Рентгеновский аппарат Советский патент 1986 года по МПК H05G1/32 

1 Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно к малогабаритным мощным рентгеновским аппара там с высокочастотным преобразованием в главной цепи. Цель изобретения - повышение КДД и надежности аппарата. На фиг.1 показана блок-схема рент геновского аппарата; на фиг.2 - прин ципиальная схема инвертора с токовым управлением; на фиг.З - принципиальная схема высоковольтного блока; на фиг.4 - временные диаграммы напряжений и токов в различных блоках рентгеновского аппарата. Рентгеновский аппарат содержит ис точник 1 постоянного напряжения, инвертор 2, высоковольтный блок 3, трехвходовые элементы И-НЕ 4 и 5 первый компаратор 6, источник 7 опор него напряжения, интегратор 8, первь ключ 9, первый триггер 10, второй .ключ 11, генератор 12 пилообразного напряжения, второй компаратор 13, блок 14 задержки одновибратор , вто рой триггер 15. Блок 14 задержки ет выходы 16 и 17, а триггер 15 - вы ходы 18 и 19 и вход 20. На принципиальной схеме инвертора 2 показаны силовые транзисторы 21, рекуперативные диоды 22, импульсные трансформаторы 23, управлякидие транзисторы 24. На принципиальной схеме высоковольтного блока изображены главный трансформатор 25, умножитель 26 напряжения, делитель 27 напряжения, рентгеновская трубка 28, На временных диаграммах показа ны следующие сигналы: 29 - импульсы зарядного тока -через плечи инвер тора (в шине питания инвертора); 30 - на интеграторе 8; 31 - на генераторе 12 пилообразного напряжения; 32 - на выходе компаратора 13; 33 на выходе 17 блока задержки 14; 34- на выходе 16 блока задержки 14 35и 36 - на выходах триггера 10; 37 и 28 - на выходах элементов И-НЕ 4 и 5; 39-40 - диаграммы токов через силовые транзисторы и рекуперативные диоды инвертора 2; 41 - значение уставки высокого напряжения на источ нике 7; 42 - напряжение на измери-:тельном выходе высоковольтного блока 3. Рентгеновский аппарат работает следующим образом. Инвертор 2 преобразует постоянное , апряжение источника I в переменную астоту (5-20 КГц), на которой осуествляется питание высоковольтного блока 3 аппарата. Для передачи больой мощности в высоковольтный блок силовые транзисторы 21 инвертора работают в ключевой режиме. При этом для ускорения процесса переключения транзисторов инвертор выполнен по схеме с токовым управлением с помощью импульсных трансформаторов 23, когда на управляющие транзисторы 24 подаются запускающие импульсы малой мощности, а необходимая мощность в базовые цепи силовых транзисторов дпя открывания и удержания их в насыщенном состоянии берется из .их коллекторных цепей с положительной обратной связью. |Это обеспечивает быстрое переключение силовых транзисторов из закрытого состояния в открыт тое и наоборот, что существенно снижает нагрев транзисторов в переходных процессах и позволяет увеличить выходную мощность инвертора. В инверторе фиг.2/ отрицательные фронты импульсов в базовых цепях управляющих транзисторов 24 открывают, а положительные фронты импульсов закрывают силовые транзисторы 21. Такой инвертор обеспечивает высокий КПД при работе аппарата на большой мощности. .1 До включения аппарата триггер 15 находится в состоянии, при котором на на его выходе 18, соединенном с вхо-: дами элементов И-НЕ 4 и 5, присутствует сигнал О, соответственно на выходах элементов И-НЕ 4 и 5 присутствуют сигналы i и оба транзисторг ных плеча инвертора 2 закрыты.Мощность высоковольтньм блок 3 не. передается, напряжение на рентгеновской трубке 28 равно нулю и напряжение на измерительном выходе fс делителя 27 напряжения) блока 3 также равно нулю. Так как на источнике 7 опорного напряжения задана уставка высокого напряжения, то на выходе компаратора 6 присутствует потенциал, который заряжает интегратор 8. На другом выходе I9 триггера 15 присутствует сигнал 1, который открывает ключи 9 и Ii. Открытый ключ 9 держит интегратор 8 в полуразряженном Состоянии (напряжение UK на позиции 30, фиг.4), а открытый ключ 11 держит генератор 12 пилообразного на пряжения в исходном состоянии, когда сигнал на его выходе равен нулю. При этом сигнал на выходе компаратора 13 также равен нулю. Блок 14 задержки находится в исходном состоянии, когда на его выходе 16 присутствует сиг нал 1, а на выходе 17 - сигнал О Триггер 10 находится в одном из своих состояний, когда на одном ходе, например, соединенном с входом элемента И-НЕ 4, имеется сигнал 1 а на другом - сигнал О. После подачи в момент t, сигнала Пуск по входу 20 триггер 15 переключается и на его выходе 18 появля 1, а на выходе 19 ется сигнал сигнал О. В результате на выходе одного из элементов И-НЕ, у которого на всех входах имеются сигналы 1, например элемента И-НЕ 4, появляется сигнал О, т.е. отрицательный перепад от 1 до О (позиция 37, фиг.4), который приводит к открыванию силовых транзисторов 21 одного из плеч инвертора 2 и протеканию тока позиция 29 от источника 1 через это плечо в первичную обмотку главного трансформатора 25 высоковольтного блока 3. Напряжение с вторичной обмотки трансформатор а 25 заряжает :конденсаторы умножителя 26 и на его выходе начинает расти высокое напряжение -позиция 42 . Одновременно сигнал О с выхода 19 триггера 15 закрывает ключи 9 ,и 11, Напряжение на выходе интегратора 8 позиция 30 и генератора 12 (позиция 31) начинает возрастать. ;Так как скорость роста пилообразного напряжения вьше, его величина в моMeHTTij сравнивается с величиной напряжения на интеграторе 8 и на выходе компаратора 13 появляется сигнал 1 (позиция 32), который запускает блок 14 задержки. На выходе 16 блока 14 появляется сигнал О (пози ция 34) на время t, который поступает на входы элементов И-НЕ 4 и 5, и на выходе элемента И-НЕ 4 появляется сигнал 1 (позиция 37), который вызывает закрывание открытых силовых транзисторов 21 инвертора. Одновременно на выходе 17 блока 14 появляется сигнал 1, который откры вает ключ 11 и сбрасывает пилообразное напряжене до нуля, а также пере слючает триггер 10- в другое поло184жение и сигнал I с его выхода поступает на вход другого элемента И-НЕ 5. Но сигнал О с выхода 16 блока 14 удерживает в течение времени t J на выходах обоих элементов И-НЕ 4 и 5. сигналы, равные 1, поэтому оба плеча инвертора находятся в закрытом состоянии. Благодаря накопленной энергии в индуктивности главного трансформатора 25 в ней возникает ЭДС.