CN110139456A - 一种用于x射线机的多级升压系统 - Google Patents

一种用于x射线机的多级升压系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于X射线机的多级升压系统，包括锂电池组、液晶显示电路、主控制单元、高频升压电路、X射线管和倍压整流电路；在锂电池组和高频升压电路之间还串联有逆变升压电路和脉宽调制电路；所述的锂电池组、逆变升压电路组成一次升压回路；所述的脉宽调制电路、高频升压电路、倍压整流电路、X射线管组成二次高压升压回路；所述的液晶显示电路、主控制单元组成显示/控制回路，显示和控制曝光时间的长短；所述的主控制单元、脉宽调制电路、X射线管组成灯丝驱动回路，控制曝光管电流的大小。本发明的系统结构简单、设计合理、安全可靠；能够有效解决从24V锂电池组电压升至70kV高压电压，可以直接应用医疗便携X光牙科机上。

Description

一种用于X射线机的多级升压系统
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种用于X射线机的多级升压系统，特别适用于小功率输出的便携式牙科机。
背景技术
随着居民消费升级，我国口腔医疗市场正处于快速发展的阶段。伴随着牙种植和正畸业务的发展，医生和患者对牙科影像设备的要求也越来越高，体积小，重量轻，辐射少，一次满电后曝光次数要多。针对着市场对产品的新的需求，开发一款便携储能式牙片X射线机，这款牙片X射线机工作高频，体积小，重量轻，辐射少，一次满电后曝光次数可达到150张。由于采用的是体积较小的24V锂电池组供电，供电电压较低，如果采用通常直接升压的方式时，变压器变比很大，次级圈数高，不利于高频工作；而初级圈数因高频工作电压的缘故，圈数较少，加上初级电压低，势必会要求较大的初级工作电流，在初级大电流工作下选取较少圈数的初级线圈增加了高频变压器临近饱和的危险性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的初级大电流工作和高频工作圈数少的矛盾问题，提供了一种用于X射线机的多级升压系统。该系统能够让便携低压24V供电转换成70kV高压输出的牙科机系统的工作更稳定，更易于实现；而且该系统结构简单、设计合理。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于X射线机的多级升压系统，包括锂电池组、液晶显示电路、主控制单元、高频升压电路、X射线管和倍压整流电路；其中：在锂电池组和高频升压电路之间还串联有逆变升压电路和脉宽调制电路；所述的高频升压电路、倍压整流电路和X射线管依次连接；所述的液晶显示电路、脉宽调制电路分别与主控制单元连接；所述的脉宽调制电路还与X射线管连接；
所述的锂电池组、逆变升压电路组成一次升压回路；
所述的脉宽调制电路、高频升压电路、倍压整流电路、X射线管组成二次高压升压回路；
所述的液晶显示电路、主控制单元组成显示/控制回路，显示和控制曝光时间的长短；
所述的主控制单元、脉宽调制电路、X射线管组成灯丝驱动回路，控制曝光管电流的大小。
在本发明中，在电源和高频升压电路之间增加了一级逆变升压电路，先将24V低压锂电池组逆变升压至300V左右的直流电压，再供给后级的高频逆变电路，降低了高频变压器的变比，间接的减少了次级的圈数，降低了初级电流，远离高频变压器的饱和点，增加整机工作的安全性和稳定性。
现有技术中正常的升压电路为锂电池24V直流电压加至高频逆变器上，通过高频变压器的高变比直接变换为幅度是70kV的高频输出方波电压经整流后送至X射线管产生射线。根据初、次级电压的大小得出变压器的变比至少为N=70000（伏）/24(伏)=2916.6，即初级绕1圈时，次级至少需绕2916圈才够；如此多的次级圈数产生的电感至少是mH级别，其对高频的感抗较大，致使输出功率大打折扣。高频化是变压器减少体积的前提，电路的高频化必然带来初级圈数的降低，降低初级圈数后，输出较大初级电流时，磁芯饱和的几率增加了，间接增加了逆变器驱动的功率变压器饱和短路的风险。本发明的多级升压系统，由锂电池组输出的24V低压首先通过一次逆变升压电路得到升高至300V左右的直流电压；并作为脉宽调制电路的主逆变器供电电压，经过作为逆变器的高频升压电路；输出至带有高压变压器的倍压整流电路后，经倍压整流后得出70kV的高压驱动X射线管产生牙科机所需的X射线；X射线管的灯丝电流由灯丝驱动电路提供；曝光工作控制时间由液晶显示电路和主控制单元电路控制。因经过一次升压及二次侧的倍压整流，使实际的高压变压器的变比远低于直接转换的变比；初级圈数提高，远离饱和区；次级圈数也极大地降低，电感降为uH级，对高工作频率的感抗也在可控制范围内。经过实现证明此发明控制方式是可行的，而且整个系统可靠运行。
