CN111050454A - 灯丝电源以及放疗设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种灯丝电源以及放疗设备。灯丝电源包括：逆变电路的输入端连接直流电源，逆变电路的输出端与磁控管连接，用于将直流电转换为交流电，并利用交流电为磁控管提供电能；调节电路的输入端与逆变电路的输出端连接，调节电路的输出端与逆变电路的驱动端连接，用于获取逆变电路输出的电参数，并根据电参数以及给定电参数生成驱动信号，驱动信号用于调节逆变电路输出的电参数。通过设置调节电路获取逆变电路的输出电参数，生成驱动信号，通过驱动信号调节逆变电路输出的电参数。能够精确的将逆变电路输出的电参数调整为当前使用场景所需要的给定电参数，能够保证磁控管中阴极灯丝的温度，进一步的能够提高磁控管的使用寿命。

Description

灯丝电源以及放疗设备

技术领域

本申请涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种灯丝电源以及放疗设备。

背景技术

医用电子直线加速器是指利用微波电磁场加速电子并且具有直线运动轨道的加速装置，用于患者肿瘤或其他病灶放射治疗的一种医疗器械。它能产生高能X射线和电子线，具有剂量率高，照射时间短，照射野大，剂量均匀性和稳定性好，以及半影区小等特点。

目前现有技术医用电子直线加速器中，灯丝电源向磁控管提供电能。灯丝电源向磁控管提供的电流越大，磁控管阴极灯丝的温度越高；灯丝电源向磁控管提供的电流越小，磁控管阴极灯丝的温度越低。而磁控管的寿命与阴极灯丝的温度密切相关。要达到最长寿命，磁控管的阴极灯丝必须在正确的温度下运行。温度过低导致发射X射线或电子线减少会使磁控管运行不稳定，进一步的损坏磁控管，而过高的温度会导致阴极的快速劣化，使磁控管寿命缩短。现有技术无法精确地控制灯丝电源向磁控管提供的电流，从而造成磁控管寿命缩短。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高磁控管使用寿命的灯丝电源以及放疗设备。

一种灯丝电源，所述灯丝电源包括逆变电路以及调节电路；所述逆变电路的输入端连接直流电源，所述逆变电路的输出端与磁控管连接，用于将直流电转换为交流电，并利用交流电为磁控管提供电能；所述调节电路的输入端与所述逆变电路的输出端连接，所述调节电路的输出端与逆变电路的驱动端连接，用于获取所述逆变电路输出的电参数，并根据所述电参数以及给定电参数生成驱动信号，所述驱动信号用于调节所述逆变电路输出的电参数。

在其中一个实施例中，所述逆变电路包括逆变单元、滤波单元以及采样电阻；所述逆变单元的输入端连接直流电源，用于将直流电转换为交流电；所述滤波单元设置于所述逆变单元的输出端，用于对所述交流电进行滤波处理；所述采样电阻设置于所述逆变单元的输出端，所述调节电路的输入端与所述采样电阻连接，所述调节电路的输出端与所述逆变单元连接，所述调节电路通过所述采样电阻采集逆变电路输出的电流，并根据所述电流以及给定电流生成驱动信号，将驱动信号传输至所述逆变单元。

在其中一个实施例中，所述调节电路包括第一模数转换单元、第一比较单元以及调节单元；所述第一模数转换单元的输入端与所述采样电阻连接，所述第一模数转换单元的输出端与第一比较单元的第一输入端连接，用于通过所述采样电阻采集逆变电路输出的电流，并对所述电流进行模数转换得到数字电流信号；所述第一比较单元的第二输入端接入给定电流信号，所述第一比较单元的输出端与所述调节单元连接，用于将所述数字电流信号与给定电流信号进行比较，得到第一误差信号；所述调节单元的输出端与所述逆变单元连接，用于根据第一误差信号生成驱动信号，并将驱动信号传输至所述逆变单元。

