专利名称：谐振功率变换器电路特别是用于在现代计算机断层摄影设备或x射线照相系统的高电压 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及谐振型功率变换器电路的DC/AC功率逆变器控制单元，特别是供应用 于诸如扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备、或者X射线 计算机断层摄影设备的高电压发生器电路系统中使用的输出功率的DC/DC变换器的DC/AC 功率逆变器控制单元。更具体地说，本发明专注于谐振型功率变换器电路，其包括相间变压 器，该相间变压器在给多初级绕组高电压变压器供电的两个DC/AC功率逆变级的输出处串 联连接到至少一个串联谐振储能电路，其中，所述相间变压器用作消除DC/AC功率逆变级 的谐振输出电流的差异。此外，本发明致力于保证相间变压器不饱和的控制方法。该控制 方法确保零电流操作，并且提供输入功率损耗的最小化。
背景技术：
典型地，用于如在医疗X射线成像中使用的X射线管电源的高电压发生器包括至 少一个多相高电压变压器，其将用于操作X射线管所需的功率供应到管的阴极和阳极。在 常规高电压发生器电路中，诸如自耦变压器的AC电压调节设备将线路功率供应到高电压 变压器的多相初级。诸如与桥式整流器连起来的可控硅整流器(SCR)的开关设备打开和关 闭多相初级的星形点，从而在X射线管处开启和关闭高电压。变压器和相关电源部件中的 电感和电容影响通常使高电压在紧跟电路完成时期期间上升到其稳态电平之上。已知这种 过冲的严重性随着增大X射线管电压而增大，并且随着增大X射线管电流而减小。特别是， 由于高电压整流器中因在实际应用中的宽负载设置范围的相移电压调节和二极管截断操 作，具有高电压变压器寄生(parasitic)谐振链路的移相脉宽调制(PWM)的逆变器馈送的 DC/DC功率变换器(如用于X射线功率发生器的)呈现强烈的非线性特性。以高开关频率操作现代谐振DC/DC变换器，现代谐振DC/DC变换器例如在高电压 发生器电路系统内用于给X射线管提供高供电电压的那些变换器。显然，为了限制总功率 损耗，必须减少在单一开关循环中由相关功率开关导致的任何开关损耗。已建立的完成此任务的方法是零电流开关(ZCS)，其中，仅在谐振电流的零点交叉 处或附近允许打开和关闭电源开关。该方法在软开关变换器中是惯例，但是具有抑制输出 功率可控制性的缺点。由于通常通过电源开关的持续实时控制来实现良好的可控制性，在 该情况下不能保证所有工作点的ZCS，所以零电流开关和良好的可控制性是实际上相冲突 的需求。因此，出现开关损耗，使得往往要在输出功率的开关损耗和可控制性之间进行权 衡。最近，已经为医疗用途X射线高功率发生器开发了多种使用具有MOS门双极性功 率晶体管(IGBT)的电压馈送型或者电流馈送型高频变压器谐振逆变器的开关模式高电压 DC电源。通常，使用与高电压变压器链路结合的电压馈送高频逆变器的高电压高功率X射 线发生器必须满足下列要求(i)在X射线管电压起始瞬时的短的上升周期，( )在管电压
5中没有过冲瞬时响应，以及(iii)在X射线管极宽负载变化和灯丝加热电流波动的情况下 在周期性稳态中最小化电压纹波。
发明内容
用于在CT或X射线设备中使用的高电压发生器电路系统优选由用于驱动高电压 变压器的串联谐振电路组成。因此，例如，如在WO 2006/114719A1中所描述的，如在这种高 电压发生器电路系统范围中使用的常规DC/DC功率控制器要求调制器开关彼此不同的DC/ AC功率逆变级，这因此导致在一个多绕组变压器上一起工作的DC/AC功率逆变级中不同的 谐振电流。结果，不再确保对所有工作点的零电流开关，这导致引入不必要的损耗。常规地， 应用特定的控制方法保证在任何时间的零电流开关，同时维持高输出电压的可控制性。如 果DC/AC功率逆变级一起工作，该控制方法就可能导致不对称的电流分配。然而，结果，不 再确保对所有工作点的零电流开关，这导致不必要的损耗。因此，本发明的目标是提供对所供应输出功率的有效控制，同时确保在每个开关 循环中的零电流操作，使得可以避免不必要的损耗。为了解决该目标，本发明的第一示例性实施例涉及谐振功率变换器电路的DC/AC 功率逆变器控制单元。其中，所述功率变换器电路包括用于给多初级绕组变压器供电的两 个独立DC/AC功率逆变级，通过设计用于对两个DC/AC功率逆变级的输出电流的差异进行 平衡的相间变压器的第一和第二绕组电感耦合所述DC/AC功率逆变级。在该连接中，应该 注意到，可以将所述谐振功率变换器电路实现为用于在高电压发生器电路系统中使用的 DC/DC变换器，并且可以将所述多初级绕组变压器设计为用于高电压工作。