專利名稱：柵格調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用高壓發(fā)生器，具體地說是一種醫(yī)用高壓發(fā)生器中的柵格調(diào)制裝置。
背景技術(shù)：
醫(yī)療領(lǐng)域，越來越多的CT產(chǎn)品采用"飛焦點"技術(shù)，飛焦點技術(shù)的優(yōu)點有兩點1.焦點切換有利于球管散熱，從而起到了保護陽極靶面的作用。2.飛焦點技術(shù)可以獲得雙倍的數(shù)據(jù)，使圖象信息量增加。實現(xiàn)"飛焦點"的方式通常有兩種，一種是利用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)來實現(xiàn)，另一種是利用電場偏轉(zhuǎn)技術(shù)來實現(xiàn)。利用電場偏轉(zhuǎn)技術(shù)來實現(xiàn)飛焦點的球管內(nèi)部都具有兩個柵格板，柵格電壓的參考點是球管陰極，工作時把需要的電壓加到柵格上，此電壓可以是直流電壓，也可以是方波電壓。此電壓會在球管內(nèi)形成電場，使電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，用以實現(xiàn)對球管焦點尺寸及焦點位置的控制。 柵格調(diào)制裝置的工作特點是高電壓，低電流，小功率。由于是在醫(yī)療設(shè)備上進行使用，所以對柵格調(diào)制模塊的體積有相應(yīng)的限制，不能像工業(yè)行業(yè)或是軍事上那樣龐大。而目前柵格調(diào)制裝置的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，體積較大，且不能方便的實現(xiàn)變壓調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小、絕緣強度高、且柵格電壓能夠方便調(diào)節(jié)的可變壓、可變頻柵格調(diào)制裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 本發(fā)明柵格調(diào)制裝置安裝于高壓發(fā)生器中，包括調(diào)壓控制電路，按電壓設(shè)定值自動調(diào)整輸出電壓值送至隔離升壓變壓器；隔離升壓變壓器，初級繞組與調(diào)壓控制電路輸出端相連，對調(diào)壓控制電路輸出的電壓進行升壓處理，次級繞組接至倍壓整流電路；倍壓整流電路，對經(jīng)隔離升壓變壓器升壓處理后的電壓進行倍壓整流，生成逆變電路所需要的直流電壓；驅(qū)動脈沖生成電路，接收高壓發(fā)生器控制部分的命令，輸出驅(qū)動脈沖至隔離驅(qū)動變壓器的初級繞組；隔離驅(qū)動變壓器，初級繞組與驅(qū)動脈沖生成電路輸出端相連，次級繞組接至逆變電路；逆變電路，對倍壓整流電路形成的直流電壓進行逆變，生成方波電壓，輸送至球管的柵格；取樣電路，分別設(shè)于倍壓整流電路的輸出端及逆變電路輸出端，對電壓信號進行采樣，分別反饋至調(diào)壓控制電路及高壓發(fā)生器的控制部分。 所述驅(qū)動脈沖生成電路包括比較器電路及定時器電路，其中比較器電路具有第1 6電壓比較器，第1電壓比較器的正輸入端及第2電壓比較器的負輸入端與高壓發(fā)生器控制部分的電壓切換信號相連，第1電壓比較器的負輸入端及第2電壓比較器的正輸入端分別接有高比較電平及低比較電平，二者的輸出端分別經(jīng)上拉電阻網(wǎng)絡(luò)接至第5電壓比較器的輸出端，且第1電壓比較器的輸出端與定時器電路中的第1定時器的復(fù)位端相連，第2電壓比較器的輸出端與定時器電路中的第2定時器的復(fù)位端相連；第3、4電壓比較器的正輸入端接有比較電平，負輸入端分別與第1、2定時器的復(fù)位端相連，輸出端經(jīng)上拉電阻