在其中一个实施例中，所述调节单元包括：比例积分调节单元以及脉宽调制单元；所述比例积分调节单元的输入端与所述第一比较单元的输出端连接，所述比例积分调节单元的输出端与所述脉宽调制单元的输入端连接，用于对所述第一误差信号进行比例积分调节，得到调节信号；所述脉宽调制单元的输出端与所述逆变单元连接，用于对调节信号进行脉冲宽度调制得到驱动信号，并将驱动信号传输至所述逆变单元。

在其中一个实施例中，所述调节电路还包括功率计算单元；所述功率计算单元的输入端与所述磁控管的输入端连接，所述功率计算单元的输出端与第一比较单元的第二输入端连接，用于获取输入磁控管的脉冲参数，并根据所述脉冲参数得到给定电流信号，将所述给定电流信号传输至第一比较单元。

在其中一个实施例中，所述脉冲参数包括：脉冲峰值电压、脉冲峰值电流、脉冲宽度以及脉冲重复频率；所述功率计算单元，还用于根据所述脉冲峰值电压、脉冲峰值电流、脉冲宽度以及脉冲重复频率，得到平均功率；根据所述平均功率查找功率与电流的映射表，得到给定电流信号。

在其中一个实施例中，所述调节电路还包括第二模数转换单元以及第二比较单元；所述第二模数转换单元的输入端与所述逆变电路的输出端连接，所述第二模数转换单元的输出端与所述第二比较单元的第一输入端连接；用于获取所述逆变电路输出的电压，并对所述电压进行模数转换得到数字电压信号；所述第二比较单元的第二输入端与所述比例积分调节单元的输出端连接，所述第二比较单元的输出端与所述脉宽调制单元的输入端连接；用于将调节信号与数字电压信号进行比较，得到第二误差信号，并将所述第二误差信号传输至所述脉宽调制单元。

在其中一个实施例中，所述灯丝电源还包括电压保护电路；所述电压保护电路连接于所述逆变电路与所述磁控管之间，用于对灯丝电源进行电压保护。

在其中一个实施例中，所述电压保护电路包括第一电感以及第二电感；所述逆变电路的输出正极通过第一电感与所述磁控管的灯丝连接；所述逆变电路的输出负极通过第二电感与所述磁控管的阴极连接。

在其中一个实施例中，所述电压保护电路还包括二极管、第一电容以及第二电容；所述二极管与第一电容并联于所述逆变电路的输出正极与输出负极之间；所述第二电容连接于所述磁控管的灯丝输入与阴极输入之间。

一种放疗设备，所述放疗设备包括上述任一种所述的灯丝电源。

上述灯丝电源以及放疗设备，灯丝电源包括逆变电路以及调节电路，其中，逆变电路的输入端连接直流电源，逆变电路的输出端与磁控管连接，用于将直流电转换为交流电，并利用交流电为磁控管提供电能；调节电路的输入端与逆变电路的输出端连接，调节电路的输出端与逆变电路的驱动端连接，用于获取逆变电路输出的电参数，并根据电参数以及给定电参数生成驱动信号，该驱动信号用于调节逆变电路输出的电参数。通过设置调节电路获取逆变电路的输出电参数，并根据所述电参数生成驱动信号，将驱动信号传输至逆变电路，通过驱动信号调节逆变电路输出的电参数。通过反馈调节，能够精确的将逆变电路输出的电参数调整为当前使用场景所需要的给定电参数，也就是能够精确的控制灯丝电源输出的电参数达到给定电参数，灯丝电源通过给定电参数向磁控管提供电能，能够保证磁控管中阴极灯丝的温度，进一步的能够提高磁控管的使用寿命。

