[发明专利]医用电子直线加速器用栅控电子枪数字电源

摘要

本发明公开了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。交流输入模块对输入的交流供电进行滤波、整流、慢启动控制和为整个电源提供低压辅助电源；交流输入模块产生的直流电压在功率变换模块中转换为高频脉冲；高压输出模块对高频脉冲进行升压、整流滤波，输出直流高压Uk；综合信号处理系统中设计了数字环路控制，通过采样射线能量和供电电压波动对PWM控制进行补偿，并结合PID控制算法，作出实时动态响应，消除了电网波动对电子枪发射束流的影响。而且根据环境温度对采样数据进行修正，从而减小环境温度变化对高压输出稳定性的干扰，保证了电子枪的长期工作稳定性。

主权项

一种医用电子直线加速器用栅控电子枪数字电源，其特征在于，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；信号逻辑判断模块，根据所述内部采样信号进行故障判断；当判断故障后，将故障信息送入中央控制芯片的输入口，同时触发中央控制芯片的中断触发端口；中央控制芯片，具有如下功能：1）根据工作环境温度，对各内部采样信号进行温度补偿，后续处理均采用温度补偿后的内部采样信号；2）接收来自外部的工作模式系统要求，并结合电子枪的束流负载特性曲线，给出一高压基准信号，将射线能量取样转换为电压量，与所述高压基准信号进行对比，将差值送入PID控制器产生PWM信号发生电路的控制增量ΔU；同时，还将交流供电取样转换为供电电压基准，减去直流高压Uk的电压取样，并乘以预先设定的修正系数K得到电网扰动修正量，叠加到PID控制器的输出的控制增量ΔU上，得到修正后的控制增量ΔU’，发送给PWM信号发生电路；3）软件上采用中断的方法响应故障触发的中断，在中断服务程序中首先封闭PWM信号发生电路的控制量输出，然后根据信号逻辑判断模块发来的故障信息进行故障定位；4）通过通信端口与外部控制系统通讯，将电子枪及其高压电压的工作状态和实时工作数据上传，实现外部控制系统对电子枪高压电源的远程监测和控制；5）实现对慢启动电路的慢启动控制；6）根据来自外部的高压使能信号决定PWM信号发生电路的开、断；PWM信号发生电路，在中央控制芯片的控制下，产生用于驱动功率变换模块开关管的所述PWM脉冲驱动信号。