所述高电压发生 器电路系统可以用于供应输出功率给具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像系统、 3D旋转血管造影设备、或者X射线计算机断层摄影设备。根据本发明，所述DC/AC功率逆变器控制单元可以适于通过根据逆变器输出电 流差异控制DC/AC功率逆变级的开关状态和/或开关时间，将逆变器输出电流差异值的幅 度最小化到确保相间变压器不工作在饱和状态的值，从而使得能够进行零电流操作。在本文中，应该注意到，优选可以将相间变压器的第一绕组串联连接到至少一个 谐振储能电路，该至少一个谐振储能电路在所述DC/AC功率逆变级中的第一个的输出端口 处串联连接到多绕组变压器的第一初级绕组，并且优选可以将相间变压器的第二绕组串联 连接到至少一个另外的谐振储能电路，该至少一个另外的谐振储能电路串联连接到多绕组 变压器的第二初级绕组。此外，本发明的第二示例性实施例涉及谐振功率变换器电路。如上参考所述第一 实施例所述，所述功率变换器电路包括用于给多初级绕组变压器供电的两个独立的DC/AC 功率逆变级，通过设计用于对两个DC/AC功率逆变级的输出电流的差异进行平衡的相间变 压器的第一和第二绕组电感耦合所述DC/AC功率逆变级。应该再次注意到，可以将所述谐 振功率变换器电路实现为用于在高电压发生器电路系统中使用的DC/DC变换器，并且可以 将所述多初级绕组变压器设计为用于高电压工作。所述高电压发生器电路系统可以用于供 应输出功率给具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备、 或者X射线计算机断层摄影设备。根据本发明，所述谐振功率变换器电路可以包括DC/AC功率逆变器控制单元，其可以适于通过根据逆变器输出电流差异控制DC/AC功率逆变级的开关状态和/或开关时 间，将逆变器输出电流差异的幅度最小化到确保相间变压器不工作在饱和状态的值，从而 使得能够进行零电流操作。如上所述，优选可以将相间变压器的第一绕组串联连接到至少一个谐振储能电 路，该至少一个谐振储能电路在所述DC/AC功率逆变级中的第一个的输出端口处串联连接 到多绕组变压器的第一初级绕组，并且优选可以将相间变压器的第二绕组串联连接到至少 一个另外的谐振储能电路，该至少一个另外的谐振储能电路串联连接到多绕组变压器的第 二初级绕组。本发明的第三示例性实施例涉及具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像 系统、3D旋转血管造影设备或者X射线计算机断层摄影设备，其包括用于供应在高电压发 生器电路系统中使用的输出功率的谐振功率变换器电路，该高电压发生器电路系统给所述 计算机断层摄影设备或者X射线照相系统提供用于操作X射线管的供电电压。因此，所述 功率变换器电路包括用于给多初级绕组变压器供电的两个独立DC/AC功率逆变级，其中通 过设计用于对两个DC/AC功率逆变级的输出电流的差异进行平衡的相间变压器的第一和 第二绕组电感耦合所述DC/AC功率逆变级。根据本发明，所述X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或者X射线计算机断 层摄影设备可以包括DC/AC功率逆变器控制单元，其可以适于通过根据逆变器输出电流 差异控制DC/AC功率逆变级的开关状态和/或开关时间将逆变器输出电流差异的幅度最小 化到确保相间变压器不工作在饱和状态的值，从而使得能够进行零电流操作。如上已经描述的，优选可以将相间变压器的第一绕组串联连接到至少一个谐振储 能电路，该至少一个谐振储能电路在所述DC/AC功率逆变级中的第一个的输出端口处串联 连接到多绕组变压器的第一初级绕组，并且优选可以将相间变压器的第二绕组串联连接到 至少一个另外的谐振储能电路，该至少一个另外的谐振储能电路串联连接到多绕组变压器 的第二初级绕组。本发明的第四示例性实施例涉及用于控制谐振功率变换器电路的方法，该谐振功 率变换器电路用于供应用于具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像系统、3D旋转血 管造影设备、或者X射线计算机断层摄影设备的高电压发生器电路系统的输出功率。如上 参考所述第二实施例所述，前述谐振功率变换器电路因此包括用于给多初级绕组变压器供 电的两个独立的DC/AC功率逆变级，其中，可以通过用于对两个DC/AC功率逆变级的谐振输 出电流的差异进行平衡的相间变压器的第一和第二绕组电感耦合这些DC/AC功率逆变级。 因此，可以将所述第一绕组在所述DC/AC功率逆变级中的第一个的输出端口处串联连接到 多绕组变压器的第一初级绕组，并且可以将所述第二绕组串联连接到多绕组变压器的第二 初级绕组。