3與第6電壓比較器的輸出端相連，此信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后接至隔離驅(qū)動變壓器的初級繞組；第5、6電壓比較器的正輸入端接有低比較電平，負輸入端與高壓發(fā)生器控制部分的柵格電壓開啟信號GMJ)N相連；定時器電路中的第1、2定時器的輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后接至隔離驅(qū)動變壓器的初級繞組。 所述逆變電路包括第1、2場效應(yīng)管，其中第1場效應(yīng)管的柵極與發(fā)射極之間接有
隔離驅(qū)動變壓器的第2次級繞組，集電極與球管陰極相連，柵極經(jīng)第1高壓二極管接至第1
直流電源，發(fā)射極經(jīng)第2高壓二極管與第3高壓二極管相連，第2高壓二極管與第3高壓二
極管的連接點構(gòu)成逆變電路的柵格電壓輸出端；第2場效應(yīng)管的柵極與發(fā)射極之間接有隔
離驅(qū)動變壓器的第1次級繞組，集電極接至第2高壓二極管與第3高壓二極管的連接點，發(fā)
射極接至第2直流電源。 本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點 1.結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明采用常用的模擬器件，比如SG3525、NE555、LM339等，實現(xiàn)驅(qū)動脈沖生成電路、直流電源電壓的閉環(huán)控制，使設(shè)計簡單，邏輯清晰，很方便的完成低頻情況下的載波驅(qū)動，以及直流電源電壓的調(diào)整。 2.具有自切斷功能。本發(fā)明在逆變電路上對IGBT管的驅(qū)動上增加了自切斷功能，
可以防止多余的電荷流動，從而提高了電路穩(wěn)定性，減小了儲能電容的尺寸。 3.滿足絕緣要求。本發(fā)明在隔離驅(qū)動變壓器及隔離升壓變壓器上采用UY16型磁
芯，使初、次級之間能夠?qū)崿F(xiàn)高的絕緣要求。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明中利用P麗方式實現(xiàn)電壓調(diào)制電路原理 圖3為本發(fā)明驅(qū)動脈沖生成電路原理 圖4為本發(fā)明驅(qū)動脈沖生成電路的各部分波形 圖5為本發(fā)明逆變電路原理圖； 圖6為本發(fā)明逆變電路的輸入驅(qū)動波形及電壓輸出波形圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是針對醫(yī)用球管柵格系統(tǒng)的工作特點而進行研制的。醫(yī)用球管的柵格是由兩塊柵板構(gòu)成，柵格電壓的參考源是球管陰極，工作時將需要的電壓加到柵格上，形成偏轉(zhuǎn)電場。此電壓可以是直流電壓，也可以是方波電壓。柵格調(diào)制裝置的工作特點是高電壓，低電流，小功率，且盡可能的滿足功率要求的同時減小模塊體積。本發(fā)明是采用P麗調(diào)制方式控制較寬的電壓輸出范圍的要求，參考球管陰極的電壓范圍為0 _300(^，方波電壓的輸出頻率為0 3000HZ。通過驅(qū)動脈沖生成電路來實現(xiàn)全范圍的驅(qū)動要求，通過變壓器實現(xiàn)低壓部分和高壓部分的絕緣要求，上述絕緣要求為至少要100kV。本發(fā)明裝置的方波輸出延時小于8uS，電壓切換時候的上升時間小于10uS。 如圖1所示，本發(fā)明柵格調(diào)制裝置安裝于高壓發(fā)生器中，包括調(diào)壓控制電路，按電壓設(shè)定值自動調(diào)整輸出電壓值送至隔離升壓變壓器； 隔離升壓變壓器，初級繞組與調(diào)壓控制電路輸出端相連，對調(diào)壓控制電路輸出的
