TWI782418B - 高壓電子放射管正負極脈衝驅動方法與裝置 - Google Patents

高壓電子放射管正負極脈衝驅動方法與裝置 Download PDF

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Abstract

一種以正負時序控制脈衝高壓電路，用以清除高壓電子放 射管內的殘氣與雜質，至少包含：微處理器單元包含第一輸出埠及第二輸出埠，分別以預設的時序程序輸出第一時序控制信號及第二時序控制信號；第一高頻升壓電路，連接該第一輸出埠，該第一高頻升壓電路的輸出端，以輸出被該第一時序控制信號調控的正高壓；第二高頻升壓電路，連接該第二輸出埠，該第二高頻升壓電路的輸出端，以輸出被該第二時序控制信號調控的負高壓；第一高壓保護電路連接該高壓電子放射管的陽極及該第一高頻升壓電路的輸出端；第二高壓保護電路連接該高壓電子放射管的陰極及該第二高頻升壓電路的輸出端；因此，藉由第一時序控制信號調控的正高壓及第二時序控制信號調控的負高壓分別且同時施於該高壓電子放射管的陽極及陰極清除高壓電子放射管內的殘氣與雜質。

Description

高壓電子放射管正負極脈衝驅動方法與裝置
本發明係關於一種高壓電子放射管正負極脈衝驅動方法與裝置，於高壓電子放射管製造時消除殘氣與雜質，特別是指一種高壓電子放射管製造時封管前以程序化施加正負兩極高壓脈衝於高壓電子放射管的兩極以消除殘氣與雜質，此外，也有降低電磁干擾的效果。
高壓電子放射管，例如X射線玻璃球管抽真空以進行封裝前得將玻璃球管內殘氣與雜質清除乾淨才能增加X射線玻璃球管的使用壽命與提高攝像品質。
如圖1所示即為一習知方法，它以高壓開關100安裝於高壓電子放射管150之陽極150A與高壓電源120之間。亦即是一種單極性高壓輸出。一脈衝產生電路140產生單脈衝P施加於高壓開關100。高壓開關100一者價格高昂，二來高壓開關100有時甚至是管制品而不易取得。另，發表於西元2018美國EDN電子期刊發表reduced EMI by driving high power LEDs這篇文章雖然提到使用LED臨界電壓先施於高功率LED模組上面，然後用一個低壓開關引進一個可以驅動LED之大電壓，臨界電壓用來使電壓切換時升壓振幅降低以降低切換雜訊；上述之高 壓開關或臨界電壓驅動方法對於需要高達幾萬伏電壓仍顯不足。
有鑑於習知技術的問題，本發明將提供一種高壓電子放射管製造時消除殘氣與雜質的高壓電路裝置與使用該裝置的方法
本發明之一目的提供一種高壓電子放射管所需的高壓電路以相較單極的高壓容易取得且價格相對低很多的正負兩極高壓替換，此電路同時也是消除電子放射管內的殘氣與雜質的電路。
本發明之再一目的提供一種高壓電子放射管正負極脈衝驅動方法與裝置，同樣的正負兩極高壓也應用於電子放射管製造時，利用時序控制脈衝高壓消除電子放射管內的殘氣與雜質再予封裝。
本發明揭露一種高壓電子放射管正負極脈衝驅動方法與裝置，以正負時序控制脈衝高壓電路清除高壓電子放射管內的殘氣與雜質，至少包含：微處理器單元包含第一輸出埠及第二輸出埠，分別以預設的時序程序輸出第一時序控制信號及第二時序控制信號；第一高頻升壓電路，連接該第一輸出埠，該第一高頻升壓電路的輸出端，以輸出被該第一時序控制信號調控的正高壓；第二高頻升壓電路，連接該第二輸出埠，該第二高頻升壓電路的輸出端，以輸出被該第二時序控制信號調控的負高壓；第一高壓 保護電路連接該高壓電子放射管的陽極及該第一高頻升壓電路的輸出端；第二高壓保護電路連接該高壓電子放射管的陰極及該第二高頻升壓電路的輸出端；因此，藉由第一時序控制信號調控的正高壓及第二時序控制信號調控的負高壓分別且同時施於該高壓電子放射管的陽極及陰極清除高壓電子放射管內的殘氣與雜質。