根据本发明的主要观点，所述方法可以包括多个步骤在启动的X射线成像会话 期间连续检测两个逆变器的谐振输出电流，同时通过使用所述相间变压器使在两个DC/AC 功率逆变级的输出端口处的电流对称；计算通过从在两个DC/AC功率逆变级中的第一个的 输出端口处的谐振电流中减去在这两个DC/AC功率逆变级中的第二个的输出端口处的谐 振电流所获得的电流差异的幅度；并且根据由所检测到的逆变器输出电流所计算出的差异 控制两个DC/AC功率逆变级的开关状态和/或开关时间，使得所述电流差异呈现确保相间 变压器不工作在饱和状态的最小值，从而使得能够进行零电流操作。
最后，本发明的第五示例性实施例属于用于实现控制谐振功率变换器电路的方法 的计算机程序产品，当该计算机程序产品运行在具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相 成像系统、3D旋转血管造影设备、或者X射线计算机断层摄影设备的操作控制单元上时，其 控制谐振功率变换器电路供应在该系统或设备的高电压发生器电路系统中使用的输出功 率。如上参考所述第二实施例所描述的，所述谐振功率变换器电路因此可以包括用于给多 初级绕组变压器供电的两个独立的DC/AC功率逆变级，并且通过用于对两个DC/AC功率逆 变级的谐振输出电流的差异进行平衡的相间变压器的第一和第二绕组电感耦合所述DC/AC 功率逆变级，其中，可以将所述第一绕组在所述DC/AC功率逆变级中的第一个的输出端口 处串联连接到多绕组变压器的第一初级绕组，并且其中，可以将所述第二绕组串联连接到 多绕组变压器的第二初级绕组。根据本发明，可以因此预知所述计算机程序产品执行以下 步骤计算通过从在两个DC/AC功率逆变级中的第一个的输出端口处检测到的谐振电流中 减去在这两个DC/AC功率逆变级中的第二个的输出端口处检测到的谐振电流所获得的电 流差异的幅度，借助于所述相间变压器使所述电流对称；并且根据所检测到的逆变器输出 电流所计算的差异控制两个DC/AC功率逆变级的开关状态和/或开关时间，使得所述电流 差异呈现确保相间变压器不工作在饱和状态的最小值，从而使得能够进行零电流操作。
通过参照在下文中所描述的实施例以及参照附图的示例，将阐明本发明的这些以 及其它有利特征和方面。其中图1示出了用于说明如根据现有技术常用于供应X射线管供电电压的多脉冲高电 压发生器的原理部件的方框图；图2示出了闭环控制电路，其用于说明如从现有技术中已知的X射线管电压和管 电流控制的原理；图3示出了根据参考图1所描述的现有技术的逆变器型高电压发生器的模拟实 现，图1中的所描述的逆变器型高电压发生器可用于医疗X射线系统；图4示出了如从WO 2006/114719A1已知的、用于供应用于在具有两个独立DC/AC 功率逆变级的高电压发生器电路系统中使用的输出功率的谐振DC/DC功率变换器电路的 模拟电路系统；图5示出了用于供应用于在具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像系统、 3D旋转血管造影设备、或者X射线计算机断层摄影设备的高电压发生器电路系统中使用的 输出功率的谐振DC/DC功率变换器电路的模拟电路系统，其中，所述DC/DC功率变换器电 路系统包括用于为多初级绕组高电压变压器供电的两个独立的DC/AC功率逆变级，并且其 中，通过相间变压器电感耦合所述DC/AC功率逆变级；图6示出了如从WO 2006/114719A1已知的对于对工作在单独一个高电压变压器 上的两个DC/AC功率逆变级的可能操作模式组合的真值表；图7示出了对于控制算法的真值表，如在根据本发明的控制方法中所提到的，可 以执行该控制算法用于最小化两个谐振逆变器输出电流中可观察到的差异；图8示出了由应用一系列预定操作模式中的某一种操作模式得到的、对于谐振逆 变器输出电流的两个正弦曲线电流波形，以及对于所述逆变器输出电流差异的波形；以及
图9示出了用于说明用于控制谐振DC/DC功率变换器电路的方法的流程图，该谐 振DC/DC功率变换器电路用于供应用于在如本发明所要求的具有扇形或者锥形射束类型 的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或者X射线计算机断层摄影设备的高电压发 生器电路系统中使用的输出功率。
