TL594設(shè)計(jì)的PWM電路在高頻機(jī)中的應(yīng)用及故障分析

TL594設(shè)計(jì)的PWM電路在高頻機(jī)中的應(yīng)用及故障分析

隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)X光機(jī)逐漸被市場(chǎng)所淘汰，而高頻機(jī)正在逐步走向市場(chǎng)。為此，本文主要介紹一種基于TL594脈寬調(diào)制器與高頻逆變技術(shù)的綜合使用電路，以及相關(guān)的故障現(xiàn)象與排除思路。事實(shí)上，無(wú)論是國(guó)際上的西門子、GE或島津，還是國(guó)內(nèi)東軟、萬(wàn)東、上械廠等相關(guān)設(shè)備，出于各種目的，都已不再提供具體的電路說(shuō)明書。作為教學(xué)和維修機(jī)構(gòu)的工作人員，在工作過(guò)程中，作者曾多次因不了解其完整的工作原理而只能進(jìn)行盲目的替換，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為了能夠完整的掌握其工作原理，并對(duì)維修有一點(diǎn)指導(dǎo)作用，本文著重介紹萬(wàn)東生產(chǎn)的HF50R拍片機(jī)的相關(guān)電路工作原理以及故障成因，該機(jī)的基本理念與西班牙早期產(chǎn)品甚為相似。

HF50R作為國(guó)產(chǎn)高頻機(jī)，其某些硬指標(biāo)雖然仍然不能達(dá)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(guó)際高頻已能達(dá)到100 kHz以上)，但其基本的工作理念已經(jīng)與國(guó)際接軌。高壓逆變電子開(kāi)關(guān)也使用目前國(guó)際上通用的絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)，燈絲逆變電子開(kāi)關(guān)采用IFR540晶體管，而其驅(qū)動(dòng)信號(hào)均來(lái)自于TL594組成的PWM電路。

1 TL594簡(jiǎn)介

TL594應(yīng)用電路
1.1 TL594的內(nèi)部組成

TL594由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(Reference Regulayor)、矩形波振蕩器(Oscillator)、兩個(gè)誤差放大器(Error Amp)、死區(qū)比較器(Deadtime comparator)、脈寬調(diào)制比較器(PWM comparator)以及相關(guān)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(zhǔn)電壓值來(lái)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(shí)的負(fù)載電流可以達(dá)到500mA；

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

4腳：死區(qū)時(shí)間設(shè)置引腳。該點(diǎn)的電壓范圍為0～3.3 V。 (本機(jī)為1.0 V)

12腳：7～41 V電源(本機(jī)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(fā)器(FLIP-FLOF)的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，而該信號(hào)又受控于或門，其控制信號(hào)分別來(lái)自于死區(qū)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(qū)比較器與PWM比較器的反向輸入端。死區(qū)控制電壓具有0.12 V的輸入補(bǔ)償電壓，這樣就限制了死區(qū)時(shí)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(hào)來(lái)自于兩組誤差放大器的輸出端與反饋信號(hào)的綜合。這樣，當(dāng)鋸齒波信號(hào)高于控制信號(hào)時(shí)，或門輸出低電平，觸發(fā)器被選通，Q1、Q2將得到激勵(lì)信號(hào)而輸出脈寬隨控制信號(hào)的高低而變化的脈沖信號(hào)。

TL594內(nèi)置有5 V基準(zhǔn)電源。在0～70℃范圍內(nèi)的溫漂小于50 mV，而且該電壓能達(dá)到±1.5％的精確度。

2 HF50R的PWM電路

HF50R高頻機(jī)的PWM電路主要使用于kV、mA調(diào)整板。其中mA調(diào)整板中的大小焦點(diǎn)燈絲電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別由兩路PWM電路完成。

2.1 HF50R的燈絲原理

燈絲調(diào)整板上的PWM電路(以小焦點(diǎn)為例講述)的R_T=11 K、C_T=0.01μF，由此可計(jì)算出振蕩器頻率為10 kHz。而其死區(qū)電壓則由內(nèi)置5 V電源經(jīng)VR3調(diào)整采樣到1.0±0.3 V。2腳為來(lái)自CPU的FILAlSET(燈絲設(shè)定)信號(hào)，1腳輸入為燈絲的初級(jí)采樣信號(hào)，其輸出信號(hào)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(jí)采樣信號(hào)與由R54設(shè)置的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后的電位，若采樣信號(hào)小于2.0 V．則TL594可以正常工作(大焦點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電路中，由R74設(shè)置最大采樣信號(hào)為2.5 V)。根據(jù)控制臺(tái)所選擇管電流的大小，PU將送出相應(yīng)的燈絲設(shè)定信號(hào)，同時(shí)采樣信號(hào)也送至誤差放大器的同向輸入端，以根據(jù)設(shè)定信號(hào)與采樣信號(hào)的差值來(lái)改變3腳電位的高低，從而達(dá)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(hào)，該信號(hào)的頻率固定為10 kHz，而且脈寬可調(diào)。

