CN103683985A - X射线管的高压驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种X射线摄影装置，尤其涉及一种X射线管的高压驱动电路，其中一第一电压乘法整流器单元和一第二电压乘法整流器单元基于一高压产生单元彼此串联，从而稳定地将自该高压产生单元产生的高压转换为高能效X射线管所用的驱动电能，且其中在该高压产生单元中的多个隔离变压器或高压变压器彼此串联，从而将该第二电压乘法整流器单元的电压划分为隔离变压器或高压变压器的耐电压，藉以确保杰出的隔离属性。

Description

X射线管的高压驱动装置
技术领域
本发明涉及一种X射线摄影装置，尤其涉及一种X射线管的高压驱动电路。
背景技术
在工业用X射线摄影装置中，产生的X射线束传送到铁片或混凝土结构的焊接部分，以拍摄该焊接部分或该结构的X射线图像，从而用户可基于所拍摄的X射线图像检查该焊接部分或该结构是否处于正常状态。
下文中，将进一步参考图1对在传统工业的X射线摄影装置中所用的X射线管的高压驱动电路进行描述。
X射线管的高压驱动电路包括：逆变器单元10，其用于接收商用AC（交流）电源的供给并产生高频AC电源；高压产生单元20，其用于从逆变器单元10通过其初级线圈接收所产生的高频AC电源的供给并将对应初级线圈和次级线圈的线匝比的高压电源电感到该次级线圈；以及电压乘法整流器单元30，其用于从高压产生单元20接收高压电源的供给并产生整流高压电源，其具有驱动X射线管40所需要的电平。
在这种情况中，电压乘法整流器单元30通过多个施加的高压电源倍增自高压产生单元20所施加的高压电源，以便产生整流高压电源。
X射线管40包括：X射线管外罩41，其内部处于真空状态；阴极43和阳极45，两者在X射线管外罩41内彼此相对设置；以及阴极灯丝47，其与阴极43的一端连接，以便在X射线管外罩41内相对于阳极45。在这个情况中，阳极45接地。电压乘法整流器单元30将所产生的整流高压电源提供到阴极43和与阴极43一端连接的阴极灯丝47，以及灯丝驱动供电单元50为阴极灯丝47提供驱动电源。
由提供到阴极灯丝47的驱动电源所产生的灯丝电流加热阴极灯丝47，从而产生热电子，这些热电子由于阳极45和阴极灯丝47之间的压差轮流与阳极45碰撞，从而产生X射线束。
图2为说明X射线管的传统高压驱动电路的电压乘法整流器单元的电路图。
参考图2，当高频电源（NP）施加到高压产生单元20的初级线圈上时，高压产生单元20将高频电源（NP）的电平提高到对应初级线圈和次级线圈的线匝比的电平，从而使得高压电源（NS）被电感到次级线圈。
电压乘法整流器单元30包括多个单元电压乘法电路（30-1，30-2，30-3，…，30-N），这些电路串联。每次，高压电源（NS）顺序流经各个单元电压乘法电路（30-1，30-2，30-3，…，30-N），施加到每个单元电压乘法电路（30-1，30-2，30-3，…，30-N）上的高压电源（NS）整流成高压电源，其是利用电压乘法整流器单元30倍增多个施加的高压电源（NS）而获得，进而输出。所述电压乘法整流器单元30产生整流高压电源，其具有足够的电平来允许X射线管40的X射线束通过级联的多个单元电压乘法单元（30-1，30-2，30-3，…，30-N）。
然而，为了产生具有足够电平的整流高压电源以从X射线管40产生X射线束，电压乘法整理器单元30需要包括多个单元电压乘法电路。此外，单元电压乘法电路的数量越多，能量转换效率越低且脉动电压越高，这使得很难包括无穷增加数量的单元电压乘法电路。进而，需要电压乘法电路的数量越多，电容器和二极管的电容将越大，其无法制造出薄轻趋势下的产品。因此，存在的问题在于X射线管40的高压驱动电路不能以便宜且精简的方式制造。
发明内容
本发明已经解决了上述在X射线管的传统高压驱动装置中存在的问题，且本发明的目的在于提供一种X射线管的高压驱动装置，其可产生一整流高压电源，该电源具有X射线管所需的电平，而减少单元电压乘法电路的级的数量。
