[发明专利]医用电子直线加速器用栅控电子枪数字电源

说明书

技术领域

本发明涉及栅控电子枪电源设计技术领域，特别涉及一种医用电子直线加速器用栅控电子枪数字高频高压电源。

背景技术

在中高能医用电子直线加速器应用中，能够稳定发射束流的栅控电子枪是系统的重要组成部分。

为了保证电子枪正常工作，需要保证为电子枪各级提供的电压具有很高的稳定度，其中阴极高压电源电路尤为关键。需要设计一种电子枪高频高压电源电路，其产生稳定及可控的直流高压电源，从而保证电子枪发射束流的稳定输出和精确调节。

目前电子直线加速器电子枪阴极同步电压主要采用脉冲供电体制（变相阴极调制），由于负载较轻，实际工作与磁控管振荡器共用一脉冲变压器，通过在磁控管调制器使用的脉冲变压器上增加一个副绕组产生所需脉冲。这种共用脉冲变压器的缺点主要表现如下：

（1）电子枪发射束流单独控制调节困难，实际发射不足或过流，严重影响电子枪的工作状态，缩短电子枪使用寿命；

（2）磁控管振荡器的强脉冲电流通过耦合对电子枪的控制电路造成干扰，使得电子直线加速器的发射束流不够稳定；

（3）产生的高压幅度不能独立进行调整，无法提供多种工作模式下电子枪所需的最佳工作电压。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于医用电子直线加速器中栅控电子枪的数字电源，其不与磁控管振荡器共用同一脉冲变压器，使得电子枪发射束流能够单独控制调节，从而达到稳定电子直线加速器的发射束流的目的，而且通过综合信号处理系统来实时动态调整不同工作模式下电子枪所需的最佳工作电压，从而使得本发明能够提供多种工作模式下电子枪所需的最佳工作电压。

本发明目的的技术解决方案是：

一种医用电子直线加速器用栅控电子枪数字电源，包括交流输入模块、功率变换模块、高压输出模块和综合信号处理系统；

所述交流输入模块中，包括交流滤波电路、慢启动电路及辅助电源电路；其中，

交流滤波电路，采用EMI滤波器实现，用于对输入的交流供电进行滤波；

慢启动电路，用于将EMI滤波器滤波后的交流电送入整流桥VC1处理后，先通过限流电阻R1给储能电容C3充电，继电器K1A在综合信号处理系统送出的慢启动控制信号的控制下在充电延时2s时将限流电阻R1短路，完成交流转换为直流，并将生成的250V直流电压输出给功率变化模块；

辅助电源电路，用于对输入的交流供电进行变换，产生低压辅助电源；所述低压辅助电源包括40V/40kHz高频交流电源传输至功率变换模块中的PWM驱动电路为专用驱动器提供隔离电源，还包括本数字电源工作所需的全部低压电压提供给综合信号处理系统；

所述功率变换模块中，包括前级的buck变换器、后级的全桥变换器、PWM驱动电路和变换器电流取样电路；

buck变换器，对慢启动电路输出的250V直流电压进行稳压调节，然后输入到全桥变换器；

全桥变换器，产生所需的高频脉冲并送入高压输出模块中升压变压器T31的初级侧；

PWM驱动电路，根据来自综合信号处理系统的PWM脉冲驱动信号，通过专用驱动器驱动buck变换器和桥式变换器的开关管；

变换器电流取样电路，从桥式变换器与升压变压器T31初级侧之间的传输线路上取样变换器电流，输出给综合信号处理系统；

所述高压输出模块中，包括升压变压器T31、倍压整流滤波电路组、高压侧储能电容、取样电路、高压侧无感限流电阻及高压输出连接器；

升压变压器T31采用多次级绕组，每个次级绕组连接一个倍压整流滤波电路，各倍压整流滤波电路的输出依次串联组成倍压整流滤波电路组，生成电子枪所需的直流高压Uk；倍压整流滤波电路组负极输出的负直流高压Uk-经过高压侧无感限流电阻输出至高压输出连接器；高压侧储能电容并联在倍压整流滤波电路组输出侧的正负两端；取样电路完成直流高压Uk的电压取样、直流高压平均电流取样以及直流高压脉冲电流取样，并输出至综合信号处理系统；

所述综合信号处理系统中，包括采样信号隔离模块、PWM信号发生电路、信号逻辑判断模块和中央控制芯片；其中，

采样信号隔离模块，用于对内部采样信号和外部采样信号进行隔离及电平转换处理；其中，所述内部采样信号包括所述直流高压Uk的电压取样、直流高压平均电流取样、直流高压脉冲电流取样、变换器电流取样，外部采用信号包括本数字电源的工作环境温度、本数字电源的交流供电取样以及医用直线加速器实际输出的射线能量取样；将处理后的内部采样信号发送给信号逻辑判断模块，将处理后的内部采样信号和外部采样信号发送给中央控制芯片；