具体实施例方式在下面的章节中，将参照附图，对根据本发明所要求的DC/DC功率变换器电路的 示例性实施例以及所要求的控制方法的示例性实施例进行更详细说明。图1说明了高频逆变器技术的原理，其也被称作为直接电压变换。其中示出了用 于提供X射线管112的供电电压的常规多脉冲高电压发生器的原理部件。首先，通过对由干 线所提供的AC电压Π^ι进行整流和低通滤波生成具有更多或更少纹波的中间DC电压Π-， 在干线处使用AC/DC变换器级101，其后跟随第一低通滤波级102，其中，后者可以通过单独 一个平滑电容器简单地实现。虽然电输出功率将自然地不同，但是可以从单相电源获得与 从三相电源获得的高电压质量相同的高电压质量。随后，后连接到所述低通滤波级102的 DC/AC功率逆变级103使用中间DC电压生成馈送给专用高电压变压器104的高频交流电压 Hinv，该专用高电压变压器104在其第二侧上连接到高电压整流器105以及后续的第二低通 滤波级106，其中，也可以通过单独一个平滑电容器实现后者。随后，可以使用所获得的输出 电压作为用于在X射线管112中生成X射线的高频多脉冲管电压。在本文中，应该注意，根据所使用的功率开关，高频逆变器通常应用脉宽调制或者 作为谐振电路类型。假设所描述的多脉冲高电压发生器电路系统允许变压器铁心横截面缩 小，高频AC电压的变压占用非常小的高电压变压器体积。采用该电路，可以独立控制X射 线管电压和电流，并且X射线管电压和电流很大程度上不受电源电压波动的影响。因此，电 子X射线管电压控制单元典型地呈现0. Ims或更少的响应时间。在图2中示出了用于说明现有技术已知的X射线管电压和管电流控制原理的闭 环控制电路。典型地，对X射线管电压的实际值进行测量并且与在比较器电路控制 台处由操作者所选择的标称值Π 进行比较。根据该信息，以预定义的方式(例如，在WO 2006/114719Α1中所描述的)对电源开关进行调整。该控制的速度主要取决于逆变器的频 率。虽然它不与恒压高电压发生器一样非常快，但是逆变器很容易超过常规多峰值整流器 的速度。在变压器第二侧上所得电压中的纹波主要受逆变器频率、内部平滑电容、高电压供 电电缆的电容、以及中间DC电压丛PF电平的影响。在图3中示出了根据参考图1所描述的现有技术的、例如可以在医疗X射线系统 中使用的逆变器型高电压发生器的模拟实现方式。如在图3中所示，通过全波整流器302 和平滑电容器303将从干线供应的AC电压整流成中间DC电压，并且随后提供应由4个双 极性高功率开关晶体管组成的DC/AC全桥功率逆变级304。此外，将保险丝305连接到逆变 器电路304输入侧的一端，并且将电流检波器306连接到逆变器电路304的另一端。首先，借助于逆变器电路304将DC输入电压变换到高频AC电压(例如，200kHz) 中。此后，借助于高电压变压器307将所述AC电压变换成具有更高电平(例如，150kV)AC 电压，随后，通过高电压整流器308和平滑电容器309对其进行整流和平滑。可以通过具有 大约150kV击穿电压的硅整流器等来提供所述高电压整流器308。最后，将所获得的DC高
9电压施加到X射线管310。将分压电阻器311与电容器309并行连接。作为管电压的检测 值(即，对应于施加给X射线管电压的检测值)，将分压电阻器311上的电压反馈回用于控 制逆变器电路304的开关定时的逆变器驱动电路312。将逆变器电流检波器306的检测值、管电压的检测值、用于设置管电压的设置值 以及用于设置定时器的设置值(曝光时间)馈送到逆变器驱动电路312。经X射线系统的 控制台(未示出)分别输入这些值。如图3中所描述的，逆变器驱动电路312生成驱动逆 变器电路304的开关晶体管的输出信号。CT或者X射线高电压发生器优选由连接到用于驱动高电压变压器的串联谐振电 路的DC/AC全桥功率逆变级组成(对照图4)。在该图中，示出了从WO 2006/114719A1已知 的，用于供应在具有两个独立DC/AC功率逆变级的高电压发生器电路系统中使用的输出功 率的谐振DC/DC功率变换器电路的模拟电路。其中，描绘了两个逆变器电路402a+b可以如 何在具有多个绕组的一个高电压变压器404上工作。其可以示出，可以减小DC/DC功率变 换器输出电压的离散阶跃的大小，这导致甚至更低的输出电压纹波。由于通过公用变 压器耦合两个谐振电路，所以实现了分压功能。代替如上关于本发明的第一示例性实施例 所述的在三种操作模式之间的开关，这里可实现五种相关模式。将由这些模式创建的五个 电压级别分类为+1、+1/2、0、-1/2、-1，并且作为两个独立逆变器402a+b的“ + ”、“-”和“0” 模式的组合的结果。为了减少损耗，DC/AC功率逆变级优选在零电流处开关。W02006/114719A1在其中 描述了在所有情况下实现零电流开关的控制方法，该控制方法与创新控制器结合从而同时 控制高输出电压。图5示出了两个独立受控的DC/AC功率逆变级的示意图，两个独立受控的DC/AC 功率逆变级的输出串联连接到串联谐振电路以及相间变压器的第一或第二绕组，其中，后 者确保在两个独立工作的DC/AC功率逆变级之间的电流对称。