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
技術領域：
一種χ射線高頻高壓發(fā)生器變換電路技術領域[0001]本實用新型涉及一種驅動電路，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，管電流和曝光時間。X射線發(fā)生器主要有三個相互關聯(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)定時電路(曝光定時器)控制的X射線產(chǎn)生時間。[0003]X射線圖像的質量取決于人體的吸收。對人體的高密度組織診斷檢查時需要X射線發(fā)生器輸出高電壓，而對軟組織診斷則需要輸出低電壓，而且，X射線圖像的對比度對管電壓紋波較敏感。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、C形臂X線系統(tǒng)和便攜式X光機要求X線發(fā)生器體積小、重量輕。[0004]用來實現(xiàn)一個X射線發(fā)生器中的高頻變換器主要技術指標如下低紋波高輸出電壓、快速瞬態(tài)響應無過沖，并具有寬的負載范圍內的輸出電壓調節(jié)能力。此外，為了縮小體積和重量，X射線發(fā)生器應具有高功率密度。[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。這將使適合這種應用的變換器拓撲結構受到限制。如果使用傳統(tǒng)的硬開關PWM變換器，不但增大開關的損耗，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，同時也提高變換器的效率。但串聯(lián)諧振變換器存在兩個主要問題是輕負載時輸出電壓不易調整；在高循環(huán)能量和高輸入電壓時電流峰值太大， 使開關管承受較大應力。發(fā)明內容[0006]本實用新型是針對現(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，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]本實用新型的技術方案為一種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；啟動控制電路輸出到移相PWM控制器經(jīng)過驅動變壓器，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個開關管連接成全橋變換電路，超前臂第一開關管和第四開關管連接點通過電感和電容接高壓變壓器一個輸入端，滯后臂第二開關管和第三開關管連接點接變壓器的另一個輸入端；4個吸收電容及4個二極管分別并聯(lián)接在4個開關管上，移相PWM控制器經(jīng)驅動變壓器后接4個開關管的輸入端；變壓器的一個輸出端接兩個反向并聯(lián)的整流二極管，另一個輸出端接兩個串聯(lián)的濾波電容的連接點，濾波輸出接X 線管球。[0009]本實用新型的有益效果在于本實用新型一種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，實現(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、車載X光機中使用；由于采用移相軟切換控制技術，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，提高電路對輸出高壓的控制能力；由于采用高頻變換技術，降低輸出電壓的紋波，提高影像質量；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。啟動控制電路6輸出到移相PWM控制器5經(jīng)過驅動變壓器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，開關管A A連接成全橋變換電路，超前臂A和A連接點通過電感Luffi和電容Cb接高壓變壓器T1的一個輸入端，滯后臂％和( 連接點接變壓器Tl的另一個輸入端。吸收電容C1 C4及二極管D1 D4分別并聯(lián)連接在開關管A A上，移相PWM控制器5經(jīng)驅動變壓器9后接開關管Α Α的輸入端。變壓器1\的一個輸出端接兩個反向并聯(lián)的整流二極管D5、D6，另一個輸出端接兩個串聯(lián)的濾波電容c5、C6的連接點，濾波輸出接X線管球。[0014]在這種移相全橋式變換器電路結構中，采用開關管的寄生輸出電容或并聯(lián)電容和開關變壓器的漏感構成諧振回路以實現(xiàn)開關管導通過程中兩端電壓為零。在移相變換器中，對角的兩個開關的柵極驅動信號間存在相移。此外，橋式開關網(wǎng)絡的兩個半橋臂采用互補脈沖進行驅動，且占空比固定為50%。兩個半橋臂柵極驅動信號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。