TL594设计的PWM电路在高频机中的应用及故障分析

TL594设计的PWM电路在高频机中的应用及故障分析

随着科技的发展，传统X光机逐渐被市场所淘汰，而高频机正在逐步走向市场。为此，本文主要介绍一种基于TL594脉宽调制器与高频逆变技术的综合使用电路，以及相关的故障现象与排除思路。事实上，无论是国际上的西门子、GE或岛津，还是国内东软、万东、上械厂等相关设备，出于各种目的，都已不再提供具体的电路说明书。作为教学和维修机构的工作人员，在工作过程中，作者曾多次因不了解其完整的工作原理而只能进行盲目的替换，费时费力，为了能够完整的掌握其工作原理，并对维修有一点指导作用，本文着重介绍万东生产的HF50R拍片机的相关电路工作原理以及故障成因，该机的基本理念与西班牙早期产品甚为相似。

HF50R作为国产高频机，其某些硬指标虽然仍然不能达到较高要求，如球管仍使用非高速管，高压逆变频率(为25 kHz)仍小于要求的30kHz的条件(目前国际高频已能达到100 kHz以上)，但其基本的工作理念已经与国际接轨。高压逆变电子开关也使用目前国际上通用的绝缘栅型双极晶体管(IGBT)，灯丝逆变电子开关采用IFR540晶体管，而其驱动信号均来自于TL594组成的PWM电路。

1 TL594简介

TL594应用电路
1.1 TL594的内部组成

TL594由基准电压产生电路(Reference Regulayor)、矩形波振荡器(Oscillator)、两个误差放大器(Error Amp)、死区比较器(Deadtime comparator)、脉宽调制比较器(PWM comparator)以及相关的输出电路等组成。

1.2 TL594的引脚功能

TL594的各引脚功能如下：

1、2脚：一组误差放大器的同向、反向输入端；

16、15脚：另一组误差放大器的同向、反向输入端；

3脚：两组误差放大器的输出端；

14脚：5 V电源端，用于各比较器电路的基准电压值来源，该脚的最大承受电流为10 mA；

7脚：GND；

13脚：工作方式选择端。若13与14脚相连，则两管为推挽式输出，此时的负载电流可以达到500mA；

6脚(R_T)、5脚(C_T)：振荡器的频率设置端，其频率为：f_osc=1.1／R_TC_T。

4脚：死区时间设置引脚。该点的电压范围为0～3.3 V。  (本机为1.0 V)

12脚：7～41 V电源(本机12 V)。

9、10脚：输出端，可输出两相相差180°的脉冲。

1.3 TL594的基本工作原理

一般情况下，触发器(FLIP-FLOF)的时钟信号为低电平时才会被选通，而该信号又受控于或门，其控制信号分别来自于死区比较器、PWM比较器、欠压锁定比较器。振荡器输出的正锯齿波分别加至死区比较器与PWM比较器的反向输入端。死区控制电压具有0.12 V的输入补偿电压，这样就限制了死区时间最起码要大于锯齿波周期的4％，即最大输出占空比(Duty cycle)为96％。TL594的PWM比较器的输入信号来自于两组误差放大器的输出端与反馈信号的综合。这样，当锯齿波信号高于控制信号时，或门输出低电平，触发器被选通，Q1、Q2将得到激励信号而输出脉宽随控制信号的高低而变化的脉冲信号。

TL594内置有5 V基准电源。在0～70℃范围内的温漂小于50 mV，而且该电压能达到±1.5％的精确度。

2  HF50R的PWM电路

HF50R高频机的PWM电路主要使用于kV、mA调整板。其中mA调整板中的大小焦点灯丝电路的驱动信号分别由两路PWM电路完成。

2.1 HF50R的灯丝原理   

灯丝调整板上的PWM电路(以小焦点为例讲述)的R_T=11 K、C_T=0.01μF，由此可计算出振荡器频率为10 kHz。而其死区电压则由内置5 V电源经VR3调整采样到1.0±0.3 V。2脚为来自CPU的FILAlSET(灯丝设定)信号，1脚输入为灯丝的初级采样信号，其输出信号可控制脉冲宽度。TL594的另一组误差放大器的反向输入端(15脚)为+5 V电源，16脚为灯丝初级采样信号与由R54设置的基准电压进行比较后的电位，若采样信号小于2.0 V．则TL594可以正常工作(大焦点驱动电路中，由R74设置最大采样信号为2.5 V)。根据控制台所选择管电流的大小，PU将送出相应的灯丝设定信号，同时采样信号也送至误差放大器的同向输入端，以根据设定信号与采样信号的差值来改变3脚电位的高低，从而达到控制FILAlDRl、FILAlDR2脉宽的目的，并最终改变灯丝变压器所获得的信号，该信号的频率固定为10 kHz，而且脉宽可调。