4電壓進行升壓處理，次級繞組接至倍壓整流電路； 倍壓整流電路，對經(jīng)隔離升壓變壓器升壓處理后的電壓進行倍壓整流，生成逆變電路所需要的直流電壓； 驅(qū)動脈沖生成電路，接收高壓發(fā)生器控制部分的命令，輸出驅(qū)動脈沖至隔離驅(qū)動變壓器的初級繞組； 隔離驅(qū)動變壓器，初級繞組與驅(qū)動脈沖生成電路輸出端相連，次級繞組接至逆變電路； 逆變電路，對倍壓整流電路形成的直流電壓進行逆變，生成方波電壓，輸送至球管的柵格； 取樣電路，具有兩組，分別設(shè)于倍壓整流電路的輸出端及逆變電路輸出端，對電壓信號進行采樣，分別反饋至調(diào)壓控制電路及高壓發(fā)生器的控制部分。 圖1中的上半部分包括調(diào)壓控制電路、隔離升壓變壓器以及倍壓整流電路，這一部分用于產(chǎn)生直流電壓，它采用P麗電壓調(diào)制方式，配合隔離升壓變壓器以及倍壓整流電路實現(xiàn)4路直流電壓的產(chǎn)生。下半部分用于產(chǎn)生柵格所需的方波電壓，這一部分包括驅(qū)動脈沖生成電路、隔離驅(qū)動變壓器及逆變電路。 調(diào)壓控制電路的核心器件是SG3525、IXDD414CI，電路的主要功能是完成對輸出直
流電源電壓的自動控制。升壓變壓器在完成升壓同時完成高低壓之間的絕緣要求。倍壓整
流電路的功能是將經(jīng)過升壓變壓器升壓后的交流進行倍壓整流形成直流。 驅(qū)動脈沖生成電路的功能是生成驅(qū)動脈沖以及對脈沖之間的時序控制，通過隔離
驅(qū)動變壓器來驅(qū)動逆變電路，使柵格輸出電壓在兩個直流電壓之間的切換，形成高壓方波，
輸出給球管的柵格。 如圖2所示，為采用P麗方式實現(xiàn)電壓調(diào)制電路原理圖，每一路直流電源都需要一套單獨的控制系統(tǒng)來生成。電壓設(shè)定值從Vref輸入，電壓范圍0 10v，輸入與輸出電壓的比例因子l : -300。電容C6的作用是對電壓設(shè)定值進行緩沖，使到達積分電路的設(shè)定值有個充電的過程，以免因為反饋信號有延時而使積分電路輸出信號過沖嚴重。運算放大器所用芯片型號為LM1458，圍繞第2運算放大器N2B搭建了一個積分電路，同相輸入端接電壓設(shè)定信號，反相輸入端接電壓反饋信號，經(jīng)過積分運算后把誤差信號進行放大，放大后的信號輸出到P麗調(diào)制芯片Nl (SG3525)的9腳，9腳是電壓補償端，此電壓與P麗調(diào)制芯片SG3525的振蕩電路形成的鋸齒波進行比較最終決定輸出脈沖的脈寬大小。電阻Rl、 R3、電容Cl與P麗調(diào)制模塊Nl內(nèi)部振蕩器構(gòu)成定頻電路，電阻R3的大小決定死區(qū)時間的大小。調(diào)制后的脈沖信號從11腳和14腳輸出，經(jīng)過驅(qū)動芯片N3、 N4(IXDD414CI)進行信號放大。兩個芯片的輸出接在了升壓變壓器的初級，形成全橋電路，MOS驅(qū)動芯片IXDD414CI —般是用于驅(qū)動MOS管，它本身功率不大，但考慮球管柵格的工作特點高電壓、低電流、小功率，所以在這里把它作為功率管來使用，使這部分電路結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動方便、體積小。由于絕緣要求，升壓變壓器初級與次級分繞在磁體的兩個臂上，這樣繞制的變壓器漏感較大，利用隔離升壓變壓器的漏感與電容C25構(gòu)成諧振回路。隔離升壓變壓器次級采用倍壓整流電路，電容C選用2kV/10nF，二極管V采用高壓二極管，耐壓達5kV， Ll為濾波電感，蓄能電容CO選用4KV/0. 33uF。圖中標(biāo)出的cathode即為球管陰極，倍壓整流電路的參考電源就是球管陰極。當(dāng)電壓設(shè)定值給定后，輸出電壓Vout的值就確定了，如果陰極電壓變化，Vout電壓隨
