專利名稱：雙床雙管醫(yī)用診斷x射線高頻高壓發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用診斷x射線機，尤其是該X射線機的高頻高壓發(fā)生器。
背景技術：
1895年11月8日倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后，用X射線作醫(yī)用診斷已有IOO多年的 歷史，其中工頻X射線機經(jīng)歷了約80年的發(fā)展歷程，基本特點是其高壓發(fā)生 器工作頻率為50赫芝(Hz),開環(huán)控制。由于工作頻率低，經(jīng)整流濾波后的直 流高壓紋波仍較大，使X射線質(zhì)量不高，如單色性差、軟射線多等。由于釆 用開環(huán)控制，直流高壓與電流都不是很穩(wěn)定，曝光參數(shù)的控制和重復性穩(wěn)定性 都差，由于操作自動化程度不高，防護水平低，影響成像的因素較多，最終導 致成像質(zhì)量不高，診斷水平受到較大的限制，而且設備結構復雜，體積龐大且 笨重。
國外X射線機的高頻高壓發(fā)生器技術發(fā)展比較早，80年代推出了中頻X 射線機產(chǎn)品，90年代又推出高頻X射線機產(chǎn)品，其高壓發(fā)生器的工作頻率由50 赫茲提高到數(shù)百赫茲、數(shù)千赫茲、數(shù)十千赫茲。工作頻率的提高帶來了結構上 和性能上質(zhì)的飛躍。由于采用了最新的高速半導體器件、高頻變換技術、閉環(huán) 控制技術和微機管理，解決了傳統(tǒng)的工頻、中頻X射線機存在的問題，使其防 護水平和成像質(zhì)量以及醫(yī)生的診斷水平也都得到了很大提高。
我國在1997年以前，基本上仍處在工頻X射線機發(fā)展階段，中頻機和 高頻機都依賴進口。盡管中頻和高頻X射線機列為國家"七.五"、"八. 五"、"九.五"計劃的攻關課題，國內(nèi)一些經(jīng)濟實力和技術力量較強的單 位都開展了這一課題的研究，但都未見到研發(fā)成功和投入生產(chǎn)的報道。
一直以來，國內(nèi)外的醫(yī)用診斷X射線機是由一臺高壓發(fā)生器及其控制臺、 為一張攝影床的X射線球管或者為一張電動透視床的X射線球管配置高壓電源, 這種發(fā)生器叫單床單管醫(yī)用診斷X射線高壓發(fā)生器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙床雙管醫(yī)用診斷x射線高頻高壓發(fā)生器應能解 決現(xiàn)有技術中的不足之處，提高x射線的質(zhì)量，以及透視和攝影照片的清晰度，
而且，電壓電流的調(diào)整與控制精度高，還大大減小了設備的體積和重量。
本發(fā)明解決問題的技術方案為
(1) 高頻逆變技術，本發(fā)明雙床雙管醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器設計 了兩個高頻逆變器， 一個是主功率高頻逆變器，其功能是將頻率為50赫芝電壓 為380伏工業(yè)用的電源經(jīng)整流濾波后，送到主功率高頻逆變器，主功率高頻逆 變器工作時輸出高頻矩形波，頻率為30千赫芝，電壓為540伏，送到高壓油箱 進行升壓，獲得高頻高壓再進行整流與濾波后供X射線球管工作，以提高X射 線質(zhì)量，縮短曝光時間，提高透視與攝影照片的清晰度，提高了醫(yī)生診斷水平， 減少病人和醫(yī)務人員受到的輻射量的危害。另一個是X射線球管燈絲加熱逆變 器，其功能是提供20kHz的脈寬調(diào)制交流電壓給燈絲加熱，使X射線球管能正 常工作。
(2) 脈寬調(diào)壓技術，通過改變高頻逆變器工作時輸出的高頻矩形波脈沖的 寬度來調(diào)整高頻電壓，即由高壓油箱的電壓釆樣電路把采樣回來的信號反饋至 脈寬調(diào)制(P窗)驅(qū)動電路，脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動電路經(jīng)與中央控制電路送來 的基準電壓比較后產(chǎn)生實時控制的脈寬調(diào)制信號對輸出的高壓矩形波脈沖寬度 進行調(diào)節(jié)，使高頻電壓得到有效調(diào)整，并經(jīng)整流后獲得穩(wěn)定的直流高壓。
(3) 高壓切換技術，采用高壓切換閥器件和雙路高壓輸出設計，解決一臺 高頻高壓發(fā)生器能分別控制一張攝影床的X射線球管和一張電動透視床的X射 線球管輪流工作問題。 .
