CN104218842B - 一种能够输出多级能量的线性调制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够输出多级能量的线性调制器，包括：第一变压器、整流滤波电路、降低Q值电路、触发电路、高压开关、人工线、第二变压器和控制器；触发电路包括：分压器、比较器和触发器；分压器对人工线电压进行分压，将分压取样信号输入比较器的一个输入端；比较器的另一个输入端连接至少两个档位的参考电压；比较器的输出端连接触发器的输入端；触发器用于控制开关管的开关状态；控制器用于控制比较器的输入端连接的参考电压的切换。通过在触发电路中的比较器的一个输入端连接多个档位的参考电压，在不同需要时，切换不同电压值的参考电压，控制降低Q值电路在不同的时刻进行放电，实现负载上产生不同幅值脉冲电压，满足医疗上多种场合应用。

Description

一种能够输出多级能量的线性调制器

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，特别涉及一种能够输出多级能量的线性调制器。

背景技术

调制器(高压脉冲调制器的简称)的主要功能是为微波系统中的微波源(磁控管或速调管)或加速管提供所需的高压脉冲和灯丝电流。

下面结合图1介绍现有技术中的调制器的工作原理。

参见图1，调制器包括：第一变压器100、整流滤波电路200、降低Q值电路300、触发电路400、高压开关K1、人工线500、第二变压器600；

第一变压器100的输入端连接三相电网电压，第一变压器100的输出端连接整流滤波电路200。第一变压器100用于将三相电网电压进行升压后发送给所述整流滤波电路200，所述整流滤波电路200用于对升压后的交流电压进行整流滤波后的直流高压电源输出给所述降低Q值电路300。

所述降低Q值电路300包括第一电感Lp、第一电容C1、第一电阻R1和开关管K2；第一电感Lp的第一端连接所述整流滤波电路200的正输出端，所述第一电感Lp的第二端通过第一二极管D1连接人工线500的第一端，人工线500的第二端通过第二变压器600的初级绕组接地。

所述第一电感Lp的第二端通过串联的第一电容C1和开关管K2连接第一电感Lp的第一端。其中，第一电阻R1并联在C1的两端。

所述人工线500是模仿长传输线的器件，包括电容和电感。其中人工线500中的电容和降低Q值电路300中的第一电感Lp组成LC振荡电路，该LC振荡电路给人工线500进行充电，使人工线500上的电压高于直流高压电源的电压。

高压开关K1的第一端连接人工线500的第一端，K1的第二端接地。

K1闭合时，人工线500上的电压进行放电，通过T2为负载提供高压脉冲信号。

其中，降低Q值电路300的作用是防止调制器输出的高压脉冲的幅值受到三相电网电压波动的影响。

下面介绍降低Q值电路300的工作原理。

首先，分压器将人工线电压VPFN进行分压后给了比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端连接参考电压Vref。当分压器的取样电压高于Vref时，比较器输出有效信号给触发器，触发器产生一个脉冲触发信号触发K2闭合，这样可以降低充电回路的Q值，使Lp中的残余能量从降低Q值电路300中释放掉，从而使人工线500上的充电截止，实现对人工线500上电压的控制。

随着放疗技术的发展，以调制器为核心部件的医用电子直线加速器越来越需要能够提供多档能量的X射线，用来治疗处于人体中不同深度的肿瘤或进行3D适形放疗。

但是，现有技术中的调制器仅能提供单级能量的输出。本领域技术人员需要提供一种能够输出多级能量的调制器，以满足医疗上的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够输出多级能量的线性调制器，能够输出多级能量，满足医疗上的应用。

本发明实施例提供一种能够输出多级能量的线性调制器，包括：第一变压器、整流滤波电路、降低Q值电路、触发电路、高压开关、人工线、第二变压器和控制器；

所述第一变压器的输入端连接电网电压，所述第一变压器的输出端连接所述整流滤波电路；所述第一变压器，用于将所述电网电压进行升压后发送给所述整流滤波电路；所述整流滤波电路，用于对升压后的交流电压进行整流滤波，输出直流电压；