當對角開關導通時，功率傳遞到副邊。如果兩個半橋臂中的上部或下部開關同時導通，原邊兩端電壓則為零。因此，在這期間，沒有功率傳遞到副邊。當相應的對角開關關斷時，原邊電流流經(jīng)相應開關管并聯(lián)電容，導致開關漏極電壓移向相反的輸入電壓軌。這將導致即將導通的開關管兩端電壓為零，這樣當它導通時即可實現(xiàn)零電壓開關。[0015]移相全橋式變換器的工作可分為幾個不同的時間間隔。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]開關模態(tài)1 對角開關仏、02導通，此時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導通，變壓器傳遞功率至負載。變壓器原邊的電流隨著時間上升，在t=ti時，開關A將關斷，此時，流經(jīng)變壓器原邊的電流為IPK。[0017]開關模態(tài)2 開關％關斷，由于電感！^皿的電流不能突變，它將保持原邊電流為11 值。該原邊電流將對電容(C2)進行充電至輸入電壓VIN之后，原邊電流開始流過二極管D3。 同時導致電容C3放電至零電位。這使得開關A導通前兩端的電壓為零，此時開關( 導通， 從而實現(xiàn)零電壓開關。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，漏電感的儲能將繼續(xù)向負載輸出提供功率。電感的電流將不斷減少。[0018]開關模態(tài)3:在t=t2時刻，Gl1關斷，如果此時諧振電感LLK沒有降到0。該電流將將對電容C1進行充電至輸入電壓VIN，這將使得電容C4放電至零電位，從而使能A的零電壓導通過程。如果此時諧振電感Lm已經(jīng)降到0，Q4將在零電流狀態(tài)下導通。[0019]由于仏和A同時導通，在變壓器原邊加上相反電壓，使原邊電流迅速衰減到零，同時副邊電流也降到零。二極管D5關閉。之后，輸出電壓反相，使二級管D6導通，向電容C6充電，同時為負載提供能量。[0020]開關模態(tài)4 兩個對角開關仏、仏的導通將使原邊加載全部輸入電壓。開關A的關閉完全根據(jù)輸出電壓和負載的大小，如果輸出電壓升高，則開關A關閉較早，在變壓加勵磁電流時間短，使輸出能量下降，從而使輸出電壓下降，達到調節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的目的。由于電路的對稱性，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在接受到啟動信號和電壓比較信號后，輸出四路控制脈沖信號。控制脈沖信號經(jīng)放大和隔離后分別驅動開關管仏 仏。移相PWM控制器5同時檢測輸出電壓，并與設置電壓進行比較，根據(jù)比較結果調整滯后臂開關管％、Q3的關閉時間，因而改變變壓器原邊的勵磁電流時間，也就是脈沖寬度調制PWM。從而完成對輸出電壓的啟動、調壓和穩(wěn)壓控制。
權利要求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；啟動控制電路(6)輸出到移相PWM控制器(5)經(jīng)過驅動變壓器(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個開關管(％ &)連接成全橋變換電路，超前臂第一開關管(Q1)和第四開關管( )連接點通過電感(Lm)和電容(Cb)接高壓變壓器(T1) 一個輸入端，滯后臂第二開關管( )和第三開關管(Q3)連接點接變壓器(T1)的另一個輸入端；4個吸收電容(C1 (；)及 4個二極管(D1 D4)分別并聯(lián)連接在4個開關管( 仏)上，移相PWM控制器(5)經(jīng)驅動變壓器(9 )后接4個開關管(兌 & )的輸入端；變壓器(T1)的一個輸出端接兩個反向并聯(lián)的整流二極管(D5、D6)，另一個輸出端接兩個串聯(lián)的濾波電容(C5、C6)的連接點，濾波輸出接 X線管球。
專利摘要本實用新型涉及一種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；啟動控制電路輸出到移相PWM控制器經(jīng)過驅動變壓器，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，實現(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、車載X光機中使用；提高變換效率，減少高頻干擾，電磁兼容性好；提高電路對輸出高壓的控制能力；降低輸出電壓的紋波，提高影像質量。
文檔編號H02M7/5387GK202276537SQ20112033149
公開日2012年6月13日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權日2011年9月6日
發(fā)明者單純玉, 孫大軍 申請人:上海醫(yī)療器械高等?？茖W校, 上海理工大學