脉冲调制器这一复杂系统进行维修保养工作，为病人治疗争取时间，为医院节约费用。

直线加速器；调制器；高压过流

[First-author's address]Boai Hospital of Taizhou, Taizhou 318050, China.

1 调制器的原理

XHA600直线加速器脉冲调制器是加速器的主要组成部分。加速器的微波功率源都由磁控管（或速调管）及脉冲调制器组成。它产生一定的振幅、宽度、重复频率和一定功率的脉冲。加速器的性能、工作的可靠性直接与微波源、调制器有关，正确地了解调制器的原理、线路和工作特点是很有必要的。

XHA600直线加速器使用的是线型调制器，直流高压电源先通过充电电感给脉冲形成网络（仿真线）充电，充电电压近似等于电源电压的两倍，然后把一个宽度要求不严格的低压脉冲加到闸流管的栅极上，使闸流管导通，接着脉冲形成网络通过导通的闸流管向负载放电，从负载上得到一个高压大功率、宽度由仿真线长度决定的脉冲，只要调制器的特性阻抗与负载阻抗相等，输出脉冲电压就近似等于电源电压。调制器的原理如图1-1所示：

图1-1 调制器的原理图

1．1 充电回路（如图1-2所示）：

图1-2 充电回路

为使型调制器的储能元件在输出脉冲期间向负载放电，必须在脉冲间隔期间，利用电源对储能元件充电。普通的充电电路是由电源、储能元件和负载电阻（或脉冲变压器的初级绕组）组成。为了防止电源在脉冲输出期间被开关管短路，需要在电源和开关之间安插一个充电隔离元件，这个元件常用电感，即充电电感。在储能元件放电过程结束，闸流管恢复正向阻断能力后，直流电源开始通过充电隔离元件向储能元件充电，然后储能元件放电，整个调制器就是这样周而复始的工作的。充电回路应满足以下要求，每次充

图1-5 放电电路图1-6 简化的等效放电电路

电过程结束后， 仿真线上充电电压大致相同；脉冲输出期间，使电源和开关管充分离开；有较高的充电效率。

1．1．1 等效电路，如图3所示：

图1-3 等效电路

从这等效电路很容易写出充电过程的电路和微分方程：

加速器的脉冲调制器功率都比较大，常采用等待充电电路，就是在直流谐振充电电路中串联充电二极管而构成。充电电感的作用是防止仿真线向电源反向充电（如图1-4所示）。1．2 放电回路

图1-4充电电感的作用

放电电路是调制器的输出电路。由脉冲形成网络、开关管、脉冲电缆、脉冲变压器和负载组成。放电电路如图1-5所示。闸流管具有单向导电性，简化的等效放电电路如图1-6所示。

放电回路有三种放电情况：ρ为调制器仿真线的特性阻抗。

R'H=ρ匹配情况。仿真线在放电后电压降为零。闸流管阳极电压在放电完了降为零，恢复到截止状态。仿真线重新充电，等待下一次触发。

R'H＞ρ正失配情况。仿真线向负载放电，经过τ时刻后，电压虽有降低但仍大于零，闸流管继续导电，直到仿真线上电压下降到小于闸流管管压降以后才截止，不利于闸流管消电离，引起闸流管连通，而出高压过流（HVOC）。

R'H＜ρ负失配情况。仿真线放电经过τ时刻以后，仿真线上电压变为负值。调制器一般工作在轻微的负失配。在严重负失配，如磁控管打火，负载短路，这是危险的，常用反峰电路去消除这危险。

1．3 反峰电路

负失配时，仿真线上的反向电压（绝对值）和充电电压都随着放电次数的增加而逐次增加。这会破坏稳定的充电过程，发生器件击穿的危险。这时必须有反峰电路来消除反向电压，由一只二极管和一个电阻串联后并接在闸流管的两端（如图1-7所示）。闸流管只有正向导通特性，反峰电路只有反向导通特性。通过反峰电路消除反峰电压，保护器件。因磁控管的阻抗是电压的非线性函数，起振前负载近似开路阻值极大，仿真线与负载严重的正失配而在输出脉冲前沿出现上冲尖峰，前沿上升速率太快会引起跳模现象。为了消除跳模现象需要引入前沿匹配电路。前沿匹配电路是并联在脉冲变压器原边的RC串联削尖峰电路。