本发明的又一目的在于提供一种X射线管的高压驱动装置，其中，一第一电压乘法整流器单元和一第二电压乘法整流器单元基于一高压产生单元彼此串联，从而产生一整流高压电源，该电源具有高能效X射线管所需的电平，且可以便宜精简的方式制造。
本发明的再一目的在于提供一种X射线管的高压驱动装置，其中，一高压产生单元由至少一个隔离变压器和至少一个高压变压器构成，这两个变压器彼此串联从而将一第二电压乘法整流器单元的电压划分为隔离变压器或高压变压器的耐电压(withstanding voltage)，藉以能够稳定地使用同时确保杰出的隔离属性。
为了获得上述目的，本发明提供一种X射线管的高压驱动装置，包括：一逆变器单元，其用于接收一商用AC电源的供给并将接收到的商用AC电源转换为一高频AC电源；一高压产生单元，其用于从逆变器单元接收高频AC电源的供给并产生一高压电源；以及一电压乘法整流器单元，其包含一第一电压乘法整流器单元以及一第二电压乘法整流器单元，该第一电压乘法整流器单元从高压产生单元接收高压电源的供给并产生一第一整流高压电源，第一整流高压电源具有为接收到的高压电源的倍数的电平，该第二电压乘法整流器单元从高压产生单元接收高压电源的供给并产生一第二整流高压电源，其具有与第一电压乘法整流器单元的第一整流高压电源相同的电平，第二电压乘法整流器单元串联到第一电压乘法整流器单元，其中，第一电压乘法整流器单元的一输出端连接到一阴极端，且第二电压乘法整流器单元的一输出端接地。
根据本发明的X射线管的高压驱动装置，高压产生单元可包括：一隔离变压器单元，其通过一初级线圈从逆变器单元接收高频AC电源的供给并产生一隔离的高频电源，该隔离的高频电源接着被电感至一次级线圈；以及一高压变压器单元，其从隔离变压器单元接收高频AC电源的供给且将接收的高频电源转换为高压电源。
更好地，高压产生单元可包括一个或多个隔离变压器单元，用于通过一初级线圈从逆变器单元接收高频电源的供给并产生一隔离的高频电源，该隔离的高频电源接着被电感至一次级线圈。
根据本发明的X射线管的高压驱动装置，第二电压乘法整流器单元的电压可分压为隔离变压器单元或高压变压器单元的耐电压。
更好地，第一电压乘法整流器单元或第二电压乘法整流器单元可为一考克饶夫－瓦耳顿型(cockcroft-walton)电压乘法整流器电路。
根据本发明的X射线管的高压驱动装置可进一步包括一灯丝驱动电源电压单元，用于为连接到X射线管的一阴极端的一阴极灯丝提供一驱动电源，且该灯丝驱动电源电压单元包括一个或多个灯丝变压器单元，用于分压X射线管的阴极端的电压，所述灯丝变压器单元彼此串联。
附图说明
图1为说明传统X射线摄影装置中所用的X射线管的高压驱动电路的内部结构的功能框图。
图2为说明X射线管的传统高压驱动电路的电压乘法整流器单元的电路图。
图3为说明本发明中X射线管的高压驱动装置的内部结构的功能框图。
图4为说明本发明中X射线管的高压驱动装置的高压产生单元120和灯丝变压器单元160的框图。
图5为说明本发明X射线管的高压驱动装置中所用的第一电压乘法整流器单元和第二电压乘法整流器单元的一例子的电路图。
其中，附图标记说明如下：
10，110  逆变器单元
20，120  高压产生单元
30电压乘法整流器单元
30-1，30-2，30-3，…，30-N 单元电压乘法电路
40，150  X射线管
41，151  X射线管外罩
43，153  阴极
45，155  阳极
47，157  阴极灯丝
50       灯丝驱动电源电压单元
130      第一电压乘法整流器单元
140      第二电压乘法整流器单元
160      灯丝变压器单元
T1       第一隔离变压器
T2  第二隔离变压器
T3  高压变压器
T4  第三隔离变压器
T5  第四隔离变压器
T6  第五隔离变压器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的X射线管的高压驱动装置做进一步的说明。
图3为说明本发明中的X射线管的高压驱动装置的内部结构的功能框图。
