专利名称：Dsp小油箱高频高压电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种DSP小油箱高频高压电源，是一种小型化高性能的高压发生器。
背景技术：
X射线发生装置是放射医疗设备的主要产品部件，高压发生器是X射线发生装置的主要部件，它产生高压给球管供电，使球管的阴阳极之间产生高压，阴极灯丝发射电子，电子在电场的加速下轰击阳极靶面，由韧致辐射产生X光。
大多提供X射线管用的高压产生器，为了产生稳定的X射线，必须对管电压、管电流进行精密控制，由于X射线管为二极管特性，对管电流的控制只能采用灯丝回路精密控制来实现，但在实际使用中，进行大范围的调节管电压、管电流时，电流、电压的非线性关系使得高压发生器很难达到高稳定性，而目前市场上的高压产品都是通过硬件模块来实现控制功能的，其体积大，结构复杂，容易受环境的影响。
实用新型内容针对上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种DSP小油箱高频高压电源，它是一种高频高压发生器，采用PWM精密数字控制与智能模块相结合的X射线机电源装置，是专为线阵扫描成像方式的X射线拍片检查和诊断设备而设计的，同时它也可满足其它需要高质量和恒流高压的系统设备的需要。DSP小油箱高频高压是按照ISO 9000管理要求，并按照GB-9706.03医疗诊断电器安全标准而生产的新产品。本装置采用软件控制，正是软件控制的应用，得以实现缩小高压体积的目的，并且保证了高压工作时的稳定、可靠。计算机通过转接口控制，高压启动、自检、监测和软开关机、加速、曝光等操作均由软件控制执行。
本实用新型采用的技术方案为一种DSP小油箱高频高压电源包括油箱、主板、副板、电源接口板、功率变换器、机架、转接口、计算机以及显示器，所述机架的内部设置有所述油箱和所述的功率变换器，所述的油箱和所述的功率变换器连接，所述机架的侧面板上设置有所述的主板和所述的电源接口板，并在所述机架的顶面设置所述的副板，所述的主板在通过所述电源接口板连接外部电源的同时，还通过所述的副板连接到所述的油箱，所述计算机通过所述的转接口连接到所述的主板，所述显示器连接到所述的计算机。
所述主板包括CPU、D/A转换器、可编程存储器(PSD)以及门阵列(GAL)，所述CPU经所述D/A转换器通过脉冲宽度调制单元(PWM，也就是高压电压控制单元KV)连接到所述功率变换器输入端的同时，还依次通过可编程存储器(PSD)以及门阵列(GAL)用脉冲宽度调制单元(PWM，也就是高压电流控制单元FIL)连接到所述的副板。
所述功率变换器包括驱动装置以及智能功率模块(IGBT)，其中一组由所述驱动装置以及所述智能功率模块所组成的串联电路通过一个电容连接到所述的油箱；另一组由所述驱动装置以及所述智能功率模块所组成的串联电路直接连接到所述的油箱；所述驱动装置输入端通过脉冲宽度调制单元(PWM，也就是高压电压控制单元KV)连接到所述的主板。
所述副板包括驱动装置、智能功率模块(IGBT)以及电感线圈，其中一组由所述驱动装置、所述智能功率模块以及所述电感线圈所组成的串联电路连接到所述的油箱，同时所述电感线圈还通过一个二极管连接到所述主板的CPU上；另一组由所述驱动装置以及所述智能功率模块所组成的串联电路连接到所述的油箱；所述驱动装置输入端通过脉冲宽度调制单元(PWM，也就是高压电流控制单元FIL)连接到所述的主板。
所述油箱与所述主板的CPU之间还设置有由A/D转换器以及二极管组成的电路，其输入端与所述的油箱连接，输出端连接到所述主板的CPU上。
所述的DSP小油箱高频高压电源还设置有开关盒，所述转接口通过该开关盒连接所述的计算机。该电源还设置有手控盒，该手控盒与电源的开关盒连接，用于控制整机电源的开与关。
所述机架的侧面板上还可设置电气配电部分，包括有接线端子、空气开关和接触器等，经配电分配后送往DSP小油箱高频高压电源。
