高压拓扑电路及使用该高压拓扑电路的高压发生器的制作方法

1.本技术涉及ct电源的领域，尤其是涉及一种高压拓扑电路及使用该高压拓扑电路的高压发生器。


背景技术：

2.ct系统中需要有高压发生器来输出所需的高压，目前现有技术中用于ct系统的高压发生器大多采用lcc拓扑电路，通过将变压器副边整流单元的多个输出电容直接串联得到所需要的高压，如图1所示。在此基础上，ct系统还需要高压发生器可以提供更为快速的电压上升速度和电压下降速度，以及需要高压发生器所连的高压负载上电能的快速泄放。
3.但是，上述现有技术通过将变压器副边整流单元的多个输出电容直接串联为负载提供高压，然而整流单元输出电容的直接串联不利于实现高压发生器输出的快速下降；同时，现有技术为了抑制打火现象对高压负载造成损害，通常会在高压发生器输出的正负两端并联旁路开关，由于高压发生器输出电压极高，该旁路开关需要使用大量的开关器件串联，器件的均压问题很难解决。


技术实现要素：

4.为了能够提升高压发生器输出的切换速度以及解决开关器件的均压问题，本技术提供一种高压拓扑电路及使用该高压拓扑电路的高压发生器。
5.第一方面，本技术提供一种高压拓扑电路，采用如下的技术方案：一种高压拓扑电路，包括第一路直流输出和第二路直流输出，所述第一路直流输出与所述第二路直流输出之间电连接有第一辅助支路与第二辅助支路，所述第一辅助支路的工作状态与所述第二辅助支路的工作状态互锁；当高压拓扑电路输出高压即处于第一互锁状态时，启动所述第一辅助支路使所述第一路直流输出与所述第二路直流输出串联后输出至高压负载；当所述高压负载降压即处于第二互锁状态时，启动所述第二辅助支路使所述第一路直流输出的正极与负极之间与所述第二路直流输出的正极与负极之间均呈高阻态，并使所述高压负载接入低阻抗回路。
6.通过采用上述技术方案，在高压负载所需的升压阶段，第一路直流输出与第二路直流输出通过第一辅助支路实现串联，从而达到快速升压的效果，此时第二辅助支路的未起到作用；在高压负载所需的降压阶段，第一路直流输出第二路直流输出通过第二辅助支路断开串联的状态，同时切换出高压负载所在的回路，并且第二辅助支路还让高压负载接入低阻抗回路，对高压负载进行电能的泄放；与现有技术相比，将高压输出切换出高压负载所在的回路，提升高压负载的泄压速度，上述方案不需要让第一路直流输出的输出电压与第二路直流输出的输出电压被大幅度降低，而是让第一路直流输出与第二路直流输出暂时保留了高压的状态，提升高压发生器输出的切换速度；既能让第二辅助支路不再并联于高压输出，不需要考虑多个开关型器件的均压问题，又能提升高压负载下一次升压的速度，即
极大地缩短了下一次第一路直流输出与第二路直流输出中输出电容的充电时间。
7.作为优选，所述第一辅助支路包括第一输出受控件与第二输出受控件，所述第二辅助支路包括第一切换受控件与第二切换受控件；所述第一输出受控件的一执行端与所述第一路直流输出的正极输出端电连接，所述第一输出受控件的另一执行端与所述第一切换受控件的一执行端电连接，所述第一切换受控件的另一执行端与所述第一路直流输出的负极输出端电连接，所述第一输出受控件与所述第一切换受控件的电连接点为高压正极输出点；所述第二输出受控件的一执行端与所述第二路直流输出的正极输出端电连接，所述第二输出受控件的另一执行端与所述第二切换受控件的一执行端电连接，所述第二切换受控件的另一执行端与所述第二路直流输出的负极输出端电连接，所述第二输出受控件与所述第二切换受控件的电连接点与所述第一路直流输出的负极输出端电连接，所述第二路直流输出的负极输出端为高压负极输出点；当所述第一输出受控件的控制端与所述第二输出受控件的控制端均接收到升压控制信号时，高压拓扑电路输出高压