5之浮動，但相對于陰極的電壓值保持不變。要使陰極電壓與Vout的相對值不變，就要把它們的差值取出來，經(jīng)過變換同設(shè)定值比較進行動態(tài)調(diào)整。取樣電路采用電阻串聯(lián)的方式，一串電阻對地，在地一端取出個低壓信號做運算，取樣電阻上要并聯(lián)電容。信號取出后，經(jīng)過儀表放大器N5，放大差模信號，得到反饋電壓值，送到PI調(diào)節(jié)器N2，與電壓設(shè)定值進行誤差放大，調(diào)節(jié)脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)輸出電壓值，形成閉環(huán)控制。第1運算放大器N2A構(gòu)成了一個比較器，用于在閉環(huán)系統(tǒng)失調(diào)的情況下切斷脈沖輸出信號，使直流電源生成電路停止工作，保護后級器件。 如圖3所示，驅(qū)動脈沖生成電路由電壓比較器電路及定時器電路構(gòu)成，其中電壓比較器電路包括第1 6電壓比較器U1 U6(LM339)，定時器電路包括第1、2定時器U7、U8(NE555)構(gòu)成。兩個定時器外圍電路的連接方式可以產(chǎn)生占空比< 50%的連續(xù)脈沖，脈沖頻率以及占空比可以通過改變阻容參數(shù)來進行調(diào)整。第1、2定時器U7、U8的4腳Reset的狀態(tài)決定了定時器是否有脈沖信號輸出，4腳為低有效，如果4腳電壓低于0. 4V，定時器被復(fù)位，輸出低電平。 現(xiàn)在具體分析一下電路的工作過程，GMJ)N信號是柵格電壓開啟信號，在這里控制驅(qū)動脈沖生成電路是否工作，此信號為低有效。如果GMJ)N為高，第5、6電壓比較器U5、U6的輸出端為低，將圖中標(biāo)識的V3點與f點的電壓拉低，這時不管高壓發(fā)生器控制部分的位置傳輸信號B_P0S為何狀態(tài)，都將使b線和d線上的電壓為低，這是因為第1 6電壓比較器Ul U6為0C門輸出。當(dāng)GM_0N為低時，第5、6電壓比較器U5、 U6輸出端成開路狀態(tài)，V3和f點被釋放，具體的電壓值要看B_P0S的狀態(tài)。 假設(shè)GM_0N信號始終保持低狀態(tài)，當(dāng)B_P0S為低時，圖中a線上的電壓也為低，即Va< V2 < Vl，第1電壓比較器U1的輸出為低，也就是b線上的電壓為低，第1定時器U7的4腳Reset為低有效，所以第1定時器U7被復(fù)位，它的輸出端c的電壓始終保持低電平。由于Va < V2 < Vl，所以第2電壓比較器U2輸出為集電極開路，V3 = [R3/(R2+R3) ] Vcc，V4點的電壓也是用電阻分壓得到，V4是個定值。對于此時，V3、V4的電壓值有個要求V3 >V4 > 2V。由于第2電壓比較器U2輸出端集電極開路那么d線上的電壓等于此時的V3 >2V，第2定時器U8的4腳為高，定時器U8正常工作，它的輸出端e上有連續(xù)脈沖輸出。再看此時f線上的狀態(tài)，由于Vd = V3 > V4 > Vb，第3電壓比較器U3為開路狀態(tài)，第4電壓比較器U4為短路狀態(tài)，并且第3、4電壓比較器U3、U4的輸出為線與連接，因此，此時f線上的電壓被拉為低。 當(dāng)B_P0S由低變高的過程中，由于電阻Rl與電容Cl的存在，使a線上的電壓有一個充電的過程，Va按一定的斜率開始上升，當(dāng)V2 <Va<Vl時候，第1、2電壓比較器U1、U2的輸出同為低電平。b線上和d線上的電壓也為低，使第1、2定時器U7、U8的Reset有效，脈沖電路被復(fù)位，輸出低電平。再看此時f線上的狀態(tài)，由于Vb = Vd < V4，因此第3、4電壓比較器U3和U4輸出為集電極開路，f點電壓通過上拉電阻R7被拉高，輸出高電平。當(dāng)Va > VI的時候，f點將再次輸出為低，雖然維持高電平的時候時間較短，但這個高電平脈沖將作為柵格電壓切換過程中的快速充電脈沖。這個脈沖的寬度，取決于Va的上升速度，以及VI與V2之間的電壓差，說的更清楚些，就是a點電壓在V2至VI電壓范圍內(nèi)停留的時間，改變這個時間可以通過改變RC常數(shù)來實現(xiàn)，也可以通過增加VI與V2之間的電壓差來實現(xiàn)。
