小型固態(tài)速調(diào)管電源制造技術(shù)

一種用于對(duì)速調(diào)管及類(lèi)似器件供電的高壓脈沖發(fā)生電路，它包括具有正及負(fù)端子的ＤＣ電源，具有原邊繞組及次邊繞組的回掃變壓器，原邊繞組具有第一及第二端子用于與所述ＤＣ電源相連接；用于產(chǎn)生指示在所述原邊繞組中流過(guò)電流的信號(hào)的傳感器；以及固態(tài)開(kāi)關(guān)電路，用于使ＤＣ電源與回掃變壓器的原邊繞組相連接，原邊繞組響應(yīng)控制信號(hào)與電源相連接，并當(dāng)在原邊繞組中檢測(cè)出預(yù)定幅值電流時(shí)與電源相斷開(kāi)。（*該技術(shù)在2017年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及電源，更具體地，涉及用于對(duì)線性加速器及類(lèi)似設(shè)備供電的小型電源(compact pewer)。輻射線放射裝置是一般公知的并用于如治療病人的輻射治療裝置。輻射治療裝置通常包括一臺(tái)架，其能在治療處理過(guò)程中繞一水平旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。一個(gè)線性加速器位于臺(tái)架中，用于產(chǎn)生治療用的高能輻射線束。該高能輻射線束可以是電子或光子(x射線)束。在治療期間，輻射線束對(duì)準(zhǔn)到處在臺(tái)架旋轉(zhuǎn)等角點(diǎn)(isocenter)中的病人身體的一個(gè)區(qū)域上。在該裝置中，通過(guò)對(duì)一靶(target)施加電子束產(chǎn)生x射線來(lái)形成輻射。該電子束通常是在由具有功率輸出為10至30KW范圍的速調(diào)管型電源供電的線性加速器中產(chǎn)生的。附圖說(shuō)明圖1是表示主要部件及輔助系統(tǒng)的醫(yī)療線性加速器的框圖。電源10設(shè)有對(duì)調(diào)制器12供電的D.C電源。調(diào)制器12包括脈沖形成網(wǎng)絡(luò)及公知為氫閘流管的開(kāi)關(guān)管。閘流管是設(shè)有熱離子陰極的低壓氣體器件。隨著時(shí)間，陰極將本身耗盡。因此，閘流管具有固有的耗損機(jī)構(gòu)。來(lái)自調(diào)制器12的高壓脈沖是寬度為幾微秒的平頂D.C脈沖。這些脈沖被提供給磁控管或速調(diào)管14并同時(shí)供給電子槍16。在磁控管或速調(diào)管14中產(chǎn)生的脈沖微波經(jīng)過(guò)波導(dǎo)系統(tǒng)22被射入加速管20。在適當(dāng)時(shí)刻，由電子槍16產(chǎn)生的電子也被脈沖地射入到加速器20中。由加速器20以接近3mm直徑的射束形式產(chǎn)生出高能電子。這些電子可作為直線束提供給治療頭24或作為彎曲線束提供給治療頭26。如果電子彎曲地到達(dá)治療頭26，電子則例如由彎轉(zhuǎn)磁鐵28在加速器20與靶之間被彎曲適當(dāng)角度(如270度)。用于線性加速器的現(xiàn)有技術(shù)電源是大而重的裝置，它大大增加了醫(yī)療系統(tǒng)的價(jià)格及尺寸。一種典型的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)使用高壓變壓器/整流器系統(tǒng)，以便從傳統(tǒng)三相208V電源來(lái)產(chǎn)生21KV DC電源。然后該高壓DC電源被用來(lái)產(chǎn)生15KV的脈沖，它再經(jīng)高壓脈沖變壓器被轉(zhuǎn)換成所需的150KV脈沖。高壓變壓器/整流器組合體典型重量為500磅，及占有8立方英尺。其結(jié)果是，電源必須放置在與線性加速器隔開(kāi)的房間內(nèi)。除了增加用于放置加速系統(tǒng)所需的占地空間外，該附加的房間需要專(zhuān)用功率輸電線以與輸出到線性加速器的速調(diào)管相連接，這又增加了費(fèi)用及系統(tǒng)復(fù)雜性。最后，系統(tǒng)的凈重增加了運(yùn)輸?shù)某杀尽Ｓ需b于此，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種改進(jìn)的高壓電源系統(tǒng)以對(duì)速調(diào)管及相似器件供電。本專(zhuān)利技術(shù)的另一目的在于與現(xiàn)有技術(shù)高壓電源系統(tǒng)相比需要提供較小的空間的高壓電源系統(tǒng)。本專(zhuān)利技術(shù)又一目的是提供比現(xiàn)有技術(shù)電源系統(tǒng)輕得多的高壓電源系統(tǒng)。從以下對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)及參照附圖的詳細(xì)說(shuō)明，將會(huì)使本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的這些及另外的目的更加清楚。