本實用新型涉及廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)、無損探測等領(lǐng)域中的一體化小型負(fù)輸出X射線管高壓電源。

背景技術(shù)：

目前市場上X射線管電源的陽極高壓多數(shù)采用正高壓電源供電，在該情況下，燈絲供電處于低壓側(cè)而無需懸浮，控制容易，其生產(chǎn)制作相對簡單且易小型化，但從X射線管結(jié)構(gòu)看，這就要求X射線管的陽極部分要承受幾萬伏的耐壓，這樣無論從X射線管在用戶系統(tǒng)整機中的結(jié)構(gòu)安裝，還是對長期工作必須考慮的散熱處理等都會產(chǎn)生較大影響。而同功率下負(fù)高壓電源的外形尺寸又較大，也有悖于其小型化的發(fā)展趨勢。另外燈絲供電多采用直流輸出，長期工作會降低X射線管燈絲壽命，且對X射線管工作的輻射強度有一定影響。因此市場對負(fù)高壓、小體積且一體化的X射線管高壓電源的需求越來越大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足以及目前市場需求，本實用新型提供一種穩(wěn)流精度高、可靠性和穩(wěn)定性好、體積小的一體化小型負(fù)輸出X射線管高壓電源。

本實用新型為實現(xiàn)上述目的，所采取的技術(shù)方案是：一種一體化小型負(fù)輸出X射線管高壓電源，包括封裝在殼體內(nèi)的電源電路，電源電路包括輔助供電及基準(zhǔn)電路、高壓控制及驅(qū)動電路、倍壓整流濾波電路，其特征在于：還包括燈絲控制及輸出電路、管流反饋及顯示電路、高壓反饋及管壓顯示電路；所述輔助供電及基準(zhǔn)電路分別與燈絲控制及輸出電路、管流反饋及顯示電路、高壓控制與驅(qū)動電路、高壓反饋及管壓顯示電路相連，倍壓整流濾波電路分別與燈絲控制及輸出電路、管流反饋及顯示電路、高壓控制與驅(qū)動電路、高壓反饋及管壓顯示電路相連，所述管流反饋及顯示電路與燈絲控制及輸出電路相連，高壓反饋及管壓顯示電路與高壓控制與驅(qū)動電路相連，電源電路上連接有D型混裝連接器、航空連接器Ⅰ、航空連接器Ⅱ、接地柱；

所述燈絲控制及輸出電路中，三極管T1的發(fā)射極接供電輸入端+Vin，三極管T1的集電極分別與MOS管T3的漏極和電容C5的正極連接，管流給定端Iadj 通過電阻R1分別接放大器 U1A的同相輸入端3腳和電阻R3的一端，電阻R3的另一端接輸入地GND，放大器U1A的反相輸入端2腳分別接電阻R2和電容C2的一端，放大器U1A的輸出端1腳分別接電阻R5的一端、電容C2的另一端，二極管D1和電阻R7并聯(lián)，電阻R5的另一端分別與二極管D1的負(fù)極、三極管T2的基極連接，二極管D1的正極與三極管T2的發(fā)射極相連并接輸入地GND，三極管T2的集電極通過電阻R6與三極管T1基極相連，放大器 U1A的電源正輸入端8腳接內(nèi)部供電正電源端Vcc，放大器 U1A的電源負(fù)輸入端4腳與內(nèi)部供電負(fù)電源端Vee連接，控制芯片U2的電源輸入端1腳分別接內(nèi)部供電正電源端Vcc和二極管D2的正極，控制芯片U2的定時電阻輸入端2腳通過電阻R8分別接電容C3的一端、控制芯片U2的定時電容器輸入端3腳，控制芯片U2的接地端4腳與電容C3的另一端相連并接輸入地GND，控制芯片U2的高側(cè)柵驅(qū)懸浮電源正端8腳分別與二極管D2的負(fù)極和電容C4的一端連接，電容C4另一端分別與控制芯片U2的高側(cè)懸浮電源負(fù)端6腳、MOS管T3的源極、MOS管T4的漏極和變壓器TRF1初級繞組Lp1的b1端連接，控制芯片U2的高側(cè)柵驅(qū)輸出端7腳通過電阻R9與MOS管T3的柵極連接，控制芯片U2的低側(cè)柵驅(qū)輸出端5腳通過電阻R10與MOS管T4的柵極連接，電容C5的負(fù)極分別與變壓器TRF1初級繞組Lp1的 a1端、電容C6的正極連接，電容C6的負(fù)極與MOS管T4的源極相連后接輸入地GND，變壓器次級繞組Ls1的11端接電阻R64的一端并作為燈絲輸出的一端Vf引出，變壓器次級繞組Ls1的12端分別與電阻R64的另一端和倍壓整流濾波電路中的負(fù)高壓輸出端-HV連接；

