HM-32型移動式高頻X射線機原理及維修

懷化市第一人民醫院 設備科，湖南 懷化 418000

HM-32型移動式高頻X射線機原理及維修

陳霄奔

懷化市第一人民醫院 設備科，湖南 懷化 418000

本文介紹了HM-32型移動式高頻醫用診斷X射線機的工作原理及3例維修案例。

X射線機；主逆變器；脈寬調制；醫療設備維修

HM-32型移動式高頻醫用診斷X射線機主要由微機、驅動電路、球管3部分組成。微機以8031單片機和外圍電路組成。本文主要介紹高頻機X射線產生的工作原理及幾例常見故障。

1 高頻X射線機工作原理

1.1 高壓回路

X線機的高壓（kV）采用高頻逆變技術，微機設定的kV值（kV-SET）和管電壓采樣信號（kV-SAMP）經脈沖寬度調制器形成PWM（脈寬調制）的控制信號，然后形成功率電路的驅動信號。主逆變器采用IPM（智能功率模塊），經高壓變壓器初級形成完整回路[1]。管電壓采樣為雙邊采樣，經高壓采樣電阻分壓獲得。

圖1 高壓回路工作原理框圖

1.2 IPM觸發及逆變器

220V電壓輸入觸發板后，由T1變壓器變壓后經BR1（整流橋）、BR2整流、C1、C2濾波、W1、W2穩壓后提供觸發信號驅動電路的電源。主逆變觸發信號經E2和另一組的E2光耦隔離后同時觸發兩組IGBT逆變橋對角的IGBT管，E2、E4輸出的同一組IGBT觸發信號相差180°，這樣可確保同一組的2只IGBT管不會同時導通而短路[2-3]。

220V電源經整流濾波后的直流電壓310 V，經L1加在由模塊Ⅰ、Ⅱ組成的逆變橋上。曝光時，經驅動后的觸發脈沖信號交替觸發使模塊Ⅰ：A、模塊Ⅱ：B和模塊Ⅰ：B、模塊Ⅱ：A輪流導通。產生高壓變壓器的初級驅動電流，使X射線管產生高壓，通過kV取樣的閉環調整觸發信號的寬度，可控制逆變器的高壓輸出值。

1.3 燈絲回路

燈絲回路與高壓回路類似，燈絲mA同樣采用高頻逆變技術，微機設定的mA值（mA-SET）和管電流采樣信號（mA-SAMP）經脈沖寬度調制器形成PWM的控制信號，然后形成燈絲電路的驅動信號。燈絲逆變器采用MOS管，經燈絲變壓器初級形成完整回路。管電流采樣為雙邊采樣。

1.4 燈絲加熱及燈絲電流調整

電壓變壓器T1輸出40V電源，經燈絲板BR1整流、穩壓電路穩壓后為燈絲逆變電路提供電源；交流輸入電壓AC18V經BR2整流、N1穩壓后為燈絲逆變觸發電路提供電源。由微機板U16給出的燈絲逆變觸發信號送至燈絲板，經光耦E1、E2的隔離送至Q7（TIP122）和Q8的基級，經Q7、Q8放大驅動后，觸發信號分別送至觸發脈沖變壓器T1、T2的輸入端，每只觸發脈沖變壓器輸出兩路同相位的觸發信號，同時觸發逆變橋對角的場效應管，為確保任意單邊的兩只場效應管不會同時導通而短路，所以兩只觸發變壓器輸出的觸發信號有180°的相差。

而由于逆變器輸出脈沖寬度大小不同，使得逆變器向負載輸出的能量也會隨之變化，所以可通過調整觸發脈沖寬度的大小來改變燈絲電流的大小。

1.5 高壓輸出及kV、mA的采樣

IPM逆變橋輸出的驅動電流加到高壓變壓器初級。在高壓變壓器次級產生交流高壓輸出，經8個二級管（D1～D8）、8個電容（C1～C8）8倍壓后加到X射線管上，在燈絲加熱的情況下產生X射線輻射輸出。同時通過取樣電阻R和kV控制電路的閉環，調整kV觸發信號的寬度控制X射線管電壓的輸出。通過中性點mA-、mA+的取樣和mA控制電路的閉環，調整燈絲觸發信號的寬度，可控制X射線管電流的輸出。

