CN202276537U

CN202276537U - 一种x射线高频高压发生器变换电路

Info

Publication number: CN202276537U
Application number: CN2011203314943U
Authority: CN
Inventors: 单纯玉; 孙大军
Original assignee: SHANGHAI MEDICAL INSTRUMENTATION COLLEGE; University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: SHANGHAI MEDICAL INSTRUMENTATION COLLEGE; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2021-09-06

Abstract

本实用新型涉及一种X射线高频高压发生器变换电路，交流输入依次通过线滤波电路、整流电路、滤波电路，输出端接移相全桥式变换器的输入端，移相全桥式变换器高压输出，接X线管；启动控制电路输出到移相PWM控制器经过驱动变压器，移相全桥式变换器；移相全桥式变换器高压输出反馈通过高压检测电路接比较器输入端，比较器另一端接设置电压，比较器输出接移相PWM控制器输入。由于采用高频逆变技术，实现了X线发生器小型化，其体积重量明显减少，便于在C形臂、便携式X光机、车载X光机中使用；提高变换效率，减少高频干扰，电磁兼容性好；提高电路对输出高压的控制能力；降低输出电压的纹波，提高影像质量。

Description

一种X射线高频高压发生器变换电路

技术领域

本实用新型涉及一种驱动电路，特别涉及一种X射线高频高压发生器变换电路。

背景技术

X射线发生器是给X射线球管提供电源的一种装置。该装置允许选择管电压，管电流和曝光时间。X射线发生器主要有三个相互关联的电路组成，它们主要功能：1）灯丝电源电路，提供阴极灯丝加热所需电源，2）高电压电路提供电子从阴极到阳极加速高电压，以便产生X射线，3）定时电路（曝光定时器）控制的X射线产生时间。

X射线图像的质量取决于人体的吸收。对人体的高密度组织诊断检查时需要X射线发生器输出高电压，而对软组织诊断则需要输出低电压，而且，X射线图像的对比度对管电压纹波较敏感。为了使X射线图像清晰，高压发生器输出的直流电压必要稳定。因此，高性能X射线高压发生器要提供输出电压和电流范围较宽。此外，对X线发生器的体积和重量方面的要求也很重要，尤其是CT扫描机、C形臂X线***和便携式X光机要求X线发生器体积小、重量轻。

用来实现一个X射线发生器中的高频变换器主要技术指标如下：低纹波高输出电压、快速瞬态响应无过冲，并具有宽的负载范围内的输出电压调节能力。此外，为了缩小体积和重量，X射线发生器应具有高功率密度。

在X线高频发生器中需要高匝数比高压变压器，从而增加了变压器的非理想性的影响。这将使适合这种应用的变换器拓扑结构受到限制。如果使用传统的硬开关PWM变换器，不但增大开关的损耗，降低变换器的效率，而且变压器漏感和副边绕组分布电容会引起的寄生共振，从而影响变换器的特性。串联谐振变换器可以将变压器这些分布参数纳入谐振回路中，因而降低非理想性的影响，同时也提高变换器的效率。但串联谐振变换器存在两个主要问题是轻负载时输出电压不易调整；在高循环能量和高输入电压时电流峰值太大，使开关管承受较大应力。

发明内容

本实用新型是针对现在X线高频发生器中的变换电路存在的不足问题，提出了一种X射线高频高压发生器变换电路，采用移相软切换控制技术，降低了功率管和整流二极管的损耗，提高变换效率。减少高频干扰，电磁兼容性好。

本实用新型的技术方案为：一种X射线高频高压发生器变换电路，交流输入依次通过线滤波电路、整流电路、滤波电路，输出端接变换器的输入端，变换器高压输出，接X线管；启动控制电路输出到移相PWM控制器经过驱动变压器，接变换器；变换器高压输出反馈通过高压检测电路接比较器输入端，比较器另一端接设置电压，比较器输出接移相PWM控制器输入，所述变换器为移相全桥式变换器。

所述移相全桥式变换器，由4个开关管连接成全桥变换电路，超前臂第一开关管和第四开关管连接点通过电感和电容接高压变压器一个输入端，滞后臂第二开关管和第三开关管连接点接变压器的另一个输入端；4个吸收电容及4个二极管分别并联接在4个开关管上，移相PWM控制器经驱动变压器后接4个开关管的输入端；变压器的一个输出端接两个反向并联的整流二极管，另一个输出端接两个串联的滤波电容的连接点，滤波输出接X线管球。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型一种X射线高频高压发生器变换电路，由于采用高频逆变技术，实现了X线发生器小型化，其体积重量明显减少，便于在C形臂、便携式X光机、车载X光机中使用；由于采用移相软切换控制技术，降低了功率管和整流二极管的损耗，提高变换效率，减少高频干扰，电磁兼容性好；将高频变压的漏感融入变换电路中，提高电路对输出高压的控制能力；由于采用高频变换技术，降低输出电压的纹波，提高影像质量；利用高频变压的漏感LLKG的作用，省去输出滤波电路的电感，使高压整流滤波变的简单。

附图说明

图1是本实用新型X射线高频高压发生器变换电路框图；

图2是本实用新型X射线高频高压发生器变换电路中移相全桥式变换器电路图。

具体实施方式

如图1所示X射线高频高压发生器变换电路框图，交流输入依次通过线滤波电路1、整流电路2、滤波电路3，输出端接移相全桥式变换器4的输入端，移相全桥式变换器4高压输出，接X线管。启动控制电路6输出到移相PWM控制器5经过驱动变压器9，接移相全桥式变换器4；移相全桥式变换器4高压输出反馈通过高压检测电路7接比较器8输入端，比较器另一端接设置电压，比较器8输出接移相PWM控制器5输入。

