CN102570441A

CN102570441A - 高压放电模块以及具备该模块的高压放电装置

Info

Publication number: CN102570441A
Application number: CN2011104568477A
Authority: CN
Inventors: 管恩振; 王凯; 王维重; 陈毅; 黄艳敏
Original assignee: Philips and Neusoft Medical Systems Co Ltd
Current assignee: Neusoft Medical Systems Co Ltd; Philips China Investment Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供一种高压放电模块，其包括：在上述高压放电模块的电流输入端和电流输出端之间串连连接的多个放电单元；隔离变压器，包括一个初级输入线圈和变压比相同的多个次级输出线圈；以及多个负载电阻，分别串联连接在多个放电单元与电流输入端之间以及多个放电单元之间，其中，放电单元分别包括：晶体管开关元件；连接在晶体管开关元件的漏电极与源电极之间的旁路电阻；并联连接在晶体管开关元件的栅电极与源电极之间的栅极控制电路，栅极控制电路包括串联连接的隔离变压器的多个次级输出线圈中的某一个、限流电阻以及二极管。根据上述结构，能够使存储在高压电容或高压电缆的寄生电容内的能量得到快速释放。

Description

高压放电模块以及具备该模块的高压放电装置

技术领域

本发明涉及一种高压放电模块以及具备该模块的高压放电装置，更具体地说，涉及利用隔离变压器和晶体管开关元件构成、且能够快速释放高电压的高压放电模块和由多个该高压放电模块组成的高压放电装置。

背景技术

当前，在X光线检查装置的工作过程中，当曝光时会在高压发生器的高压油箱内产生直流高压或者脉冲高压，一般从数百伏到数千伏。当进行序列曝光或高压发生器停止工作时，需要启动高压放电电路工作，使得高压电容内以及高压电缆寄生电容内存储的能量通过高压放电电路释放。

在专利文献1中公开了一种直流高压放电模块，如图1所示，该直流高压放电模块连接在高压端与低压端之间，包括N级(N为正整数)放电控制层，所述N级放电控制层与放电负载形成串联支路，连接在所述直流高压端与低压端之间；在每一级放电控制层中均包含有一路N沟道MOS管，所述MOS管的栅极接收开关控制信号，漏极和源极分别与放电控制层的电流输入端和电流输出端对应连接。而且，在所述MOS管的漏极与栅极之间跨接有用于对施加到MOS管的电压进行限幅的稳压管，另外，在所述MOS管的栅极与源极之间跨接有电阻。

这样的直流高压放电模块采用MOS管作为开关元件，所以开关无次数限制，使用更耐久。而且，由于不发生打火现象，工作更安全。但是，该结构无法承受X光线检查装置的高压发生器的较高输出电压(可达到±75kV)，而且，由于MOS管串联的级数较少时尚可以利用，但在级数增加时，其驱动电路无法保证各MOS管的导通/截止的一致性，有可能会造成MOS管的反向电压击穿。再者，该直流高压放电模块中不具备MOS管均压电路，因此无法保证施加在各MOS上的电压的稳定性。

专利文献1：中国实用新型专利公告第201928017U号

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述问题而做出，其目的在于提供一种高压放电模块及具备该模块的高压放电装置，能够使存储在高压电容或高压电缆的寄生电容内的能量得到快速释放。

为了实现上述目的，本发明提供一种高压放电模块，其包括：在上述高压放电模块的电流输入端和电流输出端之间串连连接的多个放电单元；隔离变压器，包括一个初级输入线圈和变压比相同的多个次级输出线圈，为上述多个放电单元分别提供驱动电压；以及多个负载电阻，分别串联连接在上述多个放电单元与上述电流输入端之间以及上述多个放电单元之间，其中，上述放电单元分别包括：晶体管开关元件；连接在上述晶体管开关元件的漏电极与源电极之间的旁路电阻；并联连接在上述晶体管开关元件的上述栅电极与上述源电极之间的栅极控制电路，上述栅极控制电路由上述隔离变压器的多个次级输出线圈中的某一个、限流电阻以及二极管串联连接构成。