其中上述之第二時序控制信號的負脈衝寬度為T2。第一時序控制信號包含n個周期為T1的脈衝及兩個延遲時間，且兩個延遲時間T3及T4之間為n個周期為T1的脈衝，且在負脈衝寬度T2內滿足關係式T2=T3+n*T1+T4。
依據本發明第二較佳實施例，以2xkV的高壓差施加於高壓電子放射管之陽極及陰極的時序波形的硬體電路是將第一時序及第二控制信號調控的進行移到第一及第二高頻升壓電路的輸出端。因此，高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置包含：第一高頻升壓電路，以輸出頻率為f1之正高壓；第二高頻升壓電路，以輸出頻率為f2之負高壓；微處理器單元，包含第一輸出埠及第二輸出埠；第一高壓開關，連接該第一高頻升壓電路之輸出端及該微處理器單元之第一輸出埠，該第一輸出埠輸出第一時序控制信號調控的正高壓；第二高壓開關，連接該第二高頻升壓電路之輸出端及該微處理器單元之第二輸出埠，該第二輸出埠輸出第二時序控制信 號調控的負高壓；第一高壓保護電路，連接該高壓電子放射管的陽極及該第一高壓開關；第二高壓保護電路，連接該高壓電子放射管的陰極及該第二高壓開關；因此，藉由第一時序控制信號調控的正高壓及第二時序控制信號調控的負高壓分別且同時施於該高壓電子放射管的陽極及陰極清除高壓電子放射管內的殘氣與雜質。
100:高壓開關
P:單脈衝
120:高壓電源
140:脈衝產生電路
150:高壓電子放射管
150A:陽極
200:微處理器單元
150C:陰極
210:第一高頻f1基礎電壓開關電路模組
SS1、SS2:高壓開關
210M:第一升壓模組
230:第二高頻f2基礎電壓開關電路模組
230M:第二升壓模組
nT1:n個周期T1的脈衝
A1、A2:誤差放大比較回授電路
T3、T4:延遲時間
250:第一高壓保護電路
510:第一高頻升壓電路
260:第二高壓保護電路
530:第二高頻升壓電路
550:比較回授電路
ta、tb:周期T1的脈衝的兩個位準時間寬
T2:脈衝寬
Dp及Dn:高壓二極體
S1:第一輸出埠
S2:第二輸出埠
201、202、203、204、205、206、A、B:光纖
207、208:流程圖步驟
5502:第二比較回授電路
圖1示依據習知技術產生單極脈衝高壓於高壓電子放射管之示意圖。
圖2示依據本發明第一較佳實施例，以2xkV的高壓差施加於高壓電子放射管之陽極及陰極的時序波形圖。
圖3示產生圖2時脈程序的流程圖。
圖4示依據本發明第二較佳實施例，以2xkV的高壓差施加於高壓電子放射管之陽極及陰極的時序波形圖。
圖5示依據本發明第一較佳實施例產生圖2時脈程序，用於消除電子放射管內的殘氣與雜質的硬體電路示意圖。
圖6示依據本發明第一較佳實施例產生圖2時脈程序，用於消除電子放射管內的殘氣與雜質的硬體電路示意圖。
本發明提供一高壓電子放射管正負極脈衝驅動方法與裝置，以時序控制脈衝高壓消除電子放射管內的殘氣與雜質。
依據本發明的方法是以微處理器的兩個輸出埠產生時序控制脈衝信號以本發明時序控制程序分別形成正、負高壓脈衝輸出以消除電子放射管內的殘氣與雜質。
圖2示依據本發明第一較佳實施例，以2xkV的高壓差施加於高壓電子放射管150之陽極及陰極的時序波形圖。請同時參考圖5，施加於高壓電子放射管150之陰極的是時間寬度為T2負電壓峰值-xkV的負方波，而施加於高壓電子放射管150之陽極150A的時序波形是在時間寬度為T2的負方波內有n個周期為T1的正方波。周期為T1之正方波由電壓位準xkV時間寬ta及時間寬tb電壓值0V(或低電位)組成。第一個正方波峰值出現是在負電壓位準-xkV左緣出現後延遲T3時間寬再開始，然後連續n個周期為T1的正方波。在第n個周期T1的正方波右緣出現後延遲T4時間寬後升起負方波的右緣。
