CN201774731U - 一种医用高频高压发生器 - Google Patents

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张家榕
张浩然
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Abstract

本实用新型涉及一种医用高频高压发生器，包括整流滤波模块、电源变换电路模块、负载模块、控制回路模块，所述的整流滤波模块与电源变换电路模块连接，所述的电源变换电路模块与负载模块连接，所述的控制回路模块与电源变换电路模块连接。与现有技术相比，本实用新型具有能使用AC220V或AC380V工作电源，逆变工作频率最高达100kHz以上，可靠性好，功率大，且不需要增加储能电容等优点。

Description

一种医用高频高压发生器
技术领域
本实用新型涉及一种高频高压发生器，尤其是涉及一种医用高频高压发生器。
背景技术
医用高压发生器是医用X射线诊断设备中的主要部件之一，其性能指标的高低也决定了医用X射线诊断设备的等级。
目前我国医疗器械行业在200mA以上的医用X射线诊断设备中采用以下三种技术等级的高压发生器：
1、低端X射线诊断设备采用50Hz的工频高压发生器，这是早期50年代的技术产品，它将工频高压经高压硅堆整流而获得125kV的直流高压，这种方式的高压发生器，体积大，耗材耗能，稳定度差和直流纹波系数大，现处于淘汰阶段，况且受电网限制，其只能采用三相380V电源。
2、中端X射线诊断设备采用近期国内自行研制用脉宽调制技术实现的中高频高压发生器，其逆变工作频率在10kHz～40kHz之间，最大输出电压为125kV～150kV，产品性能较工频高压发生器提高了一个性能等级，输出直流高压的纹波较小。它的主要工作原理是采用10kHz～40kHz脉宽调制中高频电源，经多级倍压整流得到直流高压，采用倍压整流技术有以下三个不足之处：(1)会使整个反馈回路控制延迟，影响控制精度，因此容易在高压输出端产生电压过冲，造成高压对电缆和球管的冲击，在严重的情况下甚至会将电缆击穿，直接威胁到球管的安全；(2)电源内阻较大故带载特性不好，当输出大电流时无法得到稳定的高压输出；(3)采用220V工作电源，需增加储能电容。
3.高端X射线诊断设备基本上均使用进口的高频高压发生器(谐振技术)，其逆变工作频率在100kHz以上，最大输出电流为500mA以上，最高输出电压为150kV。因为逆变工作频率不小于100kHz，直流高压输出纹波很小(近似直流)，设备体积小，重量轻。但其价格昂贵，仅适用于大型X射线诊断设备。
目前的高频高压发生器，其供电系统多为三相380V动力电源。但对于部分农村医院、车载流动医院，不具备三相380V电源，因此基于220V供电系统的医用高频高压发生器研制和生产则迫在眉睫。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能使用AC220V或AC380V工作电源，可靠性好，功率大，且不需要增加储能电容的医用高频高压发生器。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种医用高频高压发生器，包括整流滤波模块、电源变换电路模块、负载模块、控制回路模块，所述的整流滤波模块与电源变换电路模块连接，所述的电源变换电路模块与负载模块连接，所述的控制回路模块与电源变换电路模块连接。
所述的整流滤波模块包括配电开关、两相整流器、滤波器，所述的配电开关、两相整流器、滤波器依次连接。
所述的电源变换电路模块包括MOSFET全桥逆变器、串联谐振元件、高频升压变压器、高频高压整流板，所述的MOSFET全桥逆变器、串联谐振元件、高频升压变压器、高频高压整流板依次连接。
所述的负载模块为X射线球管。
所述的控制回路模块包括单片机、谐振变换器控制电路、LCD显示器、键盘、电流电压采样电路、驱动保护电路，所述的单片机与谐振变换器控制电路连接，所述的谐振变换器控制电路与驱动保护电路连接，所述的驱动保护电路与电源变换电路模块连接，所述的电流电压采样电路设置在单片机与驱动保护电路之间，所述的LCD显示器、键盘分别与单片机连接。
还包括大小焦电源、大小焦电源控制电路、人机接口电路、模拟信号采集电路，所述的大小焦电源、人机接口电路、模拟信号采集电路分别与单片机连接，所述的大小焦电源控制电路与大小焦电源连接。
与现有技术相比，本实用新型能使用AC220V或AC380V工作电源，克服了国内现有高频高压发生器部分不足之处，可靠性好，功率大，且不需要增加储能电容，使其逆变工作频率可达到100kHz以上，最大输出电流200mA以上，最高输出电压为125kV～150kV。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型电源变换电路图；
图3为本实用新型谐振变换器控制电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种医用高频高压发生器，包括整流滤波模块1、负载模块3、设在整流滤波模块1与负载模块3之间的电源变换电路模块2，整流滤波模块1与负载模块3之间还设有控制回路模块4。整流滤波模块1包括配电开关11、与配电开关11连接的两相整流器12、与两相整流器12连接的滤波器13。电源变换电路模块2包括MOSFET全桥逆变器21、串联谐振元件22、高频升压变压器23、高频高压整流板24。控制回路模块4包括单片机41、谐振变换器控制电路42、LCD显示器43、键盘44、电流电压采样电路45、驱动保护电路46。单片机41与谐振变换器控制电路42可构成两级控制结构，对回路进行双重控制。单片机41与LCD显示器43、键盘44连接，可以实时显示医用高频高压发生器的状态，并根据需要进行控制。单片机41与整流模块1、负载模块3之间设有电流电压采样电路45。谐振变换器控制电路42与电源变换电路模块2之间设有驱动保护电路46，谐振变换器控制电路42与驱动保护电路46之间利用专用芯片来实现隔离。另外，控制电路还包括大小焦电源的控制部分。
如图2所示，高频高压发生器的主要变流经过是AC-DC-AC-AC-DC，其中DC-AC高频逆变电路的实现是个难点，本实用新型立足于现在的主功率开关管的选用，采用IGBT虽然可以满足电流需求，但开关频率不满足需求，MOSFET开关频率高，但是电流小，因此本实用新型采用多MOSFET管并联的思路，可以得到600V/400A的处理能力，在现有功率开关管的制约下，解决了高频电源的高频率、大功率问题，并且提高了高频发生器的可靠性。
LC谐振电路具有较小的开关损耗和较高的效率，尤其是具有抗负载短路与打火的优点，很适合高压发生器的应用领域。当LC串联谐振工作在工作频率大于谐振频率的区域，可以很容易地实现零电压软开关，提高主回路工作效率和可靠性，本实用新型高频高压发生器中逆变器的工作频率范围是36kHz  105kHz，整流器输出的纹波频率是72kHz-210kHz。
本实用新型采用一块谐振电路专用控制芯片MC34067去控制谐振逆变电路，如图3所示，主控制芯片单片机发送控制信号，控制芯片MC34067根据这一信号，发出两路PWM控制脉冲，控制脉冲被连接驱动电路去驱动主开关功率管，专用芯片可以有效阻止驱动电路对控制芯片MC34067的干扰，使之能稳定可靠地工作，如果有故障信号时，控制芯片MC34067关闭脉冲的输出，停止电源主回路的工作。
除了底层的逆变电路的控制电路之外，本实用新型在以单片机芯片为核心的上层控制电路上设置人机接口电路、模拟信号采集电路等，完成高频高压电源的状态变量采集、状态显示、指令输入、以及与大小焦电源的时序配合。

