CN104470174A - 一种数字化用于移动式高频x射线机的高压电源 - Google Patents

Abstract

一种数字化用于移动式高频X射线机的高压电源，在STM32F103控制器连接高压驱动电路模块，灯丝电流驱动模块，外围输入信息采集模块，CAN总线通信模块，电源前级处理电路，外围输入信息采集模块，CAN总线通信模块，CPLD保护电路，1#电压参考源电路和2#电压参考源电路，并设有外围输入口；高压驱动电路模块和灯丝电流驱动模块连接高压发生器。本发明通过双电压参考源完成STM32F103控制器控制系统的稳定工作，有效的防止因死机而造成不必要的损失。在长时间使用以后仍然能够精确的校准电压参考源的精度，解决设备因长时间使用而导致的漂移。采用STM32F103控制器和CPLD保护电路并行工作的逻辑模式来控制开关射线，出现故障可在100us内快速切断高压保护射线管。

Description

一种数字化用于移动式高频X射线机的高压电源

技术领域

本发明涉及一种高频X 射线机的高压电源。具体说涉及一种移动式X射线机的高频超高压电源。

背景技术

移动高频X射线机用高压电源是X射线系统的重要组成部分。该电源的控制精度和稳定性直接影响了X射线管的寿命，可靠性。目前的移动高频X射线机用高压电源在控制精度，可靠性，维护性上都难以满足射线管的实际需要。现有的移动高频X射线机电源系统应用到X射线系统中，或是输出稳定度不够，长期使用输出电压可能会产生漂移。或是保护速度不够快，在高压系统出现故障时对X射线管保护速度不够快，看门狗的动作速度慢，在单片机死机到看门狗动作两个时间点之间，系统会有短暂的失控，导致X射线管损坏。一旦高压电源出现故障很可能会损坏X射线管，出现故障难以诊断。系统的功能扩展困难，不能满足多种场合的控制需要。外围保护功能不完善，冷却泵的流量和温度都是采用开关量口。一旦保护口的任意环节出现短路，断路等故障，很可能造成单片机无法读取保护信号，导致X射线机损坏。

发明内容

根据现有移动高频X射线机用高压电源存在的问题，本发明提出一种高压电源输出高压的控制精度，可靠性，可维护性都非常高的技术方案。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案是：一种数字化用于移动式高频X射线机的高压电源，包括高压驱动电路模块2，灯丝电流驱动模块3，高压发生器4，外围输入信息采集模块5，CAN总线通信模块6及CPLD保护电路8，其特征在于：STM32F103控制器1的接口DA1连接高压驱动电路模块2，STM32F103控制器1接口DA2连接灯丝电流驱动模块3，高压驱动电路模块2和灯丝电流驱动模块3连接高压发生器4，STM32F103控制器1的AIN接口连接外围输入信息采集模块5，STM32F103控制器1的接口RX1连接CAN总线通信模块6的接收端，STM32F103控制器1的接口TX1连接CAN总线通信模块6的发送端；STM32F103控制器1的接口VDD连接电源前级处理电路7，STM32F103控制器1输出端PC接口连接CPLD保护电路8的输入端，STM32F103控制器1的VREF+脚连接1#MAX6126电压参考源9的IN脚，STM32F103控制器1的AIN1脚连接2#ADR380电压参考源10的VIN脚，在STM32F103控制器1的接口PC11上设有外围输入口11。

 本发明具有以下优点：

1、通过双电压参考源完成STM32F103控制器控制系统的稳定工作， 这样可以有效的防止因死机而造成不必要的损失。

2、在长时间使用以后仍然能够精确的校准电压参考源的精度，解决设备因长时间使用而导致的漂移。

3、采用STM32F103控制器和CPLD保护电路并行工作的逻辑模式来控制开关射线，系统的核心保护电路通过EMP3064芯片来实现实时的检测和监控，一旦出现故障系统可以在100us内快速切断高压保护射线管。

