TL594設計的PWM電路在高頻機中的應用及故障分析

隨著科技的發展，傳統X光機逐漸被市場所淘汰，而高頻機正在逐步走向市場。為此，本文主要介紹一種基于TL594脈寬調制器與高頻逆變技術的綜合使用電路，以及相關的故障現象與排除思路。事實上，無論是國際上的西門子、GE或島津，還是國內東軟、萬東、上械廠等相關設備，出于各種目的，都已不再提供具體的電路說明書。作為教學和維修機構的工作人員，在工作過程中，作者曾多次因不了解其完整的工作原理而只能進行盲目的替換，費時費力，為了能夠完整的掌握其工作原理，并對維修有一點指導作用，本文著重介紹萬東生產的HF50R拍片機的相關電路工作原理以及故障成因，該機的基本理念與西班牙早期產品甚為相似。

HF50R作為國產高頻機，其某些硬指標雖然仍然不能達到較高要求，如球管仍使用非高速管，高壓逆變頻率(為25 kHz)仍小于要求的30kHz的條件(目前國際高頻已能達到100 kHz以上)，但其基本的工作理念已經與國際接軌。高壓逆變電子開關也使用目前國際上通用的絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)，燈絲逆變電子開關采用IFR540晶體管，而其驅動信號均來自于TL594組成的PWM電路。

1 TL594簡介

TL594應用電路
1.1 TL594的內部組成

TL594由基準電壓產生電路(Reference Regulayor)、矩形波振蕩器(Oscillator)、兩個誤差放大器(Error Amp)、死區比較器(Deadtime comparator)、脈寬調制比較器(PWM comparator)以及相關的輸出電路等組成。

1.2 TL594的引腳功能

TL594的各引腳功能如下：

1、2腳：一組誤差放大器的同向、反向輸入端；

16、15腳：另一組誤差放大器的同向、反向輸入端；

3腳：兩組誤差放大器的輸出端；

14腳：5 V電源端，用于各比較器電路的基準電壓值來源，該腳的最大承受電流為10 mA；

7腳：GND；

13腳：工作方式選擇端。若13與14腳相連，則兩管為推挽式輸出，此時的負載電流可以達到500mA；

6腳(R_T)、5腳(C_T)：振蕩器的頻率設置端，其頻率為：f_osc=1.1／R_TC_T。

4腳：死區時間設置引腳。該點的電壓范圍為0～3.3 V。? (本機為1.0 V)

12腳：7～41 V電源(本機12 V)。

9、10腳：輸出端，可輸出兩相相差180°的脈沖。

1.3 TL594的基本工作原理

一般情況下，觸發器(FLIP-FLOF)的時鐘信號為低電平時才會被選通，而該信號又受控于或門，其控制信號分別來自于死區比較器、PWM比較器、欠壓鎖定比較器。振蕩器輸出的正鋸齒波分別加至死區比較器與PWM比較器的反向輸入端。死區控制電壓具有0.12 V的輸入補償電壓，這樣就限制了死區時間最起碼要大于鋸齒波周期的4％，即最大輸出占空比(Duty cycle)為96％。TL594的PWM比較器的輸入信號來自于兩組誤差放大器的輸出端與反饋信號的綜合。這樣，當鋸齒波信號高于控制信號時，或門輸出低電平，觸發器被選通，Q1、Q2將得到激勵信號而輸出脈寬隨控制信號的高低而變化的脈沖信號。

TL594內置有5 V基準電源。在0～70℃范圍內的溫漂小于50 mV，而且該電壓能達到±1.5％的精確度。

2? HF50R的PWM電路

HF50R高頻機的PWM電路主要使用于kV、mA調整板。其中mA調整板中的大小焦點燈絲電路的驅動信號分別由兩路PWM電路完成。

2.1 HF50R的燈絲原理???

燈絲調整板上的PWM電路(以小焦點為例講述)的R_T=11 K、C_T=0.01μF，由此可計算出振蕩器頻率為10 kHz。而其死區電壓則由內置5 V電源經VR3調整采樣到1.0±0.3 V。2腳為來自CPU的FILAlSET(燈絲設定)信號，1腳輸入為燈絲的初級采樣信號，其輸出信號可控制脈沖寬度。TL594的另一組誤差放大器的反向輸入端(15腳)為+5 V電源，16腳為燈絲初級采樣信號與由R54設置的基準電壓進行比較后的電位，若采樣信號小于2.0 V．則TL594可以正常工作(大焦點驅動電路中，由R74設置最大采樣信號為2.5 V)。根據控制臺所選擇管電流的大小，PU將送出相應的燈絲設定信號，同時采樣信號也送至誤差放大器的同向輸入端，以根據設定信號與采樣信號的差值來改變3腳電位的高低，從而達到控制FILAlDRl、FILAlDR2脈寬的目的，并最終改變燈絲變壓器所獲得的信號，該信號的頻率固定為10 kHz，而且脈寬可調。

