[發明專利]X射線高壓發生器、串聯諧振變換器的控制電路和方法

有效

• 申請號: 201611005443.5
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106455278B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 祝國平;褚旭
• 申請（專利權）人: 上海聯影醫療科技有限公司;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: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 駱希聰

技術領域

本發明主要涉及X射線高壓發生器，尤其涉及一種X射線高壓發生器的串聯諧振變換器的控制電路和控制方法。

背景技術

X射線高壓發生器用于X射線治療設備、X射線診斷設備、X射線計算機體層攝影設備(CT)、正電子發射計算機斷層顯像(PET-CT)等設備中。在大功率X射線高壓發生器的逆變電路中，為了滿足長時間工作的要求，通常選用絕緣柵雙極型開關器件(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)作為開關器件。這對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，以適應寬范圍輸出的要求；②盡可能的減小流過開關器件的電流峰值以降低成本，同時減小開關器件的關斷損耗；③保持電感電流全負載范圍處于斷續狀態，以實現開關器件的零電流開通；④保持較高的開關頻率，以減小高壓變壓器和整流電路的體積；⑤逆變電路需要適應高壓變壓器較大的寄生電容和寄生電感的影響。

逆變電路與串聯諧振電路組成串聯諧振逆變電路。串聯諧振逆變電路進一步與變壓器、整流器等器件組成串聯諧振變換器。

一種串聯諧振變換器10的主電路如圖1所示，包括開關器件Q1-Q4組成的逆變電路11，電感Ls和電容Cs組成的串聯諧振電路12、高頻高壓變壓器Tr和倍壓整流器13。串聯諧振變換器10輸出到X射線管14。串聯諧振變換器10采用的控制方式通常包括雙極性調制、移相調制和變頻調制。

雙極性調制方式如圖2所示，開關器件Q1和Q2的驅動信號互不重疊，開關器件Q3和Q4的驅動信號互不重疊，而開關器件Q1和Q4的驅動信號同相。由于斜對角的開關器件(如Q1和Q4，Q2和Q3)同開同關，所有的開關器件都要承受較大的關斷損耗。

移相調制方式如圖3所示，超前橋臂開關器件Q1和Q2的占空比都為50％，并且互補導通，滯后橋臂開關器件Q3和Q4的占空比也都為50％，并且互補導通；通過調節超前橋臂和滯后橋臂的相對相位關系，來控制輸出電壓開關器件開關器件開關器件。由于是通過兩個橋臂電壓移相的方式來調節輸出電壓，只有超前橋臂存在關斷損耗，滯后橋臂基本無關斷損耗。但由于橋臂中點電壓存在零矢量，續流期間存在電流振蕩，而且變壓器分布電容C_w越大，振蕩越強烈，開關器件將無法實現零電壓開通。如圖4A和4B所示，當考慮了變壓器分布電容C_w時，在重載工況下和輕載工況下，都會產生震蕩。

采用變頻調制時，開關器件的開關頻率需要大范圍變化，導致整流電路11和變壓器Tr需要有較大的體積。

總而言之，這幾種通常采用的技術方案難以同時滿足高頻開關、寬范圍輸出、低成本、低損耗，以及高適應性的要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種X射線高壓發生器的串聯諧振逆變器的控制電路，克服現有串聯諧振變換器的調制方式的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種串聯諧振變換器的控制電路，所述串聯諧振變換器包括逆變電路，所述逆變電路包括超前橋臂和滯后橋臂，所述超前橋臂包括第一開關器件和第二開關器件，所述滯后橋臂包括第三開關器件和第四開關器件，所述控制電路包括：驅動電路，提供第一驅動信號給所述第一開關器件，提供第二驅動信號給所述第二開關器件，提供第三驅動信號給所述第三開關器件，提供第四驅動信號給所述第四開關器件；其中：所述第一驅動信號和所述第二驅動信號構成雙極性調制，所述第三驅動信號驅動所述第三開關器件的導通時刻與所述第二驅動信號驅動第二開關器件的導通時刻相同，所述第四驅動信號驅動所述第四開關器件的導通時刻與所述第一驅動信號驅動第一開關器件的導通時刻相同，所述第三驅動信號和所述第四驅動信號驅動所述第三開關器件和第四開關器件的關斷時刻是根據所述串聯諧振變換器的諧振腔電流確定；或者所述第一驅動信號和所述第三驅動信號構成雙極性調制，所述第二驅動信號驅動所述第二開關器件的導通時刻與所述第三驅動信號驅動所述第三開關器件的導通時刻相同，所述第四驅動信號驅動所述第四開關器件的導通時刻與所述第一驅動信號驅動所述第一開關器件的導通時刻相同，所述第二驅動信號和所述第四驅動信號驅動所述第二開關器件和第四開關器件的關斷時刻是根據所述串聯諧振變換器的諧振腔電流確定。