CN104868533A - 高频x射线机的锂电池供电方法和电路 - Google Patents

Abstract

一种高频Ｘ射线机的锂电池供电方法和电路，所述供电方法包括锂电池给X射线管的高压供电和灯丝加热。所述的控制电路包括锂电池供电主电路，以及X射线机的管电压和管电流的反馈检测电路装置。所述方法将锂电池的正极接在高频变压器初级绕组的中部，脉冲波轮流交替驱动一对场效应管的开和关，电流通过变压器初级绕组的上半部或下半部、轮流交替通过场效应管，最后到达锂电池的负极，这样高频变压器初级绕组的磁通量实现了快速交替变化，从而次级绕组感生出高频电源；高频变压器次级的主绕组经过高频变压器升压，倍压整流电路进一步升压、整流之后，就可得到小电流高压直流电源，加在固定阳极X射线管上，就实现了锂电池给X射线管的高压供电。

Description

高频X射线机的锂电池供电方法和电路

技术领域    

    本发明涉及一种高频X射线机的锂电池供电方法和电路，属高频X射线机供电技术领域。

背景技术    

 研制高指标、高稳定性、低成本、易维护的高频 X线机，是我国医疗行业长远发展规划中的重点发展领域和关键技术。

公告号CN2564112公开了一种便携式牙科X射线机，提出了小容量组合式X线发生器电路构成，同时设计的一种便携式牙科X射线机包括一个控制箱和主机，主机包括逆变电路、高频整流电路、灯丝电路。该类电路不足之处在将逆变电路放置在主机内，难于保证其绝缘、抗干扰能力。

公告号CN100355324公开了浜松光子学株式会社的一种X射线管控制装置和X射线管控制方法，该专利提出：在控制装置储存与管电压值对应的动作程序。利用了存储单位的预存数值、数值计算结合而输出控制信号，但无法消除元器件、X发射管的电参数差异影响。

公开号CN1048780公开了通用电气公司的一种X射线管的电流控制装置，该专利提出：管电流反馈信号用来控制Ｘ射线管灯丝电流，通过插入一个与管电流命令倒数成比例的信号，在管电流的宽范围内使反馈环路的增益保持基本不变。但该专利的管电流进行了固定比率补偿，即只进行了一段补偿，难以精确补偿X射线发射管阴极空间电荷效应。

公开号CN2919781公开了一种高频直流X射线高压发生器，但该类电路不足之处是没有管电流、管电压的反馈检测电路，不能精确控制管电流、管电压。

公开号CN1460450公开了一种高频床旁X光机、公告号2904564公开了一种Ｘ－线发生器的组合机头机芯、公开号CN101128081公开了一种Ｘ射线源组合件、公开号CN101128081公开了一种Ｘ射线源组合件、公开号CN101083867公开了一种Ｘ射线发生装置，这些仅涉及到组合机头机芯的固定问题，但未涉及锂电池电源。

这些专利未涉及关于锂电池供电的高频X射线机，国内所生产的X射线管射线机体积较大，且都采用交流市电供电，不适应制作野外作业的高频X射线机。目前需要发展一种用于野外作业的高频X射线机，要求能实现锂电池供电，且具有体积小、重量轻、性能高等优点。

发明内容    

本发明的目的是，为解决上述问题，实现X射线机在野外无市电供应的环境下继续使用、方便携带、性能先进的功能，本发明提出一种高频X射线机的锂电池供电方法和控制电路装置，解决锂电池供电的问题。

本发明的技术方案是，本发明包括为锂电池给X射线管供电的电路和锂电池给X射线管的高压供电方法。

本发明一种锂电池给X射线管的高压供电方法如下：

将锂电池的正极接在高频变压器初级绕组的中部，脉冲波轮流交替驱动一对场效应管的开和关，电流通过变压器初级绕组的上或下半部、轮流交替通过场效应管，最后到达锂电池的负极，这样高频变压器初级绕组的磁通量实现了快速交替变化，从而次级绕组感生出高频电源。高频变压器次级的主绕组经过高频变压器升压，倍压整流电路进一步升压、整流之后，就可得到小电流高压直流电源，加在固定阳极X射线管上，就实现了锂电池给X射线管的高压供电。