2.2 kV調整板

千伏調整板的振蕩器頻率可由C4(4700p)與R8+VR1(可調電阻)決定，經過微調可使得Fosc=25 kHz，將15腳電壓設為2.5 V，并將13與14腳相連可確定TL594的工作方式。死區電壓設置同燈絲板相同。調整板上誤差放大器1的反向輸入端信號來自于CPU板的kV-SET信號(該信號的1 V對應于33.3 kV)。同向輸入端則來自于高壓油箱的實測kV+、kV-信號之差，即kV采樣信號也滿足1 V對應于33.3 kV。這樣，若采樣信號低于kV-SET信號，則比較器輸出電壓下降，輸出脈寬變寬，kV隨之上升。而誤差放大器2的反向輸入端為固定2.5 V電源，同向輸入端的信號則來自于兩路。一路來自于CPU的／kV ON信號，另一路為kV檢測信號。若kV檢測信號小于4.8 V (4.8V對應于160 kV)，即kV不超出160 kV。若／kV ON
信號到來，且kV不超出160kV，T1594工作正常，若兩路信號中有一路不正常，則16腳將會被強行拉至4.8 V左右，從而導致3腳電位過高，輸出脈沖禁止或者說輸出脈沖寬度為零，此時將無kVDR1、kV DR2信號，同時系統報錯。

3? 故障分析

3.1故障現象分析

現以高壓為例，來分析故障現象。一般情況下，TL594的損壞將會使HF50R高頻機得不到kVDR1、kV DR2信號，并最終表現為無kV信號。但是，無kV卻并非都是TL594損壞所導致的，下面分析一下無kV故障的成因，以及何時、如何對TL594進行檢測。

無KV的成因大致可以分為以下三種：

(1)高壓逆變電源故障

高壓逆變電源一般來自三相整流器BUS+、BUS-信號。若該信號不能到達，此時的CPU板的PC7-3應能檢測到MPSFLT信號并報錯。

(2)IPM故障

若kV DR1、kV DR2信號正常而IPM損壞，HF5003的CPU板上的PC3-1應能檢測到IPMFLT信號并報錯E25。

(3)IPM驅動故障

針對該故障，首先要分析CPU板是否給出了kV ON信號，若無該信號，則需從CPU入手，該信號又受控于EXP、U1的P1.5腳。若該信號到來后仍檢測不到kV DR1、kV DR2信號，此時就需要對TL594及其外圍元件進行逐一檢測(此時報錯E13)。

3.2 TL594的簡單判別方法

判別TL594的簡單方法如下：

(1)檢測TL594的12腳(12 V)、13腳(5 V)、14腳(5 V)是否正常，若不正常，可斷開外圍元件，再次測量，在確定外圍元件正常的情況下，可以拆下TL594確定是否損壞。

(2)測量TL594的5、6腳波形，正常應為25kHz鋸齒波(6腳波形稍低)。鋸齒波波幅范圍在0.4～4 V，若無此信號，說明振蕩電路不能起振或者振蕩不良。

(3)對于TL594集成塊，還可以用一個簡單方法來進行輔助判斷。即在測量到輸出脈沖的同時，將VREF電壓迅速短接到死區控制電壓，此時輸出脈沖應當消失。這樣，通過調節誤差放大器的兩輸入信號的大小，應該可以檢測到輸出波形的脈寬變化。同時可將誤差放大器的同向輸入端電壓上升3 V以上，此時輸出脈寬應該下降至零，即無輸出。

3.3? 維修實例分析

作者遇到的情況并非是TL594損壞，而是因為EXP信號無法到來，從而導致kV ON始終是高電平。經測量，TL594的16腳接近4.8 V，遠大于15腳的2.5 V，這就致使3腳電位上升，或門輸出高電平，從而使Q1、Q2得不到激勵脈沖而無法工作，最后導致kV DR1、kV DR2消失，機器報錯。

4 結束語

本文主要是針對相關資料上的空白，并根據實際維修的需要，同時為了減少維修過程中的盲目性，對故障排除后進行了理性的分析與總結，從而編寫相關模塊的工作理念，這樣的理念不僅可以用在這一小塊電路上使用，也可以用于PM300DSA120等模塊的內部構造、工作原理及其相關故障現象和這些故障相似的故障現象的排除和維修。