本發(fā)明選用單片機來實現(xiàn)微電腦CPU閉環(huán)控制高頻逆變的脈沖寬度， 以達到高頻電壓穩(wěn)定的目的。單片機又稱單片微電腦，它是把微電腦各個 功能部件，如中央處理器(CPU )、隨機存取存儲器(RAM )、只讀存儲器(ROM )、 1/0接口、定時器/計數(shù)器以及串行通訊接口等集成在一塊芯片上，構成一 個完整的微電腦。把作為基準的電壓參數(shù)預置在單片微電腦內(nèi)，并經(jīng)線路 送給脈寬調(diào)壓電路，在高壓油箱輸出的直流高壓的取樣反饋信號，加到脈寬調(diào)
制電路，二者進行比較，產(chǎn)生實時控制的脈寬調(diào)制信號(脈寬與輸入成線性的 矩形波驅(qū)動信號)，送到驅(qū)動模塊電路，對輸出的高壓進行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明通過高頻逆變技術、脈寬調(diào)壓和微電腦CPU閉環(huán)控制技術，將工 業(yè)用的頻率為50赫芝電壓為220伏或380伏電源變換成頻率為30千赫芝電壓 為100千伏以上的高頻高壓，經(jīng)整流濾波后供X射線球管工作。由于頻率高， 整流濾波后的直流高壓紋波極小，使X射線球管發(fā)射的X射線質(zhì)量很高，透視、 攝影照片清晰度也很高。而且電壓電流的調(diào)整與控制精度高，還大大減小設備 的體積和降低了設備的重量。通過雙路高壓輸出設計和高壓切換技術，使這種 高頻高壓發(fā)生器能分別為一張攝影床的X射線球管和一張電動透視床的X射線 球管配置高壓電源，讓它們輪流工作。這種發(fā)生器又叫雙床雙管醫(yī)用診斷X射 線高頻高壓發(fā)生器。
本發(fā)明的逆變頻率和逆變技術、脈寬調(diào)壓和微電腦CPU閉環(huán)控制技術， 已達到國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術水平，而雙路高壓輸出設計和高壓切換技術， 則是解決了一機多用的問題，也使我國的醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器家族 增添了一個新成員。主要為醫(yī)用診斷X射線機提供其所需要的高壓電源。廣泛 應用于各級醫(yī)院和科研單位作X射線透視、臂腸攝影、濾線器攝影、胸片攝影 和體層攝影等醫(yī)療診斷。本發(fā)明改變傳統(tǒng)的一臺高頻高壓發(fā)生器只給一張攝影 床的X射線球管或一張電動透視床的X射線球管提供高壓電源的配置方式(單 床單管方式)，釆用雙路高壓輸出和高壓切換技術，使這種高頻高壓發(fā)生器能分 別為攝影床的X射線球管和電動透視床的X射線球管配置高壓電源(雙床雙管 方式)，讓它們輪流工作。大大節(jié)約了醫(yī)院設備投資，也大大方便了醫(yī)務人員使 用X射線診斷疾病的工作。
本發(fā)明還可推廣應用到工業(yè)探傷領域、以及應用于民航、車站、海關、港 口碼頭、刑偵等安全檢查領域。為這些安檢設備提供穩(wěn)定的高質(zhì)量的高壓電源。
經(jīng)南寧巿科技情報研究所查新，尚未發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外有關本發(fā)明《雙床雙管醫(yī) 用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器》的研究和開發(fā)的文獻和報導。也沒有發(fā)現(xiàn)國內(nèi) 外關于生產(chǎn)和銷售雙床雙管醫(yī)用診浙X射線機的報導。


圖l是本發(fā)明的結構方框圖。
圖2是本發(fā)明的高頻逆變器電路原理圖。 圖3是本發(fā)明的脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動電路原理圖。 圖4是本發(fā)明的高壓變換和高壓切換電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發(fā)明作進一步說明。
圖1所示，是本發(fā)明的結構方框圖。由圖中可知，本發(fā)明主要由三部份電 路組成 一是由濾波器、交流接觸器延時開關、整流濾波電路和輔助電源構成 的電源電路；二是由高頻逆變器、高壓油箱內(nèi)的高壓變換整流濾波及高壓切換 電路、2個X射線球管抅成的高頻高壓電路；三是由控制臺、包括微電腦CPU的 中央控制電路、脈寬調(diào)制(P麗)驅(qū)動電路、燈絲加熱電路、旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動電路 與旋轉(zhuǎn)陽極定子切換電路構成的CPU閉環(huán)控制與保護電路。
其基本工作原理如下三相380V電源通過接線端子與本發(fā)明的雙床雙管醫(yī) 用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器相連，經(jīng)熔斷器、濾波器、交流接觸器、整流濾 波單元送到高頻逆變器。其中， 一相電源送至輔助電源，輔助電源輸出的直流 ±12V和+48V電源供控制臺和各控制、保護等電路以及燈絲加熱驅(qū)動電路的輔 助電源用。接通電源后，系統(tǒng)處于關機狀態(tài)，按下控制臺開機鍵(0N)后，控 制臺向雙床雙管醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器發(fā)出開機指令，雙床雙管醫(yī)用 診斷X射線高頻高壓發(fā)生器接到開機指令后使交流接觸器吸合，三相380V電源 通過整流濾波單元的整流模塊和充電電阻對整流濾波單元電容進行軟充電，充 電電壓通過接口單元被監(jiān)視檢測，當充電電壓超過450Vdc時充電電阻被短路， 三相380V電源通過交流接觸器并經(jīng)整流濾波單元整流濾波后獲約540伏的直流 電壓送進高頻逆變器，開機就緒。中央控制單元接收到開機就緒信號后向控制 臺發(fā)開機正常信號，控制臺顯示缺省的曝光參數(shù)，整機處于待機狀態(tài)。
