医用X射线系统高压发生器的设计与实现

论文摘要

目前,我国医疗器械产业面临许多问题,外资、合资产品占据我国75%的医疗器械市场,在排名前10位的医疗器械企业中,只有3家本土企业,外企占据着我国器械市场的绝对优势。且我国X射线设备生产企业基本采用国外生产的高频高压发生器,缺少自主研发的产品。针对目前X射线系统高压发生器的发展现状及存在的问题,本文提出了一种能够提供稳定的球管高压、阳极旋转电源及灯丝加热电源,并提供自动亮度控制ABS、自动曝光控制AEC等扩展功能具有国际先进水平的高频高压发生器的设计方案。本文主要内容：首先对X射线系统高压发生器发展的演变过程以及国内外X射线系统高压发生器的研究现状给出了较为详尽的综述。阐述了高压发生器球管高压kV的产生原理,对谐振变换器及其拓朴结构进行分析,确定采用全桥串并联谐振逆变换LCC技术并通过调频系统调节高压发生器功率的输出。在谐振变换器分析的基础上,阐述了高压发生器灯丝电源通过脉宽调制PWM方式调节灯丝输出电流的原理与实现方法。并分析了高压发生器旋转阳极电源特性,确定了使用数字信号处理器DSP控制逆变器的方案。在上述理论分析的基础上,采用IXYS公司的功率场效应管MOSFET元件IXFK27N80为核心变换部件组成全桥,自制高频变压器及倍压器,对高压电源进行了设计与实现；采用IXYS公司功率MOSFET元件VKM60-01P1为变换部件、MOTOLORA公司的脉宽调制控制芯片SG3525对灯丝电源进行了设计与实现,采用Texas Istruments公司的数字信号处理DSP器件TMS320LF2407A作为核心控制器件对旋转阳极电源进行了设计与实现。通过高压发生器在X射线设备上的验证测试及与国内外同类产品的比较,证明了本文所设计的高压发生器系统达到了国际同类产品的水平。最后,对本文工作进行了总结,并指出了有待解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高压发生器概述
• 1.2.1 高压发生器特点
• 1.2.2 高压发生器的主要功能
• 1.2.3 高压发生器的主要组成
• 1.3 高压发生器的发展趋势
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 高压发生器主回路的分析与设计
• 2.1 高压发生器的EMC要求
• 2.1.1 EMC要求
• 2.1.2 EMC设计
• 2.2 工频整流器
• 2.3 逆变器
• 2.3.1 逆变器的工作原理
• 2.3.2 谐振变换器的选择
• 2.3.3 LCC谐振变换器拓朴结构的选择
• 2.4 高压变压器及倍压器
• 2.4.1 高压变压器
• 2.4.2 高压倍压器
• 2.5 高压发生器控制器
• 2.5.1 kV调节部分
• 2.5.2 kV反馈取样部分
• 2.5.3 mA反馈取样部分
• 2.5.4 压控振荡部分
• 第3章 高压发生器灯丝控制电路的设计
• 3.1 灯丝控制电路的主要功能
• 3.2 灯丝控制电路的设计
• 3.2.1 灯丝过电流保护电路
• 3.2.2 误差放大电路
• 3.2.3 脉宽调制电路
• 3.2.4 电流反馈电路
• 第4章 高压发生器双速启动电路的设计
• 4.1 高压双速启动器功率部分电路
• 4.1.1 IPM的相关设计
• 4.1.2 普通单相异步电动机驱动的设计
• 4.2 数字逻辑部分电路的组成部分
• 4.2.1 数字逻辑电路部分
• 4.2.2 球管（电机）制动
• 第5章 高压发生器的实现
• 5.1 高压发生器的工作时序
• 5.2 高压发生器的整体结构
• 5.3 高压发生器的验证
• 5.3.1 高压发生器的主要性能指标
• 5.3.2 高压发生器的验证
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