，所述第一辅助支路使所述第一路直流输出与所述第二路直流输出串联后输出至所述高压负载；当所述第一切换受控件的控制端与所述第二切换受控件的控制端均接收到降压控制信号时，启动所述第二辅助支路使所述第一路直流输出与所述第二路直流输出均处于开路，并使所述高压负载接入低阻抗回路；所述升压控制信号控制所述第一输出受控件与所述第二输出受控件的工作状态，所述降压控制信号控制所述第一切换受控件与所述第二切换受控件的工作状态，所述升压控制信号控制的工作状态与所述降压控制信号控制的工作状态相反。
8.通过采用上述技术方案，第一输出受控件与第二输出受控件能够在升压控制信号的控制下能够形成第一辅助支路，第一切换受控件与第二切换受控件在降压控制信号的控制下能够形成第二辅助支路。
9.作为优选，所述第一辅助支路包括第一输出受控件、第二输出受控件第三输出受控件与第四输出受控件，所述第二辅助支路包括第一切换受控件、第二切换受控件、第三切换受控件与第四切换受控件；所述第一输出受控件的一执行端与所述第一路直流输出的正极输出端电连接，所述第一输出受控件的另一执行端与所述第二切换受控件的一执行端电连接，所述第二切换受控件的另一执行端与所述第一路直流输出的负极输出端电连接；所述第一切换受控件的一执行端与所述第一路直流输出的正极输出端电连接，所述第一切换受控件的另一执行端与所述第二输出受控件的一执行端电连接；所述第二输出受控件的另一执行端与所述第一路直流输出的负极输出端电连接；所述第三输出受控件的一执行端与所述第二路直流输出的正极输出端电连接，所述第三输出受控件的另一执行端与所述第四切换受控件的一执行端电连接，所述第四切换受控件的另一执行端与所述第二路直流输出的负极输出端电连接；所述第三切换受控件的一执行端与所述第二路直流输出的正极输出端电连接；所述第三切换受控件的另一执行端与所述第四输出受控件的一执行端电连接，所述第四输出受控件的另一执行端与所述第二路直流输出的负极输出端电连接；
当所述第一输出受控件的控制端、所述第二输出受控件的控制端、所述第三输出受控件的控制端与所述第四输出受控件的控制端均接收到升压控制信号时，处于第一互锁状态，所述第一辅助支路使所述第一路直流输出与所述第二路直流输出串联后输出至所述高压负载；当所述第一输出受控件的控制端与所述第一切换受控件的控制端均接收到降压控制信号或者所述第二输出受控件的控制端与所述第二切换受控件的控制端均接收到降压控制信号时，以及，当所述第三输出受控件的控制端与所述第三切换受控件的控制端均接收到降压控制信号或者所述第四输出受控件的控制端与所述第四切换受控件的控制端均接收到降压控制信号时，处于第二互锁状态，启动所述第二辅助支路使所述第一路直流输出与所述第二路直流输出均处于开路，并使所述高压负载接入低阻抗回路；所述升压控制信号控制的工作状态与所述降压控制信号控制的工作状态互锁并相反。
10.通过采用上述技术方案，第一输出受控件、第二输出受控件、第三输出受控件与第四输出受控件能够在升压控制信号的控制下能够形成第一辅助支路，第一切换受控件、第二切换受控件、第三切换受控件与第四切换受控件在降压控制信号的控制下能够形成第二辅助支路。
11.作为优选，所述第一辅助支路的启动状态为导通所述第一输出受控件与所述第二输出受控件以及断开所述第一切换受控件与所述第二切换受控件；所述第二辅助支路的启动状态为断开所述第一输出受控件与所述第二输出受控件以及导通所述第一切换受控件与所述第二切换受控件。
12.通过采用上述技术方案，第二辅助支路完全断开能够让第一辅助支路的升压作用发挥到最大化，第一辅助支路完全断开能够让第二辅助支路的降压速度达到最快。