参考图3，逆变器单元110接收商用AC电源的供给并将该接收的商用AC电源通过高速切换操作转换为高频AC电源。高压产生单元120从逆变器单元110接收高频AC电源的供给以便产生高压电源。第一电压乘法整流器单元130和第二电压乘法整流器单元140基于高压产生单元120彼此串联。第一电压乘法整流器单元130接收高压产生单元120产生的高压电源的供给并产生第一整流高压电源，其具有为接收的高压电源倍数的电平。另一方面，第二电压乘法整流器单元140从高压产生单元120接收高压电源的供给并产生第二整流高压电源，通过在接收高压电源上倍增高压电源，使得该电源具有与第一电压乘法整流器单元130所产生的第一整流高压电源相同的电平。
在这个情况中，第二电压乘法整流单元140的一输出端接地。因此，第一电压乘法整流器单元130的一输出端的电压电平为负电压电平（-（A1+A2）kV），其对应从第一电压乘法整流器单元130产生的第一整流高压电源的电平（A1kv）和从第二电压乘法整流器单元140产生的第二整流高压电源的电平（A2kV）之和。
第一电压乘法整流器单元130的输出端连接到X射线管150，且第一电压乘法整流器单元130提供的电压电平是X射线管150产生X射线束所需的电平。该X射线管150包括X射线管外罩151，阴极153和阳极155，两极在X射线管151内彼此相对设置，且阴极灯丝147连接到阴极153的一端，从而在X射线管外罩151内相对于阳极155设置。在这个情况中，阳极155接地。
第一电压乘法整流器单元130产生的整流高压电源供应到阴极153和阴极灯丝157上。此时，灯丝变压器单元160从逆变器单元110接收高频AC电源的供给且产生驱动电源，用于驱动阴极灯丝157的应用。供应到阴极灯丝157上的灯丝电流对阴极灯丝157加热从而产生热电子，这些热电子由于阳极155和阴极灯丝157之间的压差轮流撞击阳极155，以便产生X射线束。
下面将参考上述描述再次说明高压产生单元120。
高压产生单元120由至少一个隔离变压器和至少一个高压变压器构成，这两个变压器彼此串联。隔离变压器从逆变器110通过初级线圈接收高频AC电源的供给并通过次级线圈产生电隔离的变压电源。高压变压器通过初级线圈从隔离变压器接收该变压电源的供给并产生高压电源，该电源的电平通过次级线圈提高至与初级线圈和次级线圈的线匝比对应的电平。
根据本发明的X射线管的高压驱动装置，高压产生单元120包括至少一个隔离变压器和至少一个高压变压器，两者彼此串联，从而第二电压乘法整流器单元140的电压分压为隔离变压器或高压变压器的耐电压。第二电压乘法整流器单元140的电压可基于第二电压乘法整理器单元140的电压电平分压为多种隔离变压器或高压变压器的耐电压。再者，在本发明中，第二电压乘法整流器单元140的电压可基于隔离变压器或高压变压器的耐电压的电平分压为多种隔离变压器或高压变压器的电压。在本发明中，高压产生单元120的电压可分压为至少一个隔离变压器和至少一个高压变压器的耐电压，这两个变压器彼此串联，从而高隔离属性可保持住以便允许X射线管的高压驱动电源供给安全地制造出来。
与此同时，更具体地，灯丝变压器单元160由一个或多个变压器构成，这些变压器彼此串联。灯丝变压器单元160通过初级线圈从逆变器单元110接收高频AC电源的供给并通过次级线圈产生电隔离驱动电源。阴极灯丝157连接阴极153的一端，且接着被连接至具有非常高的负电压的第一电压乘法整流器单元130的输出端。灯丝变压器单元160将阴极端的非常高的负电压分压为一个或多个彼此串联的隔离变压器的耐电压，从而高绝缘属性可保持从而允许阴极灯丝的驱动电源供应电压安全生产。
图4为说明本发明中X射线管的高压驱动装置的高压产生单元120和灯丝变压器单元160的框图。
下面将进一步参考图4详细描述高压产生单元120和灯丝变压器单元160。
