Рентгеновский генератор Советский патент 1980 года по МПК H05G1/32 

Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно - к устройствам высоковольтного питания рентгеновских аппаратов со средствами стабилизации анодного напряжения. Известны рентгеновские генераторы с источником питания постоянного напря жения, выполненным в ввде высокочастотного преобразователя и содержащим либо высокочастотный повышающий тран форматор, либо каскадный умножитель напряжения flj и L2. Однако эти генераторы имеют ограниченную мощность. Известны рентгеновские генераторы с электронной стабилизацией высокого. Напряжения, содержащие измерительный делитель напряже1 ия, сигнал которого используется для сравнения с эталонным напряжением в схеме сравнения, выходной сигнал которой через электрон ное устройство возде)Чствуот на управля щий элемент СЗТ . Однако хотя такие схемы обеспечивают высокую степень стабилизации анодного напряя-сения, они обладают недостаточно широким .Ш1тервалом регулирования. Наиболее близким по техническо сущности к предложенному является рентгеновский генератор, содержащий рентгеновскую трубку, электронный прерыватель, высоковольтный транс юрматор, высоко- вольтнь й выпрят 1итель с емкостным фшштром на выходе, г.сточник опорного напряжения, измерительный делитель напряж.ения Бысоковольтно) выпрямителя, схему сравнения напряжений. В этой схеме электронный коммутатор является динамическим сопротивлением первичной цепи, изменение которого производится методом частотно-импульоюй модул5щии напряйсения на высоковольтном трансформаторе. Такое техническое peureние позволяет увеличить быстродействие регул;фования напряжения на высокой стороне и осуществить его стабилизсшию а также улучшить фильтрацтцо этого

3

напряжения по море его регулиров.1ния. происходит вследствие увеличения частоты релейной системы, т.е. частоты частотнО--нп шульсной модуляции, тю мере jTx-ieHbmeHHH анодного напряжения, так как но сравнению с максимальным режимом появляется энергети ческий аапас. Частота коммутаций практически может увеличиваться при полном регулировании напряжения в несколько ра так как она ограничена и полосой пропускания главно1 о трансформатора в переходными процессами в главной цепи ,

Однако при максимальных ан.одных напряжениях щ следовательно максшлалгзной мошности частота коммутаций не может нревь шать частоту ceTiij и может увеличиваться только но мере уъленьшения анодного напряженияа достигая максимальной величины па мпнимальных. аноднь Х 1апряжениях. Именно в этих режимах за счет часто гно----импульсн6й модулсщии происходит дополнительно подавление пульсаций. Тем не менее, частота частотно- ям-нульсной модуляции все равно остается низкой. Таким образом, в известном устройстве нм.еет мест неравкомерг-юсть подав.пения нузшсадий анодного напряжения а зависимости от его веякчиньь

Цель изобретения повышение степени стабилизации мгновенного значения анодного напряжения в широком дианазо- не колебаний анодного напряжения.

Это дост1-п ается тем., что генератор содержит донолннтельньзй датчик анодного тока схему управления с широтно иМ. пульсной модуляцией, соединенную с указанным датчиком и Измерительным де-лителем напр1 «ения, в лсокочастотный генератор/-умножитель напряжения, выход которого подключен последогштельно с выходом высоковольтного выпрямителя. При этом схема управления с широтно- импульсной модул$щией содержит фильтр верхних частот, пиковый детектор, схему сравнения, входы которой соединены с пиковым детектором и измерительным делителем напряжения, широтно-имнуль сный .модулятор. Высоко-частотный генератор образован -источником постоянного тока, электронным прерывателем, к которому подсоединен шгфотно имнульсный модулятор, высокочастотным сглаживающим фильтром, инвертором и высокочастотным повышающим трансформатором. Высокочастотный сглаживающий фильтр имеет полосу пропускания в области

ких частот не менее максимальной час тоты коммутации первого электронного прерывателя.