當控制臺向雙床雙管醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器發(fā)出曝光指令后，高 頻逆變器工作，輸出的高頻矩形波加在高壓油箱上產(chǎn)生兩路直流高壓，高壓油
箱主要作用是將高壓矩形波進行升壓、整流濾波，并對電壓和電流進行釆樣。
用高壓電纜將這兩路高壓分別連接到攝影床上的x射線球管和電動透視床上的
x射線球管，而這兩個球管的旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動電路也裝有切換繼電器，控制臺設
有高壓切換和旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動切換開關，可以控制(操作)攝影或透視的x射線
球管輪流工作。高壓油箱的電壓采樣電路把釆樣回來的信號反饋至脈寬調(diào)制PWM 驅(qū)動電路，脈寬調(diào)制P麗驅(qū)動電路經(jīng)比較后產(chǎn)生實時控制的脈寬調(diào)制信號對輸 出的高壓進行調(diào)節(jié)。從而得到穩(wěn)定的所需要的管電壓——X射線球管陽極直流 高壓。
本發(fā)明釆用2 OkHz的脈寬調(diào)制交流電壓給燈絲加熱。選擇不同的電壓kV時，
控制程序在預備時把相應的燈絲數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出控制信號，該信號控 制燈絲加熱逆變器，使燈絲加熱逆變器產(chǎn)生脈寬調(diào)制高頻電壓。該高頻電壓激 勵燈絲發(fā)熱，待機狀態(tài)時燈絲是處于預加熱狀態(tài)。
曝光過程中，高壓油箱的電流采樣電路把采樣回來的信號反饋至中央控制 單元，中央控制單元把反饋信號和內(nèi)部基準信號比較，經(jīng)過運算后給出合適的 燈絲加熱電流基準值送到燈絲加熱單元，燈絲加熱單元根據(jù)基準值輸出相應的 電流到X射線管球燈絲，從而得到穩(wěn)定的所需要的管電流——X射線球管燈絲電流。
按下控制臺上的手閘開關，雙床雙管醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器進入 預備工作狀態(tài)后，旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動器送出160V啟動電壓到X光球管的陽極電機， 經(jīng)過大約1秒(S)延時，160V電壓將降至60V，陽極電機進入正常運行狀態(tài)， 同時陽極驅(qū)動器將正常啟動信號送至中央控制單元，雙床雙管醫(yī)用診斷X射線 高頻高壓發(fā)生器立即進入曝光狀態(tài)。曝光結束后，旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動器送出60V脈 動直流電至陽極電機以使陽極電機轉(zhuǎn)速快速下降直至停止轉(zhuǎn)動。如果由于某種 原因陽極電機未能正常啟動，中央控制單元沒有接收到陽極電機正常啟動信號， 雙床雙管醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器就不能進入爆光狀態(tài)，.從而保護了 X 射線球管的陽極不被X射線打傷。
在微電腦CPU控制下，根據(jù)X射線球管的容量限制鎖定電壓(千伏kV)、電
流(亳安mA)、電流時間積(亳安秒mAs)三參量選擇進行容量保護，曝光過程 中，釆用負載降落技術，有效的保證了 X射線管的安全。
輔助電源有兩個，實際上都是開關穩(wěn)壓電源， 一個輸出為土12V，另一個輸 出為+48V。能輸出士12V和+48V的電路很常見，是現(xiàn)有技術。三相380V電源送 進雙床雙管醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器時，有一相就送進這兩個輔助電源 輸入端，它們輸出的土12V和+48V直流電源，供控制臺和各控制、保護等電路 以及燈絲加熱驅(qū)動電路的輔助電源用。
高頻逆變器電路(實際有2個高頻逆變器電路)產(chǎn)生的頻率為30 KHz電壓為 540V的高頻矩形波，經(jīng)輸出端子(實際是2對輸出端子)分別與高壓油箱內(nèi)的 2個高頻變壓器初級線圈的兩端相接，兩個高頻變壓器的3個次級繞組便分別感 應出頻率為30 kHz電壓為25 kV的高頻電壓，經(jīng)高壓硅堆整流并且將它們串接 后，分別獲得正端的75kV高壓和負端的75kV高壓，分別送到四個高壓切換閥， 通過操作控制臺上的高壓切換開關，便可將正端的75kV高壓和負端的75kV高 壓輪流送到正端高壓插座和負端高壓插座上，只要用高壓電纜把正端高壓插座 和負端高壓插座與攝影床的X射線球管連接起來，把正端高壓插座和負端高壓 插座與電動透視床的X射線球管連接起來，就可以實現(xiàn)攝影床的X射線球管和 電動透視床上的X射線球管輪流工作。
定子切換電路是兩個X射線球管旋轉(zhuǎn)陽極電機的定子供電的切換電路。在 旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動單元電路的輸出端設置了切換繼電器，通過搡作控制臺上的定子 切換開關，便可將旋轉(zhuǎn)陽極的驅(qū)動電源輪流送給相應的X射線球管陽極電機的 定子上。
