專利名稱：一種x射線高頻高壓發(fā)生器變換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種χ射線高頻高壓發(fā)生器變換電路技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種驅(qū)動(dòng)電路，特別涉及一種X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路。
技術(shù)背景[0002]X射線發(fā)生器是給X射線球管提供電源的一種裝置。該裝置允許選擇管電壓，管電流和曝光時(shí)間。X射線發(fā)生器主要有三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的電路組成，它們主要功能1)燈絲電源電路，提供陰極燈絲加熱所需電源，2)高電壓電路提供電子從陰極到陽極加速高電壓，以便產(chǎn)生X射線，3)定時(shí)電路(曝光定時(shí)器)控制的X射線產(chǎn)生時(shí)間。[0003]X射線圖像的質(zhì)量取決于人體的吸收。對(duì)人體的高密度組織診斷檢查時(shí)需要X射線發(fā)生器輸出高電壓，而對(duì)軟組織診斷則需要輸出低電壓，而且，X射線圖像的對(duì)比度對(duì)管電壓紋波較敏感。為了使X射線圖像清晰，高壓發(fā)生器輸出的直流電壓必要穩(wěn)定。因此，高性能X射線高壓發(fā)生器要提供輸出電壓和電流范圍較寬。此外，對(duì)X線發(fā)生器的體積和重量方面的要求也很重要，尤其是CT掃描機(jī)、C形臂X線系統(tǒng)和便攜式X光機(jī)要求X線發(fā)生器體積小、重量輕。[0004]用來實(shí)現(xiàn)一個(gè)X射線發(fā)生器中的高頻變換器主要技術(shù)指標(biāo)如下低紋波高輸出電壓、快速瞬態(tài)響應(yīng)無過沖，并具有寬的負(fù)載范圍內(nèi)的輸出電壓調(diào)節(jié)能力。此外，為了縮小體積和重量，X射線發(fā)生器應(yīng)具有高功率密度。[0005]在X線高頻發(fā)生器中需要高匝數(shù)比高壓變壓器，從而增加了變壓器的非理想性的影響。這將使適合這種應(yīng)用的變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)受到限制。如果使用傳統(tǒng)的硬開關(guān)PWM變換器，不但增大開關(guān)的損耗，降低變換器的效率，而且變壓器漏感和副邊繞組分布電容會(huì)引起的寄生共振，從而影響變換器的特性。串聯(lián)諧振變換器可以將變壓器這些分布參數(shù)納入諧振回路中，因而降低非理想性的影響，同時(shí)也提高變換器的效率。但串聯(lián)諧振變換器存在兩個(gè)主要問題是輕負(fù)載時(shí)輸出電壓不易調(diào)整；在高循環(huán)能量和高輸入電壓時(shí)電流峰值太大， 使開關(guān)管承受較大應(yīng)力。發(fā)明內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)在X線高頻發(fā)生器中的變換電路存在的不足問題，提出了一種X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路，采用移相軟切換控制技術(shù)，降低了功率管和整流二極管的損耗，提高變換效率。減少高頻干擾，電磁兼容性好。[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路，交流輸入依次通過線濾波電路、整流電路、濾波電路，輸出端接變換器的輸入端，變換器高壓輸出，接X線管；啟動(dòng)控制電路輸出到移相PWM控制器經(jīng)過驅(qū)動(dòng)變壓器，接變換器；變換器高壓輸出反饋通過高壓檢測電路接比較器輸入端，比較器另一端接設(shè)置電壓，比較器輸出接移相PWM控制器輸入，所述變換器為移相全橋式變換器。[0008]所述移相全橋式變換器，由4個(gè)開關(guān)管連接成全橋變換電路，超前臂第一開關(guān)管和第四開關(guān)管連接點(diǎn)通過電感和電容接高壓變壓器一個(gè)輸入端，滯后臂第二開關(guān)管和第三開關(guān)管連接點(diǎn)接變壓器的另一個(gè)輸入端；4個(gè)吸收電容及4個(gè)二極管分別并聯(lián)接在4個(gè)開關(guān)管上，移相PWM控制器經(jīng)驅(qū)動(dòng)變壓器后接4個(gè)開關(guān)管的輸入端；變壓器的一個(gè)輸出端接兩個(gè)反向并聯(lián)的整流二極管，另一個(gè)輸出端接兩個(gè)串聯(lián)的濾波電容的連接點(diǎn)，濾波輸出接X 線管球。[0009]本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型一種X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路， 由于采用高頻逆變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 X線發(fā)生器小型化，其體積重量明顯減少，便于在C形臂、便攜式X光機(jī)、車載X光機(jī)中使用；由于采用移相軟切換控制技術(shù)，降低了功率管和整流二極管的損耗，提高變換效率，減少高頻干擾，電磁兼容性好；將高頻變壓的漏感融入變換電路中，提高電路對(duì)輸出高壓的控制能力；由于采用高頻變換技術(shù)，降低輸出電壓的紋波，提高影像質(zhì)量；利用高頻變壓的漏感LLKG的作用，省去輸出濾波電路的電感，使高壓整流濾波變的簡單。