На фиг. 1 представлена функциональ пая схема рентгеновского генератора; на фиг, 2 - эквивалентная электрическая cxeivia, поясняюш.ая принцип работы аппа- ,рата,

Рентгеновский генератор содержит .

электронный прерыватель 1, высоковольтный трансформатор 2, высоковольтный выпрямитель с емкостным фильтром на выходе 3, источник опорного напряжения 4, измерительный делитель анодного на

5, схему сравнения напряже ния 6s рентгеновскую трубку 7, истоЧ Н1Ш постояш охх) напряжения 8, второй электронный прерыватель 9, высокочастотный сглаживающий фильтр 10, инвертор 115 повышающий высокочастотный

трансформатор 12, умножитель напряжения 13j датчик анодного тока в виде измерительного резистора 14, фильтр верхних частот ISj пиковый детектор 16, схему

сравнения 17 и широтно-импульсный модулятор 18.

Рентгеновский генератор представляет собой двухконтурную систему автоматического регулирования, схематично изображенную на фиг. 2. В первом контуре происходит стаб1тизация напряжения и . подавление пульсаций на выходе низко- частотного генератора 19. Этот контур

состоит из низкочастотного генератора 19, датчика напряжения 20 этого генератора, схемы управления 21 и представляет собой релейную след-ящую систему с частотн(-имцульсной модуляцией . В этом

контуре преобразовывается основная мощность рентгеновского аппарата. Второй контур образован датчиком анодного тока 22, схемой управления 23 с.широтно- импульсной модуляцией и вьюокочастот-

ным генератором 24, напряжение которого, преобразованное умножителем напряжения 13, представляет собой низкочастотное переменное напряжение,, изменяющееся в соответствии с законом изменения пульсаций в низкочастотном генераторе 19. Низкочастотный генератор 19 и умножитель напряжения 13 включены последовательно, так что выходное напряжение умножителя Uj всегда ком-

пенснрует низкочастотные пульсации генератора 19 и на рентгеновской трубке 7 имеется практически постоянное анодU,