本实用新型的有益效果是采用12位的数字控制以及双稳定回路，使本产品具有较高的稳定性；使用低纹波，可适应于线扫描成像。采用单脉冲变压和多倍压整流滤波法，使油箱体积变小、重量轻，特别适合应用于对环境空间有要求的设备，例如车载设备。其使用简单，能自动进行校正，而且是采用PWM的方式进行控制，从而使高压电源的结构更加简单、数字化，能进行有效的控制。可采用自动与手动两种校准模式，尤其是自动校准模式，无需测量设备和人工参与，这样，降低了工作人员的工作强度，节省了使用者的人力和物力，更为重要的是，能在几分钟内校正完高频高压电源的全部工作状态，有效的保护了工作人员的身体安全。还通过使用智能功率模块和专用驱动器，采用最紧凑的布局设计，使设备的占用空间减到最小，且使用起来方便可靠。
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
图2为本实用新型实施例的系统框图。
图3为本实用新型实施例高频直流恒压恒流高压电源发生器的原理框图。
图4为本实用新型实施例使用自动校正时的控制软件的流程图。
图5为本实用新型实施例高压逆变器及其稳定回路的原理框图。
图6为本实用新型实施例阳极电流及其稳定回路的原理框图。
图7为本实用新型实施例控制与接口的原理框图。
符号说明1油箱； 2主板；3副板 4电源接口板；5功率变换器； 6机架；7转接口； 8计算机；9显示器； 10开关盒；CPU中央处理器； PSD可编程存储器；GAL门阵列； DR驱动装置；IGBT智能功率模块；OPC光电耦合器；PWM(KV)高压电压控制单元；PWM(FIL)高压电流控制单元具体实施方式
DSP小油箱高频高压电源是新研制的高频高压发生器。它是采用PWM精密数字控制与智能模块相结合的X射线机电源装置，是专为线阵扫描成像方式的X射线拍片检查和诊断设备设计的，同时它也可满足其它需要高质量和恒流高压的系统设备的需要。DSP小油箱高频高压电源是按照ISO 9000管理要求，并按照GB-9706.03医疗诊断电器安全标准而生产的新产品。
本实用新型的实施例提供了一种DSP小油箱高频高压电源，包括油箱1、主板2、副板3、电源接口板4、功率变换器5、机架6、转接口7、计算机8以及显示器9，结构如图1、图2和图7所示。采用紧凑型的整体结构，机架6内部的上半部安装有油箱1，下半部安装有功率变换器5，侧面板为供电回路，正面板为主要控制电路板。油箱1的外形尺寸为230mm*210mm*200mm，主结构件为异型尼龙骨架，关键部件采用聚四氟乙烯，油箱体的密封采用特制的密封橡胶垫。油箱1和功率变换器5相互连接，机架6的侧面板上安装有主板2和电源接口板4，并在机架6的顶面安装有副板3和电源接口板4，主板2在通过电源接口板4连接外部电源的同时，还通过副板3连接到油箱1；计算机8通过转接口7连接到主板2，显示器9与计算机8连接，计算机8由外电源供电，使用一个串行通信口“com2”进行高压通信，可通过调试软件对高压进行软开关、高压自动校正、灯丝加热、曝光、高压工作状态监测、故障诊断等控制和操作。电源接口板4主要是外电源的输入、电源输出和电源的安全保护控制。
机架6的左侧为电气配电部分，装有接线端子、空气开关和接触器等；经配电分配后送往高压发生器。本机供电为单相220V，功率为5KVA。电气控制部件安装在机架6的侧面板上。
主板2主要用于产生高压的各种状态控制信号、保护信号，以控制高压的各种动作。其包括一个CPU、一个D/A转换器、一个可编程存储器PSD以及门阵列GAL，如图3所示。CPU经D/A转换器通过脉冲宽度调制单元、也就是高压电压控制单元PWM(KV)连接到功率变换器5中的驱动装置DR输入端的同时，还依次通过可编程存储器PSD以及门阵列GAL用脉冲宽度调制单元、也就是高压电流控制单元PWM(FIL)连接到副板3中的驱动装置DR的输入端。
