CN110880857A - 医用x射线高压发生器大功率变频逆变系统 - Google Patents

医用x射线高压发生器大功率变频逆变系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统，包括KV控制器、逆变电流控制器、执行器、逆变电流检测反馈模块、KV检测反馈模块、第一加法器和第二加法器，其中，所述第一加法器的输出端与所述KV控制器的输入端连接，所述KV控制器的输出端、逆变电流检测反馈模块的输出端分别与所述第二加法器的输入端连接，所述第二加法器的输出端与所述逆变电流控制器的输入端连接，所述逆变电流控制器的输出端与所述执行器的输入端连接。本发明的有益效果是：提高了对曝光参数的控制精度，简化了结构，降低了成本，减小了体积，提高了转换效率，减少了电磁干扰，管电压上升速度快。

Description

医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统
技术领域
本发明涉及医用X射线高压发生器，尤其涉及一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统。
背景技术
现有医用X射线高压发生器存在以下缺陷：
1、 对曝光参数的控制精度较低；
高频X线机的曝光控制精度根据频率不同而差别很大。虽然目前高频X线发生器采用的是电压预置、反馈调节的方法，但是大多都是采用单环控制，精度不是很高，同时逆变频率不高的前提下，输出的高电压纹波较大。这样，X线光子束中的软射线成分较大，不能有效降低病人的辐射剂量和提高曝光重复性，影响X线影像质量。其次，也不能充分提高X线管的输出效率。
2、由于逆变频率不高，不便于大功率（大容量）X线发生器的小型化或微型化；
根据变压器方程，工作频率与高压变压器的体积相关，频率减小，变压器体积就会变大。而变压器体积变大，不仅制作高压发生器需要更多的铁芯和铜线，增加了高压发生器的制造成本，同时也限制了数字肠胃机整体结构的优化。
3、 谐波大，电磁干扰大；
由于目前高频高压发生器大多数都采用PWM调制，硬开关工作方式实现功率变换，在大功率的开关变换中会产生较大的谐波和电磁辐射，通过线路向外部传输和干扰，影响了数字肠胃机与周边设备的正常工作。
4、 功率小，不能满足高端应用；
目前市场上比较多的高频高压发生器功率都是在50KW，不能再较短的时间内提供较大的功率，不能在有限的时间内提供足够的剂量，限制了高频高压发生器的高端应用。
5、管电压高压上升沿和下降沿慢；
目前市场上的高频高压发生器由于逆变频率较低，一般都是在20KHZ左右，在大功率加载情况下影响输出高电压的上升沿，不利于对活动较快的脏器如心脏等诊断，形成的图像模糊。
6、能量传递不够高，转换效率不理想；
目前市场的高频高压发生器采用的都是基于PWM作为调制模式的IGBT全桥逆变方式进行能量传递，由于工作一般是在20KHZ并且是硬开关模式模式，导致内部损耗较高，转换效率低。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统。
本发明提供了一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统，包括KV控制器、逆变电流控制器、执行器、逆变电流检测反馈模块、KV检测反馈模块、第一加法器和第二加法器，其中，所述第一加法器的输出端与所述KV控制器的输入端连接，所述KV控制器的输出端、逆变电流检测反馈模块的输出端分别与所述第二加法器的输入端连接，所述第二加法器的输出端与所述逆变电流控制器的输入端连接，所述逆变电流控制器的输出端与所述执行器的输入端连接，所述执行器的输出端分别与所述逆变电流检测反馈模块的输入端、KV检测反馈模块的输入端连接，所述KV检测反馈模块的输出端与所述第一加法器的输入端连接，所述第一加法器的输入端接设定电压信号，所述KV控制器、逆变电流控制器均为PI调节器，所述第一加法器、KV控制器、第二加法器、逆变电流控制器、执行器、KV检测反馈模块构成电压控制环节，所述第二加法器、逆变电流控制器、执行器、逆变电流检测反馈模块构成电流控制环节。
作为本发明的进一步改进，所述执行器为软开关的负载谐振式开关变换器。
作为本发明的进一步改进，所述执行器包括谐振过零控制电路、脉冲生成电路、全桥MOS组件、谐振回路和负载，其中，所述谐振过零控制电路的输出端与所述脉冲生成电路的输入端连接，所述脉冲生成电路的输出端与所述全桥MOS组件的输入端连接，所述全桥MOS组件的输出端与所述谐振回路的输入端连接，所述谐振回路的输出端与所述负载连接。
本发明的有益效果是：通过上述方案，提高了对曝光参数的控制精度，简化了结构，降低了成本，减小了体积，提高了转换效率，减少了电磁干扰，管电压上升速度快。
附图说明
图1是本发明一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统的示意图。
图2是本发明一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统的执行器的示意图。
图3是本发明一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统的KV控制器的电路图。
图4是本发明一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统的逆变电流控制器的电路图。
图5是本发明一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统的谐振过零控制电路的电路图。
