一种高压发生器的制作方法 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及磁场控制技术领域，具体涉及一种高压发生器。背景技术：2.高压发生器主要用于为外部接入设备提供直流高压电源，广泛应用于数字化直接成像系统(digital radiography，简称dr)、电子计算机断层扫描(computed tomography,简称ct)、数字减影血管造影(digital subtraction angiography，简称dsa)等高端医疗产品，以及包含电真空设备的扫描/透射电子显微镜等。上述高端医疗产品以及扫描/透射电子显微镜等中均包括用于产生电子束的真空器件。以dr医疗产品为例，包括高度真空的x线管，在x线管两端加以高压可以产生x射线等电子束。而部分医疗产品或真空设备产生的电子束仅可以进行单焦点投影，若要实现多焦点投影，则需要实现电子束的偏转。3.目前，大多采用静电场偏转系统或磁场偏转系统控制电子束进行偏转运动。静电场偏转系统体积小、结构简单，可以在xy轴方向实现偏转；磁场偏转系统不仅可以在xy轴方向实现偏转，还可以实现z轴磁场偏转。而磁场偏转系统，大多与产生磁场的线圈一体设置，利用磁场偏转系统控制磁场进行电子束偏转方向的改变。而针对本身具备磁场偏转功能的产品或者真空器件，磁场偏转系统则无法直接对本身具备磁场偏转功能的产品或者真空器件进行磁场偏转控制。因此，目前亟需一种能够控制本身具备磁场偏转功能的产品或者真空器件进行磁场偏转的设备。技术实现要素：4.因此，本发明要解决现有技术中无法控制本身具备磁场偏转功能的产品或者真空器件进行磁场偏转的技术问题，从而提供一种高压发生器。5.根据第一方面，本发明实施例提供了一种高压发生器，包括：6.电流转换电路，输入端与电压源连接，用于将输入的直流电压输出为恒定的直流电流；7.磁场控制电路，输入端与所述电流转换电路的输出端连接，用于将输入的所述直流电流输出为正负极性可变的输出电流，其中所述磁场控制电路的输出端用于连接磁场发生装置，所述输出电流用于改变所述磁场发生装置所产生的磁场的方向；8.控制器，分别与所述电流转换电路、所述磁场控制电路的受控端连接，用于控制所述直流电流大小以及所述输出电流的正负极性的变换时间与变换频率。9.可选地，所述电流转换电路包括：10.第一可控开关，受控端与所述控制器连接，第一端与所述电压源正极连接；11.电感，第一端与所述第一可控开关的第二端连接，第二端作为所述电流转换电路的输出端，与所述磁场控制电路的输入端连接；12.第一二极管，阴极与所述电感的第一端连接，阳极与所述电压源负极连接。13.可选地，所述磁场控制电路为电流源型变换器，所述磁场控制电路包括：14.第二可控开关，第一端作为所述磁场控制电路的直流输入端；15.第二二极管，阳极与所述第二可控开关的第二端连接，阴极作为所述磁场控制电路的一个输出端；16.第三可控开关，第一端与所述第二可控开关第一端连接；17.第三二极管，阳极与所述第三可控开关的第二端连接，阴极作为所述磁场控制电路的另一个输出端；18.第四可控开关，第一端与所述第二二极管阴极连接；19.第四二极管，阳极与所述第四可控开关的第二端连接，阴极接地；20.第五可控开关，第一端与所述第三二极管阴极连接；21.第五二极管，阳极与所述第四可控开关的第二端连接，阴极接地。22.可选地，所述磁场控制电路还包括：第一瞬态二极管、第二瞬态二极管和/或电容；23.所述第一瞬态二极管，第一端与所述磁场控制电路的直流输入端连接，第二端接地；24.所述第二瞬态二极管，两端分别与所述磁场控制电路的两个输出端连接；25.所述电容，两端分别与所述磁场控制电路的两个输出端连接。26.可选地，所述控制器与所述电流转换电路的输出端连接，检测所述电流转换电路的输出端的电流的当前幅值，并根据所述当前幅值进行闭环控制。27.可选地，高压发生器还包括：灯丝电源模块，与产生电子束的真空器件的阴极连接，控制所述电子束的发射强度。28.可选地，高压发生器还包括：驱动模块，与设置在所述真空器件阳极的旋转靶连接，用于驱动所述旋转靶运动。29.可选地，所述变换时间为所述输出电流的上升时间或下降时间，且所述输出电流的正负极性幅值相等。30.可选地，所述第二可控开关、所述第三可控开关、所述第四可控开关、所述第五可控开关均为全控型功率半导体器件。