附图说明

图1为一个实施例中脉冲调制器、磁控管以及灯丝电源的连接示意图；

图2为一个实施例中脉冲调制器输出脉冲的电流以及电压示意图；

图3为一个实施例中脉冲调制器输出脉冲的脉冲宽度和重复周期示意图；

图4为一个实施例中灯丝电源的结构示意图；

图5为另一个实施例中灯丝电源的结构示意图；

图6为另一个实施例中灯丝电源的结构示意图；

图7为另一个实施例中灯丝电源的结构示意图；

图8为一个实施例中灯丝加热曲线；

图9为一个实施例中灯丝电源的电路图；

图10为一个实施例中灯丝电源与磁控管的连接示意图；

图11a为一个实施例中逆变电路在t0≤t<t1时刻的导通状态图；

图11b为一个实施例中逆变电路在t1≤t<t2时刻的导通状态图；

图11c为一个实施例中逆变电路在t2≤t<t3时刻的导通状态图；

图11d为一个实施例中逆变电路在t3≤t<t4时刻的导通状态图；

图12为一个实施例中MOS管的驱动信号以及输出电压电流波形；

图13为一个实施例中电流输出波形。

具体实施方式

为了便于理解本申请，为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，在医用电子直线加速器中，脉冲调制器300、磁控管200以及灯丝电源100是医用电子直线加速器中束流系统的重要组成部分。脉冲调制器300调制出高压脉冲输出给磁控管200，磁控管200在电磁场的作用下产生高频电磁波。该电磁波经波导系统馈入到加速管，形成电子加速驻波场，产生X射线，用于肿瘤的治疗。其中，磁控管200包括磁控管阳极、磁控管阴极以及灯丝，需要外部提供一个给灯丝加热的电源，也就是灯丝电源100。在运行的过程中，灯丝电源100向磁控管200注入电流，加热阴极，用于在阳极和阴极之间相互作用的区域中形成电子云。根据磁控管200的类型不同，灯丝电源100可以使直流电源140，也可以是交流电源。如图2-3所示，图2为脉冲调制器输出脉冲的电流以及电压的示意图；图3为脉冲调制器输出脉冲的脉冲宽度和重复周期示意图。在实际的运行过程中，脉冲调制器300输出的电压以及电流通常以一定的脉冲宽度和重复频率提供给磁控管200。磁控管200要达到最大的寿命，磁控管阴极必须在正确的温度下运行。磁控管阴极温度过低会导致发射减少，进而导致磁控管200运行不稳定；磁控管阴极温度过高，会导致阴极的快速劣化。

在其中一个实施例中，如图4-7所示，提供了一种灯丝电源100，所述灯丝电源100包括逆变电路110以及调节电路120；所述逆变电路110的输入端连接直流电源140，所述逆变电路110的输出端与磁控管200连接，用于将直流电转换为交流电，并利用交流电为磁控管200提供电能；所述调节电路120的输入端与所述逆变电路110的输出端连接，所述调节电路120的输出端与逆变电路110的驱动端连接，用于获取所述逆变电路110输出的电参数，并根据所述电参数以及给定电参数生成驱动信号，所述驱动信号用于调节所述逆变电路110输出的电参数。

具体地，逆变电路110在驱动信号的作用下控制多个开关元件交替切换，在电路器件上得到与驱动信号的周期和频率相关联的交变电压波形。逆变电路110既可以采用全桥式逆变，还可以采用半桥式逆变。调节电路120为一反馈电路，获取逆变电路110的输出交流电的电参数，根据获取到的电参数，以及灯丝电源100需要输出的给定电参数，生成驱动信号，通过将驱动信号反馈至逆变电路110中的多个开关元件，通过控制开关元件的交替导通，控制逆变电路110的输出交流电的电参数趋近于给定电参数，直至以给定电参数输出交流电。通过设置调节电路120根据逆变电路110输出的电参数以及给定电参数，生成驱动信号，通过驱动信号驱动逆变电路110的多个开关元件能够精确的控制灯丝电源100输出的电参数达到给定电参数，灯丝电源100通过给定电参数向磁控管200提供电能，能够保证磁控管200中阴极灯丝的温度，进一步的能够提高磁控管200的使用寿命。