所述管流反饋及顯示電路中,電容C13、電阻R24和二極管D6并聯(lián)，瞬態(tài)抑制二極管D7和電容C14并聯(lián)，電阻R26與電容C15并聯(lián)，二極管D6的正極分別與電阻R47的一端、倍壓整流濾波電路中變壓器TRF2次級繞組Ls的異名端22、燈絲控制及輸出電路中電阻R2的另一端連接，二極管D6的負(fù)極與電阻R25和電容C14的一端相連后接輸入端GND，電阻R25的另一端分別接電阻R26和電阻R45的一端，電阻R26的另一端分別接電容C14的另一端和高壓輸出地HGND，電位器RW3的2和3腳短接后接基準(zhǔn)電壓端Vref，電位器RW3的1腳通過電阻R46分別與電容C27的一端、放大器U4B的反相輸入端6腳和電阻R45的另一端連接，放大器U4B的同相輸入端5腳通過電阻R44接輸入地GND，放大器U4B的輸出端7腳分別與電容C27的另一端和二極管D13的正極連接，二極管D13的負(fù)極分別接電阻R41的一端和電容C26的正極，電阻R41的另一端分別與電阻R42的一端、三極管T5的基極和二極管D12的負(fù)極連接，電容C26的負(fù)極分別與電阻R42的另一端和三極管T5的發(fā)射極相連后接輸入地GND，二極管D12的正極通過電阻R32與高壓控制及驅(qū)動電路中MOS管T6的源極連接，三極管T5的集電極接二極管D11的負(fù)極，二極管D11的正極與高壓控制及驅(qū)動電路中控制芯片U3的電壓控制端5腳連接，放大器U1B的同相輸入端5腳分別接電容C28的一端和電阻R47的另一端，電容C28的另一端接輸入地GND，電容C29和電阻R48并聯(lián)，放大器U1B的反相輸入端6腳分別與電容C29和電阻R49的一端連接，電容C29的另一端接輸入地GND，放大器U1B的輸出端7腳分別接電阻R50的一端和電阻R49的另一端，電阻R50的另一端與電容C30的一端相連并作為管流顯示端Idis引出，電容C30的另一端接輸入地GND；

所述高壓反饋及管壓顯示電路中，電容C18和二極管D8并聯(lián)，二極管D8的正極分別接電阻R13和電阻R35的一端，二極管D8的負(fù)極接輸入地GND，電阻R13的另一端分別接電阻R4和電容C17的一端，電容C17的另一端接倍壓整流濾波電路中電容C37和C38的相連處，電阻R4的另一端接倍壓整流電路中電阻R1和R2的連接處，電阻R35的另一端分別接電阻R59、電阻R37的一端，二極管D9與電阻R31并聯(lián)，放大器U4A的同相輸入端3腳分別與電阻R11、電阻R36的一端和電阻R59的另一端連接，電阻R11的另一端接高壓給定端Vadj，放大器U4A的反相輸入端2腳分別接電容C20和電阻R34的一端，放大器U4A的輸出端1腳分別接二極管D9的負(fù)極、電阻R33的一端和電容C20的另一端，電阻R33的另一端與電阻R34、電阻R36的另一端相連后接輸入地GND，二極管D9的正極接高壓控制及驅(qū)動電路中控制芯片U3的電壓控制端5腳，放大器 U4A的電源正輸入端8腳接內(nèi)部供電正電源端Vcc，放大器 U4A的電源負(fù)輸入端4腳接內(nèi)部供電負(fù)電源端Vee，放大器U5A的同相輸入端3腳接電阻R37的另一端，放大器U5A的反相輸入端2腳與輸出端1腳短接后分別接電阻R60和電阻R61的一端，電位器RW1的2腳和3腳短接后接電阻R60的另一端，電位器RW1的1腳接管流反饋及顯示電路中二極管D6的正極，放大器 U5A的電源正輸入端8腳接內(nèi)部供電正電源端Vcc，放大器 U5A的電源負(fù)輸入端4腳接內(nèi)部供電負(fù)電源端Vee，電位器RW2的2腳和3腳短接后分別接放大器U5B的輸出端7腳和電阻R38的一端，電位器RW2的1腳通過電阻R62分別接放大器U5B的反相輸入端6腳和電阻R61的另一端，放大器U5B的同相輸入端5腳通過電阻R63接輸入地GND，電阻R38的另一端接電容C21的一端并作為管壓顯示端Vdis引出，電容C21的另一端接輸入地GND。