圖2所示，是本發(fā)明的高頻逆變器電路原理圖。在圖中，高頻逆變電器由 三部份電路組成 一是由型號為BSM150GB120DN2或BSM100GB60DLC的兩塊高壓 大功率開關器件絕緣柵雙極晶體管模塊電路，又稱IGBT模塊VIl、 VI2構成的 全橋電子開關電路；二是由四塊型號為EXB841的觸發(fā)器驅(qū)動模塊N5、 N6、 N7、 N8及相應的外圍元器件電阻R1 R4和R9 R12、電容C1 C8、 二極管VD5 ~ VD8,分別構成4個絕緣柵雙極晶體管模塊觸發(fā)電路；三是由四個型號為TLP521
的光耦模塊N1、 N2、 N3、 M及其相應的外圍元器件四個電阻R5 R8和四個 二極管VD1 VD4構成過電流保護電路。其中，兩個IGBT模塊VII和VI2的集 電極C1都與電源的正極VDD連接，發(fā)射極E2都與電源的負極連接，每塊IGBT 模塊中的三極管發(fā)射極E1與集電極C2的交結點引出輸出端C2E1，每個三極管 的柵極G1、 G2分別通過電阻R9、 RIO、 Rll、 R12與各自對應驅(qū)動模塊N5、 N6、 N7、湘的信號輸出腳3連接，兩個IGBT模塊VII和VI2中的第一管的發(fā)射極 El還和相對應驅(qū)動模塊的腳1連接，并通過各相應的二極管VD7、 VD8與下一相 鄰的驅(qū)動模塊N6、 N8的腳6連接，驅(qū)動模塊N5、 N7腳6分別通過二極管VD5、 VD6與電源正極VDD連接；光耦N1模塊電路的腳2與驅(qū)動模塊N5的腳5連接， 腳1通過電阻R5與驅(qū)動模塊N5的腳2連接，腳3接公共端，腳4通過二極管 VD1與圖3中的集成運算放大器N10的腳2連接，傳輸過流信號，其余的光耦模 塊電路N2、 N3、 N4與各相應的驅(qū)動模塊N6、 N7、 N8相應連接，各光耦模塊的 腳4都通過二極管VD2、 VD3、 VD4與圖3中型號為LM393集成運算放大器N10 的腳2連接，傳輸過流信號；驅(qū)動模塊N5、 N8的腳15分別通過電阻R1、 R4輸 入來自圖3的驅(qū)動信號A,驅(qū)動模塊N6、 N7的腳15分別通過電阻R2、 R3輸入 來自圖3的驅(qū)動信號B,各驅(qū)動模塊N5、 N6、 N7、 的腳2接20伏直流電源。 此20伏直流電源單獨設計并安裝在高頻逆變器電路板上，用+12V供電，是用型 號為SG3525A的驅(qū)動集成電路與外圍相關電阻電容構成RC振蕩器，產(chǎn)生20kHz 振蕩信號經(jīng)放大后驅(qū)動一個高頻變壓器的初級繞組，其4個次級繞組便分別感 應出頻率為20kHz的高頻電壓來，經(jīng)對其4個次級繞組的高頻電源進行整流濾 波獲得4組20伏直流電源，分別供給圖2中的4個型號為EXB841的觸發(fā)器驅(qū) 動模塊N5、 N6、 N7、 N8使用的。為了簡潔，在高頻逆變電路中沒有繪出此電源 電路。
高頻逆變電路工作原理如下逆變器接上相關電源后，當來自圖3的脈寬 調(diào)制(P麗)驅(qū)動電路集成塊N12第11腳輸出的高電平驅(qū)動信號A,送到圖2驅(qū) 動模塊N5和N8的第15腳時，驅(qū)動模塊N5和N8的第3腳輸出高電平，分別通 過電阻R9、 R12驅(qū)動大功率絕緣柵雙極晶體管模塊VI1的上管和模塊VI2的下管導通；當來自圖3的脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動電路集成塊N12第14腳輸出的高 電平驅(qū)動信號B,送到圖2的驅(qū)動模塊N6和N7的第15腳時，大功率絕緣柵雙 極晶體管模塊VII的下管和VI2的上管導通。驅(qū)動信號A和驅(qū)動信號B以30千 赫芝的頻率交替變換時，大功率絕緣柵雙極晶體管模塊Vll和V12及兩個輸出 端子C2E1之間也得到頻率為30千赫芝，電壓為540伏的交變電壓。兩個輸出 端子C2E1與圖4的高頻變壓器T1的初級線圈兩個端子HT1,即初級線圈兩個接 線端7、 8連接后，變壓器T1的三個次級線圈升壓就有頻率為30千赫芝電壓為 25千伏的高頻高壓輸出。在圖4中，變壓器T1的三個次級線圈分別經(jīng)高壓硅堆 D1、D2、D3進行全波整流再串接并經(jīng)濾波后就有電壓為75千伏的直流高壓輸出， 分別送到兩個高壓切換閥Kl和K2的腳4T2，經(jīng)腳3L2各接一個正端高壓插頭 JP1、 JP2,并通過高壓電纜實現(xiàn)與X射線球管聯(lián)接使其工作。當大功率絕緣柵 雙極晶體管模塊的V工1、 VI2出現(xiàn)過電流時，各管發(fā)射極E1、 E1A的電流增大， 反映在各驅(qū)動模塊N5 N8的腳6上，使過電流保護電路輸出端送出保護信號， 通過圖3的過電流保護電路和中央控制器，關斷驅(qū)動信號，從而起到保護大功 率絕緣柵雙極晶體管模塊VII、 VI2和X射線球管的作用。
本高頻逆變電路共有兩個，因電路相同，使用的元器件也相同，元器件的 編號也相同，工作原理也相同，為簡化篇幅，這里只給出圖2中的一個高頻逆 變電器的電路圖。這第2個高頻逆變器的信號輸入也與第1個高頻逆變器的信 號輸入一樣，信號輸入后的工作流程也一樣，這里就不再表述，但其輸出的兩 個端子C2E1是與圖4的另一個高壓變壓器T2的初級線圈兩個端子HT2相接的， 高壓變壓器T2的每個次級線圈升壓就有頻率為30千赫芝電壓為25千伏的高頻 高壓輸出，3個次級線圈分別經(jīng)高壓硅堆D4、 D5、 D6進行全波整流再串接并經(jīng) 濾波后就有電壓為75千伏的直流高壓輸出，送到高壓切換閥K3和K4的4n腳， 經(jīng)3L2腳接2個負端高壓插頭，通過高壓電纜實現(xiàn)與X射線球管聯(lián)接使其工作。