4、本系统可以实时对冷却泵里面冷却液的流量、压力和温度进行实时的监控，并通过CAN总线通信模块传送人机界面显示，并保护本套高压系统。

5、本系统的上位机控制台配有以太网口，操作人员可以通过互联网远程控制射线管高压的关断和开启，并且出现故障后可以远程诊断系统。

6、本系统配有图形自动捕捉功能，当系统出现故障后操作人员可以启动图形捕捉模式查看故障时的高压波形，这样给故障的维修大大的节约了时间。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2系统控制电路连接图；

图中：1.STM32F103控制器， 2.高压驱动模块， 3.灯丝驱动电路， 4. 高压发生器， 5.外围输入信息采集模块， 6.CAN总线通信模块，  7.电源前级处理电路，  8. CPLD保护电路， 9. 1# MAX6126电压参考源电路， 10. 2# ADR380电压参考源电路， 11.外围输入口。

具体实施方式

结合附图详细说明本发明的结构。

一种数字化用于移动式高频X射线机的高压电源，如图1和图2所示，在STM32F103控制器1（意法半导体公司生产）的接口29连接型号为IXDH35N60B的高压驱动电路模块2，STM32F103控制器1接口30连接型号为IR2110的灯丝电流驱动模块3，高压驱动电路模块2和灯丝电流驱动模块3连接高压发生器4，STM32F103控制器1的AIN接口连接型号为STM32F103的外围输入信息采集模块5，STM32F103控制器1的接口RX1和TX1连接型号为ADM3251的CAN总线通信模块6；STM32F103控制器1的接口VDD连接型号为VBO36-08N08的电源前级处理电路7，STM32F103控制器1输出端PC连接型号为EPM3064的CPLD保护电路8的输入端，STM32F103控制器1的脚VREF+连接1#MAX6126电压参考源9（美国美信公司生产）的脚IN，STM32F103控制器1的脚AIN1连接2#ADR380电压参考源10（美国AD公司生产）的脚VIN，在STM32F103控制器1的接口PC11上设有外围输入口11。

本发明的工作过程和工作原理是：高压电源以STM32F103控制器1为系统控制核心，高压电源核心控制系统包括了高压驱动模块2，灯丝驱动模块3，高压发生器4和外围输入信息采集模块5，其中STM32F103控制器1分别控制高压驱动模块2和灯丝驱动模块3的正常运行，对高压采样和灯丝电流所采集来的电压和电流信号进行分析处理后生成相应的控制信号控制高压驱动模块2和灯丝驱动模块3，从而控制高压发生器4产生可控高压供射线管使用。STM32F103控制器1与CAN总线通信模块6，电源前级处理电路7， CPLD保护电路8，1#电压参考源电路9和2#电压参考源10相连接，当核心系统上电以后，STM32F103控制器1发出实时控制和监控信号，一旦系统运行出现故障以后CPLD保护电路8能够迅速的发出保护系统信号， 并且发出一系列的动作状态，达到及时、快速的保护效果，进而实现了快速保护射线管的目的。

STM32F103控制器1同时也监控CPLD保护电路8的运行状态，一旦发现CPLD保护电路8运行异常，会产生故障报警，并且会立即关断高压。电源前级处理电路7，高压驱动模块2，灯丝驱动模块3受到STM32F103控制器1和CPLD保护电路8的并行控制，只有二者都允许开高压后，开压才允许打开。

高压CPU系统采用STM32F103控制器1与CPLD保护电路8并行工作控制的方式。CPLD保护电路8负责输入口的数字滤波，将滤波后的信号传递给STM32F103控制器1。CPLD保护电路8同时负责监控STM32F103控制器1是否死机，STM32F103控制器1正常工作时会输出频率20K的方波信号，若CPLD保护电路8没有接收到此信号，表示STM32F103控制器1死机了。所以CPLD保护电路8可以在STM32F103控制器1死机后的100us内切断高压，然后逐步切断灯丝电路和前级电源。