本发明一种锂电池给X射线管的灯丝加热方法：

锂电池正负极接入直流电源控制芯片的电源输入端，调节电路参数，就可使电源芯片输出端的电压得到精确控制，将该输出端加在X射线管的灯丝上，就实现了锂电池给X射线管的灯丝加热。

本发明锂电池供电电路包括锂电池给X射线管供电的主电路、锂电池给X射线管的灯丝加热电路、X射线管锂电池供电控制电路、X射线机管电流的反馈电路和X射线机管电压的反馈电路。

本发明锂电池给X射线管高压供电的主电路由场效应管MOSFET、可循环充电的锂电池、高频变压器、倍压整流电路、固定阳极X射线管、球管、灯丝加热电路、TL494芯片PWM驱动电路、管电压反馈电路和管电流反馈电路。两个场效应管的漏极接高频变压器初级绕组的两端，两个场效应管的源极共同连接锂电池的负极，锂电池的负极连接变压器初级绕组的中间抽头；两个场效应管的栅极分别连接TL494芯片PWM驱动电路；高频变压器的次级主绕组连接倍压整流电路；高频变压器的次级辅助绕组的A端通过管流反馈电路接地，高频变压器的次级辅助绕组的B端通过管压反馈电路接地；倍压整流电路的输出端连接固定阳极X射线管；固定阳极X射线管的灯丝连接灯丝加热电路。

锂电池给X射线管高压供电的主电路的工作原理如下：锂电池的正极接在高频变压器初级绕组的中部，TL494芯片PWM驱动电路轮流交替驱动MOSFET管S1、S2开和关，电流通过变压器初级绕组的上或下半部、分别通过MOSFET管S1、S2，最后到达锂电池的负极。高频变压器初级绕组的电磁就高频率地变化，从而感应了次级绕组。高频变压器次级的主绕组经过高频变压器升压，倍压整流电路进一步升压、整理之后，就得到了高压直流电源，加在固定阳极X射线管上。

本发明X射线机锂电池供电的控制电路包括TL494芯片、电阻R6、电阻R7。电阻R7一端接地，一端连接电阻R6共同接TL494芯片的引脚２，电阻R6的另一端连接TL494芯片的引脚12的V_CC。调节高精度电阻R6与R7的电阻比，就可使TL494芯片引脚2的电压数值改变，即得到管电压设定值Vs，TL494芯片引脚1处接管电压反馈值Vt。TL494芯片引脚4的电压用于死区时间控制，接管电流反馈电压Vgt。TL494芯片的控制输出是比引脚1、2、4处的电压值的综合效果，引脚8、11轮流交替输出PWM高频矩形波，放大之后再去轮流交替驱动MOSFET管S1、S2的开和关。

所述灯丝加热控制电路将锂电池正负极接入芯片LM2576的电源输入端，通过调节高精度电阻R3与R4的电阻比，就可使LM2576输出端电压得到精确控制，将LM2576输出端加在灯丝上，就可以使得灯丝加热电压得到了精确控制。

所述管电压反馈电路由快双开关1PS226、电阻R6与电阻R7组成。快双开关1PS226的公共极连接高频变压器次级的辅助绕组的B端，快双开关1PS226的正极接地，快双开关1PS226的负极串联电阻R6与电阻R7，电阻R6与电阻R7的公共连接点输出管电压反馈电压Vt，电阻R7的另一端接地。

高频变压器次级的辅助绕组是管电压的反馈检测装置，其两端电压与管电压有比例关系；辅助绕组的高频反馈电压经过快双开关1PS226之后，输出一个管电压有比例关系的直流电压，然后经过高精度电阻R6与R7的分压，就可以得到一个单片机可以接受的管电压反馈电压Vt。