13.作为优选，所述低阻抗回路包括使所述高压负载的正极与负极之间通过泄放通路直接电连接，所述泄放通路包括第一切换受控件与第二切换受控件；或者，所述低阻抗回路包括使所述高压负载的正极与负极之间通过泄放支路间接电连接，所述泄放支路包括低阻抗负载、第一切换受控件与第二切换受控件。
14.通过采用上述技术方案，低阻抗回路能够实现完全导通，或者能够实现让电气维持在预设的设定状态下而代替完全导通，预设的设定状态可为低阻态。
15.作为优选，所述高阻态包括所述第一路直流输出的正极与负极之间与所述第二路直流输出的正极与负极之间均断开；或者，所述高阻态包括所述第一路直流输出的正极与负极之间与所述第二路直流输出的正极与负极之间接入高阻抗负载。
16.通过采用上述技术方案，高阻抗回路能够实现完全断开，或者能够实现让电气维持在预设的设定状态下而代替完全断开。
17.作为优选，所述第一输出受控件、所述第二输出受控件、所述第三输出受控件、所述第四输出受控件、所述第一切换受控件、所述第二切换受控件、所述第三切换受控件与所述第四切换受控件为mosfet或igbt。
18.通过采用上述技术方案，多种组合情况能够让电路具有多种可选择的优点。
19.作为优选，所述高压拓扑电路还包括：升压控制模块、降压控制模块以及信号互锁
模块，所述升压控制模块输出所述升压控制信号，所述降压控制模块输出所述降压控制信号，所述信号互锁模块电连接在所述升压控制模块与所述降压控制模块之间；或者，所述高压拓扑电路还包括依次电连接的信号控制模块与信号反相模块：所述信号控制模块输出所述升压控制信号，所述信号反相模块接收所述升压控制信号并将所述升压控制信号反相为所述降压控制信号输出。
20.通过采用上述技术方案，采用升压控制模块、降压控制模块以及信号互锁模块的高压拓扑电路可以单独发出不同的信号，利于信号的定制化设置；而采用信号控制模块与信号反相模块的高压拓扑电路的定制化性能弱，但是其电路结构相对简单。
21.第二方面，本技术提供一种高压发生器，采用如下方案：一种高压发生器，设置有上述中任意一种高压拓扑电路。
22.本发明具有的有益效果包括：（1）将高压输出切换出高压负载所在的回路，提升泄压速度；（2）由于输出电容的电压钳位作用，组成的半桥电路上每个受控器件的电压等于输出电容的电容电压，不需要受控器件的单独串联即可实现电路的功能，不需要考虑多个受控器件的均压问题；（3）不需要对第一路直流输出的高压电能与第二路直流输出的高压电能进行泄放，而是让第一路直流输出与第二路直流输出暂时保留了高压的状态，能提升高压负载下一次升压的速度即极大地缩短了下一次第一路直流输出与第二路直流输出中输出电容的充电时间。
附图说明
23.图1是现有技术中ct系统的高压发生器的电路原理图；图2是现有技术中高压发生器的泄放通路的电路原理图；图3是现有技术中泄放通路的开关的电路原理图；图4是本技术实施例中高压拓扑电路的半桥电路原理图；图5是本技术实施例中高压拓扑电路半桥工作时的输出电压示意图；图6是本技术实施例中生成控制信号的一种模块框图；图7是本技术实施例中生成控制信号的另一种模块框图；图8是本技术实施例中高压拓扑电路的全桥电路原理图；图9是本技术实施例中高压拓扑电路全桥工作时的输出电压示意图。
24.附图标记：1、第一整流桥；2、第一输出受控件；3、第一切换受控件；4、第二整流桥；5、第二输出受控件；6、第二切换受控件；7、升压控制模块；8、降压控制模块；9、信号互锁模块；10、信号控制模块；11、信号反相模块；12、第三输出受控件；13、第三切换受控件；14、第四输出受控件；15、第四切换受控件。
具体实施方式
25.以下结合附图1-9对本技术作进一步详细说明。
26.如图1与图2所示，球管为x射线球管，为接入高压发生器的高压负载。在现有ct系统的高压发生器和x射线球管的打火抑制方法中，通常在高压发生器输出的正极与负极处