其中，只要不发生饱和效应，相间变压器406就确保逆变器的AC输出电流的对称。 相间变压器406基本上作为电感分压器工作。因为它不具有空气间隙，所以只要所述相间 变压器不饱和，逆变器输出电流的差异就非常小。该电流对应于公用变压器的磁化电流。如 果两个DC/AC功率逆变级的电压差异在时间上的积分超过由相间变压器的最大磁通匝连 数所限定的限制，就可能产生饱和。当这种情况发生时，两个DC/AC功率逆变级之间的电流 差异将增大。为了保持相间变压器406尽可能小，引入控制算法以最小化逆变器的电流差异， 其具有这样的效果两个DC/AC功率逆变级的输出电压的电压差异在时间上积分被最小 化。因此，可以维持在WO 2006/114719 Al中所描述的控制器结构的所有优点。在WO 2006/114719 Al中，描述了三种不同的操作模式，用加号(用于增大谐振电流的幅度，例如 具有与谐振电流同相的逆变器电压的谐振电流的幅度)、零符号(例如，施加零电压，具有 在谐振电流幅度上的维持效果)、以及负号(用于减小谐振电流的幅度，例如具有与电流相 反的逆变器电压的谐振电流的幅度)表示。图4对应于参考文献WO 2006/114719 Al中所包括和所描述的图11，图4中示出 了两个逆变器电路如何可以在具有多个绕组的一个变压器上工作的示意图。这允许从一个 逆变器的正状态或负状态与另一个逆变器的零状态的组合中得到两种额外的开关模式。将所得到的五个级别分类为+1、+1/2、0、-1/2和-1。在图6中所描述的表格中描绘了具有工 作在一个高电压变压器上的两个DC/AC功率逆变级的操作模式的所有可能组合，图6对应 于来自参考文献WO 2006/114719 Al的图12。显然，存在导致相同有效输出电压、但是组成不同的一些组合。存在导致+1/2级 别的冗余组合2和7以及导致-1/2级别的冗余组合4和9，其导致对于可能开关模式选择 的自由度。随后所描述的控制算法已经使用该自由度提供一些逆变器电流平衡，并且因此 减小相间变压器饱和的风险。还存在组合8和10，因为它们在变换器中产生输出电压零时 具有额外开关损耗，所以它们通常是不期望的。虽然这里不再进一步考虑，但是它们也可以 作为用于相间变压器的平衡状态。使逆变器电流对称的一种方法是比较它们的差异，例如，通过以简单的运算放大 电路从所述第一逆变器的输出电流(I1)中减去第二逆变器的输出电流(I2)并且将其与零 进行比较，或者通过直接比较两个信号来进行。所得到的数字信号指示哪个电流更大。图 7示出了真值表，其说明了所提出的用于最小化电流差异的控制算法。从该表格中可以得到，控制器算法以减小所得到的电流差异的方式使用冗余操作 模式来控制DC/AC功率逆变级。当然，这仅对+1/2和-1/2级别是可能的。图8示出了分别对于逆变器输出电流I1和I2的两个正弦波形I1 (t)和i2 (t)，其由 应用给定操作模式产生，通过所要求的谐振DC/DC功率变换器电路400第一 DC/AC功率逆 变级402a的输出电压U1、第二 DC/AC功率逆变级402b的输出电压H2和输出电压Π ^，= f2' Q1, H2)预设置，如在该图顶部所示。在采样时刻丨=1^/2-%氏乒1^/2并且1^￡口) 上，可以示出，所获得的逆变器电流“(0和i2(t)之间的差异Δ i(t)(这里通过它们的时 域符号给出)大于或者小于零。如果当两个DC/AC功率逆变器开关到“ + ”模式时，控制器要 求诸如通过“+1”模式给定的非冗余操作模式，那么控制算法不能影响电流对称性。如果控 制器要求冗余状态(例如，+1/2)，那么控制算法检查差异电流以选择逆变器运行模式的有 利组合，以尽可能最小化前述差异电流。随后，通过相间变压器补偿剩余的差异。这种相间 变压器还对其它部件中的传播以及逆变器模块之间的不平等进行平衡，这是特别有利的。在该连接中，应该注意，本发明不限于仅具有两个DC/AC功率逆变级的DC/DC功率 变换器电路，其中通过设计用于对两个逆变级的输出电流的差异进行平衡的相间变压器的 第一和第二绕组电感耦合两个DC/AC功率逆变级来使其对称。可以有利地预见，通过提供 用于电感耦合这些逆变级中的每对的输出的足够数目的相间变压器使多于两个DC/AC功 率逆变级对称。对于给定数目的N个DC/AC功率逆变级，可以看到必须使用至少(N-I)个 相间变压器来完成该任务。在图9中示出了用于说明如本发明所要求的用于控制谐振DC/DC功率变换器电路 供应在具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或者X射 线计算机断层摄影设备的高电压发生器电路系统中使用的输出功率的方法的流程图。