所述管电流反馈电路中，电阻R5与气体放电管GDT并联后与电感串联，再与双向稳压管串联，电感与双向稳压管的连接点输出Vgt；Vgt经反向放大输入给TL494芯片引脚4；对R5限流，GDT高压放电，均对供电电路能起保护、滤波、抑高压冲击作用。

本发明的有益效果是，本发明提供的高频X射线机的锂电池供电方法和电路，实现了在野外无市电供应的环境下X射线机通过锂电池供电能继续使用，大大提扩大了X射线机的应用范围。

本发明适用于高频X射线机，也适用于其它医疗设备的野外供电。

附图说明    

图1是锂电池给X射线管供电的主电路；

图中，１是场效应管MOSFET；２是可循环充电的锂电池；３是高频变压器；４是高频变压器次级主绕组；5是高频变压器次级辅助绕组；6是倍压整流电路；7是固定阳极X射线管；8是球管（包括3、6、7的部件）；9是灯丝加热电路；10是管电压反馈电路；11是管电流反馈电路；12是TL494芯片PWM驱动电路；

图２是锂电池给X射线管供电的控制电路图；

图３是管电流反馈检测X射线机管电流的反馈电路示意图；

图４是管电压反馈检测电路图；

图５是锂电池给X射线管灯丝加热的电路。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如附图所示。

图1是锂电池给X射线发射管供电的主电路，功率变换采用微型化半桥桥变换器的主电路拓扑结构，锂电池的正极接在高频变压器初级绕组的中部，TL494轮流交替驱动MOSFET管S1、S2开和关，电流通过变压器初级绕组的上或下半部、分别通过MOSFET管S1、S2，最后到达锂电池的负极。高频变压器初级绕组的电磁就高频率地变化，从而感应了次级绕组。高频变压器次级的主绕组经过高频变压器升压，倍压整流电路进一步升压、整理之后，就得到了高压直流电源，加在固定阳极X射线管上。

图2为锂电池给X射线发射管供电的控制电路图，核心芯片为PWM型控制器TL494。TL494芯片的控制输出是引脚1、2、4处的电压值的综合效果，引脚8、11轮流交替输出PWM高频矩形波，放大之后再去轮流交替驱动MOSFET管S1、S2的开和关。

X射线机管电流的Vgt经反向放大输入给TL494芯片引脚4。管电压的的高频反馈电压经过快双开关1PS226之后，输出直流电压，然后经过高精度电阻R6与R7的分压，得到单片机能接受的管电压反馈电压Vt。

将锂电池正负极接入芯片LM2576的电源输入端，调节高精度电阻R3与R4的电阻比，就可使LM2576输出端电压得到精确控制，将LM2576输出端加在灯丝上。

本实施例为自主研制的2套样机，初步试验表明控制方法及电路装置效果良好:管电压70kV，管电流2mA，管电压波动1%，管电流波动5%；锂电池充满电后，可以曝光500次以上；样机总质量1.8kg，总体积不大于15cm×15cm×15cm。

本实施例样机制作具体技术路线:

（1）采用深圳山木电池科技股份有限公司生产的锂电池。型号24V6AH，额定容量6000mAh，标准电压24V，充电电流6A，使用寿命500次循环。

（2）采用杭州凯龙医疗器械有限公司的固定阳极X射线发射管，型号KL27-0.8-70，焦点0.8，管电压70kV，管电流2mA，灯丝电压2.5~3.6V，灯丝电流1.8~2.2V。

（3）主电路如图１，采用高频逆变MOSFET，型号FQP85N06，工作频率100kHz；高频变压器自行绕制，次级输出6000V；高频球管部件自行制作，12倍的倍压整流电路。