本專(zhuān)利技術(shù)是用于對(duì)速調(diào)管及其類(lèi)似器件供電的高壓脈沖發(fā)生電路。本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例用于輻射治療裝置。該高壓脈沖發(fā)生電路包括直流(D.C)電源，回掃變壓器，傳感器及固態(tài)開(kāi)關(guān)電路。D.C電源是有正、負(fù)端子。回掃變壓器具有原邊繞組及次邊繞組。回掃變壓器的原邊繞組具有第一及第二端子，用于與D.C電源相連接。傳感器產(chǎn)生指示原邊繞組中電流幅值的信號(hào)。固態(tài)開(kāi)關(guān)電路將D.C電源連接到回掃變壓器的原邊繞組。原邊繞組，響應(yīng)控制信號(hào)與電源連接，并當(dāng)在原邊繞組中檢測(cè)出預(yù)定輻值的電流時(shí)與電源斷開(kāi)。下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)描述本專(zhuān)利技術(shù)。圖1是表示主要部件及輔助系統(tǒng)的醫(yī)療線性加速器的框圖；圖2是操作速調(diào)管以驅(qū)動(dòng)線性加速器的一個(gè)典型現(xiàn)有技術(shù)的電源系統(tǒng)的框圖；圖3是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的高壓電源系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖4是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的功率開(kāi)關(guān)的概要電路圖；圖5是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的高壓開(kāi)關(guān)的概要電路圖；圖6是優(yōu)選實(shí)施例中脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D2將更易于理解本專(zhuān)利技術(shù)相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)獲得其優(yōu)點(diǎn)的方式，圖2是對(duì)速調(diào)管供電的一個(gè)典型電源系統(tǒng)50的電路框圖。電源系統(tǒng)50將3相208伏交流電源變換為寬度約5μs的15KV，1200安培的脈沖。這些脈沖被脈沖變壓器85升壓到150KV，該變壓器的輸出將驅(qū)動(dòng)速調(diào)管。通過(guò)由21KV DC電源供電的脈沖發(fā)生電路來(lái)產(chǎn)生15KV的脈沖。該21KV DC電源典型為高壓變壓器及整流器的組合體60。如上述所指出的，該DC電源通常占有8立方英尺及重約500磅。高壓脈沖發(fā)生電路通常由對(duì)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)76諧振地充電的電感72組成。最后供給速調(diào)管的脈沖幅值是通過(guò)對(duì)高壓充電開(kāi)關(guān)71閉合時(shí)間值的控制進(jìn)行調(diào)節(jié)的。該系統(tǒng)測(cè)量流過(guò)電阻73的電流及脈沖形成網(wǎng)絡(luò)76上的電壓以確定開(kāi)關(guān)打開(kāi)的定時(shí)。圖中省略了對(duì)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的連接。控制器74利用電流及電壓的測(cè)量來(lái)控制開(kāi)關(guān)閉合持續(xù)時(shí)間。應(yīng)當(dāng)指出，因?yàn)閮H是最后脈沖能量的一部分存儲(chǔ)在電感72中，故利用圖2中所示的電感設(shè)置能獲得的最后脈沖幅值的調(diào)節(jié)范圍是有限的。還將指出，使208V電源轉(zhuǎn)換成21KV DC電源需要大量的、必須工作在高功率等級(jí)上的高壓元件，它們需要高壓絕緣及涉及安全問(wèn)題。圖3是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的高壓電源系統(tǒng)100的電路框圖。本專(zhuān)利技術(shù)使用回掃變壓器120對(duì)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)176供電。回掃變壓器120由300V DC電源102供電。該電源電壓比現(xiàn)有技術(shù)中用的21KV DC電源大為降低。固態(tài)開(kāi)關(guān)110用來(lái)控制回掃變壓器120的輸出電壓。