2 故障案例分析

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

機器開機自檢和曝光過程正常，但是沒有圖像。

2.1.2 維修過程

機器開機自檢正常，曝光時機器沒有報錯，查看球管燈絲時發現燈絲不亮，判定曝光時因為燈絲沒有產生電子云，沒有產生射線。測量燈絲板+40 V供電正常，則驅動電路正常，判定燈絲不亮為燈絲觸發電路問題。測量燈絲觸發電路電壓+15 V正常，燈絲觸發驅動過程為[4]：① 正半周：CPU輸出的燈絲觸發信號由PF2-1輸入，使E4、E5導通，由V13、V15驅動V5、V6場效應管導通；② 負半周：CPU輸出的燈絲觸發信號由PF2-2輸入，使E2、E3導通，由V9、V11驅動V3、V4場效應管導通。用示波器測量觸發信號測量點TP1、TP2無信號，繼而測量燈絲驅動相關的信號電壓與CPU板。測量燈絲控制電路+5V、+15V電壓正常，測至CPU板的U12（IC4714）的3～6角為低電平，不曝光狀態正常為高電平，U12的6角的邏輯信號為當3～5角輸出為低電平時，6角高電平，所以確定為U12（IC4714）損壞，更換后正常。

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

曝光過程異常，無圖像。

2.2.2 維修過程

開機查燈絲狀態，待機為紅黃色光亮，手閘一檔時燈絲加熱，為白色光亮，狀態正常，由此判斷kV部分有故障。曝光時示波器測量CPU板的R63、R64，示波器采集不到kV觸發波形，確認機器曝光時無高壓產生，繼續檢測kVSET和kV-SAMP測量點,發現kV-SET正常，而示波器采集不到kV-SAMP測量點的kV觸發波形，進而檢查采樣板，采樣板上主要有N1（TL084）、N2（TL084）兩個運算放大器及電容電阻二極管等，N1控制kV采樣，N2控制mA采樣。以維修經驗判斷，N1壞的可能性比較大[5]，由于手上沒有TL084，無法更換，但已知mA正常，即N2正常，所以將N1、N2更換位置檢測MA是否正常，結果發現手閘一檔后燈絲不加熱，燈絲狀態不正常，確定N1壞，更換TL084后機器曝光有kV觸發信號，產生高壓，機器正常曝光，圖像正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

機器曝光過程正常，有時圖像模糊，劑量低；有時又正常。

2.3.2 維修過程

檢查機器，用示波器檢測kV、mA反饋波形，正常波形為1V相當20 kV，10 mA[6]，示波器檢測比率均比較小，條件從40 kV開始檢測，每5 kV一檔，發現kV越大，檢測比率偏差越大，調整對應kV的電位器后機器出線效率有改善，但劑量仍然低，維修中再次曝光無射線產生，經查為IPM模塊的一個IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)被擊穿，懷疑是球管放電所致，拆下球管檢查油箱，發現油箱里有氣泡，將球管返廠維修，經查為一電容損壞，這與圖像劑量低正好向吻合。更換IPM模塊后，機器正常。

[1] 郭永貞．智能功率模塊及其在功率變換器中的應用[J]．半導體技術,2000,(4):56-60．

[2] 張寧．逆變器波形控制及輔助功能研究[D]．武漢:華中科技大學,2006．

[3] 劉新民．中頻逆變器波形控制技術研究[D]．武漢:華中科技大學,2007．

[4] 白智鵬,沈翔．醫用X線機原理結構與維修[M]．北京:中國醫藥科技出版社,1997:8．

[5] 劉垣明,李劍輝,李加林,等．醫用X線機的故障分析與論證[J]．醫療裝備,2003,(7):44．

[6] 石維結,童其榮,向云．移動X線機遙控曝光改造2例[J]．中國醫療設備,2011,(10):90-91．

Principle and Maintenance of HM-32 Mobile High Frequency X-ray Machine

CHEN Xiao-ben
Department of Equipment, the First People's Hospital of Huaihua, Huaihua Hunan 418000, China

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.05.048

1674-1633(2013)05-0130-02

2012-08-25

作者郵箱：chenxiaoben．007@163．com