[0010]圖1是本實(shí)用新型X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路框圖；[0011]圖2是本實(shí)用新型X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路中移相全橋式變換器電路圖。
具體實(shí)施方式
[0012]如圖1所示X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路框圖，交流輸入依次通過線濾波電路 1、整流電路2、濾波電路3，輸出端接移相全橋式變換器4的輸入端，移相全橋式變換器4高壓輸出，接X線管。啟動(dòng)控制電路6輸出到移相PWM控制器5經(jīng)過驅(qū)動(dòng)變壓器9，接移相全橋式變換器4 ；移相全橋式變換器4高壓輸出反饋通過高壓檢測電路7接比較器8輸入端， 比較器另一端接設(shè)置電壓，比較器8輸出接移相PWM控制器5輸入。[0013]如圖2所示是移相全橋式變換器電路圖，開關(guān)管A A連接成全橋變換電路，超前臂A和A連接點(diǎn)通過電感Luffi和電容Cb接高壓變壓器T1的一個(gè)輸入端，滯后臂％和( 連接點(diǎn)接變壓器Tl的另一個(gè)輸入端。吸收電容C1 C4及二極管D1 D4分別并聯(lián)連接在開關(guān)管A A上，移相PWM控制器5經(jīng)驅(qū)動(dòng)變壓器9后接開關(guān)管Α Α的輸入端。變壓器1\的一個(gè)輸出端接兩個(gè)反向并聯(lián)的整流二極管D5、D6，另一個(gè)輸出端接兩個(gè)串聯(lián)的濾波電容c5、C6的連接點(diǎn)，濾波輸出接X線管球。[0014]在這種移相全橋式變換器電路結(jié)構(gòu)中，采用開關(guān)管的寄生輸出電容或并聯(lián)電容和開關(guān)變壓器的漏感構(gòu)成諧振回路以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管導(dǎo)通過程中兩端電壓為零。在移相變換器中，對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)間存在相移。此外，橋式開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)半橋臂采用互補(bǔ)脈沖進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，且占空比固定為50%。兩個(gè)半橋臂柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)間的相移控制有效的占空比，從而控制從原邊傳遞到副邊的功率。當(dāng)對(duì)角開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，功率傳遞到副邊。如果兩個(gè)半橋臂中的上部或下部開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，原邊兩端電壓則為零。因此，在這期間，沒有功率傳遞到副邊。當(dāng)相應(yīng)的對(duì)角開關(guān)關(guān)斷時(shí)，原邊電流流經(jīng)相應(yīng)開關(guān)管并聯(lián)電容，導(dǎo)致開關(guān)漏極電壓移向相反的輸入電壓軌。這將導(dǎo)致即將導(dǎo)通的開關(guān)管兩端電壓為零，這樣當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)即可實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。[0015]移相全橋式變換器的工作可分為幾個(gè)不同的時(shí)間間隔。由于本變換器輸出整流電路中無濾波電感，且高頻高壓變換的漏感Lm較大，因此，電路的工作過程與常規(guī)的移相式變換器有所不同，下面說明變換器的工作過程[0016]開關(guān)模態(tài)1 對(duì)角開關(guān)仏、02導(dǎo)通，此時(shí)在變壓器的原邊施加電源電壓VIN，在副邊產(chǎn)生輸出電壓，使二極管D5導(dǎo)通，變壓器傳遞功率至負(fù)載。變壓器原邊的電流隨著時(shí)間上升，在t=ti時(shí)，開關(guān)A將關(guān)斷，此時(shí)，流經(jīng)變壓器原邊的電流為IPK。[0017]開關(guān)模態(tài)2 開關(guān)％關(guān)斷，由于電感！^皿的電流不能突變，它將保持原邊電流為11 值。該原邊電流將對(duì)電容(C2)進(jìn)行充電至輸入電壓VIN之后，原邊電流開始流過二極管D3。 同時(shí)導(dǎo)致電容C3放電至零電位。這使得開關(guān)A導(dǎo)通前兩端的電壓為零，此時(shí)開關(guān)( 導(dǎo)通， 從而實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。在這一變換過程中，漏電感兩端的電壓變化將使變壓器原邊電壓保持VIN不變，漏電感的儲(chǔ)能將繼續(xù)向負(fù)載輸出提供功率。