Claims (6)

1.一种医用高频高压发生器，其特征在于，包括整流滤波模块(1)、电源变换电路模块(2)、负载模块(3)、控制回路模块(4)，所述的整流滤波模块(1)与电源变换电路模块(2)连接，所述的电源变换电路模块(2)与负载模块(3)连接，所述的控制回路模块(4)与电源变换电路模块(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种医用高频高压发生器，其特征在于，所述的整流滤波模块(1)包括配电开关(11)、两相整流器(12)、滤波器(13)，所述的配电开关(11)、两相整流器(12)、滤波器(13)依次连接。
3.根据权利要求1所述的一种医用高频高压发生器，其特征在于，所述的电源变换电路模块(2)包括MOSFET全桥逆变器(21)、串联谐振元件(22)、高频升压变压器(23)、高频高压整流板(24)，所述的MOSFET全桥逆变器(21)、串联谐振元件(22)、高频升压变压器(23)、高频高压整流板(24)依次连接。
4.根据权利要求1所述的一种医用高频高压发生器，其特征在于，所述的负载模块(3)为X射线球管。
5.根据权利要求1所述的一种医用高频高压发生器，其特征在于，所述的控制回路模块(4)包括单片机(41)、谐振变换器控制电路(42)、LCD显示器(43)、键盘(44)、电流电压采样电路(45)、驱动保护电路(46)，所述的单片机(41)与谐振变换器控制电路(42)连接，所述的谐振变换器控制电路(42)与驱动保护电路(46)连接，所述的驱动保护电路(46)与电源变换电路模块(2)连接，所述的电流电压采样电路(45)设置在单片机(41)与驱动保护电路(46)之间，所述的LCD显示器(43)、键盘(44)分别与单片机(41)连接。
6.根据权利要求1所述的一种医用高频高压发生器，其特征在于，还包括大小焦电源、大小焦电源控制电路、人机接口电路、模拟信号采集电路，所述的大小焦电源、人机接口电路、模拟信号采集电路分别与单片机(41)连接，所述的大小焦电源控制电路与大小焦电源连接。
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