CN114470536B - 脉冲调制器及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及脉冲调制器技术领域，特别涉及一种脉冲调制器及其充电方法，其中，脉冲调制器包括：脉冲发生器，用于生成脉冲高压能量；脉冲变压器，用于基于脉冲高压能量对预设功率源放电，以生成脉冲电压；充电单元，充电单元包括至少一个超级电容，充电单元在至少一个超级电容充能以处于预备放电状态后，为脉冲发生器供电，利用脉冲变压器生成脉冲电压。根据本申请实施例的脉冲调制器，替代了相关技术中的直流电源直接供电方法，降低了供电功率需求。

Description

脉冲调制器及其充电方法

技术领域

本申请涉及脉冲调制器技术领域，特别涉及一种脉冲调制器及其充电方法。

背景技术

近年来，随着加速器技术的不断发展，出现了对于加速器新的工作模式的需求，即期望加速器系统在短时间内大功率工作。最近一大医疗领域的研究热点即超高剂量率放射治疗就需要医用加速器系统工作在瞬时大功率的模式之下，除此之外，对于电子器件的抗辐射研究、快速无损检测的实现以及研制基于加速器的闪光光源都需要加速器系统采用这样的工作模式。

以超高剂量率放射治疗为例，随着医用电子直线加速器系统相关技术的趋于成熟，放射治疗技术的飞速发展在医疗领域备受关注，对于放疗设备的小型化、高剂量等新需求的出现为研究人员带来了新的挑战，也为医用电子直线加速器的发展指明了新的方向。

根据近年的生物学实验结果，有望在不久的将来实现超高剂量率的放射治疗技术。相较于常规的放疗技术，超高剂量率放射治疗技术需将剂量率提高2-3个量级，同时将照射时间缩短至百毫秒量级。

在医用电子直线加速器系统中，三相动力电通过电源系统和控制系统驱动脉冲调制器，脉冲调制器将得到的直流高压转变为大功率脉冲高压供给磁控管/速调管。脉冲调制器主要由高压直流电源单元、MARX发生器、脉冲变压器等组成，其中，高压直流电源单元一般包括三相四线380V调压变压器、高压变压器和高压整流二极管组件。

然而，由于超高剂量率的放射治疗技术的剂量率大大提高且照射时间仅有百毫秒量级，仅使用高压直流电源单元大大提高了对于供电功率的需求。

发明内容

本申请提供一种脉冲调制器及其充电方法，替代了相关技术中的直流电源直接供电方法，降低了供电功率需求。

本申请第一方面实施例提供一种脉冲调制器，包括：

脉冲发生器，用于生成脉冲高压能量；

脉冲变压器，用于基于所述脉冲高压能量对预设功率源放电，以生成脉冲电压；以及

充电单元，所述充电单元包括至少一个超级电容，所述充电单元在所述至少一个超级电容充能以处于预备放电状态后，为所述脉冲发生器供电，利用所述脉冲变压器生成的脉冲电压。

可选地，所述充电单元还包括：

预充充电电源，所述预充充电电源的输入端与市电供电端相连，所述预充充电电源的输出端与所述至少一个超级电容相连，为所述至少一个超级电容充能；

充电电源，所述充电电源的输入端与所述至少一个超级电容相连，所述充电电源的输出端与所述脉冲发生器相连，为所述脉冲发生器供电。

可选地，还包括：

开关组件，所述开关组件设置于所述充电单元和所述脉冲发生器之间，以基于所述开关组件的开关状态控制所述脉冲发生器充电或者放电。

本申请第二方面实施例提供一种脉冲调制器的充电方法，利用上述的脉冲调制器，其中，方法包括以下步骤：

在所述至少一个超级电容充能以处于预备放电状态后，为所述脉冲发生器供电；

通过所述脉冲发生器生成脉冲高压能量；

所述脉冲变压器基于所述脉冲高压能量对所述预设功率源放电，以产生所述脉冲电压。

由此，通过设置有至少一个超级电容，并利用至少一个超级电容的短时间、大功率的放电，完成脉冲调制器的供能，进而实现超高剂量率的放射治疗技术，替代了相关技术中的直流电源直接供电方法，降低了供电功率需求。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种脉冲调制器的方框示意图；

图2为根据本申请一个具体实施例的脉冲调制器的方框示意；

图3为根据本申请一个实施例的脉冲发生器储能时的电路原理示意图；

图4为根据本申请一个实施例的脉冲发生器放电时的电路原理示意图；

图5为根据本申请实施例的直线加速器的充电方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的脉冲调制器及其充电方法。针对上述背景技术中心提到的相关技术中使用高压直流电源单元供电不仅会浪费能源，而且降低效率的问题，本申请提供了一种脉冲调制器，通过设置有至少一个超级电容，并利用至少一个超级电容的短时间、大功率的放电，完成脉冲调制器的供能，进而实现超高剂量率的放射治疗技术，替代了相关技术中的直流电源直接供电方法，降低了供电功率需求。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种脉冲调制器的方框示意图。