在其中一个实施例中，所述逆变电路110包括逆变单元111、滤波单元112以及采样电阻113；所述逆变单元111的输入端连接直流电源140，用于将直流电转换为交流电；所述滤波单元112设置于所述逆变单元111的输出端，用于对所述交流电进行滤波处理；所述采样电阻113设置于所述逆变单元111的输出端，所述调节电路120的输入端与所述采样电阻113连接，所述调节电路120的输出端与所述逆变单元111连接，所述调节电路120通过所述采样电阻113采集逆变电路110输出的电流，并根据所述电流以及给定电流生成驱动信号，将驱动信号传输至所述逆变单元111。

具体地，逆变单元111既可以采用全桥式逆变，还可以采用半桥式逆变。滤波单元112可以采用倒L型滤波电路、LC滤波电路、LCπ型滤波电路和RCπ型滤波电路中的任意一种。通过逆变单元111将直流电转换为交流电，滤波单元112对逆变单元111输出的交流电进行滤波处理，将滤波处理后的交流电传输至磁控管200，为磁控管200提供电能。在滤波单元112与磁控管200之间设置有采样电阻113，调节电路120通过该采样电阻113采集逆变电路110的输出电参数。其中，电参数可以包括电流、电压以及电功率中的任意一种或几种的组合。调节电路120通过比较采集到的电流以及给定电流，在经过PI调节，最终生成驱动信号。

在其中一个实施例中，调节电路120包括第一模数转换单元121、第一比较单元122以及调节单元123；所述第一模数转换单元121的输入端与所述采样电阻113连接，所述第一模数转换单元121的输出端与第一比较单元122的第一输入端连接，用于通过所述采样电阻113采集逆变电路110输出的电流，并对所述电流进行模数转换得到数字电流信号；所述第一比较单元122的第二输入端接入给定电流信号，所述第一比较单元122的输出端与所述调节单元123连接，用于将所述数字电流信号与给定电流信号进行比较，得到第一误差信号；所述调节单元123的输出端与所述逆变单元111连接，用于根据第一误差信号生成驱动信号，并将驱动信号传输至所述逆变单元111。

具体地，第一模数转换单元121为模拟数字转换器，即A/D转换器，是一个将模拟信号转换为数字信号的电子元件。通过将模拟信号转换为数字信号能够提高逆变电路110输出电流的控制精度，避免信号在传输过程中所造成的影响。第一模数转换单元121通过采样电阻113获取逆变电路110的输出电流，对电流进行模数转换，得到数字电流信号，并将数字电流信号传输至第一比较单元122，第一比较单元122还接入有给定电流信号，第一比较单元122将数字电流信号与给定电流信号做差，得到第一误差信号，调节单元123根据第一误差信号生成驱动信号，将驱动信号传输至逆变单元111的多个开关元件。更具体地，调节单元123包括：比例积分调节单元1231以及脉冲宽度调节单元。所述比例积分调节单元1231的输入端与所述第一比较单元122的输出端连接，所述比例积分调节单元1231的输出端与所述脉宽调制单元1232的输入端连接，用于对所述第一误差信号进行比例积分调节，得到调节信号。其中，比例积分调节单元1231可以为比例-积分调节器，也叫PI调节器。PI调节器中积分作用是指调节器的输出与输入的偏差对时间的积分成比例的作用。积分调节作用有两大特点，一个是调节作用的输出与偏差存在的时间有关，只要偏差存在，积分调节器的输出就会随时间增长，直至偏差消除。所述脉宽调制单元1232的输出端与所述逆变单元111连接，用于对调节信号进行脉冲宽度调制得到驱动信号，并将驱动信号传输至所述逆变单元111。脉冲宽度调节单元可以为PWM调制器。

在其中一个实施例中，调节电路120还包括功率计算单元124；所述功率计算单元124的输入端与所述磁控管200的输入端连接，所述功率计算单元124的输出端与第一比较单元122的第二输入端连接，用于获取输入磁控管200的脉冲参数，并根据所述脉冲参数得到给定电流信号，将所述给定电流信号传输至第一比较单元122。