功率变换器5将直流逆变为高频脉冲信号，除包括两个驱动装置DR和两个智能功率模块IGBT之外，还包括有两个光电耦合器OPC。其中一组由一个光电耦合器OPC、一个驱动装置DR以及一个智能功率模块IGBT所组成的串联电路通过一个电容连接到油箱1中电感线圈上；另一组也同样由一个光电耦合器OPC、一个驱动装置DR以及一个智能功率模块IGBT所组成的串联电路直接连接到油箱1中电感线圈的另一端；两个光电耦合器OPC的输入端都通过脉冲宽度调制单元、也就是高压电压控制单元PWM(KV)连接到主板2中D/A转换器的输出端，D/A转换器的输入端连接到主板2的CPU上，这样就由功率变换器5、油箱1、主板2的CPU以及D/A转换器相互连接组成一个高压逆变器，并在CPU与油箱1之间连接一个二极管，该二极管的阴极连接到CPU上，阳极连接到油箱1上，其稳定回路原理框图如图5所示。
副板3用于给球管灯丝加热，以控制球管的灯丝电流和电压，其包括两个驱动装置DR、两个智能功率模块IGBT以及一个电感线圈L。其中一组由一个驱动装置DR、一个智能功率模块IGBT以及一个电感线圈L所组成的串联电路连接到油箱1中电感线圈上，同时电感线圈L还通过一个二极管RMS/DC连接到主板2的CPU上；另一组由一个驱动装置DR和一个智能功率模块IGBT所组成的串联电路连接到油箱1中电感线圈的另一端。两个驱动装置DR的输入端都通过脉冲宽度调制单元、也就是高压电流控制单元PWM(FIL)连接到主板1的门阵列GAL上，再由门阵列GAL与由CPU和A/D转换器组成的模块连接，这样就形成了一个阳极电流的稳定回路，其原理框图如图6所示。
油箱1与主板2的CPU之间还设置有一个由一个A/D转换器以及两个二极管所组成的电路，如图3所示。其中A/D转换器的输入端分别与两个二极管的阴极连接，两个二极管的阳极分别与油箱1连接，A/D转换器的输出端连接到主板2的CPU上。
DSP小油箱高频高压电源还设置有开关盒10，如图7所示。转接口7的一端与主板2上的CPU连接，另一端通过开关盒10连接到计算机8上。另外，该电源还设置有手控盒和手动开关控制按钮(未图示)，该手控盒与电源的开关盒10连接，用于控制整机电源的开与关；手动开关控制按钮安装在手控盒的正前面，可由操作员控制高压的开关。
机架6的侧面板上还可设置电气配电部分，包括有接线端子、空气开关和接触器等，经配电分配后送往DSP小油箱高频高压电源。
(1).DSP小油箱高频高压电源的技术指标功率5kW；输入电源单相、220V、50-60Hz；
输出高压40--125kV、电流12--50mA、曝光时间0.2--6S；使用环境温度20-30℃、湿度30％--70％、大气压800--1000kPa当本装置如图3所示，采用软件控制的时候，即原理图中的PSD、GSL、PWM(FIL)模块均由软件实现其功能，而目前市场上的高压产品都是通过硬件模块来实现控制功能的。正是软件控制的应用，得以实现缩小高压体积的目的，并且保证了高压工作时的稳定、可靠。在图中油箱1(TANK)的正负极两端连接一个X射线管，在油箱1(TANK)的+mA与-mA两端选取设定的初始值I0，测量实际值I通过软件来输入，当I＞I0的时候，对数值信号进行减1处理后再回去与初始值I0进行比较，当I＜I0的时候，对数值信号进行加1处理后再回去与初始值I0进行比较，当I＝I0的时候，程序结束。计算机通过RS-232串口控制，高压启动、自检、监测和软开关机、加速、曝光等操作均由软件控制执行。控制软件的流程图如图4所示。
(2).DSP小油箱高频高压电源的技术参数电源功率(Power) 5kW曝光最大时间(Max Exposal Time) 6seconds波纹(Fluctuate) ＜1％曝光最小间隔(Min Interval) 40秒电流调节范围(Scope of Current) 12--100mA高压调节范围(Scope of High Voltage) 40-125kV电气安全标准(Standard) 符合GB9706系列标准曝光的最大频率(Max Exposal Frequency)60次/小时控制方式(Model) 计算机软件控制使用环境(Area) 门诊、车载控制接口(Interface) RS-232标准重量(Weight) 49Kg(3).DSP小油箱高频高压电源的整机组成
