Импульсный рентгеновский генератор Советский патент 1989 года по МПК H05G1/24 

1

(61) 1441488

(21)4022406/24-25

(22)18.02.86 .

(46) 23.07.89, Бюл. 27

(71)Ленинградское научно-производственное объединение Буревестник

(72)С.Б.Красильников, Л.Н.Лозовой, С.Н.Марков и Е.И.Синдаловский

(53)621.386 (088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 1441488, кл. Н 05 G 1/24, 1985.

(54)ИМПУЛЬСНЫЙ РЕНТГЕНОВСКИЙ ГЕНЕРАТОР

.(57) Изобретение относится к импульсной рентгенографии и может найти широкое применение в импульсной рентгеновской дефектоскопии, импульсной рентгенографии быстропротекающих процессов и в медицине. Цель изобре тения - повьаиение КЦД. Импульсный рентгеновский генератор содержит зарядный трансформатор 4 с N первич- обмотками, в каждую из которых включен управляемый транзисторный ключ 3; трансформатор 8 положительной обратной связи по току с N первичными и одной вторичной обмотками; сумматор-распределитель 2 импульсов, соединенный с задающим генератором 1; накопительный конденсатор 13, высоковольтный импульсный трансформатор 16; разрядник-обостритель 18 и рентгеновскую трубку 19. Благодаря введению диода 11 и д озарядной обмотки 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, а также наличию третьего входа у сумматора-распределителя 2 повышается КПД генератора. 2 ил.

Изобретение относится к импульсной рентгенографии и может найти широкое применение в импульсной рентгеновской дефектоскопии, импульсной рентгенографии быстропротекающих процессов и в медицине. Цель изобретения - повышение КПД. Импульсный рентгеновский генератор содержит зарядный трансформатор 4 с N первичными обмотками, в каждую из которых включен управляемый транзисторный ключ 3

трансформатор 8 положительной обратной связи по току с N первичными и одной вторичной обмотками, сумматор-распределитель 2 импульсов, соединенный с задающим генератором 1

накопительный конденсатор 13

высоковольтный импульсный трансформатор 16

разрядник-обостритель 18 и рентгеновскую трубку 19. Благодаря введению диода 11 и дозарядной обмотки 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, а также наличию третьего входа у сумматора-распределителя 2 повышается КПД генератора. 2 ил.

4

СО О5

14)

31496

Изобретение относится к рентгенотехнике, а именно к импульсным рентгеновским генераторам, предназначенным для неразрушающего контроля материалов методом рентгенографии, импульсной рентгенографии быстропро- текающих процессов и рентгенографии различных органов пациентов в неста- ционарных условиях, и является усо- вершенствованием изобретения по авт.св. К 1441488.

Цель изобретения - повышение

КПД.

На фиг. 1 показана схема импульсного рентгеновского генератора; на фиг. 2 - вариант выполнения сумматора-распределителя импульсов на пассивных диодно-резисторных эле- ментах.. .

Импульсный рентгеновский генератор содержит задающий генератор 1, ,управляющий через сумматор-распределитель 2 импульсов работой транзис- торных ключей 3, зарядный трансформа тор 4, N первичных обмоток 5 которого гальванически развязаны между собой и намотаны так, что магнитные потоки, вызванные коммутируемым то- ком, складьшаются в его вторичной обмотке 6, N первичных обмоток .5 за- рядного трансформатора .4 соединены последовательно с N первичными обмотками 7 трансформатора 8 положитель- ной обратной связи по току, вторичная обмотка 9 которого соединена с вторым входом сумматора-распределителя 2 импульсоа. Дозарядная обмотка 10 трансформатора 8 положительной обрат- ной связи по току соединена последовательно и согласно с одной вторичной обмоткой 5 зарядного трансформатора 4,причем один ее конец подключен к низкопотенциальному концу вторичной обмотки 6 зарядного трансформатора 4 и аноду диода 11, а другой - к третьему входу сумматора-распределителя 2 импульсов. Катод диода 11 соединен с общей точкой первичных об- моток 5 зарядного трансформатора 4. Высокопотенциальньй конец вторичной обмотки 6 зарядного трансформатора А соединен с выпрямителем 12, который соединен с накопительным конденса тором 13 и через разрядник 14 - с первичной обмоткой 15 высоковольтного импульсного трансформатора 16, во вторичную обмотку 17 которого включены последовательно разрядник-обост- ритель 18 и рентгеновская трубка 19.