當(dāng)a點電壓充到Va〉 VI > V2時，第1電壓比較器U1的輸出為開路，第2電壓比較器U2的輸出為短路，即d線上電壓被拉低，b線上的電壓為V3，V3 = [R4/(R2+R4)]Vcc。同樣的，要求此時V3 > V4 > 2V，第1定時器U7的4腳為高，定時器開始工作，即c線上有連續(xù)脈沖輸出。此時f線上的狀態(tài)，由于Vb > V4 > Vd，第3電壓比較器U3為短路狀態(tài)，第4電壓比較器U4為開路狀態(tài)，由于兩個電壓比較器為線與輸出，因此，f線上的電壓被拉為低。 當(dāng)B—POS信號再次由高電平變回低電平時候，電路的各點的輸出可參照上面Va所處的階段，只是過程相反而已。 圖3中c、e、f點最終要作為驅(qū)動信號來使用，f作為共用端，c和e上的連續(xù)脈沖作為逆變電路中兩個場效應(yīng)管的柵極與發(fā)射極之間的驅(qū)動信號。在加到場效應(yīng)管之前要通過隔離驅(qū)動變壓器，而在到達隔離驅(qū)動變壓器初級繞組之前還要對這3路信號進行一級驅(qū)動放大。 圖3中的幾個關(guān)鍵點a f的電壓波形如圖4所示。在Tl時刻前，B—POS信號開始由低變?yōu)楦?，由于電路中有電阻電容的存在，a線上的電壓開始上升。在Va < V2時，b為低，所以與之相連的U3的輸出端c被復(fù)位，拉為低電平；d為高，所以U4沒被復(fù)位，U4的輸出端e有連續(xù)脈沖輸出；f為低。 Tl時亥lj， Va = V2，在Tl和T2時刻之間，a點電壓大于V2但小于VI， b禾P d都變?yōu)榈碗娖?，所以c和e都被拉低。只有f有個高脈沖產(chǎn)生。 T2時亥lj，Va = VI，所以在這時刻后，a點電壓超過VI， b變?yōu)楦唠娖剑琩仍保持低電平，所以c有連續(xù)脈沖輸出，而e被拉低。f也被拉低。 T3時刻是當(dāng)B—P0S完成半個周期的高電平后再次變?yōu)榈蜁r，a點電壓下降到Vl電壓，之后a點電壓進入到VI和V2電壓之間，b和d的電壓再一次同為低，c和e沒有輸出，f點產(chǎn)生高脈沖信號。 T4時刻是a點電壓下降到V2電壓處，f的高脈沖截止變?yōu)榈停鴇的電壓變?yōu)楦?，e上有連續(xù)脈沖，b保持低狀態(tài)，c上沒有輸出信號。
T5時刻開始重復(fù)Tl時刻的變化，完成一個周期。
B_P0S信號的頻率范圍是0 3kHZ。 如圖5、6所示，T5A為驅(qū)動球管第1柵格的隔離驅(qū)動變壓器的初級，T5B和T5C是這個隔離驅(qū)動變壓器的兩個副邊，其中T5B為第1次級繞組，T5C為第2次級繞組，兩個次級繞組按照圖中標(biāo)出的同名端連接到各自的器件上，可以保證當(dāng)?shù)?場效應(yīng)管V2導(dǎo)通時候，第1場效應(yīng)管VI截止；反之，第1場效應(yīng)管VI導(dǎo)通時候第2場效應(yīng)管V2截止。
圖中V^和V^是經(jīng)過柵格調(diào)制裝置的直流電源產(chǎn)生電路生成的兩個直流電源，V咖稱為第1直流電源，V^L稱為第2直流電源，且VeiH > VeiL。圖中Cathode即為球管陰極，是高壓脈沖產(chǎn)生電路的參考電源，這個電路上的所有電壓值都是參考這個電源來說的，電源電壓之間的相互關(guān)系為Vcathod > VeiH > V^。 Gl點是逆變電路的柵格電壓輸出端，調(diào)制后的電壓將從這里送到球管的第1柵格上。VeiH和的電壓范圍是0 -3000v，因此，此柵格調(diào)制裝置的逆變執(zhí)行元件VI和V2選擇耐壓4000v的IGBT管IXEL40N400。
圖6中有兩個示意波形1和2，其中1是隔離驅(qū)動變壓器初級繞組上的輸入波形，2是柵格調(diào)制裝置輸出的柵格電壓波形，波形的兩個平臺電壓即為VeiH和V^。
7