控制器122傳感流過(guò)回掃變壓器120原邊的電流，如以121所示。當(dāng)電流達(dá)到所需幅值時(shí)，開(kāi)關(guān)110打開(kāi)，存儲(chǔ)在回掃變壓器120中的能量傳送到脈沖形成網(wǎng)絡(luò)176。當(dāng)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)176被充電后，高壓開(kāi)關(guān)175合上，使脈沖形成網(wǎng)絡(luò)176放電，由此將存儲(chǔ)在脈沖形成網(wǎng)絡(luò)176中的能量傳送到脈沖變壓器185的原邊。脈沖形成網(wǎng)絡(luò)176及脈沖變壓器185的操作基本上與圖2中所述對(duì)典型速調(diào)管供電的系統(tǒng)相同。應(yīng)當(dāng)指出，回掃變壓器120存儲(chǔ)了以后被轉(zhuǎn)變成速調(diào)管脈沖的100％的能量。因此，本專(zhuān)利技術(shù)對(duì)供給速調(diào)管的輸出脈沖幅度提供更大的控制范圍。通過(guò)本專(zhuān)利技術(shù)也簡(jiǎn)化了脈沖幅值的控制。脈沖幅值是通過(guò)響應(yīng)在回掃變壓器120的原邊中傳感的預(yù)定電流打開(kāi)開(kāi)關(guān)110來(lái)控制的。開(kāi)關(guān)110僅在300V上工作，與圖2中所示開(kāi)關(guān)形成對(duì)照，后者必須工作在21KV上。因而，除了改善可靠性及安全性外還獲得了成本的顯著節(jié)約。此外，因?yàn)榛貟咦儔浩?20是由低壓電源驅(qū)動(dòng)的，就避免了與高壓電源相關(guān)的問(wèn)題。電源102需要約1/4立方英尺空間和僅重約5磅(減少800磅)。另外，低工作電壓得到安全性及可靠性的增加。圖3中所示的基本回掃變壓器設(shè)計(jì)已在小功率系統(tǒng)中使用了一段時(shí)間。但是，迄今為止實(shí)際還未有用于這種大功率輸出的電源的實(shí)現(xiàn)。尤其是，實(shí)際上還沒(méi)有過(guò)開(kāi)關(guān)110的采用。現(xiàn)有技術(shù)中使用的真空四極管包含固有的耗損機(jī)構(gòu)(陰極)，因而，固態(tài)設(shè)計(jì)更為理想。在本專(zhuān)利技術(shù)中，開(kāi)關(guān)110由一對(duì)絕緣柵雙極性晶體管(IGB Ts)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的功率開(kāi)關(guān)200的概要電路圖。功率開(kāi)關(guān)200使用了兩個(gè)以210及220表示的開(kāi)關(guān)電路。每個(gè)開(kāi)關(guān)電路包括一個(gè)IGBT 211及并聯(lián)二極管212。開(kāi)關(guān)電路210及220是可商購(gòu)得到的。開(kāi)關(guān)電路210及220將DC電源連接到回掃變壓器120的原邊。當(dāng)開(kāi)關(guān)電路210及220與回掃變壓器120的原邊斷開(kāi)時(shí)，在原邊繞組上產(chǎn)生反相電位。短路二極管231及232分別防止該電位損壞開(kāi)關(guān)電路210及220。短路二極管231及232將能量重新導(dǎo)入DC電源，在那里它存儲(chǔ)在濾波電容器中。其結(jié)果是，功率被回收以用于下一脈本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高壓脈沖發(fā)生電路，包括：Ｄ．Ｃ電源，它具有正及負(fù)端子；回掃變壓器，它具有原邊繞組及次邊繞組，所述原邊繞組具有第一及第二端子，用于與所述Ｄ．Ｃ電源相連接。用于產(chǎn)生信號(hào)的裝置，該信號(hào)指示在所述原邊繞組中流過(guò)的電流，所述信號(hào)指示所 述電流的輻值；及固態(tài)開(kāi)關(guān)電路，用于響應(yīng)控制信號(hào)使所述ＤＣ電源與所述回掃變壓器的所述原邊繞組相連接，并用于響應(yīng)指示流過(guò)所述原邊繞組的預(yù)定幅值電流的所述信號(hào)使所述ＤＣ電源與所述原邊繞組斷開(kāi)。

【技術(shù)特征摘要】
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【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅杰N希契科克，邁克爾J馬西亞利，蘭斯W湯普森，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：西門(mén)子醫(yī)療系統(tǒng)公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]