самоиндукции, под действием которой ток в инверторе не прекращается мгновенно, а продолжает протекать в том же яа правАении через рекуперативные диоды 22 другого плеча инвертора, постепенно уменьшаясь до нуля. При этом ЭДС самоиндукции прбвьппает напряжение на источнике 1 - питания и переходы коллектор - эмиттер силовых транзисторов 21 второго плеча находятся под обратным напряжением до момента, когда рекуперативный ток уменьшится до нуля. После окончания импульса t. на выходе 16 блока 14 задержки появляется сигнал I и на выходе другого элемента И-НЕ 5 появляется сигнал О, который вызывает появление открываю ° сигнала на базах силовых транзисторов 21 другого плеча (позиция 38). В момент tj, когда рекуперативный ток уменьшается до нуля и ЭДС самоиндукции в обмотке главного трансформатора 25 изменяет знак на л обратный, т.е. переходы коллектор эмиттер силовых транзисторов 21 второго плеча вновь оказываются под шрямым напряжением, эти транзисторы открываются через первичную обмотку главного трансформатора 25 начинает протекать ток в другом направлении (позицией 29 показаны {шпульсы тока в шине питания инвертора 2 от источника 1, где они имеют одно направjjgjjjjg) После окончания импульса tj блоке, 14 сигнал 1 на его выходе же, 14 сигнал 1 на его выхо исчезает, ключ I1 закрывается и на выходе генератора 12 вновь возрастает пилообразное напряжение. Далее процессы взаимодействия сигналов овторяются, как было описано. Так как за время, прошедшее с момента t,, напряжение на выходе интегратора 8 возросло, то длительность времени, в течение которого напряжение на выходе генератора 12 сравни- S1 вается с новым значением напр,чжения на интеграторе 8,.увеличивается и .соответственно длительность и амплитуда импульсов тока также увеличивается. При этом форма тока определя ется индуктивностью главного трансформатора 25 и емкостью конденсаторов умножителя 26, т.е. резонансными характеристиками высоковольтного блока. По мере работы устройства и роста напряжения на выходе интегратора 8 возрастает высокое напряжение на выходе умножителя 26. Когда сигнал на измерительном выходе блока 3 (позиция 42) достигает величины напряжения уставки (позиция 41) и превьшавт его,потенциал на выходе компаратора 6 становится равным нулю и налряжел ние на интеграторе 8 начнет уменьшаться. Это приводит к уменьшению длительности импульсов пилообразного напряжения и соответственно к уменьшению длительности импульсов тока, т.е. в высоковольтный блок передает ся меньшая мощность, что приводит к уменьшению высокого напряжения на выходе умножителя 26, и на трубке 28 устанавливается высокое напряжение, заданное величиной сигнала уставки на источнике 7 опорного напряжения. При этом автоматически осуществляется стабилизации напряжения на трубке. Скорость роста напряжения на интеграторе 8 выбирается в таких пределах, чтобы цепь стабилизации успе вала отслеживать рост высокого напр жения. В этом случае вывод трубки на режим осуществляется без опасных выбросов высокого напряжения свьш1е заданного уровня. Это обеспечивает надежность работы высоковольтного блока и рентгеновской трубки. При изменении, например увеличении тока трубки 28, т.е. при увелич нии нагрузки умножителя 26 высокое напряжение на его выходе уменьшаетс и сигнал на измерительном выходе бл ка 3 становится меньше уставясц на источнике 7. Компаратор 6 открывает ся и напряжение на выходе интеграто ра 8 увеличивается. Длительность им пульсов пилообразного напряжения ув личивается амплитуда и длительность импульсов зарядного тока и изменяет ся их частота следования, в результате чего высокое напряжение на тру 8 ке возрастает до тех пор, пока сигнал с измерительного выхода блока 3 вновь не станет равным сигналу уставки напряжения на источнике 7. На диаграммах позиции 39 и 40 штриховкой показаны интервалы времени, когда ток протекает через открытые силовые транзисторы 2, двойной штриховкой показаны интервалы, в течение которых силовые транзисторы зазакрыты и ток протекает черз рекуперативные диоды 22, без штриховки показаны интервалы, в течение которых ток через данное плечо не протекает. Из диаграмм видно, что во всех случаях происходит автоматическое формирование защитных интервалов между моментами закрывания транзисторов одного плеча и открыванием транзисторов другого плеча инвертора, что предотвращает образование сквозных токов в инверторе 1, и выход силовых транзисторов инвертора из строя. Это обеспечивает надёжность схемы высокочастотного питания аппарата. Из диаграмм также видно, что аппарат работает не на постЬянной частоте следования и длительности импульсов , а в зависимости от режима работы рентгеновского аппарата (напряжения и тока трубки) происходит изменение как частоты следования импульсов (чип), так и длительности импульсов (В1ИМ), т.е. осуществляется автоподстройка работы под резонансные характеристики высоковольтного блока аппарата. Это обеспечивает возможность работы предлагаемого аппарата с различньми высоковольтными блоками. При изменении напряжения питания инвертора 220 В, 127 В, ПО В аналогично осуществляется автоматический выбор частоты и длительиости импульсов, оптимальных для каждого режима. В режиме максимальной мощности длительность им- . пульсов пилообразного напряжения равна длительности импульсов зарядного тока и устройство работает на резонансной частоте. Йа всех режимах работы аппарата обеспечивается уменьшение амплитуды импульсов тока при. передаче мощносг. ти, так как они следуют с максимальным заполнением временных интервалов, т.е. скважность следования импулЬсов тока равна 1. Это уменьшает нагрев узлов главной цепи на большой мощности, т.е. увеличивается КПД аппарата, С другой стороны это позволяет увеличивать амплитуду импульсов тока ДО предельно допустимого значения и соответственно увеличивать максимальную мощность, отдаваемую в высоковольтный блок. Формула изобретения Рентгеновский аппарат, содержащий последовательно соединенные источник постоянного напряжения, высокочастотный инвертор и высоковольтный блок с рентгеновской трубкой, измеритель- is