（4）系统主机采用高性能单片机ATMEGA16，直流供电芯片LM317、LM2576。

（5）采用TL494集成芯片作为核心部件对管电压进行PWM控制，控制电路如图2。

（6）管电流反馈电路如图3， R5电阻值30kΩ。管电压反馈电路如图4， R1电阻值30kΩ，R1电阻值2.2kΩ。

（7）管电流灯丝加热电路如图5，核心芯片为LM2576，R3可变电阻，阻值1~3kΩ，电阻R4阻值4.7kΩ。

（8）开发出单片机应用程序、文人机界面、模块化流程，取得最佳控制效果。采用深圳市绘晶科技有限公司液晶显示屏，型号HJ12864ZWD。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，举例不对本发明的实质内容构成限制。技术人员在阅读了说明书后，对以前所述的具体实施方式做修改或变形，不背离发明的实质和范围。

Claims (5)

1.一种高频X射线机的锂电池供电方法，其特征在于，所述方法将锂电池的正极接在高频变压器初级绕组的中部，脉冲波轮流交替驱动一对场效应管的开和关，电流通过变压器初级绕组的上半部或下半部、轮流交替通过场效应管，最后到达锂电池的负极，这样高频变压器初级绕组的磁通量实现了快速交替变化，从而次级绕组感生出高频电源；高频变压器次级的主绕组经过高频变压器升压，倍压整流电路进一步升压、整流之后，就可得到小电流高压直流电源，加在固定阳极X射线管上，就实现了锂电池给X射线管的高压供电。

2.一种锂电池给X射线管高压供电的主电路，包括高频变压器和倍压整流电路，其特征在于，所述电路还包括场效应管MOSFET、可循环充电的锂电池、固定阳极X射线管、球管、灯丝加热控制电路、TL494芯片PWM驱动电路、管电压反馈电路和管电流反馈电路；

两个场效应管的漏极接高频变压器初级绕组的两端，两个场效应管的源极共同连接锂电池的负极，锂电池的负极连接变压器初级绕组的中间抽头；两个场效应管的栅极分别连接TL494芯片PWM驱动电路；高频变压器的次级主绕组连接倍压整流电路；高频变压器的次级辅助绕组的A端通过管流反馈电路接地，高频变压器的次级辅助绕组的B端通过管压反馈电路接地；倍压整流电路的输出端连接固定阳极X射线管；固定阳极X射线管的灯丝连接灯丝加热电路。

3.根据权利要求２所述的一种锂电池给X射线管高压供电的主电路，其特征在于，所述灯丝加热控制电路将锂电池正负极接入芯片LM2576的电源输入端，通过调节高精度电阻R3与R4的电阻比，就可使LM2576输出端电压得到精确控制，将LM2576输出端加在灯丝上，就可以使得灯丝加热电压得到了精确控制。

4.根据权利要求２所述的一种锂电池给X射线管高压供电的主电路，其特征在于，所述管电压反馈电路，由快双开关1PS226、电阻R6与电阻R7组成，快双开关1PS226的公共极连接高频变压器次级的辅助绕组的B端，快双开关1PS226的正极接地，快双开关1PS226的负极串联电阻R6与电阻R7，电阻R6与电阻R7的公共连接点输出管电压反馈电压Vt，电阻R7的另一端接地；

所述高频变压器次级的辅助绕组是管电压的反馈检测装置，其两端电压与管电压有比例关系；辅助绕组的高频反馈电压经过快双开关1PS226之后，输出一个管电压有比例关系的直流电压，然后经过高精度电阻R6与R7的分压，就可以得到一个单片机可以接受的管电压反馈电压Vt。

5.根据权利要求２所述的一种锂电池给X射线管高压供电的主电路，其特征在于，所述管电流反馈电路中，电阻R5与气体放电管GDT并联后与电感串联，再与双向稳压管串联，电感与双向稳压管的连接点输出Vgt；Vgt经反向放大输入给TL494芯片引脚4；对R5限流，GDT高压放电，均对供电电路能起保护、滤波、抑高压冲击作用。