一种基于无源无损吸收电路的x射线机功率因数校正电路的制作方法
【专利摘要】一种基于无源无损吸收电路的X射线机功率因数校正电路，包括桥式整流电路、电感L、主开关功率管VT、功率二极管VD和输出电容C0；桥式整流电路的输出正极端、电感L、功率二极管VD、输出电容C0和桥式整流电路的输出负极端依次串联形成一个回路；主开关功率管VT的输入端、输出端分别与电感L的输出端、桥式整流电路的输出负极端相连接，主开关功率管VT的控制端与驱动电路相连接；还包括无源无损吸收电路；所述的无源无损吸收电路主要由电容C1、电容C2、电感L1、二极管VD3、二极管VD4和二极管VD5组成。该电路结构简单、设计合理；而且降低功率开关关断时的开关应力，并把吸收能量传送至负载，提高系统的效率。
【专利说明】—种基于无源无损吸收电路的X射线机功率因数校正电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种功率因数校正电路，尤其涉及了一种应用在X射线机上并基于无源无损吸收技术而设计的功率因数校正电路。
【背景技术】
[0002]一般来说，频率在40KHZ以上的高频移动X射线机，一般只需3.5-5KW就能完全满足常规拍片要求，因X射线效率高，同等拍片要求下功率较小，只需220V单相交流电即可正常使用(选用带内置充电式电池的仪器在停电或外出的情况下仍可以正常工作)；同时，移动式X射线机，安全防护设计较好，达到国家移动式X射线机的安全防护要求，使用时不需铅房防护，使用方便，成本低，任何医院包括乡镇卫生院，在现有的条件下都能直接使用。
[0003]然而，在乡镇卫生院，特别是边远地区的乡镇卫生院和广大的乡村卫生室，供电质量很不理想，我国规定的电网电压幅值一般允许上下有10%的波动，但在边远山区和广大农村，市电电压甚至可以低到120伏左右，使得传统的高频医用X射线机根本不能正常工作。此外，欧盟和美国在2011年开始强制实行国际电工委员会(IEC)的IEC6300的有关标准，对所有的电子设备的功率因数等指标有新的要求，传统的高频移动X射线机不能满足IEC6300的有关标准。因此，在目前市场上现有的X射线机中嵌入功率因数校正电路成了该行业发展的关键和趋势。但是，目前尚未有针对上述情况而设计的功率因数校正电路，现有的功率因数校正电路还不能同时满足上述的要求，而且其需要消耗较多的系统功率，这就进一步降低了 X射线机的有效功率；因此，市场上急需一种针对上述情况而设计的并专门应用于X射线机的功率因数校正电路。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种电路结构简单、既可以使得高频医用X射线机能适应农村电压质量等级低的要求(采用功率因数校正电路后，其输入电压范围在85伏至270伏之间都能正常工作)，也使得高频医用X射线机能满足欧美市场的技术指标要求，安全可靠；而且可以降低功率开关关断时的开关应力，并把吸收能量传送至负载，提高系统的效率的X射线机功率因数校正电路。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:
[0006]一种基于无源无损吸收电路的X射线机功率因数校正电路，包括桥式整流电路、电感L、主开关功率管VT、功率二极管VD和输出电容Ctl ;所述的桥式整流电路的输出正极端、电感L、功率二极管VD、输出电容Cci和桥式整流电路的输出负极端依次串联形成一个回路；所述的桥式整流电路的输出端还并联有高频滤波电容C ;所述的主开关功率管VT的输入端、输出端分别与电感L的输出端、桥式整流电路的输出负极端相连接，主开关功率管VT的控制端与驱动电路相连接；其中，该X射线机功率因数校正电路还包括无源无损吸收电路；所述的无源无损吸收电路主要由电容Cp电容C2、电感L1、二极管VD3、二极管VD4和二极管VD5组成；所述的电容Q、电感L1、二极管VD4和二极管VD5依次串联后的线路两端与输出电容Ctl并联；所述的电容C2的一端与二极管VD5的输入端相连接，另一端与功率二极管VD的输入端相连接；所述的二极管VD3的输入端与电感L的输出端相连接,输出端与电感L1的输入端相连接。