圖3示產生上述時脈程序的流程圖。首先，如步驟201所示先設定T1、T2、T3、T4、ta、tb等波形時間參數及個數n。如步驟202，接著，啟動S2以輸出T2，接著，如步驟203，延遲T3時間寬；接著，如步驟204，啟動S1以輸出T1其中，T1=ta+tb；接著，如步驟205設定n=n-1；接著，如步驟206判斷是否n=0；如果是，如步驟207延遲T4時間寬後，如步驟208關掉S2；如步驟206判斷為否，則繼續輸出T1正波形，如步驟204，每輸出一個就減n一次，即步驟206判斷是否n=0。上述參數n的取值和高壓電子放射管150的形式及其內的氣壓而定。
上述時序波形圖並不限以T2為負高壓的時脈寬，T3+n*T1+T4為正高壓的時脈寬。例如，圖4示依據本發明第二較佳實施例之時序波形圖，T2為正高壓的時脈寬，T3+n*T1+T4為包含n 個負高壓及延遲時間的時脈寬。
圖5示依據本發明第一較佳實施例，用於消除電子放射管內的殘氣與雜質的硬體電路，請參照圖5的電路方塊示意圖，它是依據本發明高壓電子放射管的正負兩極高壓及時序控制脈衝控制高壓電路的第一較佳實施例，包含一微處理器單元200、第一高頻升壓電路510、第二高頻升壓電路530、第一高壓保護電路250、第二高壓保護電路260及高壓電子放射管150。其中，微處理器單元200包含第一輸出埠S1及第二輸出埠S2，分別以預設的時序程序輸出第一時序控制信號及第二時序控制信號，第一高頻升壓電路510，連接第一輸出埠S1，第一高頻升壓電路510的輸出端輸出被第一時序控制信號調控，n個電壓位準為xkV的正高壓及包含延遲時間T3及T4，例如，T3+n*T1+T4。
第二高頻升壓電路530，連接第二輸出埠S2，第二高頻升壓電路530的輸出端輸出被第二時序控制信號調控的負高壓，例如，電壓位準為-xkV且時間寬度為T2的負脈衝。第一高壓保護電路250連接高壓電子放射管150的陽極150A及第一高頻升壓電路510的輸出端。第二高壓保護電路260連接高壓電子放射管150的陰極150C及第二高頻升壓電路530的輸出端。因此，藉由第一時序控制信號調控的正高壓及第二時序控制信號調控的負高壓分別且同時施於高壓電子放射管150的陽極150A及陰極150C以圖2所示的時序電壓波形清除高壓電子放射管150內的殘氣與雜質。
第一高頻升壓電路510包含第一高頻f1基礎電壓開關電路模組210、第一變壓器TF1、第一升壓模組210M、及比較回授電路550。第一變壓器TF1的主線圈的線圈.N1三個副線圈分別為N2、 N3及N4，其中，副線圈N2、N3及N4之一端接地，其中副線圈N2、N3之另一端再經由第一升壓模組210M之電容連接二極體的正極；第一升壓模組210M如圖所示是由多個以二極體與電容組成，且由電容橋接二極體的多倍壓電路，副線圈N4之另一端連接比較回授電路550。比較回授電路550與第一升壓模組210M聯接，包含由二極體、電容廻路串聯誤差放大比較回授電路A1；誤差放大比較回授電路A1再串接電阻、電容廻路。一光纖A再連接誤差放大比較回授電路A1與第一高頻f1基礎電壓開關電路模組210，用以調控第一高頻f1基礎電壓開關電路模組210的輸出高壓電壓。第一保護電路250之一高壓二極體Dp的正極接地，負極連接陽極150A。
