Рентгеновский аппарат

 

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 блос ками 3 различной конструкции. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 Н 05 G 1/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3913572/24-25 (22) 21 . 06. 85 (46) 23.10.86. Бюл. У 39 (7l) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) А.И.Лисицын (53) 621 . 386 (088 . 8)

4 (56) Выложенная заявка ФРГ У 2728563, кл. Н 05 G l/10, 1979.

Авторское свидетельство СССР

1032598, кл. Н 05 G 1/32, 1982. (54) РЕНТГЕНОВСКИЙ АППАРАТ (57) Изобретение относится к рентгенотехнике,. а именно к малогабаритным мощным рентгеновским аппаратам с вы-.. сокочастотным преобразованием в главной цепи. Для повыпения 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, ;раI боты аппарата с высоковольтными бло- д ками 3 различной конструкции. 4 ил. б018

1 126

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно к малогабаритным мощным рентгеновским аппаратам с высокочастотным преобразованием в главной цепи.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности аппарата.

На фиг.1 показана блок-схема рентгеновского аппарата; на фиг.2 - принципиальная схема инвертора с токовым управлением; на фиг.3 — принципиальная схема высоковольтного блока; на фиг.4 — временные диаграммы напряжений и токов в различных блоках рентгеновского аппарата.

Рентгеновский аппарат содержит источник ) постоянного напряжения, инвертор 2, высоковольтный блок 3, трехвходовые элементы И-НЕ 4 и 5; первый компаратор 6, источник 7 опорного напряжения, интегратор 8, первый ключ 9, первый триггер 10, второй .ключ 11, генератор 12 пилообразного напряжения, второй компаратор 13, блок 14 задержки одновибратор, второй триггер 15. Блок 14 задержки имеет выходы 16 и 17, а триггер 15 — выходы )8 и 19 и вход 20.

На принципиальной схеме инвертора 2 показаны силовые транзисторы 21, рекуперативные диоды 22, импульсные трансформаторы 23, управляющие транзисторы 24. На принципиальной схеме высоковольтного блока изображены главный трансформатор

25, умножитель 26 напряжения, делитель 27 напряжения, рентгеновская трубка 28.

На временных диаграммах показаны следующие сигналы: 29 - импульсы зарядного тока, через плечи инвер" тора (в шине питания инвертора);

30 - на интеграторе 8; 31 — на гене.раторе )2 пилообразного напряжения;

32 — на выходе компаратора 13; 33— на выходе 17 блока задержки 14;

34 — на выходе 16 блока задержки )4;

35 и 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 источнике 7; 42 — напряжение на иэмери" тельном выходе высоковольтного блока 3.

Рентгеновский аппарат работает следующим образом.

l0

ll5

ЪО

3О

Инвертор 2 преобразует постоянное, напряжение источника в переменную частоту (5-20 кГц), на которой осуществляется питание высоковольтного блока 3 аппарата. Для передачи большой 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 для открывания и удержания их в насыщенном состоянии берется из .их коллекторных цепей с положительной обратной связью. Это обеспечивает быстрое переключение силовых транзисторов иэ закрытого состояния в откры-, 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

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 сигйал "О", соответственно на выходах элементов И-НЕ 4 и 5 присутствуют сигналы "l" и оба транзистор-. ных плеча инвертора 2 закрыты. )ощность л высоковольтный блок 3 не,передается, напряжение на рентгеновской трубке 28 равно нулю и напряжение на измерительном выходе (с дели- теля 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 19 триггера 15 присутствует сигнал "1", который оъкрывает ключи 9 и 11. Открытый ключ 9 держит интегратор 8 в полуразряженном состоянии (напряжение U на поэиции 30, фиг.4), а открытый ключ ll

3 1266 держит генератор 12 пилообразного напряжения в исходном состоянии, когда сигнал на его выходе равен нулю. При этом сигнал на выходе компаратора 13 также равен нулю. Блок 14 задержки s находится в исходном состоянии, когда на его выходе 16 присутствует сигнал "1", а на выходе 17 — сигнал "0".