所述降低Q值电路包括第一电感、第一电容、第一电阻和开关管；所述第一电感的第一端连接所述整流滤波电路的正输出端，所述第一电感的第二端通过第一二极管连接人工线的第一端；所述人工线的第二端通过第二变压器的初级绕组接地；所述第一电感的第二端通过串联的第一电容和开关管连接第一电感的第一端；所述第一电阻并联在所述第一电容的两端；

所述触发电路包括：分压器、比较器和触发器；

所述分压器；用于对人工线电压进行分压，将分压取样信号输入所述比较器的一个输入端；所述比较器的另一个输入端连接至少两个档位的参考电压；所述比较器的输出端连接所述触发器的输入端；所述触发器，用于控制所述开关管的开关状态；

所述控制器，用于控制所述比较器的输入端连接的所述参考电压的切换。

优选地，所述第一变压器的原边绕组中的每相均设置至少一个抽头；每相的抽头个数相同；

所述控制器，还用于通过控制不同的抽头与电网电压连接来切换所述第一变压器的原边绕组和副边绕组的变比。

优选地，所述参考电压的档位个数与每相中的所述抽头的个数不相同。

优选地，所述参考电压的档位个数与每相中的所述抽头的个数相同。

优选地，还包括：继电器；

所述继电器的个数与所述参考电压的档位个数相同；

每个所述参考电压通过一个所述继电器的一个常开触点连接所述比较器的输入端；

所述控制器，还用于控制不同的继电器的线圈得电来控制该继电器的常开触点闭合，以使对应档位的参考电压接入所述比较器的输入端。

优选地，还包括接触器，所述接触器的个数与每相中的所述抽头的个数相同；

每个接触器包括三个常开触点，每个常开触点串联在每相的一个抽头与电网电压之间；

所述控制器，用于控制不同的接触器的常开触点闭合来切换所述第一变压器的变比。

优选地，还包括接触器，所述接触器的个数与所述抽头的个数相同；

每个接触器包括四个常开触点，其中三个常开触点分别串联在每相的一个抽头与电网电压之间，剩余的另一个常开触点连接在所述参考电压和比较器的输入端之间。

优选地，所述抽头的个数为三个，所述参考电压的档位为三个。

优选地，所述参考电压的取值范围为大于V1，且小于V2；

其中所述V1为所述降低Q值电路输出电压过冲的临界点对应的电压值；

所述V2为所述整流滤波电路输出电压的两倍。

优选地，所述接触器的个数为三个。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本实施例提供的调制器，通过在触发电路中的比较器的一个输入端连接多个档位的参考电压，在不同需要时，可以切换不同电压值的参考电压，进而控制比较器在不同电压值时进行翻转，进而可以控制降低Q值电路在不同的时刻进行放电，从而实现人工线中电容的电压稳定在不同的电压值，实现负载上产生不同幅值的脉冲电压，即输出多个能量级的脉冲电压，满足医疗上的多种场合的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的调制器的示意图；

图2是本发明提供的调制器的实施例一示意图；

图3是本发明提供的调制器的实施例二示意图；

图3a是本发明提供的触发电路内部示意图；

图4是本发明提供的调制器的实施例三示意图；

图5是本发明提供的调制器的实施例四示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

调制器实施例一：

参见图2，该图为本发明提供的调制器的实施例一示意图。

本实施例提供的能够输出多级能量的线性调制器，包括：第一变压器100、整流滤波电路200、降低Q值电路300、触发电路400、高压开关K1、人工线500、第二变压器600和控制器700；

