脉冲电路和电子枪的制作方法

1.本申请涉及医疗器械领域，特别是涉及一种脉冲电路和电子枪。


背景技术：

2.电子枪是一种工作在真空状态下，通过高压对电子进行加速引出的装置。电子枪在正常工作时，阴极脉冲电压的大小反映了电子枪的电子激发能力。因此阴极脉冲电压是放疗中衡量剂量的一个关键性指标。其中阴极脉冲电压是由栅极高压脉冲控制产生，高压脉冲波形的波形质量决定了阴极脉冲电压波形的好坏。但是，现有的高压脉冲波形形成的电子束波形质量差，这都影响了治疗效果。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述问题，提供一种脉冲电路和电子枪。
4.本申请实施例提供一种脉冲电路，包括：
5.栅极电压电路，用于提供栅极脉冲所需的高压；
6.脉冲调理电路，与所述栅极电压电路的输出端连接，用于产生所需的栅极脉冲高压；以及
7.削波电路，与所述脉冲调理电路的输出端连接，用于将所述脉冲电压的波形削平。
8.在一个实施例中，所述栅极电压电路包括：
9.栅极电压输出电路；
10.储能电容，与所述栅极电压输出电路的输出端连接；
11.其中，所述栅极电压输出电路的输出端为所述栅极电压电路的输出端。
12.在一个实施例中，所述脉冲调理电路包括：
13.开关电路，与所述栅极电压电路的输出端连接，用于控制所述栅极电压电路的输出端的通断；
14.开关控制电路，与所述开关电路连接，用于控制所述开关电路的开启和关断。
15.在一个实施例中，所述开关电路包括：
16.第一场效应晶体管，所述第一场效应晶体管的输入端与所述栅极电压电路的输出端连接，所述第一场效应晶体管的输出端与所述削波电路连接；
17.所述开关控制电路包括：
18.第二场效应晶体管，所述第二场效应晶体管的输出端与所述第一场效应晶体管的控制端连接；
19.脉冲产生电路，与所述第二场效应晶体管的控制端连接，所述第二场效应晶体管的输入端用于接地，所述脉冲产生电路用于产生脉冲控制信号。
20.在一个实施例中，所述开关电路还包括：
21.第一电阻，所述第一电阻的两端分别与所述第一场效应晶体管的输入端和所述第一场效应晶体管的控制端连接；
22.稳压管，所述稳压管的阴极与所述第一场效应晶体管的输入端连接，所述稳压管的阳极和所述第一场效应晶体管的控制端连接。
23.在一个实施例中，所述开关控制电路包括：
24.第二电阻r2和第一电容c2，串联于所述第二场效应晶体管的输入端和输出端。
25.在一个实施例中，所述削波电路的输出端用于连接负载，所述脉冲电路还包括：
26.放电电路，与所述脉冲调理电路的输出端连接，用于使所述负载放电。
27.在一个实施例中，所述放电电路包括第三场效应晶体管,所述第三场效应晶体管的输出端与所述脉冲调理电路的输出端连接，所述第三场效应晶体管的输入端用于接地，所述放电电路还包括第三电容和第四电阻，串联于所述第三场效应晶体管的输出端和输入端；
28.所述脉冲产生电路包括第一脉冲输出端和第二脉冲输出端，所述第一脉冲输出端与所述第二场效应晶体管的控制端连接，所述第二脉冲输出端与所述第三场效应晶体管的控制端连接。
29.在一个实施例中，所述削波电路包括：
30.削波电压输出电路；
31.第五电阻、二极管和第四电容，所述第五电容的两端分别与所述削波电压输出电路的输出端和所述二极管的阴极连接，所述二极管的阳极与所述脉冲调理电路的输出端连接，所述第四电容的一端连接于所述二极管的阴极，所述第四电容的另一端用于接地。
32.本申请实施例还提供一种电子枪，包括所述的脉冲电路。