此外，在上述结构中，也可以是，在上述晶体管开关元件的上述栅电极与上述源电极之间还分别并联连接着双向二极管和电容器。

另外，在上述结构中，也可以是，上述多个负载电阻是具有相同的低阻值的电阻，上述各放电单元的旁路电阻是具有相同的高阻值的电阻。

此外，在上述结构中，上述晶体管开关元件可以是N沟道MOSFET、P沟道MOSFET和绝缘栅双极型晶体管中的任一种。

再者，本发明还提供一种高压放电装置，具备用于产生高电压的倍压电路，而且，在上述倍压电路的两端并联连接着上述结构的高压放电模块，上述高压放电模块的电流输入端连接在上述倍压电路的正极端，上述高压放电模块的电流输出端连接在上述倍压电路的负极端。

根据上述结构，能够在很短时间内释放作为外部装置的高压发生器的直流高压。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1是表示现有技术涉及的直流高压放电模块的主要结构的电路图。

图2是表示本发明涉及的高压快速放电电路的实际使用状态的电路示意图。

图3是表示本发明涉及的高压快速放电电路中的阳极侧高压放电模块的电路示意图。

图4是表示本发明涉及的高压快速放电电路中的阴极侧高压放电模块的电路示意图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明。

图2是表示本发明涉及的高压快速放电电路的实际使用状态的电路示意图。如图2所示，本发明的高压快速放电装置包括：阳极侧高压放电模块M1，其与阳极倍压电路U1并联连接，并且连接在阳极侧输出端与接地之间；以及阴极侧高压放电模块M2，其与阴极倍压电路U2并联连接，并且连接在阴极侧输出端与接地之间。通过这样的结构，在高压发生器停止工作时，存储在U1阳极侧倍压电路的高压电容中的电荷，通过与其并联的阳极侧高压放电模块M1快速放电，同时，存储在阴极侧倍压电路U2的高压电容中的电荷，通过与其并联的阴极侧高压放电模块M2快速放电。

图3是表示本发明涉及的高压快速放电电路中的阳极侧高压放电模块M1的电路示意图。如图3所示，该阳极侧高压放电模块M1包括多个串联连接的放电单元S1～Sn，各个放电单元S1～Sn之间通过负载电阻R11～R1n相互串联，其中，第一个放电单元S1的电流输入端通过负载电阻R11连接到阳极侧输出端，最后一个放电单元Sn的电流输出端直接连接到接地端。各个放电单元S1～Sn分别包括：N沟道MOSFET(金属-氧化层-半导体-场效晶体管)T1；在该N沟道MOSFET的栅极与源极之间分别并联连接的双向二极管和电容器C1～Cn，起到限制MOSFET驱动电压的作用；在该N沟道MOSFET的漏极和源极之间并联连接的大阻值的旁路电阻R31～R3n，该旁路电阻使得各个N沟道MOSFET两端的电压分布更均匀，以避免施加在MOSFET上的反向电压分布不均匀造成的电压击穿；此外，在N沟道MOSFET的栅极与源极之间，还并联连接着由二极管D1～Dn、限流电阻R21～R2n和次级输出线圈串联而成的栅极控制电路，用于将可以使N沟道MOSFET导通/截止的控制信号传送给N沟道MOSFET的栅极。

在本发明的高压快速放电电路中，使用一个隔离变压器L1来控制阳极高压放电模块M1的多个放电单元S1～Sn中的各N沟道MOSFET的导通/截止。即，该隔离变压器L1具有一个初级输入线圈和与多个次级输出线圈，多个次级输出线圈的变压比原则上均相同。这样，在隔离变压器的初级输入端施加了规定的原始驱动电压时，在该隔离变压器L1的各个次级输出线圈上也产生相对应的驱动电压，从而在栅极驱动电路上产生流向上述N沟道MOSFET的驱动电流，该驱动电流会驱动N沟道MOSFET导通。由此，通过在隔离变压器L1上施加一个原始驱动电压，就可以驱动阳极高压放电模块M1的多个放电单元S1～Sn中的各N沟道MOSFET同时导通。相同原理，当该原始驱动电压成为低电平时，也会驱动各个N沟道MOSFET同时截止。根据上述结构，可以避免在各个N沟道MOSFET截止时，每个N沟道MOSFET的电位不相同而导致其驱动电路间有很大电位差的问题，使得各个N沟道MOSFET的两端电压分布更均匀。

