懷化市第一人民醫(yī)院 設(shè)備科，湖南 懷化 418000

HM-32型移動(dòng)式高頻X射線機(jī)原理及維修

陳霄奔

懷化市第一人民醫(yī)院 設(shè)備科，湖南 懷化 418000

本文介紹了HM-32型移動(dòng)式高頻醫(yī)用診斷X射線機(jī)的工作原理及3例維修案例。

X射線機(jī)；主逆變器；脈寬調(diào)制；醫(yī)療設(shè)備維修

HM-32型移動(dòng)式高頻醫(yī)用診斷X射線機(jī)主要由微機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、球管3部分組成。微機(jī)以8031單片機(jī)和外圍電路組成。本文主要介紹高頻機(jī)X射線產(chǎn)生的工作原理及幾例常見故障。

1 高頻X射線機(jī)工作原理

1.1 高壓回路

X線機(jī)的高壓（kV）采用高頻逆變技術(shù)，微機(jī)設(shè)定的kV值（kV-SET）和管電壓采樣信號(hào)（kV-SAMP）經(jīng)脈沖寬度調(diào)制器形成PWM（脈寬調(diào)制）的控制信號(hào)，然后形成功率電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。主逆變器采用IPM（智能功率模塊），經(jīng)高壓變壓器初級(jí)形成完整回路[1]。管電壓采樣為雙邊采樣，經(jīng)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(fā)及逆變器

220V電壓輸入觸發(fā)板后，由T1變壓器變壓后經(jīng)BR1（整流橋）、BR2整流、C1、C2濾波、W1、W2穩(wěn)壓后提供觸發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的電源。主逆變觸發(fā)信號(hào)經(jīng)E2和另一組的E2光耦隔離后同時(shí)觸發(fā)兩組IGBT逆變橋?qū)堑腎GBT管，E2、E4輸出的同一組IGBT觸發(fā)信號(hào)相差180°，這樣可確保同一組的2只IGBT管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通而短路[2-3]。

220V電源經(jīng)整流濾波后的直流電壓310 V，經(jīng)L1加在由模塊Ⅰ、Ⅱ組成的逆變橋上。曝光時(shí)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)后的觸發(fā)脈沖信號(hào)交替觸發(fā)使模塊Ⅰ：A、模塊Ⅱ：B和模塊Ⅰ：B、模塊Ⅱ：A輪流導(dǎo)通。產(chǎn)生高壓變壓器的初級(jí)驅(qū)動(dòng)電流，使X射線管產(chǎn)生高壓，通過kV取樣的閉環(huán)調(diào)整觸發(fā)信號(hào)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(shù)，微機(jī)設(shè)定的mA值（mA-SET）和管電流采樣信號(hào)（mA-SAMP）經(jīng)脈沖寬度調(diào)制器形成PWM的控制信號(hào)，然后形成燈絲電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。燈絲逆變器采用MOS管，經(jīng)燈絲變壓器初級(jí)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(diào)整

電壓變壓器T1輸出40V電源，經(jīng)燈絲板BR1整流、穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后為燈絲逆變電路提供電源；交流輸入電壓AC18V經(jīng)BR2整流、N1穩(wěn)壓后為燈絲逆變觸發(fā)電路提供電源。由微機(jī)板U16給出的燈絲逆變觸發(fā)信號(hào)送至燈絲板，經(jīng)光耦E1、E2的隔離送至Q7（TIP122）和Q8的基級(jí)，經(jīng)Q7、Q8放大驅(qū)動(dòng)后，觸發(fā)信號(hào)分別送至觸發(fā)脈沖變壓器T1、T2的輸入端，每只觸發(fā)脈沖變壓器輸出兩路同相位的觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)觸發(fā)逆變橋?qū)堑膱?chǎng)效應(yīng)管，為確保任意單邊的兩只場(chǎng)效應(yīng)管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通而短路，所以兩只觸發(fā)變壓器輸出的觸發(fā)信號(hào)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(fù)載輸出的能量也會(huì)隨之變化，所以可通過調(diào)整觸發(fā)脈沖寬度的大小來(lái)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(qū)動(dòng)電流加到高壓變壓器初級(jí)。在高壓變壓器次級(jí)產(chǎn)生交流高壓輸出，經(jīng)8個(gè)二級(jí)管（D1～D8）、8個(gè)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(chǎn)生X射線輻射輸出。同時(shí)通過取樣電阻R和kV控制電路的閉環(huán)，調(diào)整kV觸發(fā)信號(hào)的寬度控制X射線管電壓的輸出。通過中性點(diǎn)mA-、mA+的取樣和mA控制電路的閉環(huán)，調(diào)整燈絲觸發(fā)信號(hào)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(xiàn)象