如图1所示，该脉冲调制器10包括：脉冲发生器100、脉冲变压器200和充电单元300。

其中，脉冲发生器100用于生成脉冲高压能量；脉冲变压器200用于基于脉冲高压能量对预设功率源放电，以生成脉冲电压；充电单元300包括至少一个超级电容301，充电单元300在至少一个超级电容301充能以处于预备放电状态后，为脉冲发生器100供电，以利用脉冲变压器100生成脉冲电压。其中，超级电容储能过程可逆，可反复地稳定充放电数十万次，安全可靠。同时，超级电容功率密度高，可作为功率辅助器供给大电流。可选地，在一些实施例中，如图2所示，充电单元300还包括：预充充电电源302和充电电源303。其中，预充充电电源302的输入端与市电供电端相连，预充充电电源302的输出端与至少一个超级电容301相连，为至少一个超级电容301充能；充电电源303的输入端与至少一个超级电容301相连，充电电源303的输出端与脉冲发生器100相连，为脉冲发生器100供电。

可选地，在一些实施例中，本申请实施例的脉冲调制器10，还包括：开关组件，开关组件设置于充电单元300和脉冲发生器100之间，以基于开关组件的开关状态控制脉冲发生器100充电或者放电。

应当理解的是，脉冲发生器100可以为MARX发生器，充电单元300利用至少一个超级电容301短时间内的大功率放电来为脉冲发生器100提供电能。在每次需要启用超高剂量率放疗技术之前，本申请实施例可以利用预充充电电源302给至少一个超级电容301充能，使其进入预备放电状态，从而在需要启用之时，利用至少一个超级电容301给后续充电电源模组(即充电电源303)供能。脉冲变压器200的前级装置通过脉冲变压器200对后续功率源放电，进一步升高脉冲电压，同时隔离了脉冲调制器10与负载之间的直流电位，使得前级装置能够采用相对较低的工作电压，便于控制处理。

进一步地，为便于本领域技术人员进一步了解本申请实施例的脉冲调制器100，下面结合图3进行详细说明MARX发生器的工作原理。如图3和图4所示，图3和图4分别为MARX发生器储能和放电时的电路原理示意图，当开关断开时，电流方向为图3中箭头方向，14组储能电容(设置在储能器件内)并联充电；当开关导通时，电流方向为图4中箭头方向，14组储能电容串联放电，在输出端形成负高压，其幅度值为各储能电容的电压之和。由此，通过MARX发生器，将充电单元充在储能电容上的能量转化为脉冲高压能量，从而满足新型放射治疗技术的高剂量率、短放电时间的要求。

由此，本申请实施例利用至少一个超级电容以及辅助充电电源和开关组件替代传统脉冲调制器中的高压直流电源单元，在启用医用电子直线加速器系统之前完成超级电容模组的预充电，在启动之时利用超级电容的短时间放电即可实现一次超高剂量率的放射治疗技术。

需要说明的是，上述将脉冲调制器针对于放疗仅为示例性的，不作为本申请的限制，本领域技术人员可以根据实际情况在实际加速器领域中所有需要短时间内大功率工作的都可以运用，例如，电子器件的抗辐射研究、快速无损检测的实现以及研制基于加速器的闪光光源等。

根据本申请实施例提出的脉冲调制器，通过设置有至少一个超级电容，并利用至少一个超级电容的短时间、大功率的放电，完成脉冲调制器的供能，进而实现超高剂量率的放射治疗技术，替代了相关技术中的直流电源直接供电方法，降低了供电功率需求。

此外，如图5所示，本申请实施例还提出一种脉冲调制器的充电方法，利用上述的脉冲调制器，其中，方法包括以下步骤：

S501，在至少一个超级电容充能以处于预备放电状态后，为脉冲发生器供电；

S502，通过脉冲发生器生成脉冲高压能量；

S503，脉冲变压器基于脉冲高压能量对预设功率源放电，以产生脉冲电压。

根据本申请实施例的脉冲调制器的充电方法，过设置有至少一个超级电容，并利用至少一个超级电容的短时间、大功率的放电，完成脉冲调制器的供能，进而实现超高剂量率的放射治疗技术，替代了相关技术中的直流电源直接供电方法，降低了供电功率需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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，“N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。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种脉冲调制器，其特征在于，包括：

脉冲发生器，用于生成脉冲高压能量；

脉冲变压器，用于基于所述脉冲高压能量对预设功率源放电，以生成脉冲电压；以及

充电单元，所述充电单元包括至少一个超级电容，所述充电单元在所述至少一个超级电容充能以处于预备放电状态后，为所述脉冲发生器供电，利用所述脉冲变压器生成脉冲电压；

其中，所述充电单元还包括：预充充电电源，所述预充充电电源的输入端与市电供电端相连，所述预充充电电源的输出端与所述至少一个超级电容相连，为所述至少一个超级电容充能；充电电源，所述充电电源的输入端与所述至少一个超级电容相连，所述充电电源的输出端与所述脉冲发生器相连，以为所述脉冲发生器供电；其中，在所述至少一个超级电容充能以处于预备放电状态时，利用所述至少一个超级电容为所述充电电源供能。

2.根据权利要求1所述的脉冲调制器，其特征在于，还包括：

开关组件，所述开关组件设置于所述充电单元和所述脉冲发生器之间，以基于所述开关组件的开关状态控制所述脉冲发生器充电或者放电。

3.一种脉冲调制器的充电方法，其特征在于，利用所述权利要求1-2任一项所述的脉冲调制器，其中，方法包括以下步骤：

在所述至少一个超级电容充能以处于预备放电状态后，为所述脉冲发生器供电；

通过所述脉冲发生器生成脉冲高压能量；

所述脉冲变压器基于所述脉冲高压能量对所述预设功率源放电，以产生所述脉冲电压。

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