并联旁路开关为打火电流提供泄放通路，球管的打火状态是一种工作异常的状态，球管在打火状态中容易出现过大的打火电流，若是不对打火电流进行泄放，则球管容易受损。如图3所示，由于高压发生器输出电压极高，该旁路开关需要使用大量的开关器件串联，且需要开关器件的电气环境要都能符合任意一个开关器件的控制条件，使得多个开关器件实现均压存在很大的挑战，该方案在实际应用中很难实现。
27.本技术实施例公开一种高压拓扑电路，参照图4，包括第一路直流输出和第二路直流输出，第一路直流输出与第二路直流输出之间电连接有第一辅助支路与第二辅助支路，第一辅助支路的工作状态与第二辅助支路的工作状态互锁。
28.高压拓扑电路电连接在直流电源、逆变器与变压器所连成的电路的输出侧。第一路直流包括第一整流桥1，第一整流桥1的输出侧并联电连接有第一输出电容，第一输出电容的两端为第一路直流的正极与负极。第二路直流包括第二整流桥4，第二整流桥4的输出侧并联电连接有第二输出电容，第二输出电容的两端为第二路直流的正极与负极。
29.第一辅助支路包括第一输出受控件2与第二输出受控件5，第二辅助支路包括第一切换受控件3与第二切换受控件6。第一输出受控件2与第二输出受控件5均为mosfet或igbt，第一切换受控件3与第二切换受控件6均为mosfet或igbt；或者，第一输出受控件2与第一切换受控件3均为mosfet或igbt，第二输出受控件5与第二切换受控件6均为mosfet或igbt。多种组合情况能够让电路具有多种可选择的优点。
30.第一输出受控件2的一执行端与第一路直流输出的正极输出端电连接，第一输出受控件2的另一执行端与第一切换受控件3的一执行端电连接，第一切换受控件3的另一执行端与第一路直流输出的负极输出端电连接，第一输出受控件2与第一切换受控件3的电连接点为高压正极输出点。
31.第二输出受控件5的一执行端与第二路直流输出的正极输出端电连接，第二输出受控件5的另一执行端与第二切换受控件6的一执行端电连接，第二切换受控件6的另一执行端与第二路直流输出的负极输出端电连接，第二输出受控件5与第二切换受控件6的电连接点与第一路直流输出的负极输出端电连接，第二路直流输出的负极输出端为高压负极输出点。
32.当输出高压时，启动第一辅助支路使第一路直流输出与第二路直流输出串联后输出至高压负载，高压负载即球管。第一输出受控件2与第二输出受控件5能够在升压控制信号的控制下能够形成第一辅助支路，当第一输出受控件2的控制端与第二输出受控件5的控制端均接收到升压控制信号时，高压拓扑电路输出高压，第一辅助支路使第一路直流输出与第二路直流输出串联后输出至高压负载。
33.当高压负载降压时，启动第二辅助支路使第一路直流输出的正极与负极之间与第二路直流输出的正极与负极之间均呈高阻态，并使高压负载接入低阻抗回路。高阻态包括第一路直流输出的正极与负极之间与第二路直流输出的正极与负极之间均断开；或者，高阻态包括第一路直流输出的正极与负极之间与第二路直流输出的正极与负极之间接入高阻抗负载。高阻抗回路能够实现完全断开，或者能够实现让电气维持在预设的设定状态下而代替完全断开。
34.第一切换受控件3与第二切换受控件6在降压控制信号的控制下能够形成第二辅助支路，当第一切换受控件3的控制端与第二切换受控件6的控制端均接收到降压控制信号
时，启动第二辅助支路使第一路直流输出与第二路直流输出均处于开路，并使高压负载接入低阻抗回路。低阻抗回路使高压负载的正极与负极之间通过泄放通路直接电连接，泄放通路包括第一切换受控件3与第二切换受控件6；或者，低阻抗回路使高压负载的正极与负极之间通过泄放支路间接电连接，泄放支路包括低阻抗负载、第一切换受控件3与第二切换受控件6。低阻抗回路能够实现完全导通，或者能够实现让电气维持在预设的设定状态下而代替完全导通。