作为本发明的进一步说明，所述的逆变升压电路采用推挽电路，主要由2个场效应管和升压变压器组成，通过推挽电路将24V低压转换为300V左右的直流电压供给后级进一步升压。
作为本发明的进一步说明，所述的脉宽调制电路包括主逆变器和灯丝驱动电路；所述的主逆变器采用半桥逆变电路，主要由2个高频场效应管和2个高频电容组成，将300V直流电压通过油箱内的高压变压器逆变为高频高压；所述的灯丝驱动电路采用主要由2个场效应管组成的推挽式驱动电路，驱动灯丝工作。
作为本发明的进一步说明，所述的主控制单元采用STC高速/增强型8位单片机芯片。
在本发明中，液晶显示电路、高频升压电路、X射线管和倍压整流电路均采用现有牙片机的电路器件设计构造。
本发明的工作过程（工作原理）：
锂电池组输出的24V低压首先通过一次逆变升压电路得到升高至300V左右的直流电压，作为后级逆变器的供电电压；由脉宽调制电路驱动的主逆变器，产生高频逆变电压驱动高频升压电路，输出至带有高压变压器的倍压整流电后，经倍压整流后得出70kV的高压驱动X射线管产生牙科机所需的X射线；X射线管的灯丝电流由灯丝驱动电路提供；曝光工作控制时间由液晶显示电路和主控制单元电路控制。
与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：
1.结构简单、设计合理、安全可靠。
2.通过脉宽调制电路闭环调节,输出kV电压稳定，误差小。
3.主要用于牙科机，做治疗前的检查，治疗中的治疗结果对比，以及治疗后治疗效果的确认。工作高频，体积小，重量轻，辐射少，剂量微小，无须防护，有的医院购买用于床旁检测的手指和脚指的拍摄。
4.结构紧凑，售后维护方便，并耐受合理移动时的振动。
5.系统通过实际应用，已经取得很好的效果。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构原理框图。
图2是本发明一实施例的电路原理示意图。
图3是本发明一实施例中逆变升压电路的电路构造示意图。
图4是本发明一实施例中脉宽调制电路的部分电路构造一示意图。
图5是本发明一实施例中脉宽调制电路的部分电路构造二示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例：
如图1、图2所示，一种用于X射线机的多级升压系统，包括锂电池组A1、液晶显示电路A4、主控制单元A5、高频升压电路A6、X射线管A8和倍压整流电路A9；在锂电池组A1和高频升压电路A6之间还串联有逆变升压电路A2和脉宽调制电路A3；所述的高频升压电路A6、倍压整流电路A9和X射线管A8依次连接；所述的液晶显示电路A4、脉宽调制电路A3分别与主控制单元A5连接；所述的脉宽调制电路A3还与X射线管A8连接；所述的锂电池组A1、逆变升压电路A2组成一次升压回路；所述的脉宽调制电路A3、高频升压电路A6、倍压整流电路A9、X射线管A8组成二次高压升压回路；所述的液晶显示电路A4、主控制单元A5组成显示/控制回路，显示和控制曝光时间的长短；所述的主控制单元A5、脉宽调制电路A3、X射线管A8组成灯丝驱动回路，控制曝光管电流的大小。
所述的主控制单元A5采用STC高速/增强型8位单片机芯片。
如图3所示，所述的逆变升压电路A2采用推挽电路，主要由2个场效应管和升压变压器组成，通过推挽电路将24V低压转换为300V左右的直流电压供给后级进一步升压。
在图3中，脉宽驱动集成电路U1产生高频驱动信号，经场效应管Q1、Q2组成的推挽电路，将24V低压直流通过变压器T1变换为300V左右的电压，经D1、D2、D3、D4二极管全桥整流和电容C5滤波后得出直流电压供给后级进一步升压。外接电源开关通过继电器K1控制24V电压的通断控制整机电路的开通；接通24V电源后经过降压芯片U2将电压降为15V，可为后级集成电路提供15V工作电压。
如图4-5所示，所述的脉宽调制电路A3包括主逆变器和灯丝驱动电路；所述的主逆变器采用半桥逆变电路，主要由2个高频场效应管和2个高频电容组成，将300V直流电压通过油箱内的高压变压器逆变为高频高压；所述的灯丝驱动电路采用主要由2个场效应管组成的推挽式驱动电路，驱动灯丝工作。
在图4中为所示的A3中主逆变单元电路，其中脉宽驱动集成电路U1产生高频驱动信号，通过驱动变压器T1、T2驱动场效应管Q1、Q2，场效应管Q1、Q2和电容C2、C7组成半桥逆变电路，将300V直流电压逆变为高频电压驱动油箱内的高压变压器进行升压。
在图5中为所示的A3中灯丝驱动单元电路，其脉宽驱动集成电路U3产生高频驱动信号直接驱动场效应管Q9和Q10及油箱内的灯丝变压器组成的推挽电路为球管灯丝供电。
本实施例的多级升压系统结构简单、设计合理、安全可靠；能够有效解决便携低压转换高频高压输出的系统工作稳定性问题。