2.2 kV调整板

千伏调整板的振荡器频率可由C4(4700p)与R8+VR1(可调电阻)决定，经过微调可使得Fosc=25 kHz，将15脚电压设为2.5 V，并将13与14脚相连可确定TL594的工作方式。死区电压设置同灯丝板相同。调整板上误差放大器1的反向输入端信号来自于CPU板的kV-SET信号(该信号的1 V对应于33.3 kV)。同向输入端则来自于高压油箱的实测kV+、kV-信号之差，即kV采样信号也满足1 V对应于33.3 kV。这样，若采样信号低于kV-SET信号，则比较器输出电压下降，输出脉宽变宽，kV随之上升。而误差放大器2的反向输入端为固定2.5 V电源，同向输入端的信号则来自于两路。一路来自于CPU的／kV ON信号，另一路为kV检测信号。若kV检测信号小于4.8 V (4.8V对应于160 kV)，即kV不超出160 kV。若／kV ON
信号到来，且kV不超出160kV，T1594工作正常，若两路信号中有一路不正常，则16脚将会被强行拉至4.8 V左右，从而导致3脚电位过高，输出脉冲禁止或者说输出脉冲宽度为零，此时将无kVDR1、kV DR2信号，同时系统报错。

3  故障分析

3.1故障现象分析

现以高压为例，来分析故障现象。一般情况下，TL594的损坏将会使HF50R高频机得不到kVDR1、kV DR2信号，并最终表现为无kV信号。但是，无kV却并非都是TL594损坏所导致的，下面分析一下无kV故障的成因，以及何时、如何对TL594进行检测。

无KV的成因大致可以分为以下三种：

(1)高压逆变电源故障

高压逆变电源一般来自三相整流器BUS+、BUS-信号。若该信号不能到达，此时的CPU板的PC7-3应能检测到MPSFLT信号并报错。

(2)IPM故障

若kV DR1、kV DR2信号正常而IPM损坏，HF5003的CPU板上的PC3-1应能检测到IPMFLT信号并报错E25。

(3)IPM驱动故障

针对该故障，首先要分析CPU板是否给出了kV ON信号，若无该信号，则需从CPU入手，该信号又受控于EXP、U1的P1.5脚。若该信号到来后仍检测不到kV DR1、kV DR2信号，此时就需要对TL594及其外围元件进行逐一检测(此时报错E13)。

3.2 TL594的简单判别方法

判别TL594的简单方法如下：

(1)检测TL594的12脚(12 V)、13脚(5 V)、14脚(5 V)是否正常，若不正常，可断开外围元件，再次测量，在确定外围元件正常的情况下，可以拆下TL594确定是否损坏。

(2)测量TL594的5、6脚波形，正常应为25kHz锯齿波(6脚波形稍低)。锯齿波波幅范围在0.4～4 V，若无此信号，说明振荡电路不能起振或者振荡不良。

(3)对于TL594集成块，还可以用一个简单方法来进行辅助判断。即在测量到输出脉冲的同时，将VREF电压迅速短接到死区控制电压，此时输出脉冲应当消失。这样，通过调节误差放大器的两输入信号的大小，应该可以检测到输出波形的脉宽变化。同时可将误差放大器的同向输入端电压上升3 V以上，此时输出脉宽应该下降至零，即无输出。

3.3  维修实例分析

作者遇到的情况并非是TL594损坏，而是因为EXP信号无法到来，从而导致kV ON始终是高电平。经测量，TL594的16脚接近4.8 V，远大于15脚的2.5 V，这就致使3脚电位上升，或门输出高电平，从而使Q1、Q2得不到激励脉冲而无法工作，最后导致kV DR1、kV DR2消失，机器报错。

4 结束语

本文主要是针对相关资料上的空白，并根据实际维修的需要，同时为了减少维修过程中的盲目性，对故障排除后进行了理性的分析与总结，从而编写相关模块的工作理念，这样的理念不仅可以用在这一小块电路上使用，也可以用于PM300DSA120等模块的内部构造、工作原理及其相关故障现象和这些故障相似的故障现象的排除和维修。