具体地，功率计算单元124可以为微处理器等，能够完成计算功能的电子器件。功率计算单元124获取脉冲调制器300传输至磁控管200的脉冲参数，并根据脉冲参数计算得到给定电流信号，将给定电流信号传输至第一比较单元122，通过第一比较单元122将数字电流信号与给定电流信号做差，得到第一误差信号，调节单元123根据第一误差信号生成驱动信号，将驱动信号传输至逆变单元111的多个开关元件。其中，脉冲参数包括：脉冲峰值电压、脉冲峰值电流、脉冲宽度以及脉冲重复频率。功率计算单元124根据脉冲参数计算得到给定电流信号，具体为：根据所述脉冲峰值电压、脉冲峰值电流、脉冲宽度以及脉冲重复频率，得到平均功率；根据所述平均功率查找功率与电流的映射表，得到给定电流信号。其中，计算平均功率的计算公式为：

P_av＝V_peak*I_peak*τ*f

其中，P_av为平均功率、V_peak为脉冲峰值电压、I_peak为脉冲峰值电流、τ为脉冲宽度、f为脉冲重复频率，通过上述公式计算得到平均功率。每一个平均功率的数值，灯丝电源100都对应有输出的给定电流以及给定电压，平均功率和给定电流、给定电压的对应关系可以以映射表的方式进行存储，如图8所示，也可以通过曲线图的方式进行存储，本实施例不做具体限定，只需能够根据平均功率查找到相应的给定电流和/或给定电压即可。

在其中一个实施例中，调节电路120还包括第二模数转换单元125以及第二比较单元126；所述第二模数转换单元125的输入端与所述逆变电路110的输出端连接，所述第二模数转换单元125的输出端与所述第二比较单元126的第一输入端连接；用于获取所述逆变电路110输出的电压，并对所述电压进行模数转换得到数字电压信号；所述第二比较单元126的第二输入端与所述比例积分调节单元1231的输出端连接，所述第二比较单元126的输出端与所述脉宽调制单元1232的输入端连接；用于将调节信号与数字电压信号进行比较，得到第二误差信号，并将所述第二误差信号传输至所述脉宽调制单元1232。

具体地，第二模数转换单元125为模拟数字转换器，即A/D转换器，是一个将模拟信号转换为数字信号的电子元件。第二模数转换单元125获取逆变电路110的输出电压，对电压进行模数转换得到数字电压信号。通过将模拟信号转换为数字信号能够提高逆变电路110输出电流的控制精度，避免信号在传输过程中所造成的影响。第二比较单元126将数字电压信号与比例积分调节单元1231生成的调节信号做差，得到第二误差信号，再通过脉宽调制单元1232对第二误差信号进行脉冲宽度调制生成驱动信号，将驱动信号传输至逆变单元111的多个开关元件。其中，第一模数转换单元121、第一比较单元122以及调节单元123组成电流反馈调节单元；第二模数转换单元125以及第二比较单元126以及调节单元123组成电压反馈调节单元。在实际使用的过程中，灯丝电源100可以只设置电流反馈调节单元，灯丝电源100也可以只设置电压反馈调节单元，灯丝电源100还可以即设置电流反馈调节单元又设置电压反馈调节单元。

在其中一个实施例中，灯丝电源100还包括电压保护电路130；所述电压保护电路130连接于所述逆变电路110与所述磁控管200之间，用于对灯丝电源100进行电压保护。

具体地，通过设置电压保护电路130，防止电压过高对电源主电路造成损伤。优选的，电压保护电路130包括第一电感以及第二电感；所述逆变电路110的输出正极通过第一电感与所述磁控管200的灯丝连接；所述逆变电路110的输出负极通过第二电感与所述磁控管200的阴极连接。电压保护电路130还包括二极管、第一电容以及第二电容；所述二极管与第一电容并联于所述逆变电路110的输出正极与输出负极之间；所述第二电容连接于所述磁控管200的灯丝输入与阴极输入之间。