在接 收到(Si)用于启动新的X射线成像会话的开关命令(上电信号)之后，连续检测(S2b)两 个逆变器的谐振AC输出电流I1和12，同时通过使用相间变压器406使两个DC/AC逆变级 402a+b的输出端口处的电流对称(S2a)。否则，在预定义的延迟时间At之后过程在循环中 继续进行步骤Si，直到接收到这种开关命令为止。在该情况下，计算(S3)电流差异ΔΙ的 幅度，该电流差异Δ I是通过从在两个DC/AC逆变级402a+b中的第一个(402a)的输出端口处的谐振电流I1中减去这两个DC/AC逆变级中的第二个(402b)的输出端口处的谐振电 流I2获得的，并且因此，这意味着根据由所检测到的逆变器输出电流I1和I2的所计算出的 差异ΔΙ，以所述电流差异呈现确保相间变压器406不工作在饱和状态的最小值的这种方 式对两个DC/AC逆变级402a+b的开关状态和/或开关时间进行控制(S4)。当接收到(S5) 用于终止正在运行的X射线成像会话的开关命令(关电信号)时，过程终止。否则，它继续 进行步骤S2a和S2b。发明应用所要求的DC/DC功率变换器电路的直接应用在于推进高电压发生器的发展，特别 是可以有利地用作下一代X射线管的电压源的具有非常高功率密度的电压发生器中。除此 之外，本发明还可以有效地应用于推进DC/DC功率变换器电路技术的全面发展。在本文中，应该注意，用于实现该理念所需要的硬件和软件努力是很低的。此外， 应该注意，所提出的DC/DC功率变换器电路不造成任何额外的开关损耗。应用相间变压器 和控制算法确保DC/AC全桥功率逆变级的良好对称操作。虽然已经在附图和前述说明书中详细说明和描述了本发明，但是认为该说明和描 述是说明性或示例性而不是限制性的，这意味着本发明不限于所公开的实施例。在实现所 要求的发明时，本领域的技术人员从对附图、公开和所附权利要求的研究中可以理解并且 实现对所公开实施例的其它变化。在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或步骤，并 且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单独一个处理器或者其它单元可以履行在权利要 求中所陈述的几项的功能。在互相不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表 明不可以使用这些措施的组合进行改进。可以将计算机程序存储在/分布在诸如光存储介 质或者与其它硬件一起或者作为其它硬件的一部分提供的固态介质的适当介质上，但是还 可以以诸如经因特网或者其它有线或无线通信系统的其它形式分布。此外，不应该将权利 要求中的任何参考标号解释为限制本发明的范围。
权利要求
一种谐振功率变换器电路(400)的DC/AC功率逆变器控制单元，其中，所述功率变换器电路(400)包括用于给多初级绕组变压器(404)供电的两个独立的DC/AC功率逆变级(402a+b)，并且其中，通过设计为对所述两个DC/AC功率逆变级(402a+b)的输出电流(I1，I2)的差异进行平衡的相间变压器(406)的第一和第二绕组电感耦合所述DC/AC功率逆变级(402a+b)。
2.如权利要求1所述的DC/AC功率逆变器控制单元，其中，所述谐振功率变换器电路(400)是用于在高电压发生器电路系统中使用的DC/ DC变换器。
3.如权利要求2所述的DC/AC功率逆变器控制单元，其中，所述多初级绕组变压器(404)设计为用于高电压操作。
4.如权利要求3所述的DC/AC功率逆变器控制单元，其中，所述高电压发生器电路系统用于供应输出功率给具有扇形或者锥形射束类型的 X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备、或者X射线计算机断层摄影设备。
5.如权利要求1至4中的任何一项所述的DC/AC功率逆变器控制单元，其中，所述DC/AC功率逆变器控制单元适于通过根据逆变器输出电流的差异(ΔΙ)控 制所述DC/AC功率逆变级(402a+b)的开关状态和/或开关时间来将逆变器输出电流的差 异值(ΔΙ)的幅度最小化到确保所述相间变压器(406)不工作在饱和状态的值，从而使得 能够进行零电流操作。
6.如权利要求5所述的DC/AC功率逆变器控制单元，其中，将所述相间变压器(406)的所述第一绕组串联连接到至少一个谐振储能电路 (403a、403a，)，所述至少一个谐振储能电路(403a、403a，)在所述DC/AC功率逆变级中的 第一个(402a)的输出端口处串联连接到所述多绕组变压器(404)的第一初级绕组，并且 其中，所述相间变压器(406)的所述第二绕组串联连接到至少一个另外的谐振储能电路 (403b、403b，)，所述至少一个另外的谐振储能电路(403b、403b，)串联连接到所述多绕组 变压器(404)的第二初级绕组。