33.本申请实施例提供的脉冲电路和电子枪，包括栅极电压电路、脉冲调理电路和削波电路。所述栅极电压电路用于提供栅极脉冲所需的高压。所述脉冲调理电路与所述栅极电压电路的输出端连接。所述脉冲调理电路用于产生所需的栅极脉冲高压。所述削波电路与所述脉冲调理电路的输出端连接。所述削波电路用于将所述脉冲电压的波形削平。
34.所述栅极电压电路可以提供栅极脉冲所需的高压。所述栅极电压可以为可调的高压直流输出。所述脉冲调理电路可以将所述栅极电压调制为所述脉冲信号并给输送给负载。即通过削波电路可以将经过所述脉冲调理电路处理生成的脉冲电压削平，从而可以保证波形的平坦度。进一步地，所述削波电路还可以吸收波形的过冲，因此可以提高脉冲电压波形的平坦度。其中脉冲调理电路和放电电路，可以缩短脉冲波形的上升及下降时间。而所述栅极脉冲电压的波形质量决定了电子枪阴极脉冲电压波形的好坏。通过提高所述脉冲电压波形的平坦度和缩短波形的上升及下降沿时间，可以提高所述电子枪的电子束稳定性及利用率，从而可以提高治疗效果。
附图说明
35.图1为本申请一个实施例提供的栅极电压电路模块图；
36.图2为本申请一个实施例提供的栅极电压电路示意图；
37.图3为本申请另一个实施例提供的栅极电压电路示意图。
38.附图标记说明：
39.脉冲电路10、栅极电压电路100、栅极电压输出电路110、储能电容c1、脉冲调理电路200、开关电路210、第一场效应晶体管q1、第一电阻r1、稳压管z1、开关控制电路220、第二
电阻r2、第一电容c2、第二场效应晶体管q2、脉冲产生电路230、第一脉冲输出端231、第二脉冲输出端232、削波电路300、削波电压输出电路310、第五电阻r5、二极管d1、第四电容c4、放电电路400、第三场效应晶体管q3、第三电容c3、第四电阻r4、第三电阻r3、第六电阻r6。
具体实施方式
40.为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的脉冲电路和电子枪进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
41.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
42.在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.请参见图1，本申请实施例提供一种脉冲电路10。所述脉冲电路10包括栅极电压电路100、脉冲调理电路200和削波电路300。所述栅极电压电路100用于提供栅极脉冲所需的高压。所述脉冲调理电路200与所述栅极电压电路100的输出端连接。所述脉冲调理电路200用于产生所需的栅极脉冲高压。所述削波电路300与所述脉冲调理电路200的输出端连接。所述削波电路300用于将所述脉冲电压的波形削平。
44.所述栅极电压电路100可以产生所述栅极脉冲所需的高压。栅极高压可以为可调的高压直流输出，可调范围可为40v
‑
600v。所述脉冲调理电路200可以将所述栅极电压调制为所述脉冲信号并给输送给负载。即通过削波电路300可以将经过所述脉冲调理电路200处理生成的脉冲电压削平，从而可以保证波形的平坦度。进一步地，所述削波电路300还可以吸收波形的过冲，因此可以提高脉冲电压波形的平坦度。通过提高所述脉冲电压波形的平坦度，可以提高所述电子枪的电子束稳定性；另外一方面通过脉冲调理电路200及放电电路400，缩短了栅极电压脉冲的上升及下降沿时间，可以提高上述电子枪的电子束利用率；最后通过这两面的提升，从而提高治疗效果。
45.在一个实施例中，所述负载可以为电子枪。阴极脉冲电压的大小反映了电子枪的电子激发能力。所述阴极脉冲电压是由所述脉冲电路10控制产生，所述阴极脉冲电压的大小反应了所述电子枪的电子激发能力。阴极脉冲电压的波形平坦度越高和上升及下降沿时间越短，表面电子枪的电子束稳定性及利用率越好。因此通过所述脉冲电路10可以提高所述电子束的质量。