上述实施例中的灯丝电源，通过设置调节电路获取逆变电路的输出电参数，并根据所述电参数生成驱动信号，将驱动信号传输至逆变电路，通过驱动信号调节逆变电路输出的电参数。通过反馈调节，能够精确的将逆变电路输出的电参数调整为当前使用场景所需要的给定电参数，也就是能够精确的控制灯丝电源输出的电参数达到给定电参数，灯丝电源通过给定电参数向磁控管提供电能，能够保证磁控管中阴极灯丝的温度，进一步的能够提高磁控管的使用寿命。

在其中一个实施例中，如图9所示，一种灯丝电源，逆变电路为全桥拓扑，包括四个MOS管，四个MOS管首尾相连，MOS管Q1与MOS管Q2的连接点连接直流电源正极，MOS管Q3与MOS管Q4的连接点连接直流电源负极。直流电源的正极和负极之间连接有电容C1。MOS管Q1和MOS管Q3的连接点为输出端A，MOS管Q2和MOS管Q4的连接点为输出端B。输出端A设置有2阶LC滤波电路，输出端B设置有2阶LC滤波电路。MOS管Q1和MOS管Q3的连接点通过电感L1和电感L2连接至输出端A；电容C2的一端连接至电感L1和电感L2的连接点，另一端连接至电源负极；电容C3的一端连接至输出端A，另一端连接至电源负极。MOS管Q2和MOS管Q4的连接点通过电感L3和电感L4连接至输出端B；电容C4的一端连接至电感L3和电感L4的连接点，另一端连接至电源负极；电容C5的一端连接至输出端B，另一端连接至电源负极。电感L4与输出端B之间通过采样电阻R1连接。第一模数转换单元一端与采样电阻R1连接，另一端与比较器U1的一个输入端连接，比较器U1的另一个输入端与功率计算单元连接，功率计算单元与脉冲调制器的输出端连接，比较器U1的输出端与PI调制器的输入端连接。PI调制器的输出端与比较器U2的一个输入端连接，第一模数转换单元一端获取逆变电路的输出端连接，一端与比较器U2的一个输入端连接，比较器U2的输出端与PWM调制器连接，PWM调制器的输出端分别与MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3以及MOS管Q4连接。如图10所示，逆变电路的输出端A通过电感L5连接至磁控管阴极，逆变电路的输出端B通过电感L6连接至磁控管灯丝。输出端A与输出端B之间并联有二极管D1以及电容C6。磁控管灯丝的输入端与磁控管阴极的输入端之间连接有电容C7。

具体地，MOS管Q1-Q4为全桥电路的4个开关管，Vd为直流输入供电电压，其中输入电压Vd必须由含有隔离变压器的绝缘型开关电源提供，其绝缘等级应该满足磁控管的阴极电压与调制器其他弱电电路之间的绝缘要求。A、B为全桥电路的输出端，也即逆变电路的输出端，接负载。每个半桥中电的输出含有2阶LC滤波电路。输出通过电阻对电流进行采样，并经过模数转换器，将采样信号转换为数字信号，反馈至调制器进行闭环运算。通过磁控管输入的高压脉冲峰值电压、高压脉冲峰值电流、脉冲宽度以及重复频率计算得到平均功率，再通过平均功率得到给定电流。其中，高压脉冲峰值电压、高压脉冲峰值电流、脉冲宽度以及重复频率输入功率计算单元时，需要经过隔离电路，如，通过光耦或光纤等方式。给定电流与采样电流进行比较，得到误差信号，表明输出电流偏离给定电流值的程度和方向。误差为正，表明逆变电路的输出电流低于给定电流，则PI调制器调节提高输出电流，使其回到给定电流值；误差为负，表明逆变电路的输出电流高于给定电流，则PI调制器调节降低输出电流，使其回到给定电流值。PI调制器的调节结果与锯齿波进行比较，并通过PWM调制器产生数字PWM信号，即MOS管Q1-Q4的驱动信号，通过驱动信号控制MOS管Q1-Q4的导通和关断，从而根据需求进行电流的调节。整个控制系统由数字信号处理器完成，本实施例中还采用了输出电压前馈控制，检测全桥电路的输出电压，也即逆变电路的输出电压，经过模数转换之后，与PI调制器的输出端相连，产生补偿后的PWM信号。