Триггер 10 находится в одном из своих состояний, когда на одном его вы- IO ходе, например, соединенном с входом элемента И-НЕ 4, имеется сигнал "1", а на другом — сигнал "0".

После подачи в момент to сигнала

"Пуск" по входу 20 триггер 15 пере- 15 ключается и на его выходе 18 появляется сигнал "1", а .на выходе 19— сигнал "0". В результате на выходе одного из элементов И-НЕ, у которого на всех входах имеются сигналы "1 20 например элемента И-НЕ 4, появляется сигнал "0", т.е. отрицательный перепад от "1" до "0" (позиция 37, фиг.4 ), который приводит к открыванию силовых транзисторов 21 одного из плеч инвертора 2 и протеканию тока позиция 29 от источника I через это плечо в первичную обмотку главного трансформатора 25 высоковольтного блока 3. Напряжение с вторичной 30 обмотки трансформатора 25 заряжает .конденсаторы умножителя 26 и на его ,выходе начинает расти высокое напряжение .позиция 42 .

Одновременно сигнал 0 с выхода

19 триггера 15 закрывает ключи 9

:и 11 Напряжение на выходе интегра тора 8 позиция 30 и генератора 12 (позиция 31) начинает возрастать.

Так как скорость роста пилообразного 40 напряжения выше, его величина в момейт t сравнивается с величиной наf пряжения на интеграторе 8 и на выходе коипаратора 13 появляется сигнал "1" (позиция 32), который запус- <> кает блок 14 задеркки. На выходе 16 блока 14 появляется сигнал "0" (позиция 34 ) на время t, который поступает на входы элементов И-НЕ 4 и 5, и на выходе элемента И-НЕ 4 появляется сигнал "l " (позиция 37), который вызывает закрывание открытых силовых транзисторов 21 инвертора.

Одновременно на выходе 17 блока 14 появляется сигнал "1", который откры->> вает ключ ll и сбрасывает пилообразное напряжене до нуля, а также переключает триггер 10. в другое полоО!8 4 жение и сигнал "I" с его выхода поступает на вход другого элемента

И-HE 5. Но сигнал "0" с выхода 16 блока 14 удерживает в течение времени и на вьжодах 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 тои же на прав!!енин через рекуперативные диоды

22 другого плеча инвертора, постепен-" но уменьшаясь до нуля. При этом ЭДС самоиндукции превышает напряжение йа источнике I-питания и переходы коллектор — эииттер 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 "1" и на выходе другого элемента И-НЕ 5 появляется сигнал "0", который вызывает появление открывающего сигнала на базах силовых транзисторов 21 другого плеча (позиция

38). В момент t, когда рекуперативный ток уменьшается до нуля и ЭДС самоиндукции в обмотке главного трансформатора 25 изменяет знак на обратный, т.е. переходы коллектор— эмиттер силовых транзисторов 21 второго плеча вновь оказываются под .прямым напряжением, эти транзисторы открываются через первичную обмотку главного трансформатора 25 начинает протекать ток в другом направлении (позицией 29 показаны иипульсы тока в шине питания инвертора 2 от источ-, ника 1, где они имеют одно направление).

После окончания импульса на блоке. 14 сигнал "I" на его выходе исчезает, ключ ll закрывается и на выходе генератора 12 вновь возрастает пилообразное напряжение . Далее процессы взаимодействия сигналов ,повторяются, 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- .

5 12660 вается с новым значением напряжения на интеграторе 8,.увеличивается и соответственно длительность и ампли-i туда импульсов тока также увеличивается. При этом форма тока определяется индуктивностью главного трансформатора 25 и емкостью конденсаторов умножителя 26, т.е. резонансными характеристиками высоковольтного . блока. 10

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 превышает его,потенциал на выходе компаратора

6 становится равным нулю и напряже-. . ние на интеграторе 8 начнет умень- 20 шаться. Это приводит к уменьшению длительности импульсов пилообразного напряжения и соответственно к уменьшению длительности импульсов тока, т.е. в высоковольтный блок передает 25 ся меньшая мощность, что приводит к уменьшению высокого напряжения на выходе умножителя 26, и на трубке

28 устанавливается высокое напряжение, заданное величиной сигнала ус- З0 тавки на источнике У опорного напряжения. При этом автоматически осуществляется стабилизация напряжения на трубке.

