專利名稱：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100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。由于采 用開環(huán)控制，直流髙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)百赫芝、數(shù)千赫芝、數(shù)十千赫芝。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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種醫(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,
電壓電流的穩(wěn)定性高，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
U)高頻逆變技術，本發(fā)明醫(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(KHZ),電壓為540伏。該高頻矩形波又 送到高壓油箱進行升壓， 一般為100千赫芝40千伏(KV)以上，獲得高頻高壓 再進行整流與濾波后供X射線球管工作。以提髙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采樣電路把釆樣回來的信號反饋至 脈寬調(diào)制(P麗)驅(qū)動電路，脈寬調(diào)制驅(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)制信號對高壓油箱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) 高壓變換和高壓輸出技術，把主功率高頻逆變器工作時輸出的頻率為 30KHZ，電壓為540伏的高頻矩形波，送到高壓油箱內(nèi)的高頻變壓器進行升壓， 獲得高頻高壓再經(jīng)過高壓硅堆整流與電容器濾波后，通過高壓插座、高壓插頭 和高壓電纜送到一張攝影床上的X射線球管或一張電動透視床上的X射線球管 工作。
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。通過高壓變換和高壓輸出技術，使這種高頻高壓
發(fā)生器能單獨為一張攝影床的X射線球管或一張電動透視床的X射線球管配置 高壓電源。這種發(fā)生器又叫單床單管醫(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， 以及高壓變換和高壓輸出技術，已達到國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術水平，使我 國的醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器質(zhì)量提高到一個新的水平。本發(fā)明主要為 醫(yī)用診斷X射線機提供其所需要的高壓電源。還可廣泛應用于各級醫(yī)院和科研 單位作X射線透視、胃腸攝影、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。


圖l是本發(fā)明的結構原理方框圖。
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輸出電路原理圖。
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電路、X射線 球管構成的高頻高壓電路；三是由控制臺、包括微電腦CPU的中央控制電路、
脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動電路、燈絲加熱電路、旋轉陽極驅(qū)動電路構成的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射線高頻髙壓發(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 土UV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 制臺向醫(yī)用診斷X射線高頻高壓發(fā)生器發(fā)出開機指令，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54G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采樣。用高壓電 纜將高壓連接到攝影床上的X射線球管或電動透視床上的X射線球管，控制臺 可以控制(操作)攝影或透視的X射線球管工作。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)明采用20kHz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，高壓油箱的電流釆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20kHz 的脈寬調(diào)制交流到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，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，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)。曝光結東后，旋轉陽極驅(qū)動器送出60V脈動直流電至陽極電 機以使陽極電機轉速快速下降直至停止轉動。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niAs)三參量選擇進行容量保護，曝光過程 中，采用負載降落技術，有效的保證了 X射線球管的安全。
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。能輸出土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)髙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，只要用高壓電纜把正端高 壓和負端高壓與攝影床的X射線球管連接起來，或者把正端高壓和負端高壓與
電動透視床的X射線球管連接起來，攝影床的X射線球管或者電動透視床上的 X射線球管就可以正常工作。
圖2所示，是本發(fā)明的高頻逆變器電路原理圖。在圖中，高頻逆變器由三
部份電路組成 一是由型號為BSM15 0GB120DN2或BSM100GB6ODLC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、 N4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VIl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VSS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、 N8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Nl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、 N8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，高頻逆變電器電路中沒有繪出此20 伏直流電源電路。
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麵)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VII的上管和模塊VI2的下 管導通；當來自圖3的脈寬調(diào)制(P麵)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VIl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的兩個輸出 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。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。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，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VIl、 VI2和X射線
球管的作用。