图6是本发明一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统的脉冲生成电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图6所示，一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统，包括KV控制器20、逆变电流控制器40、执行器50、逆变电流检测反馈模块60、KV检测反馈模块70、第一加法器10和第二加法器30，其中，所述第一加法器10的输出端与所述KV控制器20的输入端连接，所述KV控制器20的输出端、逆变电流检测反馈模块60的输出端分别与所述第二加法器30的输入端连接，所述第二加法器30的输出端与所述逆变电流控制器40的输入端连接，所述逆变电流控制器40的输出端与所述执行器50的输入端连接，所述执行器50的输出端分别与所述逆变电流检测反馈模块60的输入端、KV检测反馈模块70的输入端连接，所述KV检测反馈模块70的输出端与所述第一加法器10的输入端连接，所述第一加法器10的输入端接设定电压信号KVSET，所述KV控制器20、逆变电流控制器40均为PI调节器，所述第一加法器10、KV控制器20、第二加法器30、逆变电流控制器40、执行器50、KV检测反馈模块70构成电压控制环节，所述第二加法器30、逆变电流控制器40、执行器50、逆变电流检测反馈模块60构成电流控制环节。
如图1至图6所示，所述执行器50为软开关的负载谐振式开关变换器。
如图1至图6所示，所述执行器50具体包括谐振过零控制电路51、脉冲生成电路52、全桥MOS组件53、谐振回路54和负载55，其中，所述谐振过零控制电路51的输出端与所述脉冲生成电路52的输入端连接，所述脉冲生成电路52的输出端与所述全桥MOS组件53的输入端连接，所述全桥MOS组件53的输出端与所述谐振回路54的输入端连接，所述谐振回路54的输出端与所述负载55连接。
如图1至图6所示，将电路谐振理论以及全桥逆变组成的拓扑结构组成全谐振变换器，实现了软开关控制，实现了频率--功率的精确控制，解决开关损耗发热问题。调节频率调节逆变输出功率，从而控制KV的变化，合理的电路参数选择，工作频率选在谐振点，实现了KV纹波2-5%控制，KV上升时间控制在0.6ms内，逆变电流波形为完美的正弦波，通过谐振过零控制电路后判断流过逆变电流处于零电流，实现零电流开通，降低开关损耗，提高电源效率最高可到90%。通过多个高速MOS组件逆变器并联组合的方式，协同全桥谐振及PFM调制方式，实现大功率转换和功率增容，在有效控制纹波的同时，提升功率和频率。
本发明提供的一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统，采用KV、逆变电流实时双闭环跟踪控制，达到最高的KV精度（2-5%），均高于或者行业标准要求。
本发明提供的一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统，包括电压控制环节和电流控制环节，电压调节作为外环，电流调节作为内环。在电压控制环节中，将设定电压信号和输出电压反馈信号叠加式，然后通过一个PI 调节器进行调节。在电流控制环节中，电压控制环节输出作为电流环节的设定值，将谐振电流的反馈值和电压控制环节输出相叠加，后经过运放比例放大后作为整个电流控制模式的输出信号，从而实现管电压的快速性、准确性、稳定性；满足脉冲摄影、脉冲透视的快速性。
本发明提供的一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统，具有以下优点：
1、简化工艺、节约成本、节省人力
在100KW同等功率的条件下，所需用的传统的IGBT的成本高出约1倍（含驱动电路部分、储能电容部分）；工艺简化了，目前100KW的逆变功率仅需要3块逆变组件（全桥），并且是PCBA集成了吸收电路、储能电容等，整个成本都降低了。
2、效率提高、环保节能
由于采用了软快关技术，使得高频逆变频率提高了，效率提高了；传统的采用是硬开关的PWM方式，本发明采用的是软开关PFM方式，在很大程度上减少了电磁干扰 ；
3、管电压上升速度快
传统的PWM的工作模式时，在低电压、重负载条件或者是高电压、重负载的条件下管电压上升时间基本上约2ms；本技术采用双环控制系统后解决了在各种条件组合下管电压上升时间在1ms以内，有些条件组合低到0.6ms。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统，其特征在于：包括KV控制器、逆变电流控制器、执行器、逆变电流检测反馈模块、KV检测反馈模块、第一加法器和第二加法器，其中，所述第一加法器的输出端与所述KV控制器的输入端连接，所述KV控制器的输出端、逆变电流检测反馈模块的输出端分别与所述第二加法器的输入端连接，所述第二加法器的输出端与所述逆变电流控制器的输入端连接，所述逆变电流控制器的输出端与所述执行器的输入端连接，所述执行器的输出端分别与所述逆变电流检测反馈模块的输入端、KV检测反馈模块的输入端连接，所述KV检测反馈模块的输出端与所述第一加法器的输入端连接，所述第一加法器的输入端接设定电压信号，所述KV控制器、逆变电流控制器均为PI调节器，所述第一加法器、KV控制器、第二加法器、逆变电流控制器、执行器、KV检测反馈模块构成电压控制环节，所述第二加法器、逆变电流控制器、执行器、逆变电流检测反馈模块构成电流控制环节。
2.根据权利要求1所述的医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统，其特征在于：所述执行器为软开关的负载谐振式开关变换器。
3.根据权利要求2所述的医用X射线高压发生器大功率变频逆变系统，其特征在于：所述执行器包括谐振过零控制电路、脉冲生成电路、全桥MOS组件、谐振回路和负载，其中，所述谐振过零控制电路的输出端与所述脉冲生成电路的输入端连接，所述脉冲生成电路的输出端与所述全桥MOS组件的输入端连接，所述全桥MOS组件的输出端与所述谐振回路的输入端连接，所述谐振回路的输出端与所述负载连接。
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