46.在一个实施例中，所述栅极电压电路100包括栅极电压输出电路和储能电容c1。所
述储能电容c1与所述栅极电压输出电路的输出端连接。所述栅极电压输出电路可以输出可调的高压直流输出。所述储能电容c1可以在脉冲期间提供足够的驱动电流且保证高压不会有较大的跌落。因此可以从所述栅极电压电路100输出稳定的栅极高压电流。可以理解，所述储能电容c1的参数选择取决于脉宽期间的输出电流及脉宽时间。
47.在一个实施例中，所述脉冲调理电路200包括开关电路210和开关控制电路220。所述开关电路210与所述栅极电压电路100的输出端连接。所述开关电路210用于控制所述栅极电压电路100的输出端的通断。所述开关控制电路220与所述开关电路210连接。所述开关控制电路220用于控制所述开关电路210的开启和关断。可以理解，当所述开关电路210开启时，所述栅极电压电路100的输出端可以给所述负载提供所述栅极高压。当所述开关电路210关闭时，所述栅极电压电路100的输出端无法输出所述栅极高压。
48.所述开关控制电路220可以控制所述开关电路210的开启和关闭。通过控制所述开关控制电路220控制所述开关电路210的开启和关闭时序，既可以控制所述脉冲电压的脉宽，既可以控制所述脉冲电压的占空比。即可以根据需要通过所述开关控制电路220控制所述开关电路210按照设定的时序开启和关闭。
49.在一个实施例中，所述开关电路210包括第一场效应晶体管q1。所述第一场效应晶体管q1的输入端与所述栅极电压电路100的输出端连接。所述第一场效应晶体管q1的输出端与所述削波电路300连接
50.可以理解，所述第一场效应晶体管q1可以为金属氧化物半导体场效应晶体管，也可以为碳化硅氧化物半导体场效应晶体管等性能更高的器件。
51.所述第一场效应晶体管q1可以为pmos管。因此，所述第一场效应晶体管q1的输入端为源极、所述第一场效应晶体管q1的输出端为漏极。当所述第一场效应晶体管q1为nmos管时，所述第一场效应晶体管q1的输入端为漏极。所述第一场效应晶体管q1的输出端为源极。所述第一场效应晶体管q1的控制端即为所述第一场效应晶体管q1的栅极。
52.所述开关控制电路220包括第二场效应晶体管q2和脉冲产生电路230。所述第二场效应晶体管q2的输出端与所述第一场效应晶体管q1的控制端连接。所述脉冲产生电路230与所述第二场效应晶体管q2的控制端连接。所述第二场效应晶体管q2的输入端用于接地。所述脉冲产生电路230用于产生脉冲控制信号。所述第二场效应晶体管q2也可以为nmos管或pmos之一。其源极和漏极的区分与所述第一场效应晶体管q1相同。这里不再赘述。所述第二场效应晶体管q2可以为金属氧化物半导体场效应晶体管，也可以为碳化硅氧化物半导体场效应晶体管等性能更高的器件。
53.可以理解，所述脉冲产生电路230产生的脉冲控制信号可以为高电平信号或者低电平信号。所述高电平信号或者低电平信号的占空比可以根据需要设置。可以设定所述第二场效应晶体管q2在高电平信号或者低电平信号下开启。当所述脉冲控制信号控制所述第二场效应晶体管q2开启时，所述第一场效应晶体管q1的栅极和源极之间产生压差。所述第一场效应晶体管q1开启。当所述第二场效应晶体管q2关断时，所述第一场效应晶体管q1的栅极和源极之间没有压差。所述第一场效应晶体管q1关闭。
54.在一个实施例中，所述开关电路210还包括第一电阻r1和稳压管z1。所述第一电阻r1的两端分别与所述第一场效应晶体管q1的输入端和所述第一场效应晶体管q1的控制端连接。所述稳压管z1的阴极与所述第一场效应晶体管q1的输入端连接。所述稳压管z1的阳
