CN100449924C - 数字式任意波形高压发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字式任意波形高压发生器，包括：将输入交流电压整流成直流电压的整流单元；将直流电压转换成中间高频交流电压的直流逆变单元；将中间高频交流电压升压成交流高压的变压单元；将交流高压整流成高压直流的高压整流单元；对高压发生器的输出高压波形进行高压采样的采样单元；接收采样单元的采样信号的反馈比较单元；用于产生预置电压波形信号的任意波形信号发生单元，其中反馈比较单元接收预置电压波形信号和采样信号的比较(差分)结果对输出高压波形进行调制。通过采用上述结构，在现有高频高压发生器的基础上增加数字式任意波形信号发生单元，使高频高压发生器的输出高压按照任意波形信号发生单元的弱电压预置波形信号变化，生成所需任意波形的高压输出。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种数字式任意波形高压发生器，特别涉及一种能够提供多种输出波形的基于光感应方式的用于非介入式X射线高压表的检定/校准的数字式X射线高压发生器。
【背景技术】
现有的X射线高压发生器主要分为工频、高(中)频高压发生器两种。其中，如图1所示，工频高压发生器直接由网电源供电，网电源经初级调整后，经高压变压器升压后，将电压调节至指定高压范围，最后经过高压整流而得到相应的高压输出波形，所谓波形的不同主要取决于整流的方式。
如图2所示，高(中)频高压发生器的网电源供电仍为50Hz的工频交流电压。工频交流电压先经整流变为直流电压后再经高频直流逆变器转换成高频电压(一般在10KHz-100KHz)，接下来经高频升压变压器转换成高频高压交流信号，最后经高压整流得到直流输出。输出电压的控制通过调整高频逆变器的脉宽或频率的方式(Pulse Frequency Modulation，PFM或者Pulse WidthModulation，PWM)。同时输出高压经过分压后反馈给反馈比较模块，与预置参考电压Vs进行比较并将比较结果(差分电压Vd)作为高频逆变器的控制信号，从而形成输出电压的闭环反馈。高(中)频高压发生器的优势在于：由于升压变压器工作在高(中)频段，因此变压器的线圈匝数和铁芯截面积都大幅度减少，实现了结构小型化。由于使用了闭环控制，控制实时性和控制精度得到较大程度提高，输出电压稳定，重复性好。
在基于光感应方式的非介入式X射线高压表的检定/校准过程中，应该在不同管电压波形(如恒定直流、单相半波整流、单相全波整流、三相六峰整流、三相十二峰整流等波形)的X射线辐射环境下对非介入式高压表的量值进行校准。而现有技术无法在同一台高压发生器上产生上述多种高压波形，因此在上述现有技术条件下，校准一个非介入式X射线高压表至少需要四台以上不同波形的X射线高压发生器来产生规定的管电压。
【发明内容】
为了解决现有技术中的高压发生器无法提供多种波形高压信号的技术问题，本发明提供一种能够产生多种波形高压信号的数字式任意波形高压发生器。
本发明解决现有技术中的高压发生器无法提供多种波形高压信号的技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于基于光感应方式的非介入式X射线高压表的检定/校准的数字式任意波形高压发生器，所述高压发生器包括：将输入交流电压整流成直流电压的整流单元；将所述直流电压转换成中间高频交流电压的直流逆变单元；将所述中间高频交流电压升压成交流高压的变压单元；将所述交流高压整流成高压直流的高压整流单元；对所述高压发生器的输出高压波形进行高压采样的采样单元；以及接收所述采样单元的采样信号的反馈比较单元，其中所述输出高压波形利用分压器从所述高压整流单元的输出端获取或者利用互感器从所述变压单元的输出端感应的电压信号进行整流后获取，其中所述高压发生器进一步包括用于产生预置电压波形信号的任意波形信号发生单元，所述反馈比较单元接收所述预置电压波形信号，所述直流逆变单元依据所述预置电压波形信号和所述采样信号的差分比较结果调制所述输出高压波形，所述预置电压波形信号的频率小于或等于所述直流逆变单元的工作频率的二分之一。
根据本发明一优选实施例，所述任意波形信号发生单元包括：进行功能控制和数据处理的中央处理单元；存储与所述预置电压波形信号相对应的数字离散数据的存储单元；以及将所述数字离散数据转换成模拟波形信号的数模转换单元。。
根据本发明一优选实施例，数字离散数据由中央处理单元产生。
根据本发明一优选实施例，任意波形信号发生单元进一步包括用于输入设置参数的用户输入单元。
通过采用上述结构，在现有高(中)频高压发生器的基础上，增加可编程波形信号发生单元，该信号发生单元可以根据用户输入参数生成的相应波形的弱电压信号(峰峰值不大于30V)并输入到高压发生器的反馈比较器，替代原有的稳压预置直流电压Vs(标准预置电压信号)，使输出高压按生成的弱电压波形信号变化而变化，进而实现对高压输出的波形调制。
【附图说明】
图1是现有工频高压发生器的示意框图；
图2是现有高(中)频高压发生器的示意框图；
