一种应用于FlashRT射线装置的储能型高压脉冲调制器的制作方法

本发明涉及调制器，具体的说，是一种应用于flashrt射线装置的储能型高压脉冲调制器。

背景技术：

1、超高剂量率放射治疗flashrt是一种潜在有前景的放射治疗方法，在数十至数百毫秒时间内，其剂量率和累计剂量都要满足一定要求才能达到治疗效果。现有技术中，采用常规速调管、常规微波传输器件和常规加速管，通过高占空比、高平均输出功率淬发工作模式，实现满足flash rt应用要求的flash rt射线装置。该flash rt射线装置中的脉冲调制器采用的是常规脉冲调制器方案，即该脉冲调制器能够以高占空比模式、高平均功率模式连续运行，因此能够满足flash rt设备的运行需要。

2、图1是用于flash rt装置的采用常规技术路线的、能够连续输出平均功率数百kw、脉冲功率十mw～数十mw的常规高压脉冲调制器电路原理图。其主要工作过程是：30-100kw充电模块1～m实时从市网中获取电能，一起向脉冲电容cp充电，当脉冲电容cp上的充电电压达到v1时，放电开关zd1～zdm开通，开通时间为ton，脉冲电容在ton时间内向脉冲变压器tx4放电，产生高压脉冲，驱动速调管工作。该常规高压脉冲调制器存在以下不足：

3、(1)对外界供电电网影响比较大。在数百ms的治疗时间内，flash rt射线装置的用电功率从数kw会突增加到数百kw，甚至mw级，对电网产生很大冲击。

4、(2)配电要求高。实时功率为数百kw用电设备，需要使用场地配备数百kw的配电容量。

5、(3)采用市电直接供电的flash rt射线装置中的调制器设备比较大。如果采用图1中的框图所示，一个50kw充电电源预计重量为数十kg、外形尺寸预计5u×800mm。如果图1中的调制器需要的电功率为500kw，预计至少需要11台50kw的充电电源，总重量预计为600kg，充电电源预计需要两个30u的标准机柜。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种应用于flashrt射线装置的储能型高压脉冲调制器，用于解决现有技术中高压脉冲调制器对供电电网影响大、配电要求高以及调制器设备较大的问题。

2、本发明通过下述技术方案解决上述问题：

3、一种应用于flashrt射线装置的储能型高压脉冲调制器，包括储能充电电源模块、脉冲充电模块、脉冲产生模块、脉冲变压器和速调管，其中：

4、储能充电电源模块，用于将输入电压进行转换并对所述脉冲充电模块充电；

5、脉冲充电模块，用于向所述脉冲产生模块充电；

6、脉冲产生模块，用于产生脉冲，并通过所述脉冲变压器升压产生驱动所述速调管的高压脉冲。

7、进一步地，所述储能充电电源模块包括依次连接的整流桥、半桥串联谐振充电电路、高频变压器tx3和第一高频整流电路，所述第一高频整流电路的输出连接所述脉冲充电模块的输入端。

8、进一步地，所述半桥串联谐振充电电路包括电容c1、电容c2、功率半导体z1、功率半导体z2、谐振电容cs1和谐振电感ls1，所述电容c1的第一端、电容c2的第一端分别与所述整流桥连接，所述电容c1的第二端和电容c2的第二端连接，所述电容c1的第一端还连接电阻r1的第一端和功率半导体z1的集电极，所述电容c2的第一端还连接电阻r2的第一端和功率半导体z2的发射极，谐振电容cs1和谐振电感ls1所述功率半导体z1的发射极依次串联谐振电容cs1和谐振电感ls1后连接所述高频变压器tx3初级部分的一端，所述功率半导体z1的发射极还连接所述功率半导体z2的集电极，高频变压器tx3初级部分的另一端连接所述电容c1的第二端、电阻r1的第二端以及电阻r2的第二端；所述第一高频整流电路由二极管dr5、二极管dr6、二极管dr7和二极管dr8组成，所述二极管dr5的阳极和二极管dr7的阴极连接所述高频变压器tx3次级部分的一端，所述二极管dr6的阳极、二极管dr8的引脚连接高频变压器tx3次级部分的另一端，二极管dr5的阴极和二极管dr6的阴极连接所述脉冲充电模块；二极管dr7的阳极和二极管dr8的阳极连接。