高压产生单元120包括两个隔离变压器T1和T2，以及一个高压变压器T3。第一隔离变压器T1连接到逆变器单元110用来通过初级线圈从逆变器单元110接收高频AC电源的供给。施加到第一隔离变压器T1的高频电源转换为一磁场，然后被电感到第一隔离变压器T1的次级线圈，以便产生初级电隔离变压电源。另一方面，第二隔离变压器T2与第一隔离变压器T1串联，且通过初级线圈从第一隔离变压器T1接收初级变压电源的供给。施加到第二隔离变压器T2的初级线圈的初级变压电源转换为一磁场，然后电感到第二隔离变压器T2的次级线圈，以便产生次级电隔离变压电源。再者，高压变压器T3与第二隔离变压器T2串联，并通过初级线圈从第二隔离变压器T2接收第二变压电源的供给。施加到高压变压器T3的初级线圈的次级变压电源通过高压变压器T3的次级线圈转换为与高压变压器T3的初级线圈和次级线圈之间的线匝比对应的高压电源。
根据本发明中的X射线管的高压驱动装置，配置为第一电压乘法整流器单元130和第二电压乘法整流器单元140基于高压产生单元120彼此串联，且第二电压乘法整流器单元140的输出端接地。因此，第二电压乘法整流器单元140的电压分别利用-50kV分压为第一隔离变压器T1，第二隔离变压器T2和高压变压器T3的耐电压。这些变压器构成高压产生单元120。因此，高压产生单元120可为第一电压乘法整流器单元130和第二电压乘法整流器单元140提供电隔离的稳定高压电源。
与此同时，灯丝变压器单元160包括三个隔离变压器T4，T5和T6。第三隔离变压器T4连接逆变器单元110且通过初级线圈从逆变器单元110接收灯丝驱动电源的供给。施加到第三隔离变压器T4的初级线圈的灯丝驱动电源转换为一磁场，然后电感到第三隔离变压器T4的次级线圈，从而产生初级的电隔离的灯丝变压电源。与此同时，第四隔离变压器T5与第三隔离变压器T4串联，并通过初级线圈从第三隔离变压器T4接收初级灯丝变压电源的供给。施加到第四隔离变压器T5的初级线圈的灯丝灯丝变压电源转换为一磁场，然后电感到第四隔离变压器T5的次级线圈，从而产生次级的电隔离的灯丝变压电源。再者，第五隔离变压器T6与第四隔离变压器T5串联，并通过初级线圈从第四隔离变压器T5接收次级灯丝变压电源的供给。施加到第五隔离变压器T6的初级线圈的次级灯丝变压电源电感到第五隔离变压器T6的次级线圈，从而产生第三个电隔离灯丝变压电源。更好地，第三至第五隔离变压器T4，T5和T6中至少一个具有初级线圈和次级线圈之间不同的线匝比，并因此电感到次级线圈的电源转换成电源，其电平小于施加到初级线圈的电源的电平。
根据本发明中的X射线管的高压驱动装置。灯丝由于其与连接到第一电压乘法整流器单元130的输出端的阴极端短路而具有非常高负电压。第一电压乘法整流器单元130的非常高负电压分别利用100kV分压为第三隔离变压器T4，第四隔离变压器T5和第五隔离变压器T6的耐电压，这些隔离器彼此串联构成灯丝变压器单元160。因此，灯丝变压器单元160可为X射线管150的阴极灯丝提供电隔离的稳定灯丝驱动电源。
图5为说明本发明X射线管的高压驱动装置中所用的第一电压乘法整流器单元和第二电压乘法整流器单元的一例子的电路图。
下面将进一步参考图5描述第一电压乘法整流器单元和第二电压乘法整流器单元的例子。
第一电压乘法整流器单元130和第二电压乘法整流器单元140基于高压产生单元120彼此串联。第一电压乘法整流器单元130包括四个单元电压乘法电路，且将从高压产生单元120施加于其上的高压电源转换为电源，其具有的电平是施加到四个单元电压乘法电路的每一个的高压电源的倍数，然后输出整流高压电源，其具有的电平是从高压产生单元120的输出端施加在其上的高压电源的电平的八倍。
同时，第二电压乘法整流器单元140包括四个单元电压乘法电路，且将从高压产生单元120施加于其上的高压电源转换为电源，其具有的电平是施加到四个单元电压乘法电路的每一个的高压电源的倍数，然后输出整流高压电源，其具有的电平是从高压产生单元120的输出端施加在其上的高压电源的电平的八倍。进而，第二电压乘法整流器单元140的输出端接地，并因此负高压从第一电压乘法整理器单元130的输出端产生。
