东软CT-C2800旋转阳极控制原理分析及改进

林木炎 冯晓刚 卢广文

东软CT-C2800采用定制的VARIAN GS2071球管，该管为容量2.0 MHU的中速旋转阳极球管，工作频率50 Hz，启动电压AC220 V，维持电压AC90 V。启动绕组（黑线和白线）电阻46.0 Ω±15%，工作绕组（绿线和白线）电阻14 Ω±15%，其中白线为公共端（COM）。

1 工作原理

旋转阳极控制电路（图1）位于电源控制板内，具体工作过程如下：

图1 旋转阳极主电路

1.1 准备

CT开机正常后，扫描开始前，kV Enable信号为高，继电器K4工作，旋转阳极控制电路K4A和K4B切换，为阳极旋转做准备。

1.2 启动

扫描开始前，由控制系统来的旋转阳极启动允许信号（Rotor Enable）变高，使比较器U6B输出变低，光耦U5导通，220 V交流电压经F6、R21、R19、U5、R25、旋转阳极工作绕组等形成回路，获得分压使主可控硅Q1被触发导通，旋转阳极在220 V AC电源供电下快速启动。

1.3 延时

旋转阳极延时电路由U6A、Q14、Q7、R43、C35等组成，跳线开关JP1选择2 s或6 s延时。当Rotor Enable信号为高、阳极启动开始时，Q14截止，使Q7截止，+12 V通过R43或R53给C35充电，计时开始。当C35充电电压大于9 V时，延时时间到，比较器U6A输出变为高电平，使比较器U6B输出也变为高电平。

1.4 降压

比较器U6B输出两路高电平，一路使光耦U5截止，主可控硅在交流电过零点时截止，220 VAC的启动电压切断；另一路使比较器U6D输出变低，继电器K2B得电，旋转阳极控制电路K2A闭合，加在旋转阳极两端的交流电压变小，降为工作维持电压AC 90 V，实现降压。

1.5 保护

保险管F6、F7、F9提供了短路保护和转子故障保护，R21、C25用来限制Q1两端电压的上升率，保护双向可控硅Q1。

干簧管K3B、K5B为旋转阳极电流检测保护器件，启动延时过程中，当旋转阳极已经达到额定转速时，流过旋转阳极启动绕组和工作绕组的电流将使干簧管K3B、K5B动作，K3A、K5A闭合。延时到达后，U6A输出电位变高，Q2导通，向高压控制板输出低电平，允许加高压。当检测到转速有问题时，干簧管的K3A或K5A断开，Q2截止，向高压控制板输出一个故障信号，禁止曝光，同时使Rotor Enable信号变低，阳极停止旋转。

2 故障分析

2.1 故障现象

螺旋扫描开始时报F-S-3：扫描过程传输出错，且明显闻到烧焦味道，马上停机。

2.2 故障检修和分析

查历史记录发现，曾报过故障代码9035，即旋转加高压状态接收采集数据超时；9036，即旋转加高压状态送旋转阳极启动命令到DAS高压控制机返回状态异常，怀疑高压异常。

关机状态测量IPC的输入和输出正常。重新开机，读硬件测试状态正常，在硬件测试内测试高压加载无反应，打开机架观察IPC箱的状态指示灯正常，测量IPC的三相输入电压正常。打开ACU箱检查逆变电路正常，打开IPC箱检查发现旋转阳极控制电路的F6、F9保险烧坏，220 V供电插头XP0105的7、3脚和球管旋转阳极的供电插头XP0106的1、3脚烧糊，查旋转阳极控制电路降压继电器K2正常，旋转维持可控硅Q1正常，隔离光耦U5正常。查球管旋转阳极的输入电阻主绕组13 Ω、启动绕组40 Ω、两绕组之和53 Ω正常。

该球管已曝光近21万次，据此怀疑旋转阳极卡死导致过流，但用户反映在使用中未听到旋转阳极异常旋转的声音。在设置双路5A保险做好保护措施的情况下，单独给旋转阳极加110 V AC，发现旋转阳极转速正常，旋转声音正常，初步排除旋转阳极卡死故障。修复IPC箱的电源控制板受损部分，测试正常后开机使用正常。

但使用不到1个月后，扫描过程中报9001，即外部灯丝过流，高压异常；9101，即外部灯丝过流，主电源正常。

进入硬件测试时，IPC箱电源跳掉。断电后打开IPC箱发现F10(10 A)保险管烧毁，根据前次故障情况，首先检查旋转阳极控制电路，发现主可控硅Q1击穿，测旋转阳极线圈电阻发现，主绕组5 Ω、启动绕组40 Ω、两绕组之和45 Ω，确认主绕组短路。拆下球管测试后发现，由于旋转阳极的堵转或卡死导致主绕组过热短路，引起主可控硅Q1击穿、保险管F10烧毁。修复电路受损部分后测试灯丝加热电路正常，IPC箱电路正常，更换球管后CT使用正常。

3 电路改进

该旋转阳极电路仅有欠流保护，而过流保护仅依靠2个保险管，保护效果有限，导致IPC箱的电源控制板连续两次烧毁，并最终导致球管损坏。如按厂家要求进行高压部分的故障维修，按惯例需将高压发生器的三个电气箱，即电源输入调节部分（IPC）、阳极/阴极组件（ACU）和接口控制系统全部更换，维修成本昂贵。

由于旋转阳极欠流和过流都可能引起转速不足，当旋转阳极的堵转或卡死将产生过流，若这种过流没有马上保护，将会导致旋转阳极控制电路损坏，严重时将致球管损坏。如果能在电路上增加过流保护器件，在发生端，同参考电压进行比较，当发生过流时E1输出低电平至电源控制板上稳压二极管D12的阳极，使三极管Q2输出高电平，报旋转阳极错误，保护装置起作用，高压中断，旋转阳极停止旋转。

4 结论

对于GS2071球管，旋转阳极的额定功率大概为200 W，对于单相电路而言，电机功率P=IUcosφ，其中cosφ是电机功率因素，一般取0.75，可算出额定电流约为3 A，当发生阳极堵转时，电机可看作纯阻性，最大堵转电流约为6.5 A。通过模拟最大堵转电流实验和上机调试，调整电阻R3使U1的参考端电压为5 V，当旋转阳极正常工作时U1输出为高，不影响电源控制板功能，发生阳极堵转过流时，U1输出变为低电平，报旋转阳极错误。实现了旋转阳极控制板的过流保护，并可延长球管的寿命，减少了医院的设备运行成本。旋转阳极的堵转或卡死时马上切断旋转阳极电源并切断高压，就能保护旋转阳极控制电路和球管。

图2 过流保护电路

根据单向异步电机的工作原理，堵转电流和启动电流在数值上是相等的，但电机启动电流和堵转电流的持续时间不同，启动电流最大值出现在电机接通电源后的0.025 s以内，随着时间的推移启动电流将按指数规律衰减，衰减速度与电机的时间常数有关；而电机的堵转电流并不随时间推移衰减，而是保持不变。CT2800的旋转阳极启动时间为2 s，因此过流保护时应避开启动时间，同时堵转电流大概是额定电流的5～7倍。

为不破坏原电源控制板，本过流保护电路（图2）采用从保险管F9串联取样，T1为取样变压器并具隔离功能，采样电压经整流滤波后送至比较器U1的负

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