Сумматор-распределитель 2 (фиг.2) содержит диод 20 обратной связи по току, диод 21 связи с-задающим генератором 1, диод 22 запщты от перенапряжений, выходные резисторы 23.1- 23.N и имеет N выходов 24.1-24.N. Вход б Сумматора-распределителя 2 присоединен к дозарядной .обмотке 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, вход а - к вторичной обмотке 9 этого трансформатора 8, вход в - к выходу задающего генератора 1, а выходы 24.1 т 24.N - к входам транзисторных ключей 3. Входы айв через диоды 20 и 21 соединены с входом бис выходами 24.1-24.N Через резисторы 23.1-23.N. Анод диода 20 присоединен к вторич- Иой обмотке 9,. трансформатора 8 положительной обратной связи по току, анод диода 21 - к выходу задающего генератора 1, а анод диода - к общему проводу. Также возможно выполнение сумматора-распределителя 2 импульсов и на активных элементах, например интегральных операционных усилителях, что позволяет расширить его функциональные возможностиi

Кроме того, соотношение между количеством витков каждой первич- ной рбмОтки 7 трансформатора 8 по- ложительНой обратной связи по току, количеством витков VJ каждой первичной обмотки 5 зарядного трансформатора 4 и магнитными сопротивлениями Я/цтос и R/иэг этих трансформаторов 8 и 4 выбрано из условия W

птос

W

Т15Т

М м 5Т

Импульсный рентгеновский генератор работает следу1бщим образом.

Задаю1ций генератор 1 формирует импульсы синхронизации с постоянной частотой следования, которые через а сумматора-распределителя 2 импульсов, резисторы 23.1-23.N и выходы 24.1-24.N одновременно поступают на управляющие входы (базы) : транзисторных ключей 3. При этом по- следние открываются и через их коллекторные цепи начинают протекать линейно нарастающие токи по цепиЧЕ источника питания постоянного .тока через N параллельных ветвей, образонового запускающет о импульса от задающего генератора 1.

В результате повторения описанных процессов с частотой, определяемой задающим генератором 1, напряжение на накопительном конденсаторе 13 постепенно растет до момента достижени уровня напряжения пробоя коммутирующего разрядника 14, которьй подклю- чает заряженный накопительный конденсатор 13 к первичной обмотке 15 высоковольтного импульсного трансформатора 16. Во вторичной обмотке 17 этого трансформатора 16 формиру- ется высоковольтный импульс напряжения, который подается через разряД ник-обостритель 18 на рентгеновскую трубку 19.

Для работы импульсного рентгеново- кого генератора необходимо, чтобы большая часть энергий трансформатора 8 положительной обратной связи по току передавалась в накопительный конденсатор 13. Передача энергий накопленной в магнитопроводе транс- форматора 8 положительной обратной связи по току, возможна только гфя соблюдении условия

мъг

ной обмотки 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току; 1,- максимальный ток вторичной обмотки 6 зарядного трансформатора А.

Однако деидеальность характеристик элементов электрической схемы импульсного рентгеновского генерато- .ра, технологический разброс парамет- ров трансформаторов и так далее неизбежно нарушают это условие. Пог скольку условие IMOJO мгг приводит к ухудшению КГЩ импульсного рентгеновского генератора, то необходимо выполнять следующее соотноиение:

I М1Т

При этом избыточная энергия трансформатора 8 положительной обратной связи по току через диод 11 возвра

щается в источник питания постоянного тока и обеспечивается надежная работа генератора с повьшением КПД. Обеспечивающее это условие количество витков дояарядной обмотки W

о

определяется следующим образом.

Магнитолвижущие силы (МДС) трансформаторов 4 и 8 в момент запирания тра.нзисторн1.1х ключей 3 равны:

тс

ЗТ

I

МДСлд - В„дс Scepa RAITOC где количество витков первично обмотки зарядного трансформатора;

I цо максимальный суммарный ток коллекторов управляемых транзисторных ключей 3}

мас индукция насыщения;

RMTOC магнитное сопротивление;

серч площадь сечения сердечника трансформатора положительной обратной связи по току.

Токи определяемые этими магнитодвижущими силами, равны: дпя вторичной обмотки 6 зарядного трансформа- JTopa 4

,. J Ikwi

,т код w n

ът

для дозарядной обмотки 10 трансформатора В положительной обратной связи по току

cepj

W,

1°

где W - число витков вторичной обмотки зарядного трансформатора 4;

n , - коэффициент трансформации трансформатора 4;

Wgj, - количество витков дозарядной; обмотки 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току.

I . .

Из этих соотношений и вьшеприве денного второго неравенства можно получить соотнощенИе

W..

мас сер мтос т -кол

которое определяет условия передачи энергии магнитопровода трансформатора 8 положительной обратной связи по току в накопительный конденсатор 13/ т.е. условие, при котором импульсный рентгеновский аппарат имеет наиболее высокий КПД.

Кроме того, в момент протекания тока по цепи, содержащей последова тельно включенные вторичную обмотку 6 зарядного трансформатора 4, доза- рядную обмотку 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, выпрямитель 12, накопительный конденсатор 13 и диод 22 сумматора-распределителя 2 импульсов, на базах транзисторных ключей 3 поддерживается :| запирающий потенциал, равный падению напряжения на диоде 22, что приводит)

ванных последовательным соединением одной первичной обмотки 5 зарядного трансформатора 4 и одной первичной обмоткой 7 трансформатора 8 положительной обратной связи по току.