如图2所示是移相全桥式变换器电路图，开关管Q₁～Q₄连接成全桥变换电路，超前臂Q₁和Q₄连接点通过电感L_LKG和电容C_B接高压变压器T₁的一个输入端，滞后臂Q₂和Q₃连接点接变压器T1的另一个输入端。吸收电容C₁～C₄及二极管D₁～D₄分别并联连接在开关管Q₁～Q₄上，移相PWM控制器5经驱动变压器9后接开关管Q₁～Q₄的输入端。变压器T₁的一个输出端接两个反向并联的整流二极管D₅、D₆，另一个输出端接两个串联的滤波电容C₅、C₆的连接点，滤波输出接X线管球。

在这种移相全桥式变换器电路结构中，采用开关管的寄生输出电容或并联电容和开关变压器的漏感构成谐振回路以实现开关管导通过程中两端电压为零。在移相变换器中，对角的两个开关的栅极驱动信号间存在相移。此外，桥式开关网络的两个半桥臂采用互补脉冲进行驱动，且占空比固定为50%。两个半桥臂栅极驱动信号间的相移控制有效的占空比，从而控制从原边传递到副边的功率。当对角开关导通时，功率传递到副边。如果两个半桥臂中的上部或下部开关同时导通，原边两端电压则为零。因此，在这期间，没有功率传递到副边。当相应的对角开关关断时，原边电流流经相应开关管并联电容，导致开关漏极电压移向相反的输入电压轨。这将导致即将导通的开关管两端电压为零，这样当它导通时即可实现零电压开关。

移相全桥式变换器的工作可分为几个不同的时间间隔。由于本变换器输出整流电路中无滤波电感，且高频高压变换的漏感L_LKG较大，因此，电路的工作过程与常规的移相式变换器有所不同，下面说明变换器的工作过程：

开关模态1：对角开关Q₁、Q₂ 导通，此时在变压器的原边施加电源电压VIN，在副边产生输出电压，使二极管D₅导通，变压器传递功率至负载。变压器原边的电流随着时间上升，在t=t1 时，开关Q₂将关断，此时，流经变压器原边的电流为IPK。

开关模态2：开关Q₂关断，由于电感L_LKG的电流不能突变，它将保持原边电流为IPK值。该原边电流将对电容（C₂）进行充电至输入电压VIN之后，原边电流开始流过二极管D₃。同时导致电容C₃放电至零电位。这使得开关Q₃导通前两端的电压为零，此时开关Q₃导通，从而实现零电压开关。在这一变换过程中，漏电感两端的电压变化将使变压器原边电压保持VIN不变，漏电感的储能将继续向负载输出提供功率。电感的电流将不断减少。

开关模态3：在t=t2 时刻，Q₁关断，如果此时谐振电感LLK没有降到0。该电流将将对电容C₁进行充电至输入电压VIN，这将使得电容C₄放电至零电位，从而使能Q₄ 的零电压导通过程。如果此时谐振电感L_LKG已经降到0，Q₄将在零电流状态下导通。

由于Q₃和Q₄同时导通，在变压器原边加上相反电压，使原边电流迅速衰减到零，同时副边电流也降到零。二极管D₅关闭。之后，输出电压反相，使二级管D₆导通，向电容C₆充电，同时为负载提供能量。

开关模态4：两个对角开关Q₃、Q₄的导通将使原边加载全部输入电压。开关Q₃的关闭完全根据输出电压和负载的大小，如果输出电压升高，则开关Q₃关闭较早，在变压加励磁电流时间短，使输出能量下降，从而使输出电压下降，达到调节和稳定输出电压的目的。由于电路的对称性，上述工作原理同样适用于下半周期。

移相PWM控制器5采用专用芯片UC3895。移相PWM控制器5在接受到启动信号和电压比较信号后，输出四路控制脉冲信号。控制脉冲信号经放大和隔离后分别驱动开关管Q₁～Q₄。移相PWM控制器5同时检测输出电压，并与设置电压进行比较，根据比较结果调整滞后臂开关管Q₂、Q₃的关闭时间，因而改变变压器原边的励磁电流时间，也就是脉冲宽度调制PWM。从而完成对输出电压的启动、调压和稳压控制。

Claims

1.一种X射线高频高压发生器变换电路，交流输入依次通过线滤波电路（1）、整流电路（2）、滤波电路（3），输出端接变换器（4）的输入端，变换器（4）高压输出，接X线管；启动控制电路（6）输出到移相PWM控制器（5）经过驱动变压器（9），接变换器（4）；变换器（4）高压输出反馈通过高压检测电路（7）接比较器（8）输入端，比较器另一端接设置电压，比较器（8）输出接移相PWM控制器（5）输入，其特征在于，所述变换器（4）为移相全桥式变换器。

2.根据权利要求1所述X射线高频高压发生器变换电路，其特征在于，所述移相全桥式变换器，由4个开关管（Q₁～Q₄）连接成全桥变换电路，超前臂第一开关管（Q₁）和第四开关管（Q₄）连接点通过电感（L_LKG）和电容（C_B）接高压变压器（T₁）一个输入端，滞后臂第二开关管（Q₂）和第三开关管（Q₃）连接点接变压器（T₁）的另一个输入端；4个吸收电容（C₁～C₄）及4个二极管（D₁～D₄）分别并联连接在4个开关管（Q₁～Q₄）上，移相PWM控制器（5）经驱动变压器（9）后接4个开关管（Q₁～Q₄）的输入端；变压器（T₁）的一个输出端接两个反向并联的整流二极管（D₅、D₆），另一个输出端接两个串联的滤波电容（C₅、C₆）的连接点，滤波输出接X线管球。