如图11a-11d所示，以呈现RL特性的负载为例，说明逆变电路的工作原理。逆变电路由4个MOS管Q1-Q4组成，工作在双极性PWM调制模式下，即互为对角的两个MOS管同时导通，而同一侧半桥上下两个MOS管交替导通，将直流侧电压Vd变成幅值为Vd的交流电。其具体工作原理如下：

在t0≤t<t1时，MOS管Q1以及MOS管Q4处于导通状态，负载上的电流逐渐上升，此时负载上的电压为直流母线电压VAB＝Vd；当t1≤t<t2时，MOS管Q1以及MOS管Q4关断，MOS管Q2以及MOS管Q3导通，此时负载上的电压VAB＝-Vd，因为流过电感负载的电流不能突变，负载迫使电流通过MOS管Q2以及MOS管Q3的续流二极管进行续流；当t2≤t<t3时，负载中的电流已经续流完，此时，MOS管Q2以及MOS管Q3处于开通状态，负载上的电压VAB＝-Vd，负载电流沿着反方向增大；当t3≤t<t4时，MOS管Q2以及MOS管Q3关断，MOS管Q1以及MOS管Q4导通，负载迫使电流通过MOS管Q1以及MOS管Q4的反并联二极管进行续流，并且只有等到当负载电流续流完成，MOS管Q1以及MOS管Q4才处于正常开通状态，然后开始下一个周期的工作过程。

按照上述工作过程，一个周期内逆变电路的输出电压以及电流的波形以及MOS管Q1-Q4的驱动信号，如图12所示。它实际上是一个交流波形，可以用于使用交流加热磁控管的灯丝电源设计。通过对4个MOS管的控制，可以使负载上的正电压脉冲往正方向增大到一个值，使得该电路工作在t0<t<t2区间内，则输出电流为直流，如图13所示，通过控制MOS管的导通的占空比，可以控制输出电流的大小。通过改变直流侧电压Vd的大小，能够改变输出的最大电流值。

本实施例中，灯丝电源的输出端通过电感L5以及电感L6分别连接至磁控管的阴极以及灯丝，用于防止过高的电压变化对电源主电路产生损伤，同时对灯丝电源与磁控管阴极高压进行隔离。通过设置电容C6、电容C7以及偏值二极管D1等，确保没有较大的脉冲能量耗散在灯丝电源中，从而对灯丝电源进行保护。其中，电感L5、电感L6、电容C6、电容C7以及偏值二极管D1构成的保护电路，可以集成在灯丝电源内部，也可以作为独立电路作为灯丝电源与磁控管连接的外设电路。

上述实施例中的灯丝电源为数字直流电源，监测电流并实现反馈控制，以使灯丝电源的输出电流能够按照规定的加热程序产生灯丝电流，进一步的是阴极寿命大幅增加。从本质上属于电流控制，比一般的电压控制更加的精确，不易受到脉冲变压器参数的影响，从而具有更好的性能。

在其中一个实施例中，还提供了一种放疗设备，该放疗设备为医用电子直线加速器，包括上述实施例中任一种灯丝电源。该放疗设备的磁控管使用寿命长。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种灯丝电源，其特征在于，所述灯丝电源包括逆变电路以及调节电路；

所述逆变电路的输入端连接直流电源，所述逆变电路的输出端与磁控管连接，用于将直流电转换为交流电，并利用交流电为磁控管提供电能；

所述调节电路的输入端与所述逆变电路的输出端连接，所述调节电路的输出端与逆变电路的驱动端连接，用于获取所述逆变电路输出的电参数，并根据所述电参数以及给定电参数生成驱动信号，所述驱动信号用于调节所述逆变电路输出的电参数。