STM32F103控制器1系统连续运行的核心是采用了两个参考电源同时工作来保证高压CPU系统可以正常的工作两个电压参考源同时工作。这两个电压参考源分别是1#MAX6126电压参考源  9与2#AD380电压参考源10两个集成芯片来完成基准电压的产生，1#MAX6126电压参考源9 芯片来产生2.5V基准电压，而另一路2V参考电压源则由2#ADR380电压参考源10 三端稳压芯片产生。为了防止因外界不稳定等因素干扰而导致2路参考电压源的精度、稳定度受影响，在图2中MAX6126和ADR380集成片的输入和输出端分别对地加入了去耦电容来防止外界不稳定因素等对基准源产生的干扰。电压参考源是系统运行的核心，一旦电压参考源有故障，产生3%漂移，所有的A/D采样和D/A输出都会产生3%的漂移。对于一般的射线机来讲3%的漂移相当于十几千伏的漂移，很有可能会损坏X射线管，造成严重经济损失。为此系统采用双电压参考源技术，采用一个2.5V电压参考源做基准，同时用一个2V电压参考源作为校正。系统工作时，要不断的对2V电压参考源进行采样，若采样电压不为2V，说明AD, DA系统存在故障。

在STM32F103控制器1的AlN7 ，AlN14 ，AlN15， AlN8和AlN9的接口上连接的外围信息釆集模块5接入放置在冷却泵内的流量和温度传感器的输岀信号端，及时读取，再通过CAN 总线通信模块6将该信号以每秒向外传递5帧。如果高压电源发现读取到的流量有故障或者在0.5秒内没有读取到冷却泵发送的数据帧，则可以确定冷却系统有故障，并立即关断X射线，以保护射线管。此外本套高压电源系统还配有上位计算机远程诊断功能，当系统开启高压以后现场会有很强的辐射，操作人员可以通过计算机远程模式控制高压的关断和开启，并且可通过远程计算机调节高压的kV与mA值，当系统出现故障报警时远程操作人员可启动图像捕捉模式及时的记录下高压报警时的异常波形，这样就给故障的诊断和维修带来很大的便利。上述STM32F103控制器1控制高压驱动模块2和灯丝驱动模块3，来驱动高压发生器产生射线管可以使用的高压，STM32F103控制器1正常的运行需要与CPLD保护电路8同时的协调工作方可使系统正常无误的运行，同时STM32F103控制器1的的运行信息以及监控和采样信息都可以通过CAN总线技术远程到计算机上，并且高压电源外围的检测电路均可以通过STM32F103控制器1上的外围输入口11进行检测与监控。

高压电源一般放置在X射线旁边，因为现场有辐射，测量比较困难。而且一般使用现场也没有维修人员和相应的维修工具。为了准确的诊断，维修。人机界面配置了波形显示模块，电源系统通过高速采样，取得输出高压，输出电流的实时值，并通过CAN总线传递给人机界面的波形显示模块，在液晶屏上显示。波形模块有自动捕捉功能，可以自动捕捉高压系统的异常波形。操作人员可以用拍照模块存下波形异常，并通过互联网发送给远端的服人员。对于较复杂的故障，服务人员可以采用调试软件诊断直接控制X射线机， 并采集诊断信息。电脑上运行的远程诊断软件可以在现场操作人员按下“远程遥控方式”后通过互联网，控制X射线的开关。远距离监控管压，管流的实时信息。 

Claims (1)

1.一种数字化用于移动式高频X射线机的高压电源，包括高压驱动电路模块（2），灯丝电流驱动模块（3），高压发生器（4），外围输入信息采集模块（5），CAN总线通信模块（6）及CPLD保护电路（8），其特征在于：STM32F103控制器（1）的接口DA1连接高压驱动电路模块（2），STM32F103控制器（1）接口DA2连接灯丝电流驱动模块（3），高压驱动电路模块（2）和灯丝电流驱动模块（3）连接高压发生器（4），STM32F103控制器（1）的AIN接口连接外围输入信息采集模块（5），STM32F103控制器（1）的接口RX1连接CAN总线通信模块（6）的接收端，STM32F103控制器（1）的接口TX1连接CAN总线通信模块（6）的发送端；STM32F103控制器（1）1的VDD接口连接电源前级处理电路（7），STM32F103控制器（1）输出端PC连接CPLD保护电路（8）的输入端，STM32F103控制器（1）的VREF+脚连接1#MAX6126电压参考源（9）的IN脚，STM32F103控制器（1）的脚24连接2#ADR380电压参考源（10）的VIN脚，在STM32F103控制器1的接口PC11上设有外围输入口（11）。