[0007]作为本实用新型的进一步说明，以上所述的桥式整流电路由四个整流二极管DpD2、D3、D4组成，并且桥式整流电路的输入端与交流电流AC相连接；所述的输出电容Ctl的两端并联负载R。
[0008]在本实用新型的技术方案中，所述的开关控制电路主要由电压误差放大器U1、电流误差放大器u2、pwm比较器U3、RS触发器U4、乘法器和振荡器组成；其中，
[0009]所述的电压误差放大器U1的负极输入端连接在校正电路的输出线路上，采样输出电压信号；电压误差放大器U1正极输入端为给定电压参考信号Vref的输入端，电压误差放大器U1的输出端与乘法器的一个输入端相连接，向乘法器输入放大后的电压误差信号；
[0010]所述的乘法器的另一个输入端与桥式整流电路的正极输出端相连接，向乘法器输入电网电压整流后正弦半波信号；乘法器的输出端与电流误差放大器U2的正极输入端相连接，向电流误差放大器U2输入给定电流信号；
[0011]所述的电流误差放大器U2的负极输入端与设置在桥式整流电路负极输出端线路上的线圈相连接，电流误差放大器U2的输出端与PWM比较器U3的负极输入端相连接，向PWM比较器U3输入电流误差信号；
[0012]所述的PWM比较器U3的正极输入端与振荡器相连接，输入锯齿波，经与电流误差信号比较，产生PWM控制信号；PWM比较器U3的输出端与RS触发器U4的R线端相连接，RS触发器U4的S线端与振荡器相连接，RS触发器U4的Q线端与主开关功率管VT的控制端相连接，控制主开关功率管VT的通断状态。
[0013]本实用新型的电路工作原理:
[0014]在本实用新型中，无源无损吸收技术采用无源器件组成无源网络(电容C1X2，电感L1, 二极管VD3、VD4, VD5),在功率开关管关断时，能有效的缓解功率开关管的电压上升率；在功率开关管开通时，通过无源网络将存储在无源器件上的能量转移到输出负载或反馈回电网。在一个开关周期内，无源网络上储存的能量都会反馈回电网或输出负载，所以无损吸收电路不消耗系统功率，可以提闻电路的工作效率。
[0015]电路进入稳态后，在一个开关周期内，无源网络的LC谐振网络必须足够快，必须确保功率开关管关断时，无源网络的吸收电容C1上的能量已经完全转移到吸收电容C2上。具体工作原理如下:假设初始时刻，开关管处于关断状态，电容C1上的电压为输出电压，电感L1和电容C2上的电压为零；当开关管开通时，开关管VT、电容C1和C2、二极管VD4组成单向振荡回路，电容C1上的能量转移到电感L1和电容C2上；当电容C1上的电压降为零时，电容C2、二极管VD3和电感L1组成单向的振荡的回路，电感L1上的能量转移到电容C2上。在电感L1上的能量完全转移到电容C2上后，振荡结束。此时，因电容C2上电压钳位作用，二极管VD及VD3、VD4处于截止状态；当开关管关断时，由于电容上的电压不能突变，所以电容C1上的电压缓慢上升，从而缓解开关管关断时的电压上升率。此时，由于电容C2上电压钳位作用，二极管VD仍处于截止状态，电容C2通过二极管VD5放电。当电容C2放电完毕，二极管VD导通，此后，电路的工作状态与常规的升压电路相同。
[0016]本实用新型的有益效果:[0017]1.电路结构简单、设计合理、安全可靠；将该有源功率因数校正电路嵌入高频医用X射线机，既可以使得高频医用X射线机能适应农村电压质量等级低的要求(采用功率因数校正电路后，其输入电压范围在85伏至270伏之间都能正常工作)，也使得高频医用X射线机能满足欧美市场的技术指标要求；且对X射线机的改进成本低，无需另外过多的费用，可以为各级医疗卫生机构节省不少的经费，极大地降低了医疗机构的医疗成本，满足边远地区人民群众的医疗要求，促进我国医疗事业的发展，也会带来良好的社会效益和显著的经济效益。
[0018]2.采用无损吸收电路方法，降低功率开关关断时的开关应力，并把吸收能量传送至负载，提闻系统的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的电路原理图。