31.本发明技术方案，具有如下优点：32.1、本发明实施例中，通过电流转换电路将输入的直流电压输出为恒定的直流电流，再通过磁场控制电路将输入的直流电流输出为正负极性可变的输出电流。通过磁场控制电路控制直流电流，可以快速改变输出电流的正负极性，实现磁场发生装置所产生的磁场的方向的快速改变。进一步地，通过本实施例中提供的高压发生器，不仅可以满足本身具备磁场偏转功能的产品或者真空器件进行磁场偏转的需求，还可以改变输出电流正负极性的变换时间以及变换频率，也即是，实现输出电流正负极性的快速变换，进而可以提高电子束偏转的效率，快速、精准的实现电子束焦点位置的调整，实现电子束飞焦点功能，提高探测器平面的空间分辨。33.2、通过改变输入至磁场控制电路的直流电流的大小改变磁场大小，从而改变电子束的偏转幅度。通过调节输入至磁场控制电路的直流电流的大小还可以保证输出电流的幅值相等，实现电子束的对称偏转。附图说明34.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。35.图1为本技术实施例1中一种高压发生器的一个具体示例的结构图；36.图2为本技术实施例1中磁场控制电路输出电流的一个具体示例的波形图；37.图3为本技术实施例1中电流转换电路与磁场控制电路的一个具体示例的连接图；38.图4为本技术实施例1中灯丝电源模块与驱动模块的一个具体示例的连接图；39.图5为本技术实施例1中图2中a1部分的放大图。具体实施方式40.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。43.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。44.实施例145.本实施例提供一种高压发生器，该高压发生器可以应用于需要改变磁场方向、产生电子束偏转的医疗产品或设备，该高压发生器如图1所示，包括电流转换电路11、磁场控制电路12与控制器13，具体如下。46.电流转换电路11，输入端与电压源连接，用于将输入的直流电压输出为恒定的直流电流。47.具体地，本实施例中，电流转换电路的输入端为电压源，在现有技术中，若将电压源作为输入电源，想要改变流经负载的电流大小，则需要通过改变电压源加载在负载两端的电压大小，从而改变电流大小。通过改变电压大小进而改变电流大小的方法，应用在磁场发生装置中会出现电流不稳定，从而造成电子束偏转出现误差的问题。而本发明实施例中，通过电流转换电路可以将输入端输入的直流电压源转换为恒定的直流电流源，从而保证流经磁场发生装置的直流电流不受磁场发生装置的影响。48.磁场控制电路12，输入端与所述电流转换电路的输出端连接，用于将输入的所述直流电流输出为正负极性可变的输出电流，即交流电流，其中所述磁场控制电路的输出端用于连接磁场发生装置14，所述输出电流用于改变所述磁场发生装置所产生的磁场的方向。49.进一步地，磁场控制电路的一端为电流转换电路输出的直流电流的输入端，直流电流经过磁场控制电路，通过控制器将直流电流输出为正负极性可变的输出电流，如图2所示，为输出电流正负极性变化的波形图，该波形近似方波。输出电流输出至磁场发生装置，所述磁场发生装置可以是产生电子束的负载自身所具备的用于产生磁场的装置。50.控制器13，分别与所述电流转换电路、所述磁场控制电路的受控端连接，用于控制所述直流电流大小以及所述输出电流的正负极性的变换时间与变换频率。51.具体地，控制器与电流转换电路的受控端连接，可以通过控制电流转换电路，输出大小可调的直流电流，输出的直流电流均为恒定的电流。控制器与磁场控制电路的受控端连接，可以通过控制磁场控制电路，将输入的直流电流输出为正负极性可变的输出电流，同时还可以控制输出电流正负极性的变换时间以及变换频率，实现输出电流正负极性的快速变换。52.本实施例中，通过电流转换电路将输入的直流电压输出为恒定的直流电流，再通过磁场控制电路将输入的直流电流输出为正负极性可变的输出电流。通过磁场控制电路控制直流电流，可以快速改变输出电流的正负极性，实现磁场发生装置所产生的磁场的方向的快速改变。进一步地，通过本实施例中提供的高压发生器，不仅可以满足本身具备磁场偏转功能的产品或者真空器件进行磁场偏转的需求，还可以改变输出电流正负极性的变换时间以及变换频率，也即是，实现输出电流正负极性的快速变换，进而可以提高电子束偏转的效率，快速、精准的实现电子束焦点位置的调整，实现电子束飞焦点功能，提高探测器平面的空间分辨率。