現(xiàn)在來分析一下此電路的工作過程 tl時段內(nèi)的工作方式稱為切換保持方式，完成的工作是將逆變電路的的輸出點Gl切換到第2直流電源上，并保持在這個電壓上。在這時段內(nèi)，隔離驅(qū)動變壓器的初級T5A的同名端上有連續(xù)的正脈沖信號，此正脈沖驅(qū)動信號經(jīng)過驅(qū)動變壓器耦合到第1次級繞組T5B和第2次級繞組T5C上。先看第1次級繞組T5B，由于隔離驅(qū)動變壓器的初級T5A的同名端上是連續(xù)的正脈沖信號，那么在第1次級繞組T5B的同名端也會耦合出連續(xù)的正脈沖信號，第1次級繞組T5B的同名端接的是第2場效應(yīng)管V2的G極。電阻R2、 R3 (R2 >R3)以及二極管V6組成的是一個快沖慢放電路，連續(xù)的短脈沖在經(jīng)過這個電路后，會在第2場效應(yīng)管V2的GE結(jié)間形成一個電壓，保持第2場效應(yīng)管V2始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，第2場效應(yīng)管V2導(dǎo)通后，會使逆變電路的輸出端Gl的電壓迅速切換到上。VeE電壓的高低，可以通過改變驅(qū)動脈沖信號的頻率和占空比來改變，最好這個電壓能夠維持第2場效應(yīng)管V2導(dǎo)通即可，不要過高，目的是當(dāng)施加負脈沖時候，能夠使VeE迅速反相，使第2場效應(yīng)管V2截止。再看 第2次級繞組T5C，同名端在tl時段內(nèi)同樣獲得相同的正的連續(xù)短脈沖，但第2次級繞組T5C的同名端是與第1場效應(yīng)管VI的E極相連，所以對于第1場效應(yīng)管VI來說，相當(dāng)于在GE結(jié)間加的是連續(xù)的負脈沖，因此第1場效應(yīng)管VI在這一過程中始終處于截止?fàn)顟B(tài)。 t2、 t3時段的工作方式稱為充電保持方式，完成的工作是對逆變電路的輸出點Gl進行快速充電，充到第1直流電源VeiH后保持在這個電壓上。在t2時段內(nèi)第1次級繞組T5B和第2次級繞組T5C的同名端都獲得了一個負脈沖，這個脈沖使第2場效應(yīng)管V2的GE結(jié)形成負偏壓從而截止，但與第2次級繞組T5C相連的VI的GE結(jié)卻正相反，相當(dāng)于獲得了一個正的觸發(fā)電壓，使V1導(dǎo)通。參考電源，也就是球管陰極Cathode經(jīng)過電阻Rl、第l場效應(yīng)管VI和高壓二極管V4對逆變電路輸出端Gl點進行快速充電，當(dāng)Gl點電壓被抬高并超過VeiH后，二極管V5導(dǎo)通，Gl點電壓被鉗位在VeiH的電位上。 t3時段內(nèi)則是球管的第1柵格電壓的保持階段，柵格電壓保持在VeiH電平。
t4時段仍然是電平轉(zhuǎn)換時段，轉(zhuǎn)換的目標(biāo)是球管的第2柵格，而對于球管第1柵格來說t4階段屬于充電階段，但由于此時的第1柵格電壓已經(jīng)是VeiH 了，所以電平并不發(fā)生變化。 t4之后開始重復(fù)tl的動作，開始下一周期。 球管第2柵格的狀態(tài)與第l柵格相反，相同的時段內(nèi)，第l柵格是切換保持的階段，第2柵格就處在充電保持階段，反之亦然。 在這個電路中，二極管V3、 V4是必不可少的，它們的作用是實施對充電場效應(yīng)管(IGBT)的自切斷。本發(fā)明是致力于實現(xiàn)小型的柵格控制系統(tǒng)，所以體積上有所限制，這導(dǎo)致4路備用電源在倍壓整流后，使用的蓄能電容容值較小，如果選用耐壓在4KV以上，又要求大容值的電容，體積很大，不符合整個系統(tǒng)的要求。蓄能電容小，就表示盛裝電荷的容器小，當(dāng)注入或提取相同電荷的時候，電源波動大。 在t2階段第1場效應(yīng)管VI導(dǎo)通，陰極通過電阻Rl對Gl點充電，如果第1場效應(yīng)管V1導(dǎo)通時間短，那么G1點電壓還沒升到V,處，余下的就只能靠對地的取樣電阻來充電，充電速度慢，時間長，不符合電壓上升時間小于10us的要求。如果考慮到V^和V^之間的最大壓差，就必須保證第1場效應(yīng)管VI管子導(dǎo)通時間足夠長。