用于x射線發(fā)生器的逆變驅動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種逆變驅動電路，由逆變電路和四個結構相同的驅動模塊構成，每一驅動模塊都由三部分組成：變壓器，為脈沖發(fā)生器、高速光電耦合器、功率放大電路提供電源，同時提供一個中心軸頭S作為零點參考值，確保每一個場效應管的柵極與源極之間具有穩(wěn)定的電壓，變壓器還起到電氣隔離的作用，保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定；光耦電路，對脈沖發(fā)生器和逆變電路進行光電隔離，光耦電路使驅動波形上的畸變無法對脈沖發(fā)生器造成影響，從而保證逆變電路和控制電路互不干擾并穩(wěn)定工作；功率放大電路，為使場效應管開關更加迅速，在保持電壓不變的情況下增加逆變驅動電路上的瞬間驅動電流，從而對逆變電路的場效應管上的極間電容進行快速充放電。
【專利說明】用于X射線發(fā)生器的逆變驅動電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種逆變電路，尤其涉及一種用于X射線發(fā)生器的逆變驅動電路。
【背景技術】
[0002]驅動電路是控制電路和主電路的接口，驅動電路的作用是將控制電路輸出信號隔離并放大以驅動功率器件，驅動電路需要有很高的快速性，同時又與整個X射線發(fā)生器的可靠性、效率等密切相關。因此，驅動電路不僅能夠提供一定的驅動功率，而且需要具有較高的抗干擾和隔離噪聲的能力。
[0003]便攜式X射線發(fā)生器是一種體型小巧，以電池為供電電源的輕型化可移動的X射線發(fā)生裝置。在X射線發(fā)生器中，直流電源經(jīng)過逆變電路逆變后，進入升壓變壓器進行第一級的升壓，升壓變壓器次邊與倍壓板連接進行第二次升壓，電壓經(jīng)過這兩級的升壓電路后得到所需的高壓。在X射線發(fā)生器正常工作過程中，倍壓板由高壓二極管和高壓電容構成，在特性上顯容性。根據(jù)電路原理可知，相同容值的電容，在不同的端電壓下存儲的能量符合以下關系，:=⑶2/2 (1)
由公式(1)可知，同一電容容值，不同端電壓，電容存儲能量與端電壓的平方成正比。根據(jù)上述關系可知，升壓變壓器次邊與倍壓板連接，在X射線發(fā)生裝置曝光初始階段，倍壓板上的電容在瞬間要存儲的能量為而電壓I為升壓變壓器次邊電壓。所以，在曝光初始的前幾個毫秒內需要很大的能量來滿足倍壓板上高壓電容的儲能需要。由理想變壓器可知，原邊電流I和次邊電流12之間的關系為工斤父12(2)
(3)
由(2).(3)式可知
1^=1^ VI(4)
隊、1為理想變壓器的次邊電壓和原邊電壓。
[0004]升壓變壓器的匝比！1卻27^相對較大，所以在X射線發(fā)生裝置曝光初始階段，在逆變電路和升壓變壓器的原邊上產生了很大的電流沖擊，而瞬間的大的電流沖擊對逆變電路的穩(wěn)定性構成了很大的威脅，同時造成升壓變壓器運行環(huán)境惡化，甚至使升壓變壓器出現(xiàn)磁飽和。如何在大的電流沖擊下維持逆變電路穩(wěn)定運行，這對逆變驅動電路提出了更高的要求。因為逆變驅動電路的優(yōu)劣，直接決定了逆變電路運行質量的好壞。
[0005]目前驅動電路一般采用變壓器隔離驅動或高壓集成電路驅動兩種方式。變壓器隔離驅動，結構簡單、成本低，隔離電壓能達到很高，傳輸延時小，驅動頻率高，但是占空比發(fā)生變化時，驅動脈沖幅值也相應發(fā)生變化，占空比超過50%時，其驅動脈沖幅值可能會超出場效應管門極驅動電壓安全范圍，這時采用變壓器隔離驅動就不合適了。而高壓集成電路驅動，它采用高速光耦合器作為隔離傳輸信號器件，隔離后的驅動電源采用“電荷泵”的方式，但是該驅動成本高，外圍電路復雜，可靠性也存在一定問題。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用于X射線發(fā)生器的逆變驅動電路，這種用于X射線發(fā)生器的逆變驅動電路的外圍電路更加簡化，而且有效降低了外圍電路與驅動電路之間的相互干擾，避免驅動電壓隨著占空比的變化而幅值發(fā)生改變，提高了穩(wěn)定性和可靠性。采用的技術方案如下:
用于X射線發(fā)生器的逆變驅動電路，包括逆變電路和驅動電路，逆變電路包括場效應管Q1、場效應管Q2、場效應管Q3、場效應管Q4，場效應管Ql的源極與場效應管Q3的漏極電連接，場效應管Q2的源極與場效應管Q4的漏極電連接，其特征是:所述驅動電路包括第一驅動模塊、第二驅動模塊、第三驅動模塊和第四驅動模塊；第一驅動模塊、第二驅動模塊、第三驅動模塊和第四驅動模塊均包括變壓器、脈沖發(fā)生器、高速光電耦合器和功率放大電路，變壓器具有兩個輸入端L1、L2、正輸出端M、負輸出端N和中心軸頭S，脈沖發(fā)生器、高速光電耦合器、功率放大電路的電源輸入端分別與變壓器的正輸出端M、負輸出端N電連接，高速光電耦合器的接地端通過接地電阻RlOO接地，高速光電耦合器的信號輸入端與脈沖發(fā)生器的信號輸出端電連接，高速光電耦合器的信號輸出端與功率放大電路的信號輸入端電連接；第一驅動模塊的功率放大電路的信號輸出端G與所述場效應管Ql的柵極電連接，第一驅動模塊的變壓器的中心軸頭S與場效應管Ql的源極電連接；第二驅動模塊的功率放大電路的信號輸出端G與所述場效應管Q2的柵極電連接，第二驅動模塊的變壓器的中心軸頭S與場效應管Q2的源極電連接；第三驅動模塊的功率放大電路的信號輸出端G與所述場效應管Q3的柵極電連接，第三驅動模塊的變壓器的中心軸頭S與場效應管Q3的源極電連接；第四驅動模塊的功率放大電路的信號輸出端G與所述場效應管Q4的柵極電連接，第四驅動模塊的變壓器的中心軸頭S與場效應管Q4的源極電連接。
[0007]上述變壓器一般包括初級線圈、次級線圈和鐵芯，在初級線圈兩端的引出線作為兩個輸入端L1、L2，在次級線圈兩端的引出線分別作為正輸出端M、負輸出端N，在次級線圈中間的引出線作為中心軸頭S，變壓器屬于現(xiàn)有技術，在這里不再詳述。
[0008]上述功率放大電路在保持電壓不變的情況下將輸入的電流信號進行放大并輸出，功率放大電路屬于現(xiàn)有技術，在這里不再詳述。
[0009]本逆變驅動電路由逆變電路和結構相同的第一驅動模塊、第二驅動模塊、第三驅動模塊和第四驅動模塊組成，每一驅動模塊分別逆變電路的任一場效應管(即是驅動逆變電路任一橋臂的上半橋臂或者下半橋臂)，四個驅動模塊相互獨立，互不干擾。每一驅動模塊都由三部分組成:第一部分為變壓器，是逆變驅動電路的電源部分，變壓器為脈沖發(fā)生器、高速光電稱合器、功率放大電路提供±15V的電源電壓，同時提供一個中心軸頭S作為零點參考值，±15V是相對于零點參考值來說的，確保每一個場效應管(Q1、Q2、Q3、Q4)的柵極與源極之間具有穩(wěn)定的15V電壓，變壓器還起到電氣隔離的作用，即隔離外圍電路對逆變驅動電路的干擾，同時又隔離逆變驅動電路在工作中對外圍電路的擾動，保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定；第二部分為光耦電路，對脈沖發(fā)生器和逆變電路進行光電隔離，逆變電路的場效應管(Ql、Q2、Q3、Q4)在開關的過程中由于其寄生電感和電容的存在必然產生相應的電壓或電流干擾脈動，造成驅動波形畸變，光耦電路使驅動波形上的畸變無法對脈沖發(fā)生器造成影響，從而保證逆變電路和控制電路互不干擾并穩(wěn)定工作；第三部分為功率放大電路，為使場效應管(以、02、03、以)開關更加迅速，在保持電壓不變的情況下增加逆變驅動電路上的瞬間驅動電流，從而對逆變電路的場效應管(以、02、03,04)上的極間電容進行快速充放電。
[0010]隨著場效應管(014243,以)開關頻率的增加，場效應管(以、02、03、以)的開關損耗隨之增加。在逆變電路穩(wěn)定運行時，場效應管(014243.以)的功率損耗大部分是在場效應管(014243,04)開關過程中造成的，所以提高場效應管(014243,04)的開關速度對于降低場效應管損耗至關重要。本逆變驅動電路的設計思路是在保證逆變電路穩(wěn)定運行的同時，滿足場效應管(014243.洶)能夠迅速實現(xiàn)開通或關斷，即驅動電路的輸出瞬時功率要足夠大，同時還滿足驅動電路、逆變電路與控制電路之間的隔離，使二者之間相互的干擾降低到最小。為了降低場效應管⑶^收、^、^)開關損耗，本逆變驅動電路設計從兩個方面入手:首先，驅動電路的輸出部分為功率放大電路，在保持驅動電壓不變的情況下，驅動輸出電流瞬時可以達到最大值，該電流可以充分滿足逆變電路場效應管(以、02、03、04)開關需要，縮短場效應管(、02、03、04)極間電容的充電時間，提高場效應管(、02、03、