DSP小油箱高频高压电源的标准组成表
虽然以特定实施例来描述本发明，但是熟习该项技艺者将清楚地知道可在不脱离下面所附权利要求所界定的本发明的精神及范围内实施各种变化和修改。但不论其在形状或结构上作任何变化，凡是采用本技术所做出的修改，均落在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种DSP小油箱高频高压电源，其特征在于，包括油箱、主板、副板、电源接口板、功率变换器、机架、转接口、计算机以及显示器，所述机架的内部设置有所述油箱和所述的功率变换器，所述的油箱和所述的功率变换器相互连接，所述机架的侧面板上设置有所述的主板和所述的电源接口板，并在所述机架的顶面设置所述的副板，所述的主板在通过所述电源接口板连接外部电源的同时，还通过所述的副板连接到所述的油箱，所述计算机通过所述的转接口连接到所述的主板，所述显示器连接到所述的计算机。
2.如权利要求1所述的DSP小油箱高频高压电源，其特征在于，所述主板包括CPU、D/A转换器、可编程存储器(PSD)以及门阵列(GAL)，所述CPU经所述的D/A转换器通过脉冲宽度调制单元[PWM(KV)]连接到所述功率变换器输入端的同时，还依次通过可编程存储器(PSD)以及门阵列(GAL)用脉冲宽度调制单元[PWM(FIL)]连接到所述的副板。
3.如权利要求1或2所述的DSP小油箱高频高压电源，其特征在于，所述功率变换器包括驱动装置以及智能功率模块(IGBT)，其中一组由所述驱动装置以及所述智能功率模块所组成的串联电路通过一个电容连接到所述的油箱；另一组由所述驱动装置以及所述智能功率模块所组成的串联电路连接到所述的油箱；所述驱动装置输入端通过脉冲宽度调制单元[PWM(KV)]连接到所述的主板。
4.如权利要求3所述的DSP小油箱高频高压电源，其特征在于，所述副板包括驱动装置、智能功率模块(IGBT)以及电感线圈，其中一组由所述驱动装置、所述智能功率模块以及所述电感线圈所组成的串联电路连接到所述的油箱，同时所述电感线圈还通过一个二极管连接到所述主板的CPU上；另一组由所述驱动装置以及所述智能功率模块所组成的串联电路连接到所述的油箱；所述驱动装置输入端通过脉冲宽度调制单元[PWM(FIL)]连接到所述的主板。
5.如权利要求1所述的DSP小油箱高频高压电源，其特征在于，所述油箱与所述主板的CPU之间还设置有由A/D转换器以及二极管组成的电路，其输入端与所述的油箱连接，输出端连接到所述主板的CPU上。
6.如权利要求1所述的DSP小油箱高频高压电源，其特征在于，还设置有开关盒，所述转接口通过该开关盒连接所述的计算机。
7.如权利要求1～2、4～5中任意一项所述的DSP小油箱高频高压电源，其特征在于，该电源还设置有手控盒，该手控盒与电源的开关盒连接。
8.如权利要求1～2、4～5中任意一项所述的DSP小油箱高频高压电源，其特征在于，所述机架的侧面板上设置电气配电部分，包括有接线端子、空气开关和接触器，经配电分配后送往DSP小油箱高频高压电源。
专利摘要本实用新型的DSP小油箱高频高压电源包括油箱、主板、副板、电源接口板、功率变换器、机架、转接口、计算机以及显示器，机架内部设置相互连接的油箱和功率变换器，机架的侧面板上设置有主板和电源接口板，并在机架的顶面设置副板，主板在通过电源接口板连接外部电源的同时，还通过副板连接到油箱，计算机通过转接口连接到主板，显示器连接到计算机，由于采用了两套数模精密高压产生控制回路、两套数字稳压稳流回路，使产品具有较高的稳定性，并通过单脉冲变压和多倍压整流滤波法，实现了产品结构简单、体积小巧、重量轻的目的，是一种小型化高性能的电源，还采用最紧凑设计，使用智能功率模块和专用驱动器，使设备的占用空间减到最小。
文档编号G05F1/10GK2894062SQ200620018139
公开日2007年4月25日 申请日期2006年3月21日 优先权日2006年3月21日
发明者于红林, 姜俊海, 翁原 申请人:于红林, 姜俊海, 翁原