Скорость роста напряжения на интеграторе 8 выбирается в таких пределах, чтобы цепь стабилизации успевала отслеживать рост высокого напря жения. В этом случае вывод грубки на режим осуществляется без опасных выбросов :высокого напряжения свыше

I заданного уровня. Это обеспечивает; надежность работы высоковольтного блока и рентгеновской трубки.

При изменении, например увеличении тока трубки 28, т.е. при увеличении нагрузки умножителя 26 высокое напряжение на его выходе уменьшается и сигнал на измерительном выходе блока 3 становится меньше уставки.на источнике 7. Компаратор 6 открывается и напряжение на выходе интегратора 8 увеличивается. Длительность импульсов пилообразного напряжения увеличивается амплитуда и длительность импульсов зарядного тока и изменяется их частота следования, в результате чего высокое напряжение на трубке возрастает до тех пор, пока сиг-.. нал 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 21, двойной штриховкой показаны интервалы, в течение которых силовые транзисторы зазакрыты и ток протекает черэ рекуперативные диоды 22, без штриховки показаны интервалы, в течение которых ток через данное плечо не протекает.

Иэ 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 l, и выход силовых транзисторов инвертора из строя.

Это обеспечивает надежность схемы высокочастотного питания аппарата.

Из диаграмм также видно, что ап-., парат работает не на постоянной частоте следования и длительности импульсон, а в зависимости от режима работы рентгеновского аппарата (напряжения,и тока трубки) происходит изменение как частоты следования импульсов (ЧК1), так и длительности импульсов (Г1ИИ), т.е. осуществляется автоподстройка работы под резонансные характеристики высоковольтного блока аппарата. Это обеспечивает возможность работы предлагаемого аппарата с различными высоковольтными блоками. При изменении напряжения питания инвертора 220 В, 127 В, 110 В аналогично осуществляется автоматический выбор, частоты и длительности импульсов, оптимальных для каждого режима. В режиме максимальной мощности длительность импульсов 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 мощнос-... ти, так как они следуют с максимальным заполнением временных интервалов, т.е. скважность следования импульсов тока равна l. .Это уменьшает нагрев узлов главной цени на боль&u»J

/юла Х

7 2660 шой мощности, т.е. увеличивается КПД аппарата. С другой стороны это позволяет увеличивать амплитуду импульсов тока до предельно допустимого значения и соответственно увеличи5 вать максимальную мощность, отдаваемую в высоковольтный блок.

Формула изобретения

Рентгеновский аппарат, содержащий последовательно соединенные источник постоянного напряжения, высокочастотный инвертор и высоковольтный блок с рентгеновской трубкой, измерительный выход которого подключен к перст.. вому входу первого компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, генератор пилообразного напряжения и пер- 20 выйключ, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности в него введены два трехг. входовых элемента И-НЕ, два триггера, интегратор, второй ключ, второй 25

l8 8 компаратор и блок задержки, причем выходы первого триггера соединены с первыми входами -элементов И-НЕ, пер-. вый выход второго триггера соединен с вторыми входами элементов И-НЕ, второй выход второго триггера соеди-. нен с входом первого ключа .и первым входом второго ключа, выход первого ключа соединен с первым входом 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, выход которого подключен к второму входу второго компаратора, выход которого соединен с входом блока задержки, первый выход блока задержки соединен с третьими входами элементов -HE,.à его второй выход соединен с входом первого триггера и с вторым входом второго ключа,а выходы элементов И-НЕ соединены с входами высокочастотного инвертора.

1 266018

Составитель К,Кононов

Техред И.Верес

Корректор В.Бутяга

Редактор А.Сабо

Заказ 5685/59 Тирах 765

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное

Производственно-..полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4