所述第一变压器100的输入端连接电网电压，所述第一变压器100的输出端连接所述整流滤波电路200；

所述第一变压器100，用于将所述电网电压进行升压后发送给所述整流滤波电路200；

所述整流滤波电路200，用于对升压后的交流电压进行整流滤波，输出直流电压；

所述降低Q值电路300包括：第一电感Lp、第一电容C1、第一电阻R1和开关管K2；

所述第一电感Lp的第一端连接所述整流滤波电路200的正输出端，所述第一电感Lp的第二端通过第一二极管D1连接人工线500的第一端；

所述人工线500的第二端通过第二变压器600的初级绕组接地；所述第一电感Lp的第二端通过串联的第一电容C1和开关管K2连接第一电感Lp的第一端；

所述第一电阻R1并联在所述第一电容C1的两端；

所述触发电路400包括：分压器400a、比较器400b和触发器400c；

所述分压器400a；用于对人工线电压进行分压，将分压取样信号输入所述比较器400b的一个输入端；

所述比较器400b的另一个输入端连接至少两个档位的参考电压；所述比较器400b的输出端连接所述触发器400c的输入端；

需要说明的是，所述参考电压可以为两个，也可以为两个以上，例如三个，四个或五个等。本实施例中以参考电压为三个为例进行说明。

可以理解的是，比较器的工作原理是将分压取样信号和参考电压进行比较，进而将输出进行翻转。比较器输入端的参考电压发生变化时，则比较器的输出信号将在不同的分压取样信号时才翻转。这样通过切换参考电压来使K2在不同的时刻导通。进而可以使人工线500中电容的电压稳定在不同的电压值，这样可以在放电过程中使调制器的负载上产生不同幅值的脉冲电压。

所述触发器400c，用于控制所述开关管K2的开关状态；

所述控制器700，用于控制所述比较器400b的输入端连接的所述参考电压的切换。

可以理解的是，选择哪个参考电压接入比较器400b的输入端是需要控制器700来控制的。

例如，当负载为医用电子直线加速器时，拍片时可以用较低的电压来实现，即比较器的输入端接入的参考电压可以为电压值比较小的电压。当进行治疗时，需要在比较器的输入端接入电压值比较大的参考电压。

本实施例提供的调制器，通过在触发电路400中的比较器的一个输入端连接多个档位的参考电压，在不同需要时，可以切换不同电压值的参考电压，进而控制比较器在不同电压值时进行翻转，进而可以控制降低Q值电路300在不同的时刻进行放电，从而实现人工线中电容的电压稳定在不同的电压值，实现负载上产生不同幅值的脉冲电压，即输出多个能量级的脉冲电压，满足医疗上的多种场合的应用。

调制器实施例二：

参见图3，该图为本发明提供的调制器的实施例二示意图。

本实施例中介绍控制器700控制多档参考电压的接入。

可以理解的是，控制器700可以通过控制器开关的闭合来控制参考电压的接入。

例如，以三个参考电压为例，分别是Vref1、Vref2和Vref3。

其中，Vref1通过第一开关S1接入比较器400b的一个输入端，Vref2通过第二开关S2接入比较器400b的一个输入端，Vref3通过第三开关S3接入比较器400b的一个输入端。可以理解的是，所有的参考电压接入的是比较器400b的同一个输入端如图3a所示。

可以理解的是，三个开关S1、S2和S3可以为IGBT管，也可以为MOS管。另外，三个开关S1、S2和S3也可以为继电器或接触器对应的常开触点。

当多档参考电压由继电器的常开触点来控制其接入比较器的输入端时，所述继电器的个数与所述参考电压的档位个数相同；例如，有三个档位的参考电压，就需要对应的三个继电器。

每个所述参考电压通过一个所述继电器的一个常开触点连接所述比较器的输入端；

所述控制器700，还用于控制不同的继电器的线圈得电来控制该继电器的常开触点闭合，以使对应档位的参考电压接入所述比较器的输入端。

例如，S1对应的是第一继电器的常开触点，第一继电器的线圈图中没有示出。当需要Vref1接入比较器400b的一个输入端时，控制器700控制第一继电器的线圈得电，从而S1吸合，这样Vref1被接入比较器400b的一个输入端。

需要说明的是，当整流滤波电路200输出的直流高压为固定值时，例如为13kV，当设置Vref1<Vref2<Vref3时，充电完毕后，人工线500中的电容上的电压也依次增加，在放电时，负载上形成的脉冲电压也依次增加，从而实现了调制器多级能量的输出。