图1-7 反峰电路

1．4 RC匹配电路（如图1-8所示）：

图1-8 RC匹配电路

RC匹配电路的缺点：磁控管起振前，该电路消耗了能量，而且使脉冲宽度越窄，起振时间越长则功率损耗的百分比也越大。脉冲结束以后，电容C开始放电，从而拖长了负载上的脉冲电压后沿下降时间。磁控管将产生低模振荡。

2 调制器常见故障分析及解决方法

2．1 高压过流保护电路：平均值过流、峰值过流。

以下情况时都应发生高压过流保护：1主闸流管连续导通2、重复频率超过额定值3、负载短路4、放电棒未取下。发生高压过流保护时出现的联锁是HVOC，可能同时会出现HVCB联锁，出现此联锁的原因一是主电源箱上的三联高压开关没有合上； 二是调制器电流太大（HVOC）而引起高压开关跳闸，合上高压开关，把专用键盘上的钥匙开关旋向禁止位置，按F3键可清除联锁

高压过流（HVOC）联锁可通过用示波器观察控制台后面板上的9J14调制器充电电流波形（如图2－1所示）来判断可能是真正的高压过流；也可能是假的高压过流

发生真高压过流时充电电流波形的幅值会突然增大很多而停机，同时会发出异常的“啪”或“嘭”响声，比如有时因电流太大调压器或变压器发出“嗡嗡”的震动声音， 可能会同时引发HVCB故障。

发生假高压过流时充电电流波形的幅值会直接缩小到零而停机，也没有异常声音。一般是高压过流联锁保护阀值太灵敏或太低。可以通过更换保护电路器件TL074、LM339，或者可以适当调整调制器联锁板高压过流参数而消除联锁。

图2-1 9J14调制器充电电流波形

平均值过流调整VR2大约为1．8 V条件：磁控管电流为110 A，重复频率250 Hz，DeQ为30%左右。调整VR2使U1 LM339的11脚与10脚相等，或略大0．2 V以防有电压波动时出假高压过流保护，正常开机时磁控管电流为100 A，出高压过流时10脚电压将成倍的变大，当10脚高于11脚时，UI的13脚变低电平，二极管CR4导通，引起DS1指示灯灭、U6A光耦不导通，20A、20B（ILHVOC）没有负12 V电压而出高压过流（HVOC）联锁。

峰值过流一般由于电路有小打火，单个或几个脉冲充电电流过大而引起。峰值过流调整VR3大约2．0 V磁控管电流为110 A，重复频率250赫兹条件下。调VR3使U1D LM339的9脚与8脚相等，或略大0．2 V，当8脚电压高于9脚电压时，U1C的14脚变低电平，二极管CR5导通，同样地引起DS1指示灯灭、U6A光耦不导通，20A、20B（ILHVOC）没有负12伏电压而出高压过流（HVOC）联锁。

2．2 反峰保护电路（如图2－3所示）：

图2－3 反峰保护电路

通过反峰电路消除反向电压，保护器件。通过电流互感器采样检测反峰电流的大小，当反峰过大时，采样信号和VR1电位器设定的电压比较，光耦U6截止，U6-6的-12VON切断，系统出MOD联锁。

3 小 结

通过上述检查与调整，调制器调试和联锁就比较完整了，用户在遇到出现HVOC 、MOD、HVCB等调制器故障情况下，维修人员通过正确判断，可以避免厂家来工程技术人员进行维修，节省了时间和维修费用。

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Fault identification and repair of automatic frequency stabilizing device for Linear accelerator XHA600

TANG Lu-zheng

Objective To enable electron linear accelerator microwave power source of the oscillation frequency and operating frequency of the accelerating tube to be consistent to ensure stability accelerating tube. Methods Frequency stabilization system for the automated roubleshooting and double-trace oscilloscope for frequency stabilization system for debugging were employed. Results The dose of accelerator output remained stable in a very short period of time to achieve maximum value. Conclusion The Hospital engineers through the principle of the automatic frequency stabilization of learning, master fault discrimination, maintenance and debugging, but also the automatic frequency stabilization of this complex system to carry out maintenance work, to treat race against time and cost savings for hospitals.

Linear accelerator; Automatic frequency stabilization; Output dose

1672-8270(2010)06-0046-04

TH 772

B

唐陆正,男，(1968- ),工程师。现就职于浙江省台州市博爱医院设备科。

2010-03-06

①浙江省台州市博爱医院设备科 浙江 台州 318050

China Medical Equipment,2010,7(6):46-49.