7.一种谐振功率变换器电路(400)，其包括用于给多初级绕组变压器(404)供电的 两个独立的DC/AC功率逆变级(402a+b)，其中，通过设计为对所述两个DC/AC功率逆变级 (402a+b)的输出电流(InI2)的差异进行平衡的相间变压器(406)的第一和第二绕组电感 耦合所述DC/AC功率逆变级(402a+b)。
8.如权利要求7所述的谐振功率变换器电路(400)，其中，所述谐振功率变换器电路(400)是用于在高电压发生器电路系统中使用的DC/ DC变换器。
9.如权利要求8所述的谐振功率变换器电路(400)，其中，所述多初级绕组变压器(404)设计为用于高电压操作。
10.如权利要求9所述的谐振功率变换器电路(400)，其中，所述高电压发生器电路系统用于供应输出功率给具有扇形或者锥形射束类型的 X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或者X射线计算机断层摄影设备。
11.如权利要求7至10中的任何一项所述的谐振功率变换器电路(400)，包括DC/AC功率逆变器控制单元，其适于通过根据逆变器输出电流差异(ΔΙ)控制所述DC/AC功率逆变级(402a+b)的开关状态和/或开关时间来将逆变器输出电流的差异值 (ΔΙ)的幅度最小化到确保所述相间变压器(406)不工作在饱和状态的值，从而使得能够 进行零电流操作。
12.如权利要求11所述的谐振功率变换器电路(400)，其中，将所述相间变压器(406)的所述第一绕组串联连接到至少一个谐振储能电路 (403a、403a，)，所述至少一个谐振储能电路(403a、403a，)在所述DC/AC功率逆变级中的 第一个(402a)的输出端口处串联连接到所述多绕组变压器(404)的第一初级绕组，并且 其中，将所述相间变压器(406)的所述第二绕组串联连接到至少一个另外的谐振储能电路 (403b、403b，)，所述至少一个另外的谐振储能电路(403b、403b，)串联连接到所述多绕组 变压器(404)的第二初级绕组。
13.一种具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或 者X射线计算机断层摄影设备，包括用于供应在高电压发生器电路系统中使用的输出功率 的谐振功率变换器电路(400)，所述高电压发生器电路系统给所述计算机断层摄影设备或 者X射线照相系统提供用于操作X射线管的供应电压，其中，所述功率变换器电路(400)包 括用于给多初级绕组变压器(404)供电的两个独立的DC/AC功率逆变级(402a+b)，并且其 中，通过设计为对所述两个DC/AC功率逆变级(402a+b)的输出电流(I1, I2)的差异进行平 衡的相间变压器(406)的第一和第二绕组电感耦合所述DC/AC功率逆变级(402a+b)。
14.如权利要求13所述的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或者X射线计算 机断层摄影设备，其包括DC/AC功率逆变器控制单元，所述DC/AC功率逆变器控制单元适于通过根据逆 变器输出电流差异(ΔΙ)控制所述DC/AC功率逆变级(402a+b)的开关状态和/或开关时 间来将逆变器输出电流的差异值(ΔΙ)的幅度最小化到确保所述相间变压器(406)不工作 在饱和状态的值，从而使得能够进行零电流操作。
15.如权利要求14所述的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或者X射线计算 机断层摄影设备，其中，将所述相间变压器(406)的所述第一绕组串联连接到至少一个谐振储能电路 (403a、403a，)，所述至少一个谐振储能电路(403a、403a，)在所述DC/AC功率逆变级中的 第一个(402a)的输出端口处串联连接到所述多绕组变压器(404)的第一初级绕组，并且 其中，所述相间变压器(406)的所述第二绕组串联连接到至少一个另外的谐振储能电路 (403b、403b，)，所述至少一个另外的谐振储能电路(403b、403b，)串联连接到所述多绕组 变压器(404)的第二初级绕组。