04)開關速度；其次，驅動電路提供±157的驅動電壓，±157分別加在場效應管(以、02、
03、04)的柵極與源極之間，~15\驅動電壓的設置能夠縮短場效應管(以、02、03、04)關斷時間和提聞關斷可罪性。
[0011〕 從上面分析可見，本逆變驅動電路既具有電氣隔離的優(yōu)點，又使用了高速光電耦合器使控制信號與驅動信號進行光電隔離，從而有效降低了外圍電路與驅動電路之間的相互干擾；由于變壓器中心軸頭3的設置，從而滿足寬電壓輸入，± 15乂恒定輸出，驅動電壓恒定為±15乂，避免驅動電壓隨著占空比的變化而幅值發(fā)生改變；逆變驅動電路使用同一個電壓源，這樣能夠有效簡化外圍電路，增加電路可靠性。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第一驅動模塊、第二驅動模塊、第三驅動模塊和第四驅動模塊都還包括％電路，％電路包括電容01、電容02、電容03、電容04、電阻8200和電阻尺300，電容01、電容02的容量大于電容03、電容04的容量；電容01、電容03、電阻8200的兩端分別與所述正輸出端1和中心軸頭3電連接；電容02、電容04、電阻8300的兩端分別與所述負輸出端~和中心軸頭3電連接。％電路設置在正輸出端1、負輸出端阢± 15^)與中心軸頭3之間，用于吸收場效應管在開關過程中寄生電感和寄生電容上產生的電壓或電流擾動，同時確保正輸出端、負輸出端維持±157的穩(wěn)定電壓，為場效應管開通時提供驅動電流支持和抑制門極寄生電感產生的電壓擾動；其中，％電路中的容量較大的電容01、02為場效應管開通提供補償電流，縮短了場效應管開通時間，減小了場效應管開通損耗；由X射線發(fā)生器的工作特點決定，在曝光初期高壓發(fā)生器主電路上有很大的電流沖擊，％電路中的容量較大的電容01、02起到慮去低頻波的作用，能夠很好的減緩電流沖擊對逆變電路運行時的影響，并保持逆變電路穩(wěn)定運行；％電路中容量較小的電容03、04起到過濾高頻波的作用，進一步并保持逆變電路穩(wěn)定運行；逆變驅動電路共分為四路，每一路均相互獨立，互不干擾，并且，每一路都有的門極均鏈接有％電路，進一步確保場效應管穩(wěn)定高效的開通，極大地降低逆變驅動電路同一橋臂上下場效應管同時開通所造成的短路事故。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:
本逆變驅動電路既具有電氣隔離的優(yōu)點，又使用了高速光電耦合器使控制信號與驅動信號進行光電隔離，從而有效降低了外圍電路與驅動電路之間的相互干擾；由于變壓器中心軸頭S的設置,從而滿足寬電壓輸入，±15V恒定輸出，驅動電壓恒定為±15V,避免驅動電壓隨著占空比的變化而幅值發(fā)生改變；逆變驅動電路使用同一個電壓源，這樣能夠有效簡化外圍電路，增加電路可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施方式的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和本發(fā)明的優(yōu)選實施方式做進一步的說明。