53.如图3所示，作为一种可选实施方式，本发明实施例中，所述电流转换电路包括：54.第一可控开关q1，受控端与所述控制器连接，第一端与所述电压源正极连接；55.电感l，第一端与所述第一可控开关的第二端连接，第二端作为所述电流转换电路的输出端，与所述磁场控制电路的输入端连接；56.第一二极管d1，阴极与所述电感的第一端连接，阳极与所述电压源负极连接。57.本实施例中所述的电流转换电路是将电压源转换为电流源的转换电路，本实施例中的电流转换电路无需并联电容，且在储能大电感l的作用下，对电流转换电路中输出的电流进行滤波和储能，实现恒定直流电流的输出，保证输出的直流电流的稳定性。58.本实施例中第一可控开关可以是mos管，第一可控开关的第一端与电压源的正极连接，可以采用调节占空比的方式将输入的直流电压源输出为直流电流，通过控制器调节第一可控开关的导通时间，从而调节输入至磁场控制电路的直流电流的大小。59.本实施例中，通过电流转换电路可以将输入的直流电压输出为恒定的直流电流，输出的直流电流用于磁场控制电路输出正负极性可变且幅值相等的输出电流。还可以通过改变输入至磁场控制电路的直流电流的大小改变磁场大小，从而改变电子束的偏转幅度。通过调节输入至磁场控制电路的直流电流的大小还可以保证输出电流的幅值相等，实现电子束的对称偏转。60.作为一种可选实施方式，本发明实施例中，所述磁场控制电路为电流源型变换器，所述磁场控制电路包括：61.第二可控开关q2，第一端作为所述磁场控制电路的直流输入端；62.第二二极管d2，阳极与所述第二可控开关的第二端连接，阴极作为所述磁场控制电路的一个输出端；63.第三可控开关q3，第一端与所述第二可控开关第一端连接；64.第三二极管d3，阳极与所述第三可控开关的第二端连接，阴极作为所述磁场控制电路的另一个输出端；65.第四可控开关q4，第一端与所述第二二极管阴极连接；66.第四二极管d4，阳极与所述第四可控开关的第二端连接，阴极接地；67.第五可控开关q5，第一端与所述第三二极管阴极连接；68.第五二极管d5，阳极与所述第四可控开关的第二端连接，阴极第二端接地。69.具体地，本实施例中磁场控制电路采用的是电流源型变换器，与电压型变换器不同，电流源型变换器中每个可控开关需串联一个二极管，防止电流逆流，而电压型逆变器中每个可控开关则需要反并联一个二极管，以提供无功通道。且电压型逆变器输出的电流与电压型逆变器所连接的负载有关，受负载影响较大，而电流源型变换器输出的电流不受负载影响。本实施中的电流源型变换器则需要在电流转换电路所输出的恒定直流电流下进行变换。70.本实施例中，第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关、第五可控开关可以是n型mos管，第一端为mos管漏极，第二端为mos管源极。通过控制器控制第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关、第五可控开关交替导通，从而将输入的直流电流输出为正负极性可变的输出电流。具体地，在第二可控开关、第四可控开关导通，第三可控开关、第五可控开关关断的情况下，磁场控制电路可以输出正极性的输出电流；在第二可控开关、第四可控开关关断，第三可控开关、第五可控开关导通的情况下，磁场控制电路可以输出负极性的输出电流。正负极性的电流流过磁场发生装置，改变磁场方向，从而改变了电子束的偏转方向。71.采用本实施例中的磁场控制电路，通过控制器改变磁场控制电路中的开关时间，也就是输出电流的正负极性的变换时间，可以实现磁场方向的快速转变，减小输出电流的正负极性的变换时间，提高输出电流的正负极性的变换频率，可以实现磁场方向的快速变换，从而提高电子束偏转的效率。72.进一步地，本实施例中的磁场控制电路还可以是其他的电流源型逆变电路或者其他能够实现将直流电流转换为正负极性可变的输出电流的电路。73.作为一种可选实施方式，本发明实施例中，所述磁场控制电路还包括：第一瞬态二极管、第二瞬态二极管和/或电容；74.所述第一瞬态二极管d6，第一端与所述磁场控制电路的直流输入端连接，第二端接地；75.