16.一种用于控制谐振功率变换器电路(400)的方法，所述谐振功率变换器电路(400) 用于供应在具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或者 X射线计算机断层摄影设备的高电压发生器电路系统中使用的输出功率，所述谐振功率变 换器电路(400)包括用于给多初级绕组变压器(404)供电的两个独立的DC/AC功率逆变级 (402a+b)，并且通过用于对所述两个DC/AC功率逆变级(402a+b)的谐振输出电流(I1, I2) 的差异进行平衡的相间变压器(406)的第一和第二绕组电感耦合所述DC/AC功率逆变级 (402a+b)，其中，所述第一绕组在所述DC/AC功率逆变级中的第一个(402a)的输出端口处 串联连接到所述多绕组变压器(404)的第一初级绕组，并且其中，所述第二绕组串联连接到所述多绕组变压器(404)的第二初级绕组， 所述方法包括以下步骤 -在启动的X射线成像会话期间连续检测(S2a)所述两个逆变器的谐振输出电流(I1, I2)，同时通过使用所述相间变压器(406)使在所述两个DC/AC功率逆变级(402a+b)的输 出端口处的电流流动对称(S2b)；-计算(S3)电流差异(ΔΙ)的幅度，所述电流差异(ΔΙ)是通过从在所述两个DC/AC 功率逆变级(402a+b)中的第一个(402a)的输出端口处的谐振电流(I1)中减去在这两个 DC/AC功率逆变级(402a+b)中的第二个(402b)的输出端口处的谐振电流(I2)获得的；并 且-根据所检测到的逆变器输出电流(I” I2)的所计算出的差异(ΔΙ)控制(S4)所述两 个DC/AC功率逆变级(402a+b)的开关状态和/或开关时间，使得所述电流差异呈现确保所 述相间变压器(406)不工作在饱和状态的最小值，从而使得能够进行零电流操作。
17. 一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品运行在具有扇形或者锥形射束类型 的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或者X射线计算机断层摄影设备的可操作控 制单元上时，所述计算机程序产品实现控制用于供应在该系统或设备的高电压发生器电路 系统中使用的输出功率的谐振功率变换器电路(400)的方法，其中，所述谐振功率变换器电路(400)包括用于为多初级绕组变压器(404)供电的 两个独立的DC/AC功率逆变级(402a+b)，并且通过用于对所述两个DC/AC功率逆变级 (402a+b)的谐振输出电流(InI2)的差异进行平衡的相间变压器(406)的第一和第二绕组 电感耦合所述DC/AC功率逆变级(402a+b)，其中，所述第一绕组在所述DC/AC功率逆变级中 的第一个(402a)的输出端口处串联连接到所述多绕组变压器(404)的第一初级绕组，并且 其中，所述第二绕组串联连接到所述多绕组变压器(404)的第二初级绕组， 所述计算机程序产品执行以下步骤-计算(S3)电流差异(ΔΙ)的幅度，所述电流差异(ΔΙ)是通过从在所述两个DC/AC 功率逆变级(402a+b)中的第一个(402a)的输出端口处所检测到(S2)的谐振电流(I1)中 减去在这两个DC/AC功率逆变级(402a+b)中的第二个(402b)的输出端口处所检测到(S2) 的谐振电流(12)获得的，其中借助于所述相间变压器(406)使所述电流对称(Si)；并且-根据所检测到的逆变器输出电流(I” I2)的所计算出的差异(ΔΙ)控制(S4)所述两 个DC/AC功率逆变级(402a+b)的开关状态和/或开关时间，从而使得所述电流差异呈现确 保所述相间变压器(406)不工作在饱和状态的最小值，从而使得能够进行零电流操作。
全文摘要
本发明涉及谐振型功率变换器电路(400)、特别是用于供应用于在诸如具有扇形或者锥形射束类型的X射线照相成像系统、3D旋转血管造影设备或者X射线计算机断层摄影设备的高电压发生器电路系统中使用的输出功率的DC/DC变换器的DC/AC功率逆变器控制单元。更具体地说，本发明涉及谐振型功率变换器电路，其包括在给多初级绕组高电压变压器(404)供电的两个DC/AC功率逆变级(402a+b)的输出处串联连接到至少一个串联谐振储能电路(403a和403a’或者403b和403b’)的相间变压器(406)，其中，所述相间变压器(406)用作消除DC/AC功率逆变级(402a+b)的谐振输出电流(I1和I2)的差异(DI)。此外，本发明致力于保证相间变压器(406)不饱和的控制方法。该控制方法确保零电流操作，并且可以带来输入功率损耗的最小化。
文档编号H02M1/40GK101960708SQ200980107856
公开日2011年1月26日 申请日期2009年3月3日 优先权日2008年3月6日
发明者C·哈特拉普, P·吕尔肯斯, T·谢尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司