機(jī)器開機(jī)自檢和曝光過程正常，但是沒有圖像。

2.1.2 維修過程

機(jī)器開機(jī)自檢正常，曝光時(shí)機(jī)器沒有報(bào)錯(cuò)，查看球管燈絲時(shí)發(fā)現(xiàn)燈絲不亮，判定曝光時(shí)因?yàn)闊艚z沒有產(chǎn)生電子云，沒有產(chǎn)生射線。測(cè)量燈絲板+40 V供電正常，則驅(qū)動(dòng)電路正常，判定燈絲不亮為燈絲觸發(fā)電路問題。測(cè)量燈絲觸發(fā)電路電壓+15 V正常，燈絲觸發(fā)驅(qū)動(dòng)過程為[4]：① 正半周：CPU輸出的燈絲觸發(fā)信號(hào)由PF2-1輸入，使E4、E5導(dǎo)通，由V13、V15驅(qū)動(dòng)V5、V6場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通；② 負(fù)半周：CPU輸出的燈絲觸發(fā)信號(hào)由PF2-2輸入，使E2、E3導(dǎo)通，由V9、V11驅(qū)動(dòng)V3、V4場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。用示波器測(cè)量觸發(fā)信號(hào)測(cè)量點(diǎn)TP1、TP2無(wú)信號(hào)，繼而測(cè)量燈絲驅(qū)動(dòng)相關(guān)的信號(hào)電壓與CPU板。測(cè)量燈絲控制電路+5V、+15V電壓正常，測(cè)至CPU板的U12（IC4714）的3～6角為低電平，不曝光狀態(tài)正常為高電平，U12的6角的邏輯信號(hào)為當(dāng)3～5角輸出為低電平時(shí)，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(xiàn)象

曝光過程異常，無(wú)圖像。

2.2.2 維修過程

開機(jī)查燈絲狀態(tài)，待機(jī)為紅黃色光亮，手閘一檔時(shí)燈絲加熱，為白色光亮，狀態(tài)正常，由此判斷kV部分有故障。曝光時(shí)示波器測(cè)量CPU板的R63、R64，示波器采集不到kV觸發(fā)波形，確認(rèn)機(jī)器曝光時(shí)無(wú)高壓產(chǎn)生，繼續(xù)檢測(cè)kVSET和kV-SAMP測(cè)量點(diǎn),發(fā)現(xiàn)kV-SET正常，而示波器采集不到kV-SAMP測(cè)量點(diǎn)的kV觸發(fā)波形，進(jìn)而檢查采樣板，采樣板上主要有N1（TL084）、N2（TL084）兩個(gè)運(yùn)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(jīng)驗(yàn)判斷，N1壞的可能性比較大[5]，由于手上沒有TL084，無(wú)法更換，但已知mA正常，即N2正常，所以將N1、N2更換位置檢測(cè)MA是否正常，結(jié)果發(fā)現(xiàn)手閘一檔后燈絲不加熱，燈絲狀態(tài)不正常，確定N1壞，更換TL084后機(jī)器曝光有kV觸發(fā)信號(hào)，產(chǎn)生高壓，機(jī)器正常曝光，圖像正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

機(jī)器曝光過程正常，有時(shí)圖像模糊，劑量低；有時(shí)又正常。

2.3.2 維修過程

檢查機(jī)器，用示波器檢測(cè)kV、mA反饋波形，正常波形為1V相當(dāng)20 kV，10 mA[6]，示波器檢測(cè)比率均比較小，條件從40 kV開始檢測(cè)，每5 kV一檔，發(fā)現(xiàn)kV越大，檢測(cè)比率偏差越大，調(diào)整對(duì)應(yīng)kV的電位器后機(jī)器出線效率有改善，但劑量仍然低，維修中再次曝光無(wú)射線產(chǎn)生，經(jīng)查為IPM模塊的一個(gè)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(fā)現(xiàn)油箱里有氣泡，將球管返廠維修，經(jīng)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(jī)器正常。

[1] 郭永貞．智能功率模塊及其在功率變換器中的應(yīng)用[J]．半導(dǎo)體技術(shù),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(xué),2006．

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

[4] 白智鵬,沈翔．醫(yī)用X線機(jī)原理結(jié)構(gòu)與維修[M]．北京:中國(guó)醫(yī)藥科技出版社,1997:8．

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

[6] 石維結(jié),童其榮,向云．移動(dòng)X線機(jī)遙控曝光改造2例[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)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