當(dāng)這個時間設(shè)定后，在V③和V^壓差小的時候，就意味著在第1場效應(yīng)管V1截止之前，Gl點電壓就已經(jīng)充到了 V,水平，這時電荷將通過二極管V5注入VeiH里，由于蓄能電容的小，將引起VeiH電壓升高， 為了維持V③電平不變，升壓系統(tǒng)需要將脈寬調(diào)大，當(dāng)調(diào)到最大時候還不能維持在VeiH電平 時候，調(diào)壓控制系統(tǒng)失調(diào)，V,電壓會升高，系統(tǒng)報錯。加入高壓二極管V3和二極管V4的作 用就是當(dāng)Gl點充到VeiH電平后，盡管充電脈沖仍然有效，通過高壓二極管V3把第1場效應(yīng) 管VI的G極拉低，使VeE電壓撤銷，第1場效應(yīng)管VI截止，停止充電。這樣能有效的防止多 余的電荷涌入VeiH，造成VeiH波動。 現(xiàn)在來分析一下高壓二極管V3、V4是如何實現(xiàn)充電場效應(yīng)管的自切斷的。假設(shè)二 極管V3、V4、V5導(dǎo)通時候的正向壓降為AV， AV<< VeiH。在充電保持階段的起始時刻，Gl 點的電壓為V^，充電脈沖有效后，第2場效應(yīng)管V2截止，第1場效應(yīng)管VI導(dǎo)通，開始對Gl 點充電，G1電壓抬升，當(dāng)Gl點電壓升到VeiH的時候，由于二極管V4的存在，所以第1場效應(yīng) 管V1的E極電壓為V，+AV，要想維持第1場效應(yīng)管V1導(dǎo)通，VGE必須大于開啟電壓，那么 此時第1場效應(yīng)管V1的G極電壓就要大于V^+AV+開啟電壓。然而，由于高壓二極管V3 的陰極接到了 V③上，陽極接到了第1場效應(yīng)管V1的G極，當(dāng)G極電壓大于V③+AV后，G 極電壓就會被鉗位到VeiH+A V上不會繼續(xù)升高，所以，當(dāng)Gl電壓升到VeiH時候，第1場效應(yīng) 管VI的G極和E極電壓同為VeiH+A V，充電第1場效應(yīng)管VI的VeE電壓是0V。但由于場效 應(yīng)管的特性，此前第1場效應(yīng)管VI是導(dǎo)通的，即使VeE降到了 OV，第1場效應(yīng)管VI也未必 就可靠關(guān)斷了 。但隨著Gl點電壓繼續(xù)升高到VeiH+ A V后，Gl點通過二極管V5被鉗位。此 時第1場效應(yīng)管VI的E極電壓為VeiH+2 A V， G極電壓為VeiH+ A V，第1場效應(yīng)管VI的VeE之 間形成一個負偏壓，壓值為AV，保證第1場效應(yīng)管V1可靠關(guān)斷。此時即使充電脈沖仍然有 效，但第1場效應(yīng)管VI已經(jīng)被自動截止，電流被阻斷，充電停止。 本發(fā)明在盡可能的滿足功率要求的同時減小模塊體積。本發(fā)明是采用P麗調(diào)制方 式來實現(xiàn)較寬的電壓輸出范圍，O _3000V(參考球管陰極)。 利用脈沖再生電路實現(xiàn)低頻時候的連續(xù)驅(qū)動要求，方波電壓的輸出頻率為0 3000HZ。利用變壓器實現(xiàn)低壓部分和高壓部分的絕緣要求，絕緣要求至少要100kV。柵格調(diào) 制裝置的方波輸出延時要求小于8uS，電壓切換過程中上升時間小于10uS。
權(quán)利要求
一種柵格調(diào)制裝置，安裝于高壓發(fā)生器中，其特征在于包括調(diào)壓控制電路，按電壓設(shè)定值自動調(diào)整輸出電壓值送至隔離升壓變壓器；隔離升壓變壓器，初級繞組與調(diào)壓控制電路輸出端相連，對調(diào)壓控制電路輸出的電壓進行升壓處理，次級繞組接至倍壓整流電路；倍壓整流電路，對經(jīng)隔離升壓變壓器升壓處理后的電壓進行倍壓整流，生成逆變電路所需要的直流電壓；驅(qū)動脈沖生成電路，接收高壓發(fā)生器控制部分的命令，輸出驅(qū)動脈沖至隔離驅(qū)動變壓器的初級繞組；隔離驅(qū)動變壓器，初級繞組與驅(qū)動脈沖生成電路輸出端相連，次級繞組接至逆變電路；逆變電路，對倍壓整流電路形成的直流電壓進行逆變，生成方波電壓，輸送至球管的柵格；取樣電路，分別設(shè)于倍壓整流電路的輸出端及逆變電路輸出端，對電壓信號進行采樣，分別反饋至調(diào)壓控制電路及高壓發(fā)生器的控制部分。