图3是本发明高压发生器的示意框图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图3所示，图3是本发明高压发生器的示意框图。在本实施例中，数字式高压发生器包括：将输入交流电压整流成直流电压的整流单元；将直流电压转换成中间交流电压的直流逆变单元；将中间交流电压升压成交流高压的变压单元；将交流高压整流成高压直流的高压整流单元；对高压发生器的输出高压波形进行高压采样的采样单元；接收采样单元的采样信号的反馈比较单元以及用于产生预置电压波形信号的任意波形信号发生单元。其中，任意波形信号发生单元包括：用于进行功能控制和数据处理的中央处理单元；存储数字与预置电压信号相对应的数字离散数据的存储单元；以及将数字离散数据转换成模拟波形信号的数模转换单元。此外，任意波形信号发生单元还进一步包括用于输入设置参数的用户输入单元。
用户可以通过用户输入单元设定预置电压信号的波形参数(波形的类型、电压、频率)，中央处理单元根据上述参数直接形成数字离散数据并存储在存储单元，或者预先通其他方式计算并存储在存储单元中。数字离散数据通过D/A转换单元转换成模拟形式的弱电压波形信号，并通过外部接口(I/O口、通讯接口或者网络接口)输出到反馈比较单元，代替原有的稳压预置直流电压Vs(标准预置电压信号)。在使用时，工频交流电压先经整流单元整流变为直流电压，再经直流逆变单元转换成预定频率的中间交流电压，接下来经变压单元升压为交流高压信号后并经整流后输出。输出电压波形经采用单元进行采样后反馈给反馈比较模块，与预置电压信号进行比较并将比较结果(差分电压Vd)作为直流逆变单元的控制信号，直流逆变单元依据预置电压波形信号和采样信号的比较结果调制交流电压的波形，由此实现闭环反馈控制。其中，输出电压波形可以利用分压器从高压整流单元的输出端获取，也可以通过对利用互感器从升压单元的输出端感应的电压信号进行整流后获取。
在本实施例中，预置电压波形的电压范围由反馈比较单元的输出而决定，一般在(0-30)V范围，也可以根据实际需要调整，而信号带宽原则上应低于直流逆变单元工作频率的二分之一，超过该范围的信号所得到的高压输出波形会有较大的畸变。中央处理单元、存储单元、D/A转换单元均采用通用电子技术研制，其型号、参数、性能等技术指标仅需要满足弱电压波形信号对于电压范围、信号带宽的基本要求即可。分压单元可采用本领域公知的电阻分压、电容分压或阻容分压。而直流逆变单元可采用公知的脉宽调制或频率调制。
本发明在基本不改变高频高压发生器的原有电路的基础上增加数字化可编程的任意波形信号发生装置，使用该装置对高频高压发生器反馈部分的预置参考电压进行调制后，高频高压发生器的高压输出由单一的稳压直流输出(当然存在一定的纹波和过冲、振零)变为与调制信号波形相同的高压输出波形，一般该高压输出的峰峰值电压可以在5kV～400kV的范围内。因而本发明的高压发生器不受原有高频高压发生器输入交流电源制式(单相220V或三相380V、50Hz或60Hz)的影响，不受直流逆变器工作频率、工作方式(桥式逆变、半桥式逆变或单端逆变)、开关元件类型(可控硅或晶体管)及调制方式(PFM或PWM)的影响。实现了各种不同波形输出，可以是波形带宽在直流到高压发生单元高频逆变单元工作频率二分之一范围内的任意波形。本高压发生器可以仿真工频高压发生单元的波形(包括常见的单相半波整流/单相全波整流/三相六峰整流/三相十二峰整流)、直流、三角波、方波等各种波形。并且由于采用了数字信号发生技术和计算机控制系统，输出的任意波形可以通过编程的方式产生，十分方便于用户使用。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。
Claims (4)
1.一种用于基于光感应方式的非介入式X射线高压表的检定/校准的数字式任意波形高压发生器，所述高压发生器包括：将输入交流电压整流成直流电压的整流单元；将所述直流电压转换成中间高频交流电压的直流逆变单元；将所述中间高频交流电压升压成交流高压的变压单元；将所述交流高压整流成高压直流的高压整流单元；对所述高压发生器的输出高压波形进行高压采样的采样单元；以及接收所述采样单元的采样信号的反馈比较单元，其中所述输出高压波形利用分压器从所述高压整流单元的输出端获取或者利用互感器从所述变压单元的输出端感应的电压信号进行整流后获取，其特征在于：所述高压发生器进一步包括用于产生预置电压波形信号的任意波形信号发生单元，所述反馈比较单元接收所述预置电压波形信号，所述直流逆变单元依据所述预置电压波形信号和所述采样信号的差分比较结果调制所述输出高压波形，所述预置电压波形信号的频率小于或等于所述直流逆变单元的工作频率的二分之一。
2.根据权利要求1所述的数字式任意波形高压发生器，其特征在于：所述任意波形信号发生单元包括：进行功能控制和数据处理的中央处理单元；存储与所述预置电压波形信号相对应的数字离散数据的存储单元；以及将所述数字离散数据转换成模拟波形信号的数模转换单元。
3.根据权利要求2所述的数字式任意波形高压发生器，其特征在于：所述数字离散数据由所述中央处理单元产生。
4.根据权利要求2所述的数字式任意波形高压发生器，其特征在于：所述任意波形信号发生单元进一步包括用于输入设置参数的用户输入单元。
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