2.根据权利要求1所述的灯丝电源，其特征在于，所述逆变电路包括逆变单元、滤波单元以及采样电阻；

所述逆变单元的输入端连接直流电源，用于将直流电转换为交流电；

所述滤波单元设置于所述逆变单元的输出端，用于对所述交流电进行滤波处理；

所述采样电阻设置于所述逆变单元的输出端，所述调节电路的输入端与所述采样电阻连接，所述调节电路的输出端与所述逆变单元连接，所述调节电路通过所述采样电阻采集逆变电路输出的电流，并根据所述电流以及给定电流生成驱动信号，将驱动信号传输至所述逆变单元。

3.根据权利要求2所述的灯丝电源，其特征在于，所述调节电路包括第一模数转换单元、第一比较单元以及调节单元；

所述第一模数转换单元的输入端与所述采样电阻连接，所述第一模数转换单元的输出端与第一比较单元的第一输入端连接，用于通过所述采样电阻采集逆变电路输出的电流，并对所述电流进行模数转换得到数字电流信号；

所述第一比较单元的第二输入端接入给定电流信号，所述第一比较单元的输出端与所述调节单元连接，用于将所述数字电流信号与给定电流信号进行比较，得到第一误差信号；

所述调节单元的输出端与所述逆变单元连接，用于根据第一误差信号生成驱动信号，并将驱动信号传输至所述逆变单元。

4.根据权利要求3所述的灯丝电源，其特征在于，所述调节单元包括：比例积分调节单元以及脉宽调制单元；

所述比例积分调节单元的输入端与所述第一比较单元的输出端连接，所述比例积分调节单元的输出端与所述脉宽调制单元的输入端连接，用于对所述第一误差信号进行比例积分调节，得到调节信号；

所述脉宽调制单元的输出端与所述逆变单元连接，用于对调节信号进行脉冲宽度调制得到驱动信号，并将驱动信号传输至所述逆变单元。

5.根据权利要求4所述的灯丝电源，其特征在于，所述调节电路还包括功率计算单元；

所述功率计算单元的输入端与所述磁控管的输入端连接，所述功率计算单元的输出端与第一比较单元的第二输入端连接，用于获取输入磁控管的脉冲参数，并根据所述脉冲参数得到给定电流信号，将所述给定电流信号传输至第一比较单元。

6.根据权利要求5所述的灯丝电源，其特征在于，所述脉冲参数包括：脉冲峰值电压、脉冲峰值电流、脉冲宽度以及脉冲重复频率；

所述功率计算单元，还用于根据所述脉冲峰值电压、脉冲峰值电流、脉冲宽度以及脉冲重复频率，得到平均功率；根据所述平均功率查找功率与电流的映射表，得到给定电流信号。

7.根据权利要求6所述的灯丝电源，其特征在于，所述调节电路还包括第二模数转换单元以及第二比较单元；

所述第二模数转换单元的输入端与所述逆变电路的输出端连接，所述第二模数转换单元的输出端与所述第二比较单元的第一输入端连接；用于获取所述逆变电路输出的电压，并对所述电压进行模数转换得到数字电压信号；

所述第二比较单元的第二输入端与所述比例积分调节单元的输出端连接，所述第二比较单元的输出端与所述脉宽调制单元的输入端连接；用于将调节信号与数字电压信号进行比较，得到第二误差信号，并将所述第二误差信号传输至所述脉宽调制单元。

8.根据权利要求1所述的灯丝电源，其特征在于，所述灯丝电源还包括电压保护电路；

所述电压保护电路连接于所述逆变电路与所述磁控管之间，用于对灯丝电源进行电压保护。

9.根据权利要求8所述的灯丝电源，其特征在于，所述电压保护电路包括第一电感以及第二电感；

所述逆变电路的输出正极通过第一电感与所述磁控管的灯丝连接；

所述逆变电路的输出负极通过第二电感与所述磁控管的阴极连接。

10.根据权利要求9所述的灯丝电源，其特征在于，所述电压保护电路还包括二极管、第一电容以及第二电容；

所述二极管与第一电容并联于所述逆变电路的输出正极与输出负极之间；

所述第二电容连接于所述磁控管的灯丝输入与阴极输入之间。

11.一种放疗设备，其特征在于，所述放疗设备包括权利要求1-10中任一项所述的灯丝电源。

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