Вторичная обмотка 6 зарядного трансформатора 4 и дозарядная обмотка 10 трансформатора 8 положительной обратной связи по току соединены последовательно и согласно подключены к однополупериодному выпрямителю 12 в такой фазе, что возникающие на их выводах ЭДС в момент открывания ключей 3 з-апирают указанный выпрямитель 12. В результате ток в этих обмотках 6 и 10 в этот момент времени не протекает и через первичные обмотки 5 зарядного трансформатора

4протекает только ток намагничивания сердечника этого трансформатора 4. Такой режим характеризуется большой величиной индуктивности первичных обмоток 5 трансформатора 4.

В то же время вторичная обмотка 9 трансформатора 8 положительной обрат Ной связи по току нагружена на низко омный вход в сумматора-распределителя 2 импульсов, к выходам 24.1- 24.N. которого подключены управляющие входы транзисторьгх ключей 3. Поэтому основная часть напряжения источника питания постоянного тока в этой последовательной цепи оказывается приложенной к первичным обмоткам

5зарядно,го трансформатора 4 и только малая его часть к первичным обмоткам 7 трансформатора 8 положительной обратной связи по току, так как индуктивность и активное сопротивление приведенные к первичным обмоткам 7 этого трансформатора В, малы. В результате токи в этих параллельных цепях определяются -в основном индуктив ным характером сопротивления первичных обмоток,5 зарядного трансформатора 4 и линейно растут. При этом про- Тпорционально растут магнитные потоки

в сердечниках обоих трансформаторов 4 и 8 и, когда величина магнитной йИдукции в сердечнике трансформатора 8 положительной обратной связи по току достигает насЬйцения, индуктивность йанагничивания его резко падает и сбответственно падают ЭДС как в пер- вичных 7, так и во вторичных 9 обмотках, что приводит к резкому уменьшению напряжения, подводимого через- вход в сумматора-распределителя 2

импульсов. Это приводит к резкому уменьшению базовых токов транзистор- ньп-: ключей 3, они выходят из режима г насы1це}шя и начинают закрываться. В результате производная по току первич- Ных обмоток 5 и 7 трансформаторов 4 и 8 становится отрицательной, и все ЭДС в обмотках трансформаторов 4

0 и 8 меняют свой знак на ПРОТИВОПОЛОЖНЫЙ .

В указанном режиме к управляющим входам транзисторых ключей 3 прикладывается напряжение обратной попарно5 :сти, что вызывает их форсированное

запирание. Одновременно ЭДС в последовательно соединенных вторичной обмотке 6 зарядного трансформатора 4 и до- зарядной обмотке 10 Трансформатора

0 8 положительной обратной связи по

току отпирает выпрямитель 12, и воз- никаю1ций скачком линейно уменьшающийся ток этих вторичных обмоток подзаряжает накопительный конденса5 тор 13 до более высокого потенциала. Этот ток создается энергией магнитного поля, накопленного в магнитопрово- де зарядного трансформатора 4 и маг- нитопроводе трансформатора 8 положи-.

0 тельной обратной связи по току.

Для нормальной работы описанной схемы необходимо, чтобы ток, создавае- мый дозарядной обмоткой 10 тансфор- матора 8 положительной обратной связи по току, бьи вьше,, чем ток, создаваемый вторичной обмоткой 6 зарядного трансформатора 4. При этом небольшая часть энергии магнитопровода транд сформатора 8 рекуперируется в источник питания постоянного Тока через диод 11. Таким, образом, на первом (Этапе процесса передачи анергии, на-, копленной в магнитопроводе трансфор5 маторов 4 и 8, ток протекает не только по последовательно соединенным обмоткам этих трансформаторов,.но и . через диод 11 и источник+Е. Поскольку постоянная времени этого контура :

0 мала, то избыточная энергия быстро рекуперируется в источник постоянного тока, и диод 11 зайирается. П дальнейшем энергия сердечников трансформаторов 4 и 8 передается только

5 в накопительный конденсатор 13/ По окончании этих процессов трансформаторы 4 и 8 и транзисторные ключи 3 одновременно обесточиваются, и нахо- дятся в ждущем режиме до появления

5

к значительному уменьшению токов утечки транзисторных ключей 3 и до- полнительному повышению КПД

Формула изобретения

Импульсный рентгеновский генера- тор по а ВТ. св. N: 1441488, о т л и- чающийся тем, что, с целью повьшения КПД, введены диод и доза- рядная обмотка трансформатора положительной обратной связи по току, один конец которой соединен с низко- потенциаль ным концом вторичной об- мотки зарядного трансформатора и анодом диода, катод которого подсоединен к общей, точке первичных обмоток зарядного трансформатораJ сумматор- распределитель снабжен третьим вхо- дом, подключенным к другому концу

Г

й обмотки трансформатора ьной обратной связи по, токоличество витков а.о й обмотки выбрано из ус

нас серч мтос

5Г

индукция насыщения; магнитное сопротивление; площадь сечейня сердечника трансформатора положительной обратной сйязи по току;

максимальный суммарный ток коллектора транзисторных ключей;

коэффициент трансформации зарядного трансформатора.

фи.2