[0016]如圖1所示，這種用于X射線發(fā)生器的逆變驅動電路，包括逆變電路I和驅動電路2，逆變電路I包括場效應管Q1、場效應管Q2、場效應管Q3、場效應管Q4，場效應管Ql的源極與場效應管Q3的漏極電連接，場效應管Q2的源極與場效應管Q4的漏極電連接；驅動電路2包括第一驅動模塊201、第二驅動模塊202、第三驅動模塊203和第四驅動模塊204 ;第一驅動模塊201、第二驅動模塊202、第三驅動模塊203和第四驅動模塊204均包括變壓器2011、脈沖發(fā)生器2012、高速光電耦合器2013、功率放大電路2014和RC電路2015，變壓器2011具有兩個輸入端L1、L2、正輸出端M、負輸出端N和中心軸頭S，脈沖發(fā)生器2012、高速光電耦合器2013、功率放大電路2014的電源輸入端分別與變壓器2011的正輸出端M、負輸出端N電連接，高速光電耦合器的接地端通過接地電阻RlOO接地，高速光電耦合器2013的信號輸入端與脈沖發(fā)生器2012的信號輸出端電連接,高速光電I禹合器2013的信號輸出端與功率放大電路2014的信號輸入端電連接；第一驅動模塊201的功率放大電路2014的信號輸出端G與場效應管Ql的柵極電連接，第一驅動模塊201的變壓器2011的中心軸頭S與場效應管Ql的源極電連接；第二驅動模塊202的功率放大電路2014的信號輸出端G與場效應管Q2的柵極電連接，第二驅動模塊202的變壓器2011的中心軸頭S與場效應管Q2的源極電連接；第三驅動模塊203的功率放大電路2014的信號輸出端G3與場效應管Q3的柵極電連接，第三驅動模塊203的變壓器2011的中心軸頭S與場效應管Q3的源極電連接；第四驅動模塊204的功率放大電路2014的信號輸出端G與場效應管Q4的柵極電連接，第四驅動模塊204的變壓器2011的中心軸頭S與場效應管Q4的源極電連接；RC電路2015包括電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電阻R200和電阻R300，電容Cl、電容C2的容量大于電容C3、電容C4的容量；電容Cl、電容C3、電阻R200的兩端分別與正輸出端M和中心軸頭S電連接；電容C2、電容C4、電阻R300的兩端分別與負輸出端N和中心軸頭S電連接。
[0017]這種用于X射線發(fā)生器的逆變驅動電路在應用時，負載3 (X射線發(fā)生器)的一端連接在場效應管Ql的源極與場效應管Q3的柵極之間，負載3 (X射線發(fā)生器)的一端連接在場效應管Q2的源極與場效應管Q4的柵極之間。
[0018]上述變壓器2011 —般包括初級線圈、次級線圈和鐵芯，在初級線圈兩端的引出線作為兩個輸入端L1、L2，在次級線圈兩端的引出線分別作為正輸出端M、負輸出端N，在次級線圈中間的引出線作為中心軸頭S。
[0019]上述功率放大電路2014在保持電壓不變的情況下將輸入的電流信號進行放大并輸出。
[0020]本發(fā)明的實現(xiàn)原理和技術效果如下: 本逆變驅動電路由逆變電路和結構相同的第一驅動模塊201、第二驅動模塊202、第三驅動模塊203和第四驅動模塊204組成，每一驅動模塊分別逆變電路的任一場效應管(Q1、Q2、Q3、Q4)(即是驅動逆變電路任一橋臂的上半橋臂或者下半橋臂)，四個驅動模塊相互獨立，互不干擾。每一驅動模塊都由三部分組成:第一部分為變壓器2011，是逆變驅動電路的電源部分，變壓器2011為脈沖發(fā)生器2012、高速光電耦合器2013、功率放大電路2014提供±15V的電源電壓，同時提供一個中心軸頭S作為零點參考值，±15V是相對于零點參考值來說的，確保每一個場效應管(Q1、Q2、Q3、Q4)的柵極與源極之間具有穩(wěn)定的15V電壓，變壓器2011還起到電氣隔離的作用，即隔離外圍電路對逆變驅動電路的干擾，同時又隔離逆變驅動電路在工作中對外圍電路的擾動，保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定；弟_■部分為光稱電路，對脈沖發(fā)生器2012和逆變電路I進行光電隔離，逆變電路I的場效應管(Q1、Q2、Q3、Q4)在開關的過程中由于其寄生電感和電容的存在必然產生相應的電壓或電流干擾脈動，造成驅動波形畸變，光耦電路使驅動波形上的畸變無法對脈沖發(fā)生器2012造成影響，從而保證逆變電路I和控制電路互不干擾并穩(wěn)定工作；第三部分為功率放大電路，為使場效應管(Q1、Q2、Q3、Q4)開關更加迅速，在保持電壓不變的情況下增加逆變驅動電路上的瞬間驅動電流，從而對逆變電路的場效應管(Ql、Q2、Q3、Q4)上的極間電容進行快速充放電。
