[发明专利]X射线高压发生器、谐振变换器的控制电路和控制方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及X射线高压发生器，尤其涉及一种X射线高压发生器的谐振变换器的控制电路和控制方法。

背景技术

X射线高压发生器用于X射线治疗设备、X射线诊断设备、X射线计算机体层摄影设备(CT)等设备中。在大功率X射线高压发生器中，为了满足不同的临床需求，需要高压发生器的输出电流和电压在大范围内变化。以80kW的CT高压发生器为例，其输出电压在60～140kV之间变化，输出电流在10～1000mA之间变化。此外，为了降低系统成本，增强系统对不同网电的适应能力，其输入网电变化范围通常达到400(-20％～10％)VAC。因此，大功率X射线高压发生器的一个基本要求就是能适应宽范围输入输出的要求。

为了满足长时间放线的要求，需要开关管具有良好的散热能力，因此需要选用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)作为开关器件。IGBT其具有通态压降小，散热能力强的优点，而且单位容量的成本要远低于MOSFET。IGBT具有较大的拖尾电流，为了尽可能减小IGBT的开关损耗，希望其能工作在零电流开关状态。

X射线设备对高压发生器的体积和重量有较高的要求，特别是在CT应用中，由于高压发生器放置在高速旋转的机架上面，其对体积和重量更是严格。因此，这就要求高压发生器具有较高的开关频率，以尽可能的减小高压变压器和整流电路的体积和成本。

对高压变压器而言，为了满足原副边的绝缘要求，其原副边的耦合程度有限，这导致其漏感不可忽略；而为了满足副变高压输出的要求，副变匝数通常较多，这将使其绕组分布电容不可忽略。

因此总体来说，逆变电路通常有以下要求：①需要逆变电路有较高的带载能力，以适应宽范围输出的要求；②尽可能的减小流过开关管的电流峰值以降低成本，同时减小开关管的关断损耗；③保持较高的开关频率，以减小高压变压器和整流电路的体积；④逆变电路需要适应高压变压器较大的寄生电容和寄生电感的影响。

基于LCC串并联谐振变换器的X射线高压发生器10的电路图如图1所示，包括开关管Q1-Q4组成的逆变电路11，电感Ls、电容Cs和电容Cp组成的串并联谐振电路12、高频高压变压器Tr、倍压整流器13和X射线管14。逆变电路11、串并联谐振电路12、高频高压变压器Tr和倍压整流器13组成串并联谐振逆变电路，输出高电压到X射线管14。与串联谐振相比，LCC串并联谐振可以大幅减小轻载环流，提高轻载效率。而且LCC串并联谐振电路12在可以将变压器Tr的寄生电感与分布电容包含进谐振腔，避免变压器寄生参数的不良影响。

针对上述的要求，图1所示的谐振变换器的一种调制方式是采用DCM模式下的定导通时间PFM调制。具体地说，开关管的导通时间T_on固定，通过改变开关管的开关周期T_s来调节输出电压。图2给出此种调制方式的主要波形图。这一调制方式不仅可以很方便的实现开关管的零电压开关(ZCS)，而且可以减小工作频率范围。因此，定导通时间PFM调制的LCC串并联谐振逆变电路很适合应用于高压大功率场合。

然而，定导通时间T_on的PFM调制的LCC串并联谐振变换器有一个重要不足——轻载特性较差。轻载时为了控制输出电压，开关频率需要大幅减小，甚至是减小到几百赫兹，才能保证轻载输出，这将导致高压变压器和逆变电路体积重量大幅增大。在X射线高压发生器中，轻载更轻，因此问题更严重，这是一个不可接受的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种X射线高压发生器及其谐振变换器的控制电路和控制方法，具有改善的轻载特性。