需要说明的是，比较器400b输入端连接的参考电压是有选择范围的，因为当参考电压太高时，降低Q值电路300将无法正常工作。当然，参考电压也不能太小，当参考电压小于Vref(降低Q值电路输出电压过冲的临界点对应的电压值)时，将导致降低Q值电路输出电压的凸起部分高于设置的参考电压，从而也将导致降低Q值电路不能正常工作。

因此，当直流高压和R1的值、C1的值固定时，所述参考电压的取值范围为大于V1，且小于V2；其中，所述V1为所述降低Q值电路输出电压过冲的临界点对应的电压值；所述V2为所述整流滤波电路输出电压的两倍。

另外，由于比较器400b的输入端的参考电压改变，仅能使调制器输出的脉冲电压在小幅度范围内变化，下面介绍大范围内调整调制器输出的脉冲电压的方案。

调制器实施例三：

参见图4，该图为本发明提供的调制器的实施例三示意图。

本实施例中通过将第一变压器的原边绕组中设置抽头来实现第一变压器原边绕组和副边绕组匝比的变化，进而调整调制器输出的脉冲电压大幅度变化。

可以理解的是，所述参考电压的档位个数与所述抽头的个数可以不相同，也可以相同。本实施例中以参考电压的档位个数与抽头的个数不相同为例进行介绍，例如抽头的个数为每相两个，其实是两组，每组中包括三相的抽头。参考电压为三个。

第一变压器100的原边绕组中的每相均设置至少一个抽头；每相的抽头个数相同；例如每相均设置两个抽头，这样当不同的抽头连接电网电压时，第一变压器100的原边绕组和副边绕组可以形成两种不同的匝比。

所述控制器700，还用于通过控制不同的抽头与电网电压连接来切换所述第一变压器的原边绕组和副边绕组的变比。

图4中以每相设置两个抽头为例来介绍，A相中设置的两个抽头分别为A1和A2，B相中设置的两个抽头分别为B1和B2，C相中设置的两个抽头分别为C1和C2。

A1、B1和C1为第一组抽头，A2、B2和C2为第一组抽头。

其中，第一组抽头由第一接触器K3联动控制，第二组抽头由第二接触器K4联动控制。

其中K3和K4受控于控制器700，控制器700可以通过控制K3或者K4闭合来实现第一变压器的原边抽头连接电网电压，即L1、L2和L3分别代表电网电压的三相。

可以理解的是，S1、S2和S3的控制与图3中的相同，在此不再赘述。

本实施例中，每一种变比的抽头可以配备多档的参考电压切换，这样可以实现在每个大幅度档位切换时，配有多个小幅度档位的切换。

本实施例提供的调制器，不仅在比较器的一个输入端设置多档参考电压，而且在第一变压器的原边绕组设置多个抽头，实现第一变压器原边绕组和副边绕组的匝比变化，从而进一步控制调制器的输出脉冲电压的等级。通过多档参考电压可以小幅度调整调制器输出的脉冲电压的等级，通过抽头可以大幅度调整调制器输出的脉冲电压的等级。当然，需要的等级越多，则可以通过增加参考电压的档位和/或抽头的个数来实现。

调制器实施例四：

参见图5，该图为本发明提供的调制器的实施例四示意图。

实施例三中，切换参考电压的开关和切换抽头的开关分别单独控制。本实施例中介绍将参考电压和抽头的开关合二为一，由同一个接触器的不同触点来实现联动控制，此时抽头的个数和参考电压的个数相同，例如均为三个。

如图5所示，第一组抽头(A1、B1和C1)和Vref1均由第一接触器K3来控制，其中控制第一组抽头由K3的主触点来控制，Vref1由K3的辅助触点来控制，即控制第一组抽头的主触点闭合时，控制Vref1的辅助触点也闭合，此时，第一组抽头对应的匝比和Vref1联合决定了调制器输出的脉冲电压的等级。