极和所述第一场效应晶体管q1的控制端连接。可以理解，当所述第二场效应晶体管q2开启时，所述第一电阻r1和所述稳压管z1并联，可以起到分压的作用。所述第二场效应晶体管q2的源漏之间的电阻可以为毫欧级别，可以忽略不计。所述稳压管z1可以用于不同的栅极电压输入。因此当所述第一场效应晶体管q1导通时，所述第一场效应晶体管q1容易开启，且不易损坏。
55.可以理解，所述稳压管z1的电压可以根据所述第一场效应晶体管q1的源栅极电压参数进行选择。在一个实施例中，所述稳压管z1可以为9v
‑
12v。所述第一场效应晶体管q1的寄生电容可以很小。所述第一场效应晶体管q1的寄生电容可以在100nc以内。因此可以保证所述第一场效应晶体管q1以极快的速度打开。通过上述电路可保证脉冲电压上升时间够快，从而可以提高所述电子束的利用率。
56.在一个实施例中，所述第一场效应晶体管q1的控制端和所述第二场效应晶体管q2的输出端之间可以连接第三电阻r3。所述第三电阻r3可以对并联的所述第一电阻r1和所述稳压管z1产生分压的作用。当所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的阻值很小时，可以在极短的时间内提供大的驱动电流给所述第一场效应晶体管q1的栅极进行充电，打开所述第一场效应晶体管q1。
57.在一个实施例中，所述第二场效应晶体管q2在满足源漏电压要求的前提下，可以选择寄生电容更小的sic或者gan材料，也可选择性能优异的nmos管。
58.在一个实施例中，所述开关控制电路220包括第二电阻r2和第一电容c2。所述第二电阻r2和所述第一电容c2串联于所述第二场效应晶体管q2的输入端和输出端。由于所述第二场效应晶体管q2和所述第三场效应晶体管q3内部有寄生电感等参数的影响，在高速切换时会产生谐振，故会产生一定的尖峰毛刺。所述第二电阻r2和第一电容c2吸收这些尖峰信号，可以保证电路的可靠性及波形的质量。
59.在一个实施例中，所述削波电路300的输出端用于连接负载。所述脉冲电路10还包括放电电路400。所述放电电路400与所述脉冲调理电路200的输出端连接，所述放电电路400用于使所述负载放电。所述放电电路400可以为所述负载提供放电路径。当所述第二场效应晶体管q2断开时，可以导通所述放电电路400对所述负载放电。通过所述放电电路400可以保证所述脉冲电压下降沿的时间够快，从而可以提高所述电子束的利用率。
60.在一个实施例中，所述放电电路400包括第三场效应晶体管q3。所述第三场效应晶体管q3的输出端与所述脉冲调理电路200的输出端连接。所述第三场效应晶体管q3的输入端用于接地。所述脉冲产生电路230包括第一脉冲输出端231和第二脉冲输出端232。所述第一脉冲输出端231与所述第二场效应晶体管q2的控制端连接。所述第二脉冲输出端232与所述第三场效应晶体管q3的控制端连接。因此通过所述第二脉冲输出端232输出脉冲控制信号可以控制所述第三场效应晶体管q3的开启或者关闭。可以理解，当所述第二场效应晶体管q2断开时，可以通过所述第二脉冲输出端232输出的脉冲控制信号控制所述第三场效应晶体管q3开启。从而为所述负载提供放电的路径。所述第三场效应晶体管q3可以为金属氧化物半导体场效应晶体管，也可以为碳化硅氧化物半导体场效应晶体管等性能更高的器件。
61.在一个实施例中，所述放电电路400还包括第六电阻r6。所述第六电阻r6的两端分别与所述第三场效应晶体管q3的输出端和所述第一场效应晶体管q1的输出端连接。所述第
六电阻r6为100r级别或者更小的电阻，从而可以保证所述负载更快的放电速度。