仍請參考圖5，第二高頻升壓電路530包含第二高頻f2基礎電壓開關電路模組230、第二變壓器TF2、第二升壓模組230M、及第二比較回授電路5502。第二變壓器TF2的主線圈N5、三個副線圈，分別為N6、N7及N8，其中，副線圈N6、N7及N8之一端接地，副線圈N7及N8之另一端再經由第二升壓模組230M之電容連接二極體的負極；第二升壓模組230M如圖所示是由多個以二極體與電容組成，且由電容橋接二極體的多倍壓電路。
副線圈N6之另一端連接第二比較回授電路5502。第二比較回授電路5502與第二升壓模組230M聯接，包含由二極體、電容廻路串聯誤差放大比較回授電路A2；誤差放大比較回授電路A2再串接電阻、電容廻路。另外，一光纖B再連接誤差放大比較回授電路A2與第二高頻f2基礎電壓開關電路模組230，用以調控第二高頻f2基礎電壓開關230的輸出高壓電壓；第二保護電 路260之輸出端再連接於高壓電子放射管150之陰極150C。第二保護電路260之一高壓二極體Dn的負極接地，正極連接陰極150C。
上述高壓二極體Dp的絕緣耐壓要高於第一升壓模組210M的輸出電壓；高壓二極體Dn的絕緣耐壓要高於第二升壓模組230M的輸出電壓。高壓二極體Dp及Dn亦可由多個高壓二極體串接強化。
依據本發明高壓電子放射管的及時序控制脈衝控制高壓電路的第二較佳實施例，請參考圖6。圖6與第一較佳實施例(圖5)有接近相同的電路元件與連接關係，差異處在是將第一時序及第二控制信號調控的進行係移到第一及第二高頻升壓電路的輸出端。因此，高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置包含：第一高頻升壓電路510，以輸出頻率為f1之正高壓；第二高頻升壓電路530，以輸出頻率為f2之負高壓；微處理器單元200，包含第一輸出埠S1及第二輸出埠S2；第一高壓開關SS1，連接第一高頻升壓電路510之輸出端及微處理器單元200之第一輸出埠S1，該第一輸出埠S1輸出第一時序控制信號調控的正高壓；第二高壓開關SS2，連接第二高頻升壓電路530之輸出端及微處理器單元200之第二輸出埠S2，該第二輸出埠S2輸出第二時序控制信號調控的負高壓；第一高壓保護電路250連接高壓電子放射管150的陽極150A 及該第一高壓開關SS1：第二高壓保護電路260，連接高壓電子放射管150的陰極150C及該第二高壓開關SS2；因此，藉由第一時序控制信號調控n個周期T1的正高壓及第二時序控制信號調控的負高壓T2分別且同時施於該高壓電子放射管的陽極及陰極清除高壓電子放射管內的殘氣與雜質。
此外，依據本發明研究，工作頻率為f1與該工作頻率為f2之差值的絕對值大於10KHz可以有較低電磁干擾。上述工作頻率為f1是第一高頻f1基礎電壓開關電路模組210的工作頻率，工作頻率為f2是第二高頻f2基礎電壓開關電路模組230的工作頻率。
上述實施例，正負脈衝峰值雖以絕對值相等為例，但，本領域熟悉相關技術人士皆知，不限於，例如也可以是xkV vs.-ykV或-xkV vs.ykV也是可以的。
本發明具有以下優點：
1)本發明以兩個高壓二極體做為高壓保護電路所需的絕緣耐壓比傳統一個高壓二極體做為高壓保護電路所需的絕緣耐壓低一倍，因此，以經濟觀點考量，可以降低非常多的成本，高壓二極體絕緣耐壓高一倍，價格不只高一倍，可能是數倍。
2)本發明以微處理器的兩個輸出埠產生時序控制脈衝信號以時序控制程序分別形成正、負高壓脈衝輸出以消除電子放射管內 的殘氣與雜質，可以避免電弧效應，且可因應不同類型的高壓電子放射管調整脈衝寬度。