同理，第二组抽头(A2、B2和C2)和Vref2均由第二接触器K4来控制，其中控制第二组抽头由K4的主触点来控制，Vref2由K4的辅助触点来控制，即控制第二组抽头的主触点闭合时，控制Vref2的辅助触点也闭合，此时，第二组抽头对应的匝比和Vref2联合决定了调制器输出的脉冲电压的等级。

第三组抽头(A3、B3和C3)和Vref3均由第三接触器K5来控制，其中控制第三组抽头由K5的主触点来控制，Vref3由K5的辅助触点来控制，即控制第三组抽头的主触点闭合时，控制Vref3的辅助触点也闭合，此时，第三组抽头对应的匝比和Vref3联合决定了调制器输出的脉冲电压的等级。

本实施例中通过控制器700联合控制抽头的切换和参考电压的切换，抽头和参考电压由共同的接触器来完成切换，可以使控制更加简单，并且同时也节省硬件成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种能够输出多级能量的线性调制器，其特征在于，包括：第一变压器、整流滤波电路、降低Q值电路、触发电路、高压开关、人工线、第二变压器和控制器；

所述第一变压器的输入端连接电网电压，所述第一变压器的输出端连接所述整流滤波电路；所述第一变压器，用于将所述电网电压进行升压后发送给所述整流滤波电路；所述整流滤波电路，用于对升压后的交流电压进行整流滤波，输出直流电压；

所述降低Q值电路包括第一电感、第一电容、第一电阻和开关管；所述第一电感的第一端连接所述整流滤波电路的正输出端，所述第一电感的第二端通过第一二极管连接人工线的第一端；所述人工线的第二端通过第二变压器的初级绕组接地；所述第一电感的第二端通过串联的第一电容和开关管连接第一电感的第一端；所述第一电阻并联在所述第一电容的两端；

所述触发电路包括：分压器、比较器和触发器；

所述分压器；用于对人工线电压进行分压，将分压取样信号输入所述比较器的一个输入端；所述比较器的另一个输入端连接至少两个档位的参考电压；所述比较器的输出端连接所述触发器的输入端；所述触发器，用于控制所述开关管的开关状态；

所述控制器，用于控制所述比较器的输入端连接的所述参考电压的切换；

还包括接触器，所述接触器的个数与所述第一变压器原边绕组中每相的抽头的个数相同；

每个接触器包括四个常开触点，其中三个常开触点分别串联在每相的一个抽头与电网电压之间，剩余的另一个常开触点连接在所述参考电压和比较器的输入端之间。

2.根据权利要求1所述的能够输出多级能量的线性调制器，其特征在于，所述第一变压器的原边绕组中的每相均设置至少一个抽头；每相的抽头个数相同；

所述控制器，还用于通过控制不同的抽头与电网电压连接来切换所述第一变压器的原边绕组和副边绕组的变比。

3.根据权利要求2所述的能够输出多级能量的线性调制器，其特征在于，所述参考电压的档位个数与每相中的所述抽头的个数不相同。

4.根据权利要求2所述的能够输出多级能量的线性调制器，其特征在于，所述参考电压的档位个数与每相中的所述抽头的个数相同。

5.根据权利要求3或4所述的能够输出多级能量的线性调制器，其特征在于，还包括：继电器；

所述继电器的个数与所述参考电压的档位个数相同；

每个所述参考电压通过一个所述继电器的一个常开触点连接所述比较器的输入端；

所述控制器，还用于控制不同的继电器的线圈得电来控制该继电器的常开触点闭合，以使对应档位的参考电压接入所述比较器的输入端。

6.根据权利要求1所述的能够输出多级能量的线性调制器，其特征在于，所述抽头的个数为三个，所述参考电压的档位为三个。

7.根据权利要求1-4任一项所述的能够输出多级能量的线性调制器，其特征在于，所述参考电压的取值范围为大于V1，且小于V2；

其中所述V1为所述降低Q值电路输出电压过冲的临界点对应的电压值；

所述V2为所述整流滤波电路输出电压的两倍。

8.根据权利要求1所述的能够输出多级能量的线性调制器，其特征在于，所述接触器的个数为三个。