電感的電流將不斷減少。[0018]開關(guān)模態(tài)3:在t=t2時(shí)刻，Gl1關(guān)斷，如果此時(shí)諧振電感LLK沒有降到0。該電流將將對(duì)電容C1進(jìn)行充電至輸入電壓VIN，這將使得電容C4放電至零電位，從而使能A的零電壓導(dǎo)通過程。如果此時(shí)諧振電感Lm已經(jīng)降到0，Q4將在零電流狀態(tài)下導(dǎo)通。[0019]由于仏和A同時(shí)導(dǎo)通，在變壓器原邊加上相反電壓，使原邊電流迅速衰減到零，同時(shí)副邊電流也降到零。二極管D5關(guān)閉。之后，輸出電壓反相，使二級(jí)管D6導(dǎo)通，向電容C6充電，同時(shí)為負(fù)載提供能量。[0020]開關(guān)模態(tài)4 兩個(gè)對(duì)角開關(guān)仏、仏的導(dǎo)通將使原邊加載全部輸入電壓。開關(guān)A的關(guān)閉完全根據(jù)輸出電壓和負(fù)載的大小，如果輸出電壓升高，則開關(guān)A關(guān)閉較早，在變壓加勵(lì)磁電流時(shí)間短，使輸出能量下降，從而使輸出電壓下降，達(dá)到調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的目的。由于電路的對(duì)稱性，上述工作原理同樣適用于下半周期。[0021]移相PWM控制器5采用專用芯片UC3895。移相PWM控制器5在接受到啟動(dòng)信號(hào)和電壓比較信號(hào)后，輸出四路控制脈沖信號(hào)。控制脈沖信號(hào)經(jīng)放大和隔離后分別驅(qū)動(dòng)開關(guān)管仏 仏。移相PWM控制器5同時(shí)檢測輸出電壓，并與設(shè)置電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整滯后臂開關(guān)管％、Q3的關(guān)閉時(shí)間，因而改變變壓器原邊的勵(lì)磁電流時(shí)間，也就是脈沖寬度調(diào)制PWM。從而完成對(duì)輸出電壓的啟動(dòng)、調(diào)壓和穩(wěn)壓控制。
權(quán)利要求1 一種X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路，交流輸入依次通過線濾波電路(1)、整流電路 (2)、濾波電路(3)，輸出端接變換器(4)的輸入端，變換器(4)高壓輸出，接X線管；啟動(dòng)控制電路(6)輸出到移相PWM控制器(5)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)變壓器(9)，接變換器(4)；變換器(4)高壓輸出反饋通過高壓檢測電路(7)接比較器(8)輸入端，比較器另一端接設(shè)置電壓，比較器 (8 )輸出接移相PWM控制器(5 )輸入，其特征在于，所述變換器(4 )為移相全橋式變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路，其特征在于，所述移相全橋式變換器，由4個(gè)開關(guān)管(％ &)連接成全橋變換電路，超前臂第一開關(guān)管(Q1)和第四開關(guān)管( )連接點(diǎn)通過電感(Lm)和電容(Cb)接高壓變壓器(T1) 一個(gè)輸入端，滯后臂第二開關(guān)管( )和第三開關(guān)管(Q3)連接點(diǎn)接變壓器(T1)的另一個(gè)輸入端；4個(gè)吸收電容(C1 (；)及 4個(gè)二極管(D1 D4)分別并聯(lián)連接在4個(gè)開關(guān)管( 仏)上，移相PWM控制器(5)經(jīng)驅(qū)動(dòng)變壓器(9 )后接4個(gè)開關(guān)管(兌 & )的輸入端；變壓器(T1)的一個(gè)輸出端接兩個(gè)反向并聯(lián)的整流二極管(D5、D6)，另一個(gè)輸出端接兩個(gè)串聯(lián)的濾波電容(C5、C6)的連接點(diǎn)，濾波輸出接 X線管球。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種X射線高頻高壓發(fā)生器變換電路，交流輸入依次通過線濾波電路、整流電路、濾波電路，輸出端接移相全橋式變換器的輸入端，移相全橋式變換器高壓輸出，接X線管；啟動(dòng)控制電路輸出到移相PWM控制器經(jīng)過驅(qū)動(dòng)變壓器，移相全橋式變換器；移相全橋式變換器高壓輸出反饋通過高壓檢測電路接比較器輸入端，比較器另一端接設(shè)置電壓，比較器輸出接移相PWM控制器輸入。由于采用高頻逆變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了X線發(fā)生器小型化，其體積重量明顯減少，便于在C形臂、便攜式X光機(jī)、車載X光機(jī)中使用；提高變換效率，減少高頻干擾，電磁兼容性好；提高電路對(duì)輸出高壓的控制能力；降低輸出電壓的紋波，提高影像質(zhì)量。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK202276537SQ20112033149
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者單純玉, 孫大軍 申請(qǐng)人:上海醫(yī)療器械高等專科學(xué)校, 上海理工大學(xué)