本實用新型的有益效果是：該X射線管電源為負(fù)高壓輸出，其中燈絲供電為高壓懸浮式輸出，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計；燈絲供電采用自振式半橋驅(qū)動，交流開路輸出，既能通過輸出管流值大小控制燈絲供電輸出，又可延長射線管（燈絲）的使用壽命；具有管流給定和管流、管壓輸出實時監(jiān)測功能；同比體積小，長期工作穩(wěn)定性好，可靠性高，且方便用戶使用和安裝。

附圖說明

圖1為本實用新型中的電路連接框圖；

圖2為本實用新型的電路原理圖；

圖3 為本實用新型的殼體示意圖。

具體實施方式

如圖1、2、3所示，一體化小型負(fù)輸出X射線管高壓電源，包括封裝在殼體1內(nèi)的電源電路，電源電路包括輔助供電及基準(zhǔn)電路、高壓控制及驅(qū)動電路、倍壓整流濾波電路，還包括燈絲控制及輸出電路、管流反饋及顯示電路、高壓反饋及管壓顯示電路。

輔助供電及基準(zhǔn)電路分別與燈絲控制及輸出電路、管流反饋及顯示電路、高壓控制與驅(qū)動電路、高壓反饋及管壓顯示電路相連，倍壓整流濾波電路分別與燈絲控制及輸出電路、管流反饋及顯示電路、高壓控制與驅(qū)動電路、高壓反饋及管壓顯示電路相連，管流反饋及顯示電路與燈絲控制及輸出電路相連，高壓反饋及管壓顯示電路與高壓控制與驅(qū)動電路相連，電源電路上連接有D型混裝連接器1-1、航空連接器Ⅰ1-2、航空連接器Ⅱ1-3、接地柱1-4。

上述燈絲控制及輸出電路中，三極管T1的發(fā)射極接供電輸入端+Vin，三極管T1的集電極分別與MOS管T3的漏極和電容C5的正極連接， 管流給定端Iadj 通過電阻R1分別接放大器 U1A的同相輸入端3腳和電阻R3的一端，電阻R3的另一端接輸入地GND，放大器U1A的反相輸入端2腳分別接電阻R2和電容C2的一端，放大器U1A的輸出端1腳分別接電阻R5的一端、電容C2的另一端， 二極管D1和電阻R7并聯(lián)，R5的另一端分別與二極管D1的負(fù)極、三極管T2的基極連接。二極管D1的正極與三極管T2的發(fā)射極相連并接輸入地GND，三極管T2的集電極通過電阻R6與三極管T1基極相連，放大器 U1A的電源正輸入端8腳接內(nèi)部供電正電源端Vcc，放大器 U1A的電源負(fù)輸入端4腳與內(nèi)部供電負(fù)電源端Vee連接，控制芯片U2的電源輸入端1腳分別接內(nèi)部供電正電源端Vcc和二極管D2的正極，控制芯片U2的定時電阻輸入端2腳通過電阻R8分別接電容C3的一端、控制芯片U2的定時電容器輸入端3腳，控制芯片U2的接地端4腳與電容C3的另一端相連并接輸入地GND，控制芯片U2的高側(cè)柵驅(qū)懸浮電源正端8腳分別與二極管D2的負(fù)極和電容C4的一端連接，電容C4另一端分別與控制芯片U2的高側(cè)懸浮電源負(fù)端6腳、MOS管T3的源極、MOS管T4的漏極和變壓器TRF1初級繞組Lp1的b1端連接，控制芯片U2的高側(cè)柵驅(qū)輸出端7腳通過電阻R9與MOS管T3的柵極連接，控制芯片U2的低側(cè)柵驅(qū)輸出端5腳通過電阻R10與MOS管T4的柵極連接，電容C5的負(fù)極分別與變壓器TRF1初級繞組Lp1的 a1端、電容C6的正極連接，電容C6的負(fù)極與MOS管T4的源極相連后接輸入地GND，變壓器次級繞組Ls1的11端接電阻R64的一端并作為燈絲輸出的一端Vf引出，變壓器次級繞組Ls1的12端分別與電阻R64的另一端和倍壓整流濾波電路中的負(fù)高壓輸出端-HV連接。