圖3所示，是本發(fā)明脈寬調(diào)制P麵驅(qū)動電路原理圖。從圖中可知，脈寬調(diào) 制P麗驅(qū)動電路由以下幾部份電路組成， 一是由型號為SG3525A的脈寬調(diào)制驅(qū) 動集成塊N12的部分電路與外圍電阻R21、 R22和電容C15、 C16組成RC振蕩器，產(chǎn)生頻率為30千赫芝的矩形高頻脈沖信號、作為高頻逆變器的逆變工作頻率； 二是由集成塊M2 —部份電路與外圍電阻R18、 R19和電容C12組成電壓基準信 號輸入電路，使基準電壓與輸出的高壓的反饋信號進行比較，對振蕩器的矩形 高頻脈沖寬度進行調(diào)整，以達到對輸出到X射線球管的高壓進行調(diào)整，以保證 高壓穩(wěn)定；三是由集成塊N12的部份電路和型號為LM358的運算放大電路集成 塊N9及其外圍電阻R13 R17、 R20,電容C9 C11、 C13 、 C14, 二極管VD9、 VD10組成的高壓反饋信號輸入電路，其中，電阻R15為可調(diào)電位器；四是由型 號為4013的D觸發(fā)器集成塊N11與外圍電阻R27 R29,電容C20和型號為IN4148 的二極管VD13 VD15構成D觸發(fā)器電路，其中，VD13為發(fā)光二極管；由型號為 LM393運算放大電路集成塊N10與外圍電阻R23 ~ R26,電容C17 ~ C19和IN4148 二極管VDll、 VD12構成的比較器過電流保護電路。
在圖3中，集成塊N9的信號輸入端3通過電阻R13輸入的從圖4的航空插 座X2的第4腳送出的正高壓反饋信號，信號輸入端2和輸出端1都與電阻R14、 R15和電容C10的一端連接，電阻R14的另一端為電壓檢測端，電容C10的另一 端與電位器電阻R14的動端及電阻R16的一端連接，電阻R16的另一端通過電 阻R17與集成塊N12的腳l連接。從中央控制器來的電壓基準通過由電阻R18、 R19和電容C12組成電壓基準信號輸入電路與集成塊N12的腳2連接。由電阻 R21、 R22和電容C15、 C16組成RC振蕩器中，電阻R21和電容C15的交接點與 集成塊N12的腳5連接，電阻R21的另一端與集成塊N12的腳7連接；電阻R22 和電容C16的一端與公共地連接，另一端分與集成塊N12的腳6、腳8連接。集 成塊N12的腳11、 14分別輸出驅(qū)動信號A和B,送到圖2驅(qū)動逆變器工作，腳 10與二極管VD14和VD15的負極連接，從圖2傳來的過流信號輸送到集成塊N10 的信號輸入腳2。集成塊NIO的信號輸入腳3與電阻R24、 R25和電容C17的交 接點連接，信號輸出腳1與集成塊Nll的腳3連接。集成塊N11的腳4輸入來 自中央控制器的自動復位信號，腳2輸出去中央控制器的保護信號，腳1通過 兩反接的二極管VD14和VD15輸入來自中央控制器的使能信號。發(fā)光二極管VD13 與電阻R28串接后，并接于集成塊Nll的腳1與公共地之間。
圖3中的集成塊Nll第4腳是復位腳，只要輸入一個高電平信號即復位。 在+12V電源和集成塊Nll第4腳之間串接一個電阻和一個電容即可實現(xiàn)每次開 機Nll自動復位的目的。集成塊Nll第2腳送出的保護信號是一個低電平信號， 送到中央控制器電路，供中央控制器的顯示電路工作，顯示過電流保護代碼。 從中央控制器送到圖3中的二極管VD15負極的使能信號，是一個高電平的控制 信號，由工作人員根據(jù)情況手動送出，經(jīng)二極管VD15送到脈寬調(diào)制驅(qū)動集成塊 N12的第10腳，關閉驅(qū)動信號A、 B的輸出，停止逆變器工作。
脈寬調(diào)制PWM驅(qū)動電路工作原理如下基準電壓從圖1的中央控制電路經(jīng) 圖3的電阻R18、 R19和電容C12送進集成塊N12的第2腳，圖4中的高壓變換 電路輸出的直流高壓的取樣反饋信號(從航空插座X2第4腳送出的正高壓取樣 信號)經(jīng)圖3的電阻R13和電容C9送進集成塊N9的第3腳，經(jīng)集成塊N9倒相 后從腳輸出腳l,經(jīng)電容CIO、電位器R15、電阻R16、 R17送到脈寬調(diào)制集成塊 N12的第l腳。將基準電壓和反饋信號進行比較，產(chǎn)生實時控制的脈寬調(diào)制信號， 對集成塊N12和相應的外圍元元件構成的RC振蕩器產(chǎn)生的矩形高頻脈沖寬度進 行調(diào)整，從腳11和腳14分別輸出驅(qū)動信號A和B，此驅(qū)動信號分別送到圖2的 4個驅(qū)動模塊N5、 N6、 N7、 N8的15腳，從它們的第3腳輸出觸發(fā)信號送到大功 率開關器件絕緣柵雙極晶體管模塊VIl、 VI2的柵極G1和G2，使Vll、 V12的上 下管輪流導通，因為其輸入的觸發(fā)脈沖信號的寬度已被調(diào)整到合適寬度，所以 其輸出的高頻脈沖寬度也被調(diào)整到合適的寬度。當然，經(jīng)升壓后的高頻脈沖寬 度也被調(diào)整到合適的寬度，這就達到對經(jīng)高壓油箱升壓變壓器升壓整流濾波的 高壓調(diào)整到設定值的目的。
過流保護電路的工作原理為圖2中的4個光耦N1、 N2、 N4、 N5在正常時 第4腳是呈高電平狀態(tài)，所以二極管VD1 VD4的負極是呈高電平狀態(tài)。當大功 率絕緣柵雙極晶體管模塊的VII、 VI2出現(xiàn)過電流時，各管發(fā)射極E1、 E1A的電 流增大過流，該過流保護信號分別經(jīng)圖2的4個取樣二極管VD5 ~ VD8的正極分 別送到4個驅(qū)動模塊N5、 N6、 N7、 N8的第6腳，再從第5腳送到光耦電路模塊 Nl、 N2、 N4、 N5的第2腳，光耦工作，第4腳變?yōu)榈碗娖?，二極管VD1 VD4的