圖3所示，是本發(fā)明脈寬調(diào)制P麗驅(qū)動電路原理圖。從圖中可知，脈寬調(diào) 制P観驅(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N12 —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NIO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XI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1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 IO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Nil的腳3連接。集成塊Nil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l通過 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，作為工作指 示。
圖3中的集成塊Nil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XI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N10第l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，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輸出電路原理圖。由圖中可知，高 壓變換和高壓輸出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O型硅鋼薄帶疊層鐵 芯、 一個初級線圈繞組、三個次級線圈繞組組成，其作用是把高頻逆變器送來 的30千赫芝540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)橹绷麟妷骸Ｆ渲?，硅?Dl的輸出接由電阻R30、 R31和電容C21、 C22組成之分壓電路的 一端和正端髙 壓插座JP1的三個接線柱；硅堆D6的輸出接另一由電阻R32、 R33和電容C23、 C24組成之分壓電路的一端和負端高壓插座JP2的一個接線柱1，同時還接燈絲 變壓器T3次級線圈的線尾端和燈絲變壓器T4次級線圈的線頭端，燈絲變壓器 T3、 T4的頭尾分別接負端高壓插座JP2的接線柱2、 3,構成燈絲供電回路。
在圖4中，變壓器T1的三個次級線圈升壓后就有頻率為30千赫芝電壓為
25千伏的高頻高壓輸出，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"千伏的直流高壓輸出，其高壓硅堆Dl的高壓正極接正端 高壓插頭JP1的三個接線柱、高壓硅堆D3的高壓負極接8孔航空插座第5腳孔。 高壓變壓器H的3個次級線圈升壓后就有頻率為30千赫芝電壓為25千伏的高 頻高壓輸出，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，其高壓硅堆D4的高壓正極經(jīng)檢測開關S接8 孔航空插座的第6腳孔，而高壓硅堆D6的高壓負極接到負端高壓插座JP2。高 壓插座JP1和高壓插座JP2通過高壓插頭和高壓電纜實現(xiàn)與X射線球管聯(lián)接使 其工作。
二是由電阻R30和電容C21并接，電阻R31和電容C22并接，然后再串接 組成正端高壓分壓單元電路，電阻R32和電容C23并接，電阻R33和電容C24 并接，然后再串接，組成負端高壓分壓單元電路。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。
三是主要由1個正端高壓插座(JP1)和1負端高壓插座(JP2)組成的高 壓輸出電路；
四是由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，其 中，燈絲變壓器T3的線尾與燈絲變壓器T4的線頭是連接的，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與腳6在油箱外接地；腳7與圖3相同的另一個脈寬調(diào)制驅(qū)動電路(沒有繪出) 上的電阻R13、電容C9的共端相接，送出負高壓取樣信號；腳8與整機接地相
接；腳1、 2、 3接圖1中脈寬調(diào)制燈絲加熱電路的相應處，接受其送來的頻率
為20千赫芝的脈寬調(diào)制的燈絲加熱驅(qū)動信號。
本醫(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(P麗)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Rn、 R"、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 沖頻率是固定的也是穩(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)圖2的電阻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)圖2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。
從圖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ll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VI1的上管和VI2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VIl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。El分別將交流頻率是30千赫芝540伏 的矩形波電壓送到圖4高壓油箱中的高頻變壓器Tl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Tl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75千伏直流髙壓。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插座和高壓電纜送到 攝影X射線球管或透視X射線球管工作的直流髙壓就是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中髙壓變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XI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)制集成電路N12的 第l腳，二者進行比較，在集成電路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XI第7腳送出 的是負端直流高壓的取樣反饋信號同樣是送到與圖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。
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 與圖4所示的高壓油箱內(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Tl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，正端的75kV高壓接到高壓插座JP1 的3個接線柱，并與電阻R30和電容C21的1端相接，負端的75kV高壓接到高 壓插座JP2的1個接引柱，并與電阻R33和電容C24的1端相接，只要用高壓 電纜把正端高壓插座JP1和負端高壓插座JP2與攝影床的X射線球管或者電動
透視床的X射線球管連接起來，就可以讓攝影床的X射線球管或者電動透視床 上的X射線球管工作。
權利要求
1、一種醫(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；高壓變換和高壓輸出電路，該單床單管的高壓變換和高壓輸出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1個正端高壓插座(JP1)和1負端高壓插座(JP2)組成的高壓輸出電路；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輸出電路。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射線球管或電動透視床的X射線球管配置這套高壓電源便可工作。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H02M7/00GK101203085SQ20071005042
公開日2008年6月18日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權日2007年10月30日
發(fā)明者揚 楊 申請人:揚 楊