35.为了使升压控制信号控制的工作状态与降压控制信号控制的工作状态相反，如图6所示，压拓扑电路还包括：升压控制模块7、降压控制模块8以及信号互锁模块9。升压控制模块7、降压控制模块8可采用两个pwm调制模块，或者一个输出多路pwm信号的pwm调制模块，信号互锁模块9可为输出，控制的信号也可不采用pwm信号而采用普通的数字控制信号或者模拟控制信号。升压控制模块7输出升压控制信号，降压控制模块8输出降压控制信号，信号互锁模块9电连接在升压控制模块7与降压控制模块8之间。采用升压控制模块7、降压控制模块8以及信号互锁模块9的高压拓扑电路可以单独发出不同的信号，利于信号的定制化设置。
36.在其它的应用场景下，需要更为简单的电路结构，如更简单的驱动控制芯片。如图7所示，高压拓扑电路还可包括依次电连接的信号控制模块10与信号反相模块11。信号控制模块10可采用pwm调制模块，输出pwm信号，信号反相模块11可采用反相器，控制的信号也可不采用pwm信号而采用普通的数字控制信号或者模拟控制信号。信号控制模块10输出升压控制信号，信号反相模块11接收升压控制信号并将升压控制信号反相为降压控制信号输出，这种方案的电路结构相对简单，但是采用信号控制模块10与信号反相模块11的高压拓扑电路的定制化性能弱，无法分开单独调制升压控制信号与降压控制信号。
37.回到图4，在本实施例中，第一辅助支路的启动状态为导通第一输出受控件2与第二输出受控件5以及断开第一切换受控件3与第二切换受控件6。第二辅助支路的启动状态为断开第一输出受控件2与第二输出受控件5以及导通第一切换受控件3与第二切换受控件6。第二辅助支路完全断开能够让第一辅助支路的升压作用发挥到最大化，第一辅助支路完全断开能够让第二辅助支路的降压速度达到最快。
38.第一辅助支路的启动状态为控制第一输出受控件2与第二输出受控件5均保持第一设定参数值以上的导通状态以及控制第一切换受控件3与第二切换受控件6均保持第二设定参数值以下的导通状态。第二辅助支路的启动状态为控制第一输出受控件2与第二输出受控件5均保持第三设定参数值以下的导通状态以及控制第一切换受控件3与第二切换受控件6均保持第四设定参数值以上的导通状态。
39.如图4与图5所示，以具体电路来举例说明第一辅助支路与第二辅助支路。变压器副边的第一整流桥1与第二整流桥4之间的输出电容不直接串联。第一整流桥1的输出电容电连接有由第一输出受控件2即s1与第一切换受控件3即s2两个开关型器件组成的半桥电路。高压拓扑短路还可包括更多的整流桥、输出电容以及半桥电路。第二整流桥4的输出电容电连接有由第二输出受控件5即s3与第二切换受控件6即s4两个开关型器件组成的半桥电路。两个半桥电路的中点之间电连接，中点与输出电容的负极作为高压输出端，所有半桥输出串联后输出球管所需的高压。
40.电路中每个输出电容的输出由半桥电路控制，半桥电路受升压控制信号与降压控
制信号的控制。如图5所示，升压的过程中，当s1与s3开通以及s2与s4关断时，输出电容被投入而供能，输出电压等于输出电容的电压。降压的过程中，当s1与s3关断以及s2与s4开通时，输出电容被切出而不供能，输出电压为0。因此，在高压输出的电压下降时，通过控制所有半桥电路的上管关断与下管开通，可以实现高压输出的快速下降。同时，在检测到x射线球管打火时，也可以通过控制半桥电路为打火电流提供泄放通路。在电路工作的过程中，基于输出电容的电压钳位作用，半桥电路每个开关型器件的电压等于单个输出电容的电容电压，不需要开关型器件的串联即可实现，不需要考虑多个开关型器件的均压问题。