負極也變?yōu)榈碗娖?，此低電平信號送到圖3比較器過電流保護電路集成塊N10 的第2腳，放大后從集成塊NIO第1腳輸出送到D觸發(fā)器集成塊Nll的腳3，使 集成塊N11的狀態(tài)反轉(zhuǎn)，在腳l輸出一個高電平保護信號，經(jīng)二極管VD14送到 脈寬調(diào)制集成塊N12的關斷控制腳10，關閉了輸出驅(qū)動信號A、 B,從而保護了 后面的高壓電路。
本脈寬調(diào)制驅(qū)動電路共有兩個，因組成的電路相同，使用的元器件也相同， 元器件的編號也相同，工作原理也相同，為簡化篇幅，在圖3中只給出一個脈 寬調(diào)制驅(qū)動電路的電路圖與圖2的高頻逆變電路相對應，這第2個脈寬調(diào)制驅(qū) 動電路是驅(qū)動第2個高頻逆變電路工作而對應設置的，所以，它輸出的驅(qū)動信 號是送到第2個高頻逆變器的4個型號為EXB841驅(qū)動模塊第15腳的，其信號 輸入后的工作流程也與上述一樣，這里就不再重述。
圖4所示，是本發(fā)明的高壓變換和高壓切換電路原理圖。由圖中可知，雙 床雙管高壓變換和高壓切換電路由四部份電路組成，均安裝并浸在一個裝有絕 緣油的油箱內(nèi)，簡稱高壓油箱
一是由2個高頻變壓器T1、 T2、六個硅堆D1-D6組成高頻升壓和高壓整流 電路；這兩個高頻變壓器T1和T2的結構相同，均由一個0型硅鋼薄帶疊層鐵 芯、 一個初級線圈繞組、三個次級線圏繞組組成，其作用是把高頻逆變器送來 的30千赫芝530伏交變的高頻矩形波電壓升壓，六個硅堆D1 D6的結構相同， 均由四組二極管組成一個全橋整流器，我們習慣稱為硅堆，其作用是把經(jīng)過高
頻變壓器升壓的交變的高頻矩形波電壓整流，使其變?yōu)橹绷麟妷?。其中，硅?Dl的輸出接分壓電路和高壓切換閩Kl和K2的常開觸點2T1、 4T2、 6T3—端；
硅堆D6的輸出接另 一分壓電路和高壓切換閬K3和K4的常開觸點4T2 —端。
二是由電阻R30和電容C21并接，電阻R31和電容C22并接與電阻R32和 電容C23并接，電阻R33和電容C24并接，分別組成的二個分壓單元電路。該 分壓電路的輸入電壓分別取自硅堆D1、 D6的輸出端，分壓分別取自電阻R30與 電阻R31、電阻R32與R33交接點，并分別與航空座X1腳4、 7連接。
三是由四個高壓切換閥K1 K4組成的高壓切換電路，每個高壓切換閥都包
括3組常開觸點，其中2個高壓切換閥K1和K2—側(cè)的一組常開觸點2T1、 4T2、 6T3并聯(lián)后，接經(jīng)硅堆D1 D3整流再串聯(lián)的直流高壓正極輸出端，另一側(cè)的一 組常開觸點1L1、 3L2、 5L3并聯(lián)后，分別對應接正端高壓插座JP1、 JP2三個已 并聯(lián)的引線腳。高壓切換閥K3和K4的一側(cè)的常開觸點4T2同時接經(jīng)硅堆D4-D6整流再串聯(lián)的直流高壓負端輸出端，和燈絲變壓器T3的初級線圈線尾及燈絲 變壓器T4的初級線圏線頭，常開觸點6T3接燈絲變壓器T3的初級線圈線頭， 常開觸點2T1接變壓器T4的初級線圈線尾；另一側(cè)的一組常開觸點1L1、 3L2、 5L3分別對應接負端高壓插座JP3、 JP4三個已并聯(lián)的引線腳。高壓切換閥通過 電磁鐵的吸合和釋放控制常開觸點的接通和斷開，高壓切換閥K1、 K2、 K3和K4 各電磁鐵線圈的后端A1 —起聯(lián)接到六孔航空插座XI的腳6上，高壓切換閥Kl 和K3電磁鐵線圈的前端A2 —起聯(lián)接到六孔航空插座XI的腳1上，高壓切換閥 K2和K4電磁鐵線圈的前端A2 —起聯(lián)接到六孔航空插座XI的腳3上。插座XI 的腳1、 3、 6通過六孔航空插頭的的連線與控制臺連接?？刂婆_控制各組電磁 鐵線圈就可以控制高壓切換閥K1和K3、 K2和K4的.常開觸點的接通和斷開，達
到對兩組高壓插座輪流供高壓直流電的目的。其中，正端高壓插座JP1與負端 高壓插座JP3為一組，正端高壓插座JP2與負端高壓插座JP4為一組。X射線球 管也有1個正高壓插座和1個負高壓插座與之對應，兩者通過高壓電纜與X射 線球管聯(lián)接，組成高壓輸出電路，即用一對2端都裝有高壓插頭的高壓電纜將 正端高壓插座JP1和負端高壓插座JP3與攝影床的X射線球管聯(lián)接，用另 一對2 端都裝有高壓插頭的高壓電纜將正端高壓插座JP2和負端高壓插座JP4與電動 透視床的X射線球管聯(lián)接，控制臺控制高壓切換電路板上的2個繼電器，就可 以控制高壓切換閥Kl和K3、 K2和K4中電磁鐵的吸合和釋放，達到給這兩個X 射線球管輪流供電的目的。
四是包括兩個燈絲變壓器T3、 T4組成的X射線球管燈絲電路，插座XI為 六孔航空插座，其中第6孔腳接四個高壓切換閥的電磁鐵線圈接線后端Al，第 1孔腳接高壓切換閩Kl和K3的電磁鐵的接線前端A2，第3孔腳接高壓切換閥 K2和K4的電磁鐵的前端A2，通過航空插頭和連線接到控制臺，由控制臺進行
高壓切換操作。插座X2為8孔航空插座，其中第l、 2、 3孔腳接兩個燈絲變壓 器T3、 T4初級線圈，第4孔腳接由電阻R30、 R31電容C21、 C22組成的正端高 壓分壓器，第7孔腳接由電阻R32、 R33電容C23、 C24組成的負端高壓分壓器， 第5孔腳接硅堆D3負端，即正端高壓輸出負極，第6孔腳通過測試開關S接硅 堆D4的正極，即負端高壓輸出正極,第8孔腳接地。通過航空插頭X1及連線 還與相關電路聯(lián)接，包括腳4與圖3上的電阻R13、電容C9的共端相接，送正 高壓取樣信號到集成塊N9的第3腳，腳5與地作為檢測點使用，腳6接主控電 路板供檢測用，腳7與圖3相同的另一個脈寬調(diào)制驅(qū)動電路相接，送出負高壓 取樣信號。