控制芯片U2的型號為：IR21531。

上述管流反饋及顯示電路中,電容C13、電阻R24和二極管D6并聯(lián)，瞬態(tài)抑制二極管D7和電容C14并聯(lián)，電阻R26與電容C15并聯(lián)，二極管D6的正極分別與電阻R47的一端、倍壓整流濾波電路中變壓器TRF2次級繞組Ls的異名端22、燈絲控制及輸出電路中電阻R2的另一端連接，二極管D6的負(fù)極與電阻R25和電容C14的一端相連后接輸入端GND，電阻R25的另一端分別接電阻R26和電阻R45的一端，電阻R26的另一端分別接電容C14的另一端和高壓輸出地HGND，電位器RW3的2和3腳短接后接基準(zhǔn)電壓端Vref，電位器RW3的1腳通過電阻R46分別與電容C27的一端、放大器U4B的反相輸入端6腳和電阻R45的另一端連接，放大器U4B的同相輸入端5腳通過電阻R44接輸入地GND，放大器U4B的輸出端7腳分別與電容C27的另一端和二極管D13的正極連接，二極管D13的負(fù)極分別接電阻R41的一端和電容C26的正極，電阻R41的另一端分別與電阻R42的一端、三極管T5的基極和二極管D12的負(fù)極連接，電容C26的負(fù)極分別與電阻R42的另一端和三極管T5的發(fā)射極相連后接輸入地GND，二極管D12的正極通過電阻R32與高壓控制及驅(qū)動電路中MOS管T6的源極連接，三極管T5的集電極接二極管D11的負(fù)極，二極管D11的正極與高壓控制及驅(qū)動電路中控制芯片U3的電壓控制端5腳連接，放大器U1B的同相輸入端5腳分別接電容C28的一端和電阻R47的另一端，電容C28的另一端接輸入地GND，電容C29和電阻R48并聯(lián)，放大器U1B的反相輸入端6腳分別與電容C29和電阻R49的一端連接，電容C29的另一端接輸入地GND，放大器U1B的輸出端7腳分別接電阻R50的一端和電阻R49的另一端，電阻R50的另一端與電容C30的一端相連并作為管流顯示端Idis引出，電容C30的另一端接輸入地GND。

上述高壓反饋及管壓顯示電路中，電容C18和二極管D8并聯(lián)，二極管D8的正極分別接電阻R13和電阻R35的一端，二極管D8的負(fù)極接輸入地GND，電阻R13的另一端分別接電阻R4和電容C17的一端，電容C17的另一端接倍壓整流濾波電路中電容C37和C38的相連處，電阻R4的另一端接倍壓整流電路中電阻R1和R2的連接處，電阻R35的另一端分別接電阻R59、R37的一端，二極管D9與電阻R31并聯(lián)，放大器U4A的同相輸入端3腳分別與電阻R11、R36的一端和電阻R59的另一端連接，電阻R11的另一端接高壓給定端Vadj，放大器U4A的反相輸入端2腳分別接電容C20和電阻R34的一端，放大器U4A的輸出端1腳分別接二極管D9的負(fù)極、電阻R33的一端和電容C20的另一端，電阻R33的另一端與電阻R34、R36的另一端相連后接輸入地GND，二極管D9的正極接高壓控制及驅(qū)動電路中控制芯片U3的電壓控制端5腳，放大器 U4A的電源正輸入端8腳接內(nèi)部供電正電源端Vcc，放大器 U4A的電源負(fù)輸入端4腳接內(nèi)部供電負(fù)電源端Vee，放大器U5A的同相輸入端3腳接電阻R37的另一端，放大器U5A的反相輸入端2腳與輸出端1腳短接后分別接電阻R60和電阻R61的一端，電位器RW1的2腳和3腳短接后接電阻R60的另一端，電位器RW1的1腳接管流反饋及顯示電路中二極管D6的正極，放大器 U5A的電源正輸入端8腳接內(nèi)部供電正電源端Vcc，放大器 U5A的電源負(fù)輸入端4腳接內(nèi)部供電負(fù)電源端Vee，電位器RW2的2腳和3腳短接后分別接放大器U5B的輸出端7腳和電阻R38的一端，電位器RW2的1腳通過電阻R62分別接放大器U5B的反相輸入端6腳和電阻R61的另一端，放大器U5B的同相輸入端5腳通過電阻R63接輸入地GND，電阻R38的另一端接電容C21的一端并作為管壓顯示端Vdis引出，電容C21的另一端接輸入地GND。

