牙科X 射线机射线源高压油箱电路的设计

赵佳洋 金鑫 马跃 辽宁省医疗器械检验检测院 （沈阳 110179）

高压油箱电路的设计是牙科X 射线机射线源设计的重点，而目前主流的高压油箱电路的传统设计思路是采用多倍整流升压电路。随着时间的推移，我们能看出这种传统设计存在一定的缺陷，容易造成高压纹波较大，高压不稳，同时带载能力差，寻求新的设计方法是摆在我们面前值得思考的问题。

1.传统设计思路所采用的射源油箱电路

传统设计思路在采用普通的多倍整流升压电路（图1），此电路下注电容在一个周期内仅在很短时间内获得电荷，而差不多在一个周期的时间内流失电荷，其纹波系数为：

Id 为输出电流；

n 为倍压级数；

f 为工作频率；

C 为倍压电容容量；

V0 为输出电压；

其串联临界级数公式为：

图1. 多倍压整流升压原理图

其中um 为变压器副边输出电压峰值

可以明显看出其缺点是：高压硅堆多级串联， 高压纹波仍然比较大，带载能力差，高压不稳等。

2.单向对称倍压整流升压电路

如图2 所示，此电路同样第一级为变压器升压，第二级为高压硅堆整流升压。与普通多倍压整流升压电路相比，其优点是：整流输出电压纹波小，带载力增强，输出电压稳定，电路内部压降低，波动小，临界级数高，输出电压高。其缺点是：如果输出电压比较高，高压硅堆串联级数多，对绝缘耐压要求苛刻。此电路有两个升压变压器，中间柱电容在半个周期内获得电荷一次，而流失电荷时间不到半个周期，其纹波系数为：

Id 为输出电流；

n 为倍压级数；

f 为工作频率；

C 为倍压电容容量；

V0 为输出电压；

可以看出，与普通多倍压整流升压电路相比，此电路高压输出纹波明显减小。

其串联临界级数公式为：

串联临界级数是普通倍压电路的2 倍，其中um 为变压器副边输出电压峰值。

图2. 单向对称倍压整流升压原理图

3.单向对称倍压整流升压电路对比传统设计电路的优势

虽然使用单向对称倍压整流升压电路会使得射源油箱的制作成本大大提高，但X 射线类产品本身生产量有限，成本劣势不明显。但更好地纹波系数和带载、升压能力可以保证X 射线源的良好稳定性，同时由于在实际的产品中优化了单向对称倍压整流升压电路，如图3 所示，正负双向对称倍压整流电路其实是两路对称倍压电路的叠加串联，上半路对称倍压电路负责正向倍压整流升压，下半路对称倍压电路负责负向倍压整流升压；为了减小电路输出纹波，该电路采用两组高压变压器同时给上半路对称倍压电路和下半路对称倍压电路供电。两组高压变压器异名端都与地相连，作为正负倍压电路中心参考点。正负双向对称倍压整流电路，其正向倍压整流升压电路和负向倍压整流升压电路充放电原理一样，只是它们的充电电压和整流二极管方向相反。

图3. 正负双向对称倍压整流电路

这种结构进一步的保证了该电路具有较小的输出高压纹波系数、更强的带载能力、升压能力强、对高压绝缘要求低、变压器发热小、体积小。在同等的升压倍数下，其纹波系数理论上是单向对称倍压电路的近似0.5 倍；升压能力是单向对称倍压电路2 倍；在高压数值一样的环境下，其对绝缘要求是单向对称倍压电路的一半。

4.总结

可以说多倍整流升压电路是一种结构简单，稳定可靠的设计，但是由于其下注电容充放电时间的限制，导致其在高压纹波比、带载能力、高压稳定性方面具有固有的劣势，高压纹波比的升高可直接导致高压稳定性降低，从而引起一系列射线防护方面的问题。而带载能力差直接导致系统长时间曝光能力的下降，而本设计通过将单向对称倍压整流升压电路优化为正负双向对称倍压整流电路，一方面提高了高压源的纹波性能、带载能力，另一方面缩小了高压源的体积，更提升了系统的耐压性能和热容量，为更好地完成X 射线源功能提供了可能。