[發(fā)明專利]X射線高壓發(fā)生器、諧振變換器的控制電路和控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611004204.8
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106358354B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 祝國平;褚旭
• 申請（專利權(quán)）人: 上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司;中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H05G1/30
• 分類號: H05G1/30;H02M3/335
• 代理公司: 上海專利商標事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 駱希聰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及X射線高壓發(fā)生器，尤其涉及一種X射線高壓發(fā)生器的諧振變換器的控制電路和控制方法。

背景技術(shù)

X射線高壓發(fā)生器用于X射線治療設(shè)備、X射線診斷設(shè)備、X射線計算機體層攝影設(shè)備(CT)等設(shè)備中。在大功率X射線高壓發(fā)生器中，為了滿足不同的臨床需求，需要高壓發(fā)生器的輸出電流和電壓在大范圍內(nèi)變化。以80kW的CT高壓發(fā)生器為例，其輸出電壓在60～140kV之間變化，輸出電流在10～1000mA之間變化。此外，為了降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)對不同網(wǎng)電的適應(yīng)能力，其輸入網(wǎng)電變化范圍通常達到400(-20％～10％)VAC。因此，大功率X射線高壓發(fā)生器的一個基本要求就是能適應(yīng)寬范圍輸入輸出的要求。

為了滿足長時間放線的要求，需要開關(guān)管具有良好的散熱能力，因此需要選用絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)作為開關(guān)器件。IGBT其具有通態(tài)壓降小，散熱能力強的優(yōu)點，而且單位容量的成本要遠低于MOSFET。IGBT具有較大的拖尾電流，為了盡可能減小IGBT的開關(guān)損耗，希望其能工作在零電流開關(guān)狀態(tài)。

X射線設(shè)備對高壓發(fā)生器的體積和重量有較高的要求，特別是在CT應(yīng)用中，由于高壓發(fā)生器放置在高速旋轉(zhuǎn)的機架上面，其對體積和重量更是嚴格。因此，這就要求高壓發(fā)生器具有較高的開關(guān)頻率，以盡可能的減小高壓變壓器和整流電路的體積和成本。

對高壓變壓器而言，為了滿足原副邊的絕緣要求，其原副邊的耦合程度有限，這導致其漏感不可忽略；而為了滿足副變高壓輸出的要求，副變匝數(shù)通常較多，這將使其繞組分布電容不可忽略。

因此總體來說，逆變電路通常有以下要求：①需要逆變電路有較高的帶載能力，以適應(yīng)寬范圍輸出的要求；②盡可能的減小流過開關(guān)管的電流峰值以降低成本，同時減小開關(guān)管的關(guān)斷損耗；③保持較高的開關(guān)頻率，以減小高壓變壓器和整流電路的體積；④逆變電路需要適應(yīng)高壓變壓器較大的寄生電容和寄生電感的影響。

基于LCC串并聯(lián)諧振變換器的X射線高壓發(fā)生器10的電路圖如圖1所示，包括開關(guān)管Q1-Q4組成的逆變電路11，電感Ls、電容Cs和電容Cp組成的串并聯(lián)諧振電路12、高頻高壓變壓器Tr、倍壓整流器13和X射線管14。逆變電路11、串并聯(lián)諧振電路12、高頻高壓變壓器Tr和倍壓整流器13組成串并聯(lián)諧振逆變電路，輸出高電壓到X射線管14。與串聯(lián)諧振相比，LCC串并聯(lián)諧振可以大幅減小輕載環(huán)流，提高輕載效率。而且LCC串并聯(lián)諧振電路12在可以將變壓器Tr的寄生電感與分布電容包含進諧振腔，避免變壓器寄生參數(shù)的不良影響。

針對上述的要求，圖1所示的諧振變換器的一種調(diào)制方式是采用DCM模式下的定導通時間PFM調(diào)制。具體地說，開關(guān)管的導通時間T_on固定，通過改變開關(guān)管的開關(guān)周期T_s來調(diào)節(jié)輸出電壓。圖2給出此種調(diào)制方式的主要波形圖。這一調(diào)制方式不僅可以很方便的實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)(ZCS)，而且可以減小工作頻率范圍。因此，定導通時間PFM調(diào)制的LCC串并聯(lián)諧振逆變電路很適合應(yīng)用于高壓大功率場合。

然而，定導通時間T_on的PFM調(diào)制的LCC串并聯(lián)諧振變換器有一個重要不足——輕載特性較差。輕載時為了控制輸出電壓，開關(guān)頻率需要大幅減小，甚至是減小到幾百赫茲，才能保證輕載輸出，這將導致高壓變壓器和逆變電路體積重量大幅增大。在X射線高壓發(fā)生器中，輕載更輕，因此問題更嚴重，這是一個不可接受的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種X射線高壓發(fā)生器及其諧振變換器的控制電路和控制方法，具有改善的輕載特性。