下面，说明上述结构的阳极侧放电模块M1的工作过程。

首先，当高压发生器L1启动而在阳极倍压电路U1上产生高电压时，形成高电压的电荷主要存储在上述阳极倍压电路U1的高压电容器内。此时，在隔离变压器L1的初级输入线圈上未施加原始驱动电压，因此在各个N沟道MOSFET的栅极上不流入驱动电流，因此各N沟道MOSFET均截止，但此时，由于在各N沟道MOSFET的高阻值的旁路电阻R31～R3n均相同，因此在各个N沟道MOSFET的漏极与源极之间施加的电压均相等。

之后，当高压发生器停止工作时，在在隔离变压器L1的初级输入线圈上施加规定的原始驱动电压，从而在上述隔离变压器L1的各个次级输出线圈上产生相同的驱动电压。由于各栅极驱动电路中的二极管D1～Dn和限流电阻R21～R2n的作用，会产生流向各个N沟道MOSFET的栅极的驱动电流，该驱动电流使各N沟道MOSFET全部导通，这样从阳极输入插座流出的电流会经由各个负载电阻R11～R1n和各个N沟道MOSFET之后，流到接地端，从而释放用于形成高电压的、存储在高压发生器的电容器或高压电缆的寄生电容中的电荷，亦即释放出高电压。

当高电压的释放工作结束后，在隔离变压器L1的初级输入线圈上施加低电平电压，使得各N沟道MOSFET截止。

由于在各个N沟道MOSFET的栅极上不流入驱动电流，因此各N沟道MOSFET均截止，但此时，由于在各N沟道MOSFET的高阻值的旁路电阻R31～R3n均相同，因此在各个N沟道MOSFET的漏极与源极之间施加的电压均相等。

图4是表示本发明涉及的高压快速放电电路中的阴极侧高压放电模块M2的电路示意图。阴极侧高压放电模块M2的结构和阳极侧高压放电模块M2基本相同，其不同点在于，该阴极侧高压放电模块M2的电流输入端连接到接地端，电流输出端连接到阳极输出插座。同样，该阴极侧高压放电模块M2的工作原理和阳极侧高压放电模块M1基本相同，在此省略详细描述。

在以上说明中，以N沟道MOSFET为例说明了本发明的高压放电电路中的晶体管开关元件，但无庸置疑，也可以使用P沟道MOSFET和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等。

此外，虽然在图2中例示了分别具备阳极侧倍压电路和阴极侧倍压电路的结构，但与它们分别并联的高压放电模块的结构是相同的，区别仅在于这些高压放电模块的连接位置的不同。因此，毋庸置疑，本发明涉及的高压放电模块可以与其他的倍压放大电路并联使用。

以上，例举本发明的优选实施例进行了说明，但是，本发明的保护范围并不限定于这些特定实施例，应解释为对本发明所属技术领域的技术人员显而易见的范围，均属于本发明的权利要求记载的范畴内。

Claims

1.一种高压放电模块，其特征在于，包括：

在上述高压放电模块的电流输入端和电流输出端之间串连连接的多个放电单元；

隔离变压器，包括一个初级输入线圈和变压比相同的多个次级输出线圈，为上述多个放电单元分别提供驱动电压；以及

多个负载电阻，分别串联连接在上述多个放电单元与上述电流输入端之间以及上述多个放电单元之间，其中，上述放电单元分别包括：

晶体管开关元件；

连接在上述晶体管开关元件的漏电极与源电极之间的旁路电阻；

并联连接在上述晶体管开关元件的上述栅电极与上述源电极之间的栅极控制电路，上述栅极控制电路包括串联连接的上述隔离变压器的多个次级输出线圈中的某一个、限流电阻以及二极管。

2.根据权利要求1所述的高压放电模块，其特征在于，

在上述晶体管开关元件的上述栅电极与上述源电极之间还分别并联连接着双向二极管和电容器。

3.根据权利要求1所述的高压放电模块，其特征在于，

上述多个负载电阻是具有相同的低阻值的电阻，上述各放电单元的旁路电阻是具有相同的高阻值的电阻。

4.根据权利要求1所述的高压放电模块，其特征在于，

上述晶体管开关元件是N沟道MOSFET、P沟道MOSFET和绝缘栅双极型晶体管中的任一种。

5.一种高压放电装置，具备用于产生高电压的倍压电路，其特征在于，

在上述倍压电路的两端并联连接着根据权利要求1至4中任一项所述的高压放电模块，上述高压放电模块的电流输入端连接在上述倍压电路的正极端，上述高压放电模块的电流输出端连接在上述倍压电路的负极端。