62.在一个实施例中，所述第一脉冲输出端231输出的脉冲控制信号和所述第二脉冲输出端232输出的脉冲控制信号可以为互为反向的脉冲。即所述第一脉冲输出端231输出的脉冲控制信号为高电平时，所述第二脉冲输出端232输出的脉冲控制信号为低电平。当所述述第二脉冲输出端232输出的脉冲控制信号为高电平时，所述第一脉冲输出端231输出的脉冲控制信号为低电平。当所述第一脉冲输出端231输出的脉冲控制信号控制所述第二场效应晶体管q2关闭时，所述第二脉冲输出端232输出的脉冲控制信号控制所述第三场效应晶体管q3开启，从而使负载放电。
63.请参见图3，在一个实施例中，控制所述第三场效应晶体管q3的脉冲控制信号的下降沿出现会早于控制所述第二场效应晶体管q2的脉冲控制信号的上升沿。控制所述第三场效应晶体管q3的脉冲控制信号的上升沿会晚于口控制所述第二场效应晶体管q2的脉冲控制信号的下降沿。即控制所述第三场效应晶体管q3的脉冲控制信号的整体宽度会大于所述控制所述第二场效应晶体管q2的脉冲控制信号的宽度，而多出的脉冲宽度基本控制在10纳秒到几十纳秒之间。因此可以保证当所述第三场效应晶体管q3关闭后所述第二场效应晶体管q2打开。当所述第二场效应晶体管q2关闭后所述第三场效应晶体管q3打开。因此可以降低整个电路的功耗。
64.在一个实施例中，所述处理器可以配置为具有同步反向功能的两个接口。两个所述接口分别与两个所述低压驱动器连接。
65.在一个实施例中，所述放电电路400还包括第三电容c3和第四电阻r4，所述第三电容c3和第四电阻r4串联于所述第三场效应晶体管q3的输出端和输入端。由于所述第二场效应晶体管q2和所述第三场效应晶体管q3内部有寄生电感等参数的影响，在高速切换时会产生谐振，故会产生一定的尖峰毛刺。所述第三电容c3和第四电阻r4吸收这些尖峰信号，可以保证电路的可靠性及波形的质量。其中，脉冲的上升沿和下降沿的时间可以满足在5纳秒到50纳秒，即上升沿和下降沿的时间足够短，从而可以保证波形的有效利用率。
66.在一个实施例中，所述削波电路300包括削波电压输出电路310、第五电阻r5、二极管d1和第四电容c4。所述第五电容的两端分别与所述削波电压输出电路310的输出端和所述二极管d1的阴极连接。所述二极管d1的阳极与所述脉冲调理电路200的输出端连接。所述第四电容c4的一端连接于所述二极管d1的阴极，所述第四电容c4的另一端用于接地。所述削波电压输出电路310用于输出电压。所述削波电压输出电路310产生的电压接近于栅极电压，但略小于所述栅极电压。所述二极管d1和所述吸收电容可以将波形削出平台型。因此，可以吸收波形的过冲。并且，所述储能电容c1在脉冲期间由于驱动电流相对较大，因此从所述第一场效应晶体管q1打开到关闭这段时间，会产生较小的电压跌落。由于削波电压小于栅极电压。因此削波后整个波形被削平，保证了波形的平坦度。所述脉冲波形的平坦度小于100mv。
67.在一个实施例中，所述脉冲产生电路230包括处理器(cpu)和两个低压驱动器。所述处理器分别通过两个所述低压驱动器与所述第一脉冲输出端231和所述第二脉冲输出端232连接。其中，在一个所述低压驱动器和所述处理器之间连接一个反相器，通过所述反相器，可以使得所述第一脉冲输出端231输出的脉冲控制信号和所述第二脉冲输出端232输出的脉冲控制信号可以为互为反向的脉冲。
68.本申请实施例还提供一种电子枪。所述电子枪包括上述实施例所述的脉冲电路10。
69.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
70.以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。