所述第二瞬态二极管d7，两端分别与所述磁场控制电路的两个输出端连接；76.所述电容c，两端分别与所述磁场控制电路的两个输出端连接。77.本实施例中，第一瞬态二极管、第二瞬态二极管均用于抑制瞬间高压，进一步的保证磁场控制电路中的元器件免受浪涌电压的损坏，同时也可以保护或电流转换电路中的元器件，电容用于吸收磁场控制电路中产生的尖峰电压，保证磁场发生装置或与电容并联的其他负载中元器件的安全。78.作为一种可选实施方式，本发明实施例中，所述控制器与所述电流转换电路的输出端连接，检测所述电流转换电路的输出端的电流的当前幅值，并根据所述当前幅值进行闭环控制。其中，所述控制器中可以包括电流采样电路，用于获取所述电流转换电路的输出端的电流值。或者，所述控制器具体可以是通过电流采样电路与电流转换电路的输出端连接。79.如图1所示，控制器与电流转换电路的输出端连接，检测电流转换电路的输出端的电流的当前幅值，根据检测当前幅值与预设幅值进行比较，对当前幅值进行补偿，具体地，可以在控制器中写入fpga算法，利用fpga算法实现对当前幅值的闭环控制。可以保证输出电流的稳定性，保证电流转换电路的输出端的电流的幅值与预设幅值一致，从而保证磁场控制电路输出电流的的正负极性的电流幅值相等，以及电子束偏转的准确性。80.作为一种可选实施方式，本发明实施例中，高压发生器，还包括：81.灯丝电源模块15，与产生电子束的真空器件18的阴极连接，控制所述电子束的发射强度。82.如图4所示，灯丝电源模块一端与高压发生器内部整流模块17输出端连接，另一端与产生电子束的真空器件的阴极连接，用于控制真空器件内部流经灯丝的电流大小，从而控制电子束的发射强度。将灯丝电源模块设置在高压发生器内部，增加了高压发生器的功能性，使产生电子束的真空器件只需连接本实施例中提供的高压发生器，通过控制器即可控制电子束的发射强度、改变电子束的偏转方向，可以实现快速、精准的焦点定位。83.需要说明的是，产生电子束的真空器件18与磁场发生装置14是两个不同的器件，磁场发生装置可以是设置在真空器件的外围，通过改变磁场，改变电子束的偏转方向，图4中磁场控制电路的输出端并不是直接连接的真空器件18，而是连接的真空器件外围的磁场发生装置。84.作为一种可选实施方式，本发明实施例中，高压发生器，还包括：85.驱动模块16，与设置在所述真空器件阳极的旋转靶连接，用于驱动所述旋转靶运动。86.如图4所示，驱动模块一端与高压发生器内部整流模块17输出端连接，另一端与产生电子束且设置有旋转靶的真空器件的阳极连接，用于驱动阳极旋转靶运动。将驱动模块设置在高压发生器内部，增加了高压发生器的功能性，使产生电子束的真空器件只需连接本实施例中提供的高压发生器，通过控制器即可驱动旋转靶进行旋转。87.作为一种可选实施方式，本发明实施例中，所述变换时间为所述输出电流的上升时间或下降时间，且所述输出电流的正负极性幅值相等。88.如图5所示，为图2中a1部分的放大图。所述上升时间为磁场控制电路输出的输出电流负极性至输出电流正极性所用的时间t2，也即是输出电流极小值变换至极大值所用的时间。所述下降时间为磁场控制电路输出的输出电流正极性至输出电流负极性所用的时间t1，也即是输出电流极大值变换至极小值所用的时间。采用本实施例中提供的电流转换电路以及磁场控制电路，利用控制器进行控制，可以实现上升时间不超过20微秒，下降时间不超过20微秒。进一步地，磁场方向变换、电子束偏转所用时间不超过20微秒。89.本实施例中，在电流转换电路以及磁场控制电路的作用下，通过控制输出电流的正负极性的变换时间，可以是控制输出电流的上升沿至下降沿、或下降沿至上升沿的变换时间最短，从而能够提高输出电流的正负极性的变换频率，可以实现磁场方向的快速变换，从而提高电子束偏转的效率。磁场控制电路输出电流的正负极性幅值相等，可以保证电子束的对称偏转，保证偏转的准确性。90.作为一种可选实施方式，本发明实施例中，所述第二可控开关、所述第三可控开关、所述第四可控开关、所述第五可控开关均为全控型功率半导体器件。所述全控型功率半导体器件可以是mosfet、igbt等。91.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。









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