放大器U1、U4和U5型號為：LF442。

電源電路上連接的D型混裝連接器（1-1）、航空連接器Ⅰ（1-2）、航空連接器Ⅱ（1-3）、接地柱（1-4）分別固定在殼體（1）的前面板上。

D型混裝連接器（1-1）包括供電輸入端子+Vin、輸入地端子GND、管流給定端子Iadj、基準(zhǔn)電壓端子Vref、管壓給定端子Vadj、管流顯示ⅠIdis、管壓顯示ⅡVdis，航空連接器Ⅰ（1-2）為燈絲輸出端子Vf，航空連接器Ⅱ（1-3）為負(fù)高壓輸出端子-HV（即燈絲輸出的另一端），接地柱（1-4）為高壓輸出地端子HGND。

燈絲供電采用交流輸出，相對延長X射線管（燈絲）使用壽命。

確保變壓器制作中及高壓部分的絕緣處理，完善整機結(jié)構(gòu)設(shè)計，保障電源長期穩(wěn)定性及可靠性。

燈絲供電與高壓輸出一體化設(shè)計，整機電源采樣金屬外殼，使用中殼體接大地，具有良好的電磁屏蔽作用，提高了電源的抗干擾能力。

合理布局PCB ，確保輸入、輸出、控制等各回路的獨立路徑。

為確保輸出高壓和管流的穩(wěn)定度，選用低噪聲、低溫漂、高穩(wěn)定性的元器件。

工作原理

在燈絲控制及輸出電路中，主控制芯片采用自振蕩半橋驅(qū)動器IR21531，它具有微功率啟動功能，其高、低側(cè)兩個輸出端交替輸出接近50%占空比的控制方波脈沖信號，分別驅(qū)動半橋功率開關(guān)MOS管T3和T4，從而進一步驅(qū)動燈絲供電變壓器TRF1，從其次級開路輸出燈絲供電電壓。管流給定值Iadj與實際反饋的管流輸出值Ide的比較放大，通過三極管T2對功率三極管T1進行調(diào)控，控制半橋電路的供電，進而改變燈絲輸出電壓，最終達到穩(wěn)定管流輸出的目的。

在高壓控制及驅(qū)動、倍壓整流濾波電路中，通過控制芯片U3、電容C10、電阻R19和R20等組成的振蕩電路，輸出控制方波信號脈沖，以驅(qū)動功率MOS管T6，進而驅(qū)動變壓器TRF2，其次級經(jīng)多次高壓倍壓整流和濾波后，獲得負(fù)輸出高壓。

在管流反饋及顯示電路中，電容C13~C15和電阻R24~R26，以及二極管D6、瞬態(tài)抑制二極管D7共同組成高壓輸出電流（即射線管管流）采樣電路，采樣獲得的管流信號通過高精度放大器U1和U4，分別實現(xiàn)輸出管流、輸出高壓功率的控制，同時通過放大器U1B，獲得管流實時監(jiān)測值Idis。

輔助供電及基準(zhǔn)電路中，集成穩(wěn)壓芯片U6為整個電源電路提供基準(zhǔn)電壓，三端穩(wěn)壓器U7和DC/DC模塊M1分別為電源電路提供內(nèi)部供電正、負(fù)電壓Vcc和Vee。

高壓反饋及管壓顯示電路中，輸出高壓經(jīng)放大器U4和電阻R13、R14、R35、R11及電容C17等組成的高壓反饋電路，通過對芯片U3（555）5腳的控制，完成對輸出高壓值的控制，并通過放大器U5，獲得管壓實時監(jiān)測值Vdis。