3)依據本發明第一較佳實施例，用於消除電子放射管內的殘氣與雜質的硬體電路，高頻電壓是在第一高頻f1基礎電壓開關電路模組產生且由微處理器單元的輸出埠控制時序，因此，高壓開關都可以省去，因此，成本更低。
以上所述僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
150:高壓電子放射管
200:微處理器單元
210:第一高頻f1基礎電壓開關電路模組
210M:第一升壓模組
230M:第二升壓模組
Dp及Dn:高壓二極體
250:第一高壓保護電路
260:第二高壓保護電路
550:比較回授電路
5502:第二比較回授電路
150A:陽極
150C:陰極
S1:第一輸出埠
S2:第二輸出埠
230:第二高頻f2基礎電壓開關電路模組
A1、A2:誤差放大比較回授電路
510:第一高頻升壓電路
530:第二高頻升壓電路
A、B:光纖

Claims (10)

  1. 一種高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置，以正負時序控制脈衝高壓電路清除該高壓電子放射管內的殘氣與雜質，至少包含：微處理器單元，包含第一輸出埠及第二輸出埠，分別以預設的時序程序輸出第一時序控制信號及第二時序控制信號；第一高頻升壓電路，連接該第一輸出埠，該第一高頻升壓電路的輸出端輸出被該第一時序控制信號調控的正高壓；第二高頻升壓電路，連接該第二輸出埠，該第二高頻升壓電路的輸出端輸出被該第二時序控制信號調控的負高壓；第一高壓保護電路，連接該高壓電子放射管的陽極及該第一高頻升壓電路的輸出端；第二高壓保護電路，連接該高壓電子放射管的陰極及該第二高頻升壓電路的輸出端；及因此，藉由該第一時序控制信號調控的正高壓及該第二時序控制信號調控的負高壓分別且同時施於該高壓電子放射管的陽極及陰極清除該高壓電子放射管內的殘氣與雜質。
  2. 如請求項1所述之高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置，其中上述之第二時序控制信號的負脈衝寬度為T2，該第一時序控制信號包含n個周期為T1的脈衝及兩個延遲時間T3及T4，且該兩個延遲時間T3及T4之間為n個周期為T1的正脈衝，且在該負脈衝寬度T2內滿足關係式T2=T3+n*T1+T4。
  3. 如請求項1所述之高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置，其中上 述之第一高頻升壓電路包含以工作頻率為f1之一第一高頻基礎電壓開關電路模組及以工作頻率為f2之一第二高頻基礎電壓開關電路模組，該工作頻率為f1與該工作頻率為f2之差值的絕對值大於10KHz。
  4. 如請求項1所述之高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置，其中上述之第一高壓保護電路的第一高壓二極體陽極接地，以陰極接該高壓電子放射管之陽極，上述之第二高壓保護電路的第二高壓二極體陰極接地，以陽極接該高壓電子放射管之陰極，且該第一高壓二極體的絕緣耐壓大於該第一高頻升壓電路的輸出電壓，該第二高壓二極體的絕緣耐壓大於該第二高頻升壓電路的輸出電壓。
  5. 一種以請求項1所述之高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置清除高壓電子放射管內的殘氣與雜質的方法，至少包含以下步驟：設定微處理器單元第一輸出埠輸出之第一時序控制信號參數T3、n、T1、T4及第二輸出埠時序程序輸出之第二時序控制信號參數T2，其中上述之T2=T3+n*T1+T4、T3及T4是延遲時間，T1是脈衝周期，n是個數；啟動該第二輸出埠以輸出負脤衝：延遲T3時間；啟動該第一輸出埠以輸出n個周期T1的脈衝的正脤衝；延遲T4時間；及關閉該第二輸出埠。