[0021]另外，RC電路2015設置在正輸出端M、負輸出端N ( ± 15V)與中心軸頭S之間，用于吸收場效應管(Q1、Q2、Q3、Q4)在開關過程中寄生電感和寄生電容上產生的電壓或電流擾動，同時確保正輸出端、負輸出端維持土 15V的穩(wěn)定電壓，為場效應管(Ql、Q2、Q3、Q4)開通時提供驅動電流支持和抑制門極寄生電感產生的電壓擾動；其中，RC電路2015中的容量較大的電容Cl、C2為場效應管開通提供補償電流，縮短了場效應管開通時間，減小了場效應管開通損耗；由X射線發(fā)生器的工作特點決定，在曝光初期高壓發(fā)生器主電路上有很大的電流沖擊，RC電路2015中的容量較大的電容C1、C2起到慮去低頻波的作用，能夠很好的減緩電流沖擊對逆變電路I運行時的影響，并保持逆變電路I穩(wěn)定運行；RC電路2015中容量較小的電容C3、C4起到過濾高頻波的作用，進一步并保持逆變電路I穩(wěn)定運行；逆變驅動電路共分為四路，每一路均相互獨立，互不干擾，并且，每一路都有的門極均鏈接有RC電路2015，進一步確保場效應管(Ql、Q2、Q3、Q4)穩(wěn)定高效的開通，極大地降低逆變驅動電路同一橋臂上下場效應管(Q1、Q2、Q3、Q4)同時開通所造成的短路事故。
[0022]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其各部分名稱等可以不同，凡依本發(fā)明專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護范圍內。本發(fā)明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.用于X射線發(fā)生器的逆變驅動電路，包括逆變電路和驅動電路，逆變電路包括場效應管Ql、場效應管Q2、場效應管Q3、場效應管Q4，場效應管Ql的源極與場效應管Q3的漏極電連接，場效應管Q2的源極與場效應管Q4的漏極電連接，其特征是:所述驅動電路包括第一驅動模塊、第二驅動模塊、第三驅動模塊和第四驅動模塊；第一驅動模塊、第二驅動模塊、第三驅動模塊和第四驅動模塊均包括變壓器、脈沖發(fā)生器、高速光電耦合器和功率放大電路，變壓器具有兩個輸入端L1、L2、正輸出端M、負輸出端N和中心軸頭S，脈沖發(fā)生器、高速光電I禹合器、功率放大電路的電源輸入端分別與變壓器的正輸出端M、負輸出端N電連接，高速光電耦合器的接地端通過接地電阻RlOO接地，高速光電耦合器的信號輸入端與脈沖發(fā)生器的信號輸出端電連接，高速光電耦合器的信號輸出端與功率放大電路的信號輸入端電連接；第一驅動模塊的功率放大電路的信號輸出端G與所述場效應管Ql的柵極電連接，第一驅動模塊的變壓器的中心軸頭S與場效應管Ql的源極電連接；第二驅動模塊的功率放大電路的信號輸出端G與所述場效應管Q2的柵極電連接，第二驅動模塊的變壓器的中心軸頭S與場效應管Q2的源極電連接；第三驅動模塊的功率放大電路的信號輸出端G與所述場效應管Q3的柵極電連接，第三驅動模塊的變壓器的中心軸頭S與場效應管Q3的源極電連接；第四驅動模塊的功率放大電路的信號輸出端G與所述場效應管Q4的柵極電連接，第四驅動模塊的變壓器的中心軸頭S與場效應管Q4的源極電連接。
2.如權利要求1所述的用于X射線發(fā)生器的逆變驅動電路，其特征是:所述第一驅動模塊、第二驅動模塊、第三驅動模塊和第四驅動模塊都還包括RC電路，RC電路包括電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電阻R200和電阻R300，電容Cl、電容C2的容量大于電容C3、電容C4的容量；電容Cl、電容C3、電阻R200的兩端分別與所述正輸出端M和中心軸頭S電連接；電容C2、電容C4、電阻R300的兩端分別與所述負輸出端N和中心軸頭S電連接。
【文檔編號】H05G1/10GK104377946SQ201410656065
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權日:2014年11月18日
【發(fā)明者】李德來, 郭超, 呂曉玲, 陳思國 申請人:汕頭市超聲儀器研究所有限公司