41.在高压负载所需的升压阶段，第一路直流输出与第二路直流输出通过第一辅助支路实现串联，从而达到快速升压的效果，此时第二辅助支路的未起到作用；在高压负载所需的降压阶段，第一路直流输出第二路直流输出通过第二辅助支路断开串联的状态，同时切换出高压负载所在的回路，并且第二辅助支路还让高压负载接入低阻抗回路。
42.与现有技术相比，将高压输出切换出高压负载所在的回路，提升高压负载的泄压速度。不需要对第一路直流输出的高压电能与第二路直流输出的高压电能进行泄放，而是让第一路直流输出与第二路直流输出暂时保留了高压的状态。还能提升高压负载下一次升压的速度即极大地缩短了下一次第一路直流输出与第二路直流输出中输出电容的充电时间。由于输出电容的电压钳位作用，组成的半桥电路上每个受控器件的电压等于输出电容的电容电压，不需要受控器件的单独串联即可实现电路的功能，不需要考虑多个受控的开关型器件的均压问题。
43.上述第一辅助支路与第二辅助支路形成了两个半桥电路，在其它一些情况下，如图8与图9所示，第一辅助支路与第二辅助支路还可形成两个全桥电路。此时，第一输出受控件2的一执行端与第一路直流输出的正极输出端电连接，第一输出受控件2的另一执行端与第二切换受控件6的一执行端电连接，第二切换受控件6的另一执行端与第一路直流输出的负极输出端电连接；第一切换受控件3的一执行端与第一路直流输出的正极输出端电连接，第一切换受控件3的另一执行端与第二输出受控件5的一执行端电连接；第二输出受控件5的另一执行端与第一路直流输出的负极输出端电连接。
44.第三输出受控件12的一执行端与第二路直流输出的正极输出端电连接，第三输出受控件12的另一执行端与第四切换受控件15的一执行端电连接，第四切换受控件15的另一执行端与第二路直流输出的负极输出端电连接；第三切换受控件13的一执行端与第二路直流输出的正极输出端电连接；第三切换受控件13的另一执行端与第四输出受控件14的一执行端电连接，第四输出受控件14的另一执行端与第二路直流输出的负极输出端电连接。
45.当第一输出受控件2的控制端、第二输出受控件5的控制端、第三输出受控件12的控制端与第四输出受控件14的控制端均接收到升压控制信号时，处于第一互锁状态，第一辅助支路使第一路直流输出与第二路直流输出串联后输出至高压负载。
46.当第一输出受控件2的控制端与第一切换受控件3的控制端均接收到降压控制信号或者第二输出受控件5的控制端与第二切换受控件6的控制端均接收到降压控制信号时，以及，当第三输出受控件12的控制端与第三切换受控件13的控制端均接收到降压控制信号或者第四输出受控件14的控制端与第四切换受控件15的控制端均接收到降压控制信号时，处于第二互锁状态，启动第二辅助支路使第一路直流输出与第二路直流输出均处于开路，并使高压负载接入低阻抗回路。
47.在形成全桥的电路原理下，升压控制信号控制的工作状态与降压控制信号控制的工作状态互锁且相反设置，常见的，升压控制信号与降压控制信号可互锁且相反设置，例如，升压控制信号为低电平信号，降压控制信号为高电平信号，当升压控制信号由低电平信号变为高电平信号时，降压控制信号由高电平信号变为低电平信号，信号变化的示例不作为对本技术内容的具体限定。另外，第一输出受控件2、第二输出受控件5、第三输出受控件12、第四输出受控件14、第一切换受控件3、第二切换受控件6、第三切换受控件13与第四切换受控件15可为mosfet或igbt，多种组合情况能够让电路具有多种可选择的优点。
48.本技术实施例还公开一种高压发生器，设置有上述实施例中的高压拓扑电路。
49.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。