牙科X 射线机射线源逆变电路的设计

赵佳洋 赵博征 马跃 辽宁省医疗器械检验检测院 （沈阳 110179）

1.逆变电路分类

逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。它们也分别被称为电压源逆变电路和电流源逆变电路，本设计采用的是电压型逆变电路。

2.电压型逆变电路的设计及优化

将半桥式变换电路中的两电解电容换成另外两只高反压功率晶体管，并配以适当驱动电路即可组成全桥式变换电路，如图1.2.1 所示。VT1、VT2、VT3、VT4组成4 个桥臂。高频变压器T 连接在它们中间。相对臂的VT1、VT2和VT3、VT4由驱动电路激励而交替导通，将直流输入电压变换成高频方波交流电压。其工作过程与推挽式功率转换电路一样。这样，高频变压器工作时，其初级线圈得到的电压即为电源电压。它是半桥电路输出电压的一倍，而每个晶体管耐压仍为电源电压，使输出功率增大一倍。若是电流达到半桥电路的水平，即电流增大一倍的话，则输出功率就可以增大4 倍。

图1. 单相全桥逆变电路

图2. IGBT 关断时的动作波形

图3. IGBT 缓冲电路原理图

全桥电路的主要不足是需要4 组彼此绝缘的晶体管基极驱动电路,使控制驱动电路成本增大并复杂化，但选用全桥变换电路可使输出功率大大提高,而且晶体管的损耗少。在设计中驱动采用隔离变压器进行驱动信号隔离。

实际电路中缓冲吸收电路很重要，因为设计的不合适，会使吸收电路有很大损耗。然而吸收电路的设计主要还是靠经验而不是理论计算，这是由于需要吸收电路区改善的波形主要是由电路中存在的寄生元件引起的。吸收电路应该在电路实际搭建好以后才设计，即从己确定的印制电路板、变压器、功率开关管以及整流器的参数来构建吸收电路雏形，这样寄生参数就能很接近实际情况。

通常IGBT 的开关时间约为1µs 当IGBT 由通态迅速关断时，有很大的–di/dt 产生，–di/dt 在主回路的布线电感上引起较大的尖峰电压–Ldi/dt，如图1.2.2 所示

这个尖峰电压与直流电压叠加后，加在关断的IGBT 的C-E 之间。如果峰值电压很大，可能使叠加后的UCESP超出反向安全工作区，或者由于du/dt 过大，而引起误导通，两者都有损于IGBT；为此，在IGBT 上加入缓冲电路。设计中采用的是充放电型RCD 缓冲电路，其电路图如图1.2.3 所示。

3.设计要点

电压源逆变电路和电流源逆变电路是两种主流逆变电路设计思路，其中，电流源逆变电路由于使用了电抗器来缓冲无功功率，所以其产生电流为方波，这种设计会导致高压源的高压不稳定等问题，所以我们采用电压源逆变电路的设计思路。由于该设计通过使用了电容器来缓冲无功功率，可以保证电压输出为方波，这种结构保证了X 射线高压发生器输出高压的准确性和稳定性，从而满足了X 射线的辐射防护方面的要求。而合理的选择参数又是其中的技术难点，需要激励电路和缓冲电路的参数的互相配合。同时，将半桥式激励电路优化为全桥式激励电路，可以有效的提高X 射线逆变电路的工作功率，并有效地促进了X 射线源的小型化的发展，但由于增加了电路的元器件，使逆变电路的设计复杂化，并且需要通过隔离变压器来隔离来自于驱动信号的电磁干扰。另外，在缓冲电路设计方面，主要采用了充放电型RCD 缓冲电路来起缓冲作用，由于寄生参数是由电路结构和尺寸决定，所以缓冲电路的参数选择是需要通过试验来确定的。