2. 按權(quán)利要求1所述的柵格調(diào)制裝置，其特征在于所述驅(qū)動脈沖生成電路包括比較器電路及定時器電路，其中比較器電路具有第1 6電壓比較器(Ul U6)，第1電壓比較器(Ul)的正輸入端及第2電壓比較器(U2)的負輸入端與高壓發(fā)生器控制部分的電壓切換信號相連，第1電壓比較器(Ul)的負輸入端及第2電壓比較器(U2)的正輸入端分別接有高比較電平及低比較電平，二者的輸出端分別經(jīng)上拉電阻網(wǎng)絡(luò)(R2、R3、R4)接至第5電壓比較器(U5)的輸出端，且第1電壓比較器(Ul)的輸出端與定時器電路中的第1定時器(U7)的復(fù)位端相連，第2電壓比較器(U2)的輸出端與定時器電路中的第2定時器(U8)的復(fù)位端相連；第3、4電壓比較器(U3、 U4)的正輸入端接有比較電平，負輸入端分別與第1、2定時器(U7、U8)的復(fù)位端相連，輸出端經(jīng)上拉電阻與第6電壓比較器(U6)的輸出端相連，此信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后接至隔離驅(qū)動變壓器的初級繞組；第5、6電壓比較器(U5、U6)的正輸入端接有低比較電平，負輸入端與高壓發(fā)生器控制部分的柵格電壓開啟信號GM_0N相連；定時器電路中的第1、2定時器(U7、U8)的輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后接至隔離驅(qū)動變壓器的初級繞組。
3. 按權(quán)利要求1所述的柵格調(diào)制裝置，其特征在于所述逆變電路包括第1、2場效應(yīng)管(V1、V2)，其中第1場效應(yīng)管(VI)的柵極與發(fā)射極之間接有隔離驅(qū)動變壓器的第2次級繞組(T5C)，集電極與球管陰極相連，柵極經(jīng)第1高壓二極管(V3)接至第1直流電源，發(fā)射極經(jīng)第2高壓二極管(V4)與第3高壓二極管(V5)相連，第2高壓二極管(V4)與第3高壓二極管(V5)的連接點構(gòu)成逆變電路的柵格電壓輸出端；第2場效應(yīng)管(V2)的柵極與發(fā)射極之間接有隔離驅(qū)動變壓器的第1次級繞組(T5B)，集電極接至第2高壓二極管(V4)與第3高壓二極管(V5)的連接點，發(fā)射極接至第2直流電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柵格調(diào)制裝置，安裝于高壓發(fā)生器中，包括調(diào)壓控制電路，按電壓設(shè)定值自動調(diào)整輸出電壓值送至隔離升壓變壓器；隔離升壓變壓器，初級繞組與調(diào)壓控制電路輸出端相連，對調(diào)壓控制電路輸出的電壓進行升壓處理；倍壓整流電路，對經(jīng)隔離升壓變壓器升壓處理后的電壓進行倍壓整流；驅(qū)動脈沖生成電路，接收高壓發(fā)生器控制部分的命令，輸出驅(qū)動脈沖；隔離驅(qū)動變壓器，初級繞組與驅(qū)動脈沖生成電路輸出端相連，次級繞組接至逆變電路；逆變電路，對倍壓整流電路形成的直流電壓進行逆變；取樣電路，對電壓信號進行采樣，分別反饋至調(diào)壓控制電路及高壓發(fā)生器的控制部分。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，具有自切斷功能，能夠滿足絕緣要求。
文檔編號H05G1/32GK101754560SQ200810229659
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者付國輝 申請人:東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司