ное напряжение Дополнительный контур работает следующим образом. С делителя анодного напряжения 5 через фильтр верхних частот 15 пропуск ется переменная составляошая напр51жен выпрямителя 3 (генератора 19). Выпрямленная и отфильтрованная в пиковом детекторе 16 эта составляющая уже в в де постоянного напряжения, равного амплитуде переменной составляющей, подается на вход схемы сравнения 17 в качестве задающего сигнала. На другой вход схемы сравнения 17 подан сигнал с датчика анодного тока 14, пульсации напряжения-на котором пропорциональны пульсациям анодного тока трубкио Поскольку в данном генераторе стабилиз ция напряжения и грубая фильтрация осуществляется в одном контуре, а дополнительная фильтрация - в .дрзтом, имеется однозначная связь между пульсациями напряжения выпрямителя 3 и пуль сациями анодного тока трубки 7. Отработка пульсаций анодногю тока производится путем ликвидации пульсаций анодного напрялшния на трубке 7. Со схемы сравнения 17 сигнал рассогласования подается на широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 18, коэффициент заполнени которого может измениться от О до 1 в зависимости отсигнала управления со схемы 17. Пропорционально коэффициенту заполнения ШИМ 18 будет изменяться постоянное напряжение на выходе высокочастотного сглаживающего фильтра 10, Иа cooTBeTCTBeifflOj на клеммах питания преобразователя частоты - инвертора 11, Частота щиротпо - Импульсного модулятора равна 12 кГц, частота инвер тора 8 кГц. Высокочастотный трансформатор 12 повыщает напряжение от ISO В до 4 кВ, аатем это напряжение умножается чстырехкаскадным укшожителем напряжения 13 до 15 кВ при максимальной нагрузке IQ QJ, .10 мА Высокочастотная пульсация .на выходе умножителя при его максш гальной нагруз ке составляет не более 5%, т.е. 750 В. Напржкение на умножителе напр5пкения 13 отрабатывается схемой обратной связи за счет дшшмического изменения коэффициента заполнения щиротно-импульс ного модулятора в соответствии с законом изменения пульсаций на выпрямителе 3. Высокочастотный сглаживающий фильт 1О должен полностью подавлять высокочастотный сигнал с прерывателя 9 на частоте 12 кГц и обладать полосой проз рачности в области низких частот, т.е. на частоте пульсаций, выпрямителя 3, равной удвоенной частоте коммутаций электронного прерывателя 1. При однофазном питании аппарата напряжением промыщлёнпой частоты 5О Гц частота частотно-импульсной модуляции не пре- выщает как правило 200-40О Гц во всем диапазоне изменения анодного напряжения. Ее можно еще уменьщить, полностью возложив подавление пульсаций на .дополнительный контур даже в области низких анодных напряжений. Данная конструкция генератора позволяет снизить пупьсашга анодного напряжения, увеличив при этом мощность дозы излучения и сузив его спектр. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили преимущества данного генератора. При максимальном режиме, -Т.е. при :U/i 100 кВ и lO. 10 мА, пульсация анодного напряжения имеет велич1шу менее 1% при пульсации на высоковольтном генераторе равной 12%. Это позволяет увеличить мощность дозы излучения почти на 30%. Размер и масса высоковольтного генератора остаются неизменными, так как высоковольтная часть дополнительного контура имеет ничтожно малые размеры: повыщающий трансформатор имеет конструктивный объем 8О см и массу 60 г, умножитель напряжения - объем 6О см и массу 60 г, в то время как конструктивный объем высоковольтного генератора состаштяет 40 дк1 , а его масса - 70 кГ. Источник постоянного напрял ения, тшвертор, электронный прерыватель и высокочастотный фильтр очень незначительно изменяют размеры и массу пульта управления, так как их мощность мала. Высокая рабочая частота ф шьтра - 12 кГц - также позволяет сделать его малогабаритным. Формула изобретения 1. Рентгеновский генератор, содержа- щий рентгеновскую трубку, электронный прерыватель, высоковольтный трансформатор, высоковольтный выпрямитель с емкостным фильтром на выходе, источник опорного напряжения, измерительный делитель напрянсения высоковольтного выпрямителя, схему сравнения напряжений, отличающийся тем, что, с целью повыщения степени стабилизации мгновенного значения анодного иапряжеПИЯ в широком диапазоне колсбани1 { анод него напряжения, он содержит дополнительный датчик анодного тока, схему управления с широтно-импульсной модуляцией, соединенную с указанным датчиком и измерительным делителем напря жения, высокочастотный генератор, умно житель напряжения, выход которого подключен последовательно с выходом высоковольтного выпрямителя. 2, Рентгеновский генератор по п. 1, отличаю щ ийс я тем, что схема управления с широтно-импульсной модуляцией содержит фильтр верхних частот, пиковой детектор, схему сравнен входы которой соединены с пиковым детектором и измерительным делителем напряжения широтно-импупьсный моду. лятор, а -высокочастотный генератор образован источником постоянного тока электронным прерывателем, к которому подсоединен широтно-импульсный модулятор, высокочастотным сглаживаюиитм фильтром, инвертором и высокочастотным повышающим трансформатором. 3. Рентгеновский генератор по п. 2, отлич.аюшийся тем, что высокочастотный сглаживающий имеет полосу пропускания в области низких частот не менее максимальной частоты коммутации первого электронного прерывателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Выложенная заявка ФРГ № 2128248, кл. 21 g 20/01, опублик. 1973. 2.Выложенная заявка ФРГ № 2444193, кл, Н 05 С 1/12, опублик. 1975. 3.Шмелев В. К. Рентгеновские аппараты М., Энергия, .1973, с. 171-173. 4.Заявка Франции № 2208267, кл. Н 05 G 1/30, опублик. 1974 (прототип).

N