雙床雙管高壓變換和高壓切換電路工作原理將高壓變換和高壓切換電路 的器件均安裝浸在一個裝有絕緣油的高壓油箱內(nèi)，以消除器件作切換動作時產(chǎn) 生的電弧。圖2的高頻逆變器電路工作時，產(chǎn)生的30千赫芝540伏高頻矩形波 經(jīng)兩對輸出端子C2E1分別與圖4的兩個高頻變壓器Tl、 T2的初級線圈接線端 HT1和HT2的兩端相接，高頻變壓器Tl和T2的三個次級繞組便分別感應出30 千赫芝25千伏的高頻電壓，經(jīng)高壓硅堆D1-D3和D4 D6整流并且串接后，分 別獲得正端的75千伏直流高壓和負端的75千伏直流高壓。其中，正端高壓的 正極送高壓切換閥K1、 K2的常開觸點2T1、 4T2、 6T3,正端高壓的負極送航空 座X2的5孔腳。負端高壓的正極經(jīng)測試開關S送航空插座X2的第6孔腳，負 端高壓的負極送接高壓切換閥K3、 K4的常開觸點2T2、燈絲變壓器T3的次級線 圈線尾、燈絲變壓器T4的次級線圈線頭。而高壓切換閥Kl的另一組常開觸點 1L1、 3L2、 5L3并聯(lián)后接正端高壓插座JP1的3個并聯(lián)的接線端；高壓切換閾 K2的另一組常開觸點1L1、 3L2、 5L3并聯(lián)后接正端高壓插座JP2的3個并聯(lián)的 接線端；高壓切換閥K3的另一組常開觸點1L1、化2、 5L3分別接負端高壓插座 JP3的3個接線端；高壓切換閥K4的另一組常開觸點1L1、 3L2、 5L3分別接負 端高壓插座W4對應的3個接線端。而高壓切換閩K1、K3的電磁鐵線圈前端A2， 接航空插座XI的第1孔腳；航空插座XI的第3孔腳接高壓切換閥O和K4的 電磁鐵線圈前端A2;航空插座XI的第6孔腳接高壓切換閥Kl、 K2、 K3和K4的
電磁鐵線圈后端A1。通過操作控制臺上的高壓切換開關，使高壓切換閥K1、 K3 同時吸合或釋放，也可使K2、 K4同時吸合或釋放，便可將正的75千,伏高壓和 負的75千伏高壓輪流送到正端高壓插座JP1和負端高壓插座JP3上，或正端高 壓插座JP2和負端高壓插座JP4上，實現(xiàn)高壓切換。只要用高壓電纜把正端高 壓插座JP1和負端高壓插座JP3與攝影床的X射線球管連接起來，把正端高壓 插座JP2和負端高壓插座JP4與電動透視床的X射線球管連接起來，就可以實 現(xiàn)攝影床的X射線球管和電動透視床上的X射線球管輪流工作。 本雙床雙管醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器的工作原理為 從上述對圖3的脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動電路的說明可知，由集成塊N12與第 5~ 8腳外接的電阻R21、 R22、電容C15、 C16.組成RC振蕩器，產(chǎn)生頻率為30
千赫芝的矩形高頻脈沖信號、作為驅(qū)動高頻逆變器工作的驅(qū)動信號，此驅(qū)動信 號的頻率也叫高頻逆變器的工作頻率，改變電阻R21或R22的阻值可改變其振 蕩頻率。調(diào)整好電阻R21和R22的阻值使振蕩頻率為30千赫芝時，將電阻R21 和R22改為固定電阻，因為集成塊N12內(nèi)的閉環(huán)控制作用，30千赫芝的高頻脈 沖頻率懸固定的也是穩(wěn)定的。矩形高頻脈沖從集成塊N12的第11腳和12腳輸 出，其中，從腳11輸出的驅(qū)動信號A,經(jīng)電阻R1和R4分別送進送到圖2的高 頻逆變器電路驅(qū)動模塊N5和N8的第15腳；從腳12輸出的驅(qū)動信號B，經(jīng)電阻 R2和R3分別送進送到圖2的高頻逆變器電路驅(qū)動模塊N6和N7的15腳。
從閣l的結構方框圖可知，三相380V電源通過濾波器、交流接觸器并經(jīng)整 流濾波單元整流濾波后獲約540V的直流電壓送進圖2的高頻逆變器的VDD端和 VSS端，當然，其他相關的電源也要接好，當來自圖3的脈寬調(diào)制驅(qū)動電路的集 成塊N12第11腳輸出的高電平驅(qū)動信號A送到圖2的驅(qū)動模塊N5和N8的第15 腳時，大功率絕緣柵雙極晶體管模塊VIl的上管和VH的下管導通；當來自圖3 的脈寬調(diào)制驅(qū)動電路的集成塊N12第14腳輸出的高電平驅(qū)動信號B送到圖2的 驅(qū)動模塊N6和N7的第15腳時，大功率絕緣柵雙極晶體管模塊VII的下管和 VI2的上管導通；驅(qū)動信號A和驅(qū)動信號B以30kHz的頻率交替變換時，大功率 絕緣柵雙極晶體管模塊V11和V12的兩個輸出端子C2E1間也得到30千赫芝540
伏的交變電壓，這就完成了交流變直流，又從直流變回交流的逆變過程。請注
意，原來的交流頻率是50赫芝正弦波，現(xiàn)在從高頻逆變器兩個輸出端子C2E1 得到的交流頻率是30千赫芝540伏的矩形波。本發(fā)明有2個高頻逆變器電路， 同樣地，另一個高頻逆變器也有兩個輸出端子C2E1,逆變器工作時，這兩個輸 出端子也得到交流頻率是30千赫芝540伏的矩形波電壓。
兩個高頻逆變器的兩個輸出端子C2E1分別將交流頻率是30千赫芝540伏 的矩形波電壓分別送到圖4高壓油箱和高壓切換電路中的高頻變壓器T1的初級 線圈兩個接線端子HT1和高頻變壓器T2的初級線圈2個接線端子HT2，兩個高 頻變壓器T1和T2的3個次級繞組便分別感應出的高頻電壓，經(jīng)高壓硅堆D1 D3和D4 D6整流并且串聯(lián)后，分別獲得正端的75千伏直流高壓和負端的75千 伏直流高壓。正端的75千伏直流高壓和負端的75千伏直流高壓通過高壓切換 閬送到攝影X射線球管或透視X射線球管工作的直流高壓就是150千伏。