ный выход которого подключен к перп. вому входу первого компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, генератор пилообразного напряжения и пер- 20

вый ключ, отличающ.ийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности в него введены два трехп входовых элемента И-НЕ, два триггера, интегратор, второй ключ, второй

выход которого подключен к второму входу второго компаратора, выход которого соединен с входом блока задержки, первый выход блока задержки

тов И-НЕ,.а его второй выход соединен с входом первого триггера и с вторым входом второго ключа,а- выходы элементов И-НЕ соединены с входами высокочастотного инвертора.

От SaoKQl

ЯаблвмЗ

Отдлона5 компаратор и блок задержки, причем выходы первого триггера соединены с первыми входами -элементов И-НЕ, перт вый выход второго триггера соединен с вторыми входами элементов И-НЕ, второй выход второго триггера соединен с входом первого ключа .и первым входом второго ключа, выход первого ключа соединен с первым вх.одом интегратора, выход первого компаратора соединен с вторым входом интегратора выход которого подключен к первому входу второго компаратора-, выход второго ключа соединен с входом генератора пилообразного напряжения. соединен с третьими входами элемен

Изобретение относится к рентгенотехнике,, а именно кмалогабаритным мощным рентгеновским аппаратам с вы-., сокочас.тотным преобразованием в главной цепи. Для повышения КПД и надежности рентгеновского аппарата с высокочастотным инвертором 2 в главной цепи скорость роста напряжения на интеграторе 8 выбрана так, что цепь стабилизации успевает отслеживать рост высокого напряжения. При этом аппарат работает при изменениях как частоты следования импульсов, так и длительности импульсов в зависимости от режима, т.е. осуществляется автоподстройка под резонансные характеристики высоковольтного блока 3 аппарата. Это обеспечивает возможность ра; боты аппарата с высоковольтными бло- с ками 3 различной конструкции. 4 ил.