[0020]在图1中，AC表示交流电源办為為為四个整流二极管组成整流桥(桥式整流电路)，起到整流作用 <为高频滤波电容，其容值一般较小，一般为0.1-1uF级别；L为电感，起存储和传递能量的作用;VT为主开关功率管；VD为功率二极管；电容C1X2,电感L1，二极管VD3、VD4、VD5组成无源无损吸收电路，利用VD3、VD4、VD5的单向导通作用，开关管关断时，输出电压通过VD3给C1充电，C1起缓冲作用。开关管开通时，电容C1的能量通过C2、电感L1JD4和VD5传递到负载，电容C2和电感L1起存储和传递能量的作用{^输出电容，在主开关管关断时，负载所需能量由其提供，起稳压作用，其容值一般较大，主要由输出功率的大小决定；R为负载。 [0021]图2是功率因数校正电路未设计无损吸收电路的开关管驱动(Ues)、漏源极(Uds)的波形图。
[0022]在图2中，开关管驱动(Ues)未降为零时，漏源极电压(Uds)已经上升，前沿陡峭且上升速率快，Ugs和Uds波形有交集，说明未加无损吸收电路前开关管开关应力较大，且存在开关损耗。
[0023]图3是功率因数校正电路设计无损吸收电路后的开关管驱动(Ues)、漏源极(Uds)的波形图。
[0024]在图3中，开关管驱动(Ues)降为零时，漏源极电压(Uds)才开始上升，相比于图2，Uds前沿较缓且上升速率较慢，Ues和Uds波形没有交集，说明，加入无损吸收电路后开关管开关应力得到缓解，开关损耗小。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型进一步说明。
[0026]实施例:
[0027]一种基于无源无损吸收电路的X射线机功率因数校正电路，包括桥式整流电路、电感L、主开关功率管VT、功率二极管VD和输出电容Ctl ;所述的桥式整流电路的输出正极端、电感L、功率二极管VD、输出电容Cci和桥式整流电路的输出负极端依次串联形成一个回路；所述的桥式整流电路的输出端还并联有高频滤波电容C ;所述的主开关功率管VT的输入端、输出端分别与电感L的输出端、桥式整流电路的输出负极端相连接，主开关功率管VT的控制端与驱动电路相连接；其中，该X射线机功率因数校正电路还包括无源无损吸收电路；所述的无源无损吸收电路主要由电容Cp电容C2、电感L1、二极管VD3、二极管VD4和二极管VD5组成；所述的电容Q、电感L1、二极管VD4和二极管VD5依次串联后的线路两端与输出电容Ctl并联；所述的电容C2的一端与二极管VD5的输入端相连接，另一端与功率二极管VD的输入端相连接；所述的二极管VD3的输入端与电感L的输出端相连接,输出端与电感L1的输入端相连接。
[0028]所述的桥式整流电路由四个整流二极管D1、D2、D3、D4组成，并且桥式整流电路的输入端与交流电流AC相连接；所述的输出电容Ctl的两端并联负载R。
【权利要求】
1.一种基于无源无损吸收电路的X射线机功率因数校正电路，包括桥式整流电路、电感L、主开关功率管VT、功率二极管VD和输出电容Ctl ;所述的桥式整流电路的输出正极端、电感L、功率二极管VD、输出电容Ctl和桥式整流电路的输出负极端依次串联形成一个回路；所述的桥式整流电路的输出端还并联有高频滤波电容C ;所述的主开关功率管VT的输入端、输出端分别与电感L的输出端、桥式整流电路的输出负极端相连接，主开关功率管VT的控制端与驱动电路相连接；其特征在于:该X射线机功率因数校正电路还包括无源无损吸收电路；所述的无源无损吸收电路主要由电容Cp电容C2、电感L1、二极管VD3、二极管VD4和二极管VD5组成；所述的电容Q、电感L1、二极管VD4和二极管VD5依次串联后的线路两端与输出电容Ctl并联；所述的电容C2的一端与二极管VD5的输入端相连接,另一端与功率二极管VD的输入端相连接；所述的二极管VD3的输入端与电感L的输出端相连接,输出端与电感L1的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的基于无源无损吸收电路的X射线机功率因数校正电路，其特征在于:所述的桥式整流电路由四个整流二极管Dp D2, D3、D4组成，并且桥式整流电路的输入端与交流电流AC相连接；所述的输出电容Ctl的两端并联负载R。
【文档编号】H02M1/42GK203522525SQ201320666910
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】李国进, 陈延明, 廖云峰, 赵凤波, 谢永恒, 简坤兴 申请人:南宁一举医疗电子有限公司