Claims (4)

1.一种用于X射线机的多级升压系统，包括锂电池组、液晶显示电路、主控制单元、高频升压电路、X射线管和倍压整流电路；其特征在于：在锂电池组和高频升压电路之间还串联有逆变升压电路和脉宽调制电路；所述的高频升压电路、倍压整流电路和X射线管依次连接；所述的液晶显示电路、脉宽调制电路分别与主控制单元连接；所述的脉宽调制电路还与X射线管连接；
所述的锂电池组、逆变升压电路组成一次升压回路；
所述的脉宽调制电路、高频升压电路、倍压整流电路、X射线管组成二次高压升压回路；
所述的液晶显示电路、主控制单元组成显示/控制回路，显示和控制曝光时间的长短；
所述的主控制单元、脉宽调制电路、X射线管组成灯丝驱动回路，控制曝光管电流的大小。
2.根据权利要求1所述的用于X射线机的多级升压系统，其特征在于：所述的逆变升压电路采用推挽电路，主要由2个场效应管和升压变压器组成，通过推挽电路将24V低压转换为300V左右的直流电压供给后级进一步升压。
3.根据权利要求2所述的用于X射线机的多级升压系统，其特征在于：所述的脉宽调制电路包括主逆变器和灯丝驱动电路；所述的主逆变器采用半桥逆变电路，主要由2个高频场效应管和2个高频电容组成，将300V直流电压通过油箱内的高压变压器逆变为高频高压；所述的灯丝驱动电路采用主要由2个场效应管组成的推挽式驱动电路，驱动灯丝工作。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于X射线机的多级升压系统，其特征在于：所述的主控制单元采用STC高速/增强型8位单片机芯片。
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