根据本发明的X射线管的高压驱动装置，配置为第一电压乘法整流器单元130和第二电压乘法整流器单元140基于高压产生单元120彼此串联形成一两阶结构，且第二电压乘法整流器单元140的输出端接地，从而第一电压乘法整流器单元130可产生整流高压电源，其电平为具有高能效的X射线管所需的电平。再者，电压乘法整理器单元配置为两阶结构，从而X射线管的高压驱动装置可使用低容电容或二极管便宜且精简的生产。
如上所述，本发明中的X射线管的高压驱动装置具有下面的各种有益效果。
首先，第一电压乘法整流器单元和第二电压乘法整流器单元基于高压产生单元彼此串联形成两阶结构，从而产生整流高压电源，该电源具有X射线管所需的电平，同时减少了构成第一电压乘法整流器单元或第二电压乘法整流器单元的单元电压乘法电路的数量。
其次，第一电压乘法整流器单元和第二电压乘法整流器单元基于高压产生单元彼此串联，从而产生整流高压电源，该电源具有高能效X射线管所需的电平，且X射线管的高压驱动装置可以便宜且精简的方式生产。也即是，电压乘法整理器单元分割成第一电压乘法整流器单元和第二电压乘法整流器单元，从而第一电压乘法整流器单元和第二电压乘法整流器单元中的每一个仅可产生驱动电源，该电源具有的电平为X射线管所需整个驱动电源的一半之多，藉以提高使用小数量单元电压乘法电路的电压增值效率。
第三，由至少一个隔离变压器和至少一个高压变压器构成的高压产生单元使得电压乘法整流器单元的电压分压为多个隔离变压器或高压变压器的耐电压，从而保持高绝缘属性。
第四，由一个或多个彼此串联的隔离变压器构成的灯丝变压器单元，使得X射线管的阴极端分压为保持高绝缘属性的隔离变压器的耐电压。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种X射线管的高压驱动装置，其特征在于，包括：
一逆变器单元，其用于接收一商用AC电源的供给并将该接收到的商用AC电源转换为一高频AC电源；
一高压产生单元，其用于从该逆变器单元接收该高频AC电源的供给并产生一高压电源；以及
一电压乘法整流器单元，其包含一第一电压乘法整流器单元以及一第二电压乘法整流器单元，该第一电压乘法整流器单元用于从该高压产生单元接收该高压电源的供给并产生一第一整流高压电源，该第一整流高压电源具有为该接收到的高压电源的倍数的电平，该第二电压乘法整流器单元用于从该高压产生单元接收该高压电源的供给并产生一第二整流高压电源，该第二整流高压电源具有与该第一电压乘法整流器单元的该第一整流高压电源相同的电平，该第二电压乘法整流器单元串联到该第一电压乘法整流器单元，
其中，该第一电压乘法整流器单元的一输出端连接到一阴极端，且该第二电压乘法整流器单元的一输出端接地。
2.如权利要求1所述的X射线管的高压驱动装置，其特征在于，该高压产生单元包括：
一隔离变压器单元，其通过一初级线圈从该逆变器单元接收该高频AC电源的供给并产生一隔离的高频电源，该隔离的高频电源接着被电感至一次级线圈；以及
一高压变压器单元，其用于从该隔离变压器单元接收该高频AC电源的供给且将该接收的高频电源转换为高压电源。
3.如权利要求2所述的X射线管的高压驱动装置，其特征在于，该高压产生单元包括一个或多个隔离变压器单元，用于通过一初级线圈从该逆变器单元接收该高频电源的供给并产生一隔离的高频电源，该隔离的高频电源接着被电感至一次级线圈。
4.如权利要求2或3所述的X射线管的高压驱动装置，其特征在于，该第二电压乘法整流器单元的电压被分压为该隔离变压器单元或该高压变压器单元的一耐电压。
5.如权利要求4所述的X射线管的高压驱动装置，其特征在于，该第一电压乘法整流器单元或该第二电压乘法整流器单元为一考克饶夫－瓦耳顿型电压乘法整流器电路。
6.如权利要求2所述的X射线管的高压驱动装置，其特征在于，进一步包括一灯丝驱动电源电压单元，用于为连接到X射线管的一阴极端的一阴极灯丝提供一驱动电源，
其中该灯丝驱动电源电压单元包括一个或多个灯丝变压器单元，用于分压X射线管的阴极端的电压，所述灯丝变压器单元彼此串联。
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