我們把作為基準的電壓參數(shù)預置在中央控制器單片微電腦內(nèi)，經(jīng)圖3 的電阻R18、R19和電容C12送進圖3所示的脈寬調(diào)壓電路的脈寬調(diào)制集成塊 N12的第2腳；而在圖4中高壓變換和高壓切換電路輸出的正端直流高壓取樣反 饋信號經(jīng)8孔航空插座X2第4腳送到圖3的電阻R13、電容C9的共接點送到集 成電路N9的腳3,放大后再經(jīng)電位器R15、電阻R16、 R17加到脈寬調(diào)制集成N12 的第l腳，二者進行比較，在集成N12的第11、 14腳產(chǎn)生實時控制的脈寬調(diào)制 信號A、 B (脈寬與輸入成線性的矩形波驅(qū)動信號)，送到圖2所示的驅(qū)動模塊 N5-N8輸入端15腳，對輸出的高壓進行調(diào)節(jié)。而8孔航空插座X2第7腳送出 的是負端直流高壓的取樣反饋信號樣是到與圖3相同的另一個脈寬調(diào)制驅(qū)動電 路(沒有畫出)，不再表述。
球管切換電路就是安裝在高壓油箱內(nèi)的高壓切換電路，詳見圖4所示，其 工作原理是從圖2的高頻逆變器電路(實際有2個高頻逆變器電路)產(chǎn)生的頻 率為30千赫芝電壓為540伏的高頻矩形波經(jīng)C2E1輸出端子(實際是2對輸出 端子)分別與高壓油箱內(nèi)的2個高頻變壓器初級線圈HT1和HT2的兩端相接， 高頻變壓器T1和T2的3個次級繞組便分別感應出頻率為30千赫芝電壓為25 千伏的高頻電壓，經(jīng)高壓硅堆D1 D3和D4~D6整流并且將它們串接后，分別 獲得正端的75kV高壓和負端的75kV高壓，送到高壓切換閥K1 K4，通過操作 控制臺上的高壓切換開關，便可將正端的75kV高壓和負端的75kV高壓輪流送 到正端高壓插座JP1、 JP2和負端高壓插座JP3、 JP4上，只要用高壓電纜把正 端高壓插座JP1和負端高壓插座JP3與攝影床的X射線球管連接起來，把正端 高壓插座JP 2和負端高壓插座JP 4與電動透視床的X射線球管連接起來，就可 以實現(xiàn)攝影床的X射線球管和電動透視床上的X射線球管輪流工作。
權利要求
1、一種雙床雙管醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器，它包括電源和中央控制單元，其特征在于還包括高頻逆變電路，該高頻逆變電路由三部份電路組成一是由包括高壓大功率開關器件絕緣柵雙極晶體管模塊(VI1、VI2)構成的全橋電子開關電路，輸出高頻高壓矩形波電壓；二是主要由四塊驅(qū)動模塊(N5、N6、N7、N8)及相應的外圍元器件分別構成四個高壓大功率開關器件絕緣柵雙極晶體管模塊(VI1、VI2)的觸發(fā)驅(qū)動電路，受驅(qū)動信號的控制；三是包括由四個光耦(N1、N2、N3、N4)及其相應的外圍元器件構成絕緣柵雙極晶體管模塊(VI1、VI2)的過電流保護電路；脈寬調(diào)制驅(qū)動電路，該脈寬調(diào)制驅(qū)動電路主要由四部份電路組成一是由脈寬調(diào)制驅(qū)動集成塊(N12)與外圍電阻(R21、R22)、電容(C15、C16)組成的RC振蕩器，二是由集成塊(N12)與外圍電阻(R18、R19)、電容(C12)組成電壓基準信號輸入電路，三是由集成塊(N12)、集成塊(N9)及其外圍電阻、電容和二極管組成的高壓反饋信號輸入電路；這三個電路又稱脈寬調(diào)制驅(qū)動電路；四是由D觸發(fā)器集成塊(N11)和比較集成塊(N10)與外圍元件構成的比較器式過電流保護電路；高壓變換和高壓切換電路，該雙床雙管的高壓變換和高壓切換電路主要由四部份電路組成，均安裝浸在一個裝有絕緣油的高壓油箱內(nèi)，一是包括由高頻變壓器(T1、T2)、高壓硅堆(D1～D6)組成高頻升壓和高壓整流電路；二是由電阻(R1、R2、R3、R4)與電容(C1、C2、C3、C4)分別組成的二個分壓器單元電路；三是主要由四個高壓切換閥(K1～K4)、兩個正端高壓插座(JP1、JP2)和兩負端高壓插座(JP3、JP4)組成的高壓切換和高壓輸出電路；四是由燈絲變壓器(T3、T4)組成的X射線球管燈絲電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙床雙管醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器，它包括電源和中央控制單元，還包括高頻逆變電路、脈寬調(diào)制驅(qū)動電路和高壓變換與高壓切換電路。該發(fā)生器將工業(yè)用的電源變換成兩路高頻高壓，經(jīng)整流濾波后獲得正端直流高壓和負端直流高壓供X射線球管工作。由于頻率高，整流濾波后的高電壓紋波極小，使X射線管發(fā)射的X射線質(zhì)量很高，透視、攝影照片清晰度也很高。使攝影床的X射線球管和電動透視床的X射線球管在只配置一套高壓電源情況下便可輪流工作。節(jié)約了設備投資，方便了醫(yī)務人員使用X射線診斷疾病的工作。本發(fā)明作為高壓電源，還適用于工業(yè)探傷、民航、車站、海關、等安全檢查領域，為這些設備提供穩(wěn)定的高質(zhì)量的高壓電源。
文檔編號H05G1/00GK101188900SQ200710050318
公開日2008年5月28日 申請日期2007年10月17日 優(yōu)先權日2007年10月17日
發(fā)明者廖云峰 申請人:廖云峰