2.2 kV調(diào)整板

千伏調(diào)整板的振蕩器頻率可由C4(4700p)與R8+VR1(可調(diào)電阻)決定，經(jīng)過(guò)微調(diào)可使得Fosc=25 kHz，將15腳電壓設(shè)為2.5 V，并將13與14腳相連可確定TL594的工作方式。死區(qū)電壓設(shè)置同燈絲板相同。調(diào)整板上誤差放大器1的反向輸入端信號(hào)來(lái)自于CPU板的kV-SET信號(hào)(該信號(hào)的1 V對(duì)應(yīng)于33.3 kV)。同向輸入端則來(lái)自于高壓油箱的實(shí)測(cè)kV+、kV-信號(hào)之差，即kV采樣信號(hào)也滿足1 V對(duì)應(yīng)于33.3 kV。這樣，若采樣信號(hào)低于kV-SET信號(hào)，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(hào)則來(lái)自于兩路。一路來(lái)自于CPU的／kV ON信號(hào)，另一路為kV檢測(cè)信號(hào)。若kV檢測(cè)信號(hào)小于4.8 V (4.8V對(duì)應(yīng)于160 kV)，即kV不超出160 kV。若／kV ON
信號(hào)到來(lái)，且kV不超出160kV，T1594工作正常，若兩路信號(hào)中有一路不正常，則16腳將會(huì)被強(qiáng)行拉至4.8 V左右，從而導(dǎo)致3腳電位過(guò)高，輸出脈沖禁止或者說(shuō)輸出脈沖寬度為零，此時(shí)將無(wú)kVDR1、kV DR2信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。

3 故障分析

3.1故障現(xiàn)象分析

現(xiàn)以高壓為例，來(lái)分析故障現(xiàn)象。一般情況下，TL594的損壞將會(huì)使HF50R高頻機(jī)得不到kVDR1、kV DR2信號(hào)，并最終表現(xiàn)為無(wú)kV信號(hào)。但是，無(wú)kV卻并非都是TL594損壞所導(dǎo)致的，下面分析一下無(wú)kV故障的成因，以及何時(shí)、如何對(duì)TL594進(jìn)行檢測(cè)。

無(wú)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(lái)自三相整流器BUS+、BUS-信號(hào)。若該信號(hào)不能到達(dá)，此時(shí)的CPU板的PC7-3應(yīng)能檢測(cè)到MPSFLT信號(hào)并報(bào)錯(cuò)。

(2)IPM故障

若kV DR1、kV DR2信號(hào)正常而IPM損壞，HF5003的CPU板上的PC3-1應(yīng)能檢測(cè)到IPMFLT信號(hào)并報(bào)錯(cuò)E25。

(3)IPM驅(qū)動(dòng)故障

針對(duì)該故障，首先要分析CPU板是否給出了kV ON信號(hào)，若無(wú)該信號(hào)，則需從CPU入手，該信號(hào)又受控于EXP、U1的P1.5腳。若該信號(hào)到來(lái)后仍檢測(cè)不到kV DR1、kV DR2信號(hào)，此時(shí)就需要對(duì)TL594及其外圍元件進(jìn)行逐一檢測(cè)(此時(shí)報(bào)錯(cuò)E13)。

3.2 TL594的簡(jiǎn)單判別方法

判別TL594的簡(jiǎn)單方法如下：

(1)檢測(cè)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(kāi)外圍元件，再次測(cè)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(cè)量TL594的5、6腳波形，正常應(yīng)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(wú)此信號(hào)，說(shuō)明振蕩電路不能起振或者振蕩不良。

(3)對(duì)于TL594集成塊，還可以用一個(gè)簡(jiǎn)單方法來(lái)進(jìn)行輔助判斷。即在測(cè)量到輸出脈沖的同時(shí)，將VREF電壓迅速短接到死區(qū)控制電壓，此時(shí)輸出脈沖應(yīng)當(dāng)消失。這樣，通過(guò)調(diào)節(jié)誤差放大器的兩輸入信號(hào)的大小，應(yīng)該可以檢測(cè)到輸出波形的脈寬變化。同時(shí)可將誤差放大器的同向輸入端電壓上升3 V以上，此時(shí)輸出脈寬應(yīng)該下降至零，即無(wú)輸出。

3.3 維修實(shí)例分析

作者遇到的情況并非是TL594損壞，而是因?yàn)镋XP信號(hào)無(wú)法到來(lái)，從而導(dǎo)致kV ON始終是高電平。經(jīng)測(cè)量，TL594的16腳接近4.8 V，遠(yuǎn)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(lì)脈沖而無(wú)法工作，最后導(dǎo)致kV DR1、kV DR2消失，機(jī)器報(bào)錯(cuò)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要是針對(duì)相關(guān)資料上的空白，并根據(jù)實(shí)際維修的需要，同時(shí)為了減少維修過(guò)程中的盲目性，對(duì)故障排除后進(jìn)行了理性的分析與總結(jié)，從而編寫相關(guān)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(nèi)部構(gòu)造、工作原理及其相關(guān)故障現(xiàn)象和這些故障相似的故障現(xiàn)象的排除和維修。