  6. 一種高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置，以正負時序控制脈衝高壓電路清除該高壓電子放射管內的殘氣與雜質，至少包含： 微處理器單元包含第一輸出埠及第二輸出埠，分別以預設的時序程序輸出第一時序控制信號及第二時序控制信號；第一高頻升壓電路，連接該第一輸出埠，該第一高頻升壓電路的輸出端，以輸出被該第一時序控制信號調控的負高壓；第二高頻升壓電路，連接該第二輸出埠，該第二高頻升壓電路的輸出端，以輸出被該第二時序控制信號調控的正高壓；該第二時序控制信號正脈衝寬度為T2，該第一時序控制信號包含n個周期為T1的脈衝及兩個延遲時間，且兩個延遲時間T3及T4之間為n個周期為T1的脈衝，且在該正脈衝寬度T2內滿足關係式T2=T3+n*T1+T4；第一高壓保護電路連接該高壓電子放射管的陰極及該第二高頻升壓電路的輸出端；第二高壓保護電路連接該高壓電子放射管的陽極及該第二高頻升壓電路的輸出端；因此，藉由該第一時序控制信號調控的負高壓及該第二時序控制信號調控的正高壓分別且同時施於該高壓電子放射管的陰極及陽極清除該高壓電子放射管內的殘氣與雜質。
  7. 一種高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置，以正負時序控制脈衝高壓電路清除該高壓電子放射管內的殘氣與雜質，至少包含：第一高頻升壓電路，以輸出頻率為f1之正高壓；第二高頻升壓電路，以輸出頻率為f2之負高壓；微處理器單元，包含第一輸出埠及第二輸出埠； 第一高壓開關，連接該第一高頻升壓電路之輸出端及該微處理器單元之第一輸出埠，該第一輸出埠輸出第一時序控制信號調控的正高壓；第二高壓開關，連接該第二高頻升壓電路之輸出端及該微處理器單元之第二輸出埠，該第二輸出埠輸出第二時序控制信號調控的負高壓；第一高壓保護電路，連接該高壓電子放射管的陽極及該第一高壓開關；第二高壓保護電路，連接該高壓電子放射管的陰極及該第二高壓開關；因此，藉由該第一時序控制信號調控的正高壓及該第二時序控制信號調控的負高壓分別且同時施於該高壓電子放射管的陽極及陰極清除該高壓電子放射管內的殘氣與雜質。
  8. 如請求項7所述之高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置，其中上述之第二時序控制信號的負脈衝寬度為T2，該第一時序控制信號包含n個周期為T1的脈衝及兩個延遲時間T3及T4，且該兩個延遲時間T3及T4之間為n個周期為T1的正脈衝，且在該負脈衝寬度T2內滿足關係式T2=T3+n*T1+T4。
  9. 如請求項7所述之高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置，其中上述之f1與f2之差值的絕對值大於10KHz。
  10. 如請求項7所述之高壓電子放射管正負極脈衝驅動裝置，其中上述之第一高壓保護電路的第一高壓二極體陽極接地，以陰極接該高壓電子放射管之陽極，上述之第二高壓保護電路的第二高壓二極體陰極接地，以陽極接該高壓電子放射管之陰極，且該第一高壓二極體的絕緣耐壓大於該第一高頻升壓電路的輸出電壓，該第二高壓二極體的絕緣耐壓大於該第二高頻升壓電路的輸出電壓。
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