9、进一步地，所述脉冲充电模块由至少两个充电单元组成，所述充电单元包括储能充电电容cestore和降压充电回路，所述降压充电回路包括功率半导体zc1、电感lc1和二极管dc1，所述储能充电电容cestore的第一端连接所述储能充电电源模块的输出端和所述功率半导体zc1的集电极，所述储能充电电容cestore的第二端连接所述功率半导体zc1的发射极、电感lc1的第一端和二极管dc1的阳极，所述电感lc1的第二端和储能充电电容cestore的第二端作为脉冲充电模块的两个输出端分别连接所述脉冲产生模块，并与所述二极管dr8的阳极连接。

10、进一步地，所述降压充电回路替换为升压充电回路，所述升压充电回路包括功率半导体zc1a、电感lc1a和二极管dc1a，所述储能充电电容cestore的第一端连接所述储能充电电源模块的输出端和所述电感lc1a的第一端，所述电感lc1a的第二端连接所述二极管dc1a阳极和功率半导体zc1a的集电极，储能充电电容cestore的第二端连接功率半导体zc1a的发射极，所述二极管dc1a的阴极和储能充电电容cestore的第二端作为脉冲充电模块的两个输出端分别连接所述脉冲产生模块。

11、进一步地，所述储能充电电容cestore为电解电容、薄膜电容、超级电容等电容，或者电容与电池的组合。

12、进一步地，所述高频变压器tx3和第一高频整流电路的数量与所述充电单元、脉冲产生模块的数量匹配；所述脉冲产生模块包括数量相等的脉冲放电单元，每个所述脉冲放电单元包括脉冲电容cp、功率半导体zd1c和二极管ds，所述脉冲电容cp的第一端分别连接所述充电单元和功率半导体zd1c的集电极，脉冲电容cp的第二端分别连接所述充电单元和所述二极管ds的阳极，所述二极管ds的阴极连接所述功率半导体zd1c的发射极并作为脉冲放电单元的输出端连接所述脉冲变压器。

13、进一步地，所述脉冲变压器替换为灯丝加热变压器tx1，所述灯丝加热变压器tx1初级部分连接灯丝电源，灯丝加热变压器tx1的次级部分的一端连接所述二极管ds的阴极、电容c7的第一端和所述速调管的正输入端，灯丝加热变压器tx1的次级部分的另一端连接所述电容c7的第二端和所述速调管的负输入端。

14、进一步地，所述脉冲充电模块由至少一个充电单元组成，所述充电单元包括储能充电电容cestorea1、储能充电电容cestorea2、功率半导体zc1b、功率半导体zc2b、功率半导体zc3b、二极管dc1b、二极管dc5b、二极管dc4b、二极管dc9b和电感l3b，所述储能充电电容cestorea1的第一端连接所述储能充电电源模块的一个输出端、二极管dc1b的阳极和功率半导体zc1b的集电极，储能充电电容cestorea1的第二端连接所述功率半导体zc3b的发射极和所述储能充电电源模块的另一个输出端，所述二极管dc1b的阴极连接所述储能充电电容cestorea2的第一端和功率半导体zc2b的集电极，储能充电电容cestorea2的第二端连接所述功率半导体zc3b的集电极和二极管dc4b的阳极，所述二极管dc4b的阴极连接所述功率半导体zc2b的发射极、二极管dc5b的阳极，所述二极管dc5b的阴极连接所述二极管dc9b的阴极和电感l3b的一端，所述二极管dc9b的阳极和电感l3b的另一端作为两个输出端分别连接所述脉冲产生模块。

15、进一步地，所述储能充电电源模块替换为直流充电电源，所述脉冲充电模块包括至少一个脉冲充电单元，所述脉冲充电单元包括电阻rc1、二极管dc1d、储能充电电容ca1、功率半导体cza1、功率半导体czb1、功率半导体czc1、功率半导体czd1、谐振电容cs1a、电感ls1a、高频变压器txc和第二高频整流电路，其中，所述电阻rc1的第一端连接所述直流充电电源的正输出端，电阻rc1的第二端连接所述二极管dc1d的阳极，二极管dc1d的阴极连接所述储能充电电容ca1的第一端、功率半导体cza1和功率半导体czc1的集电极，所述功率半导体czc1的发射极连接所述功率半导体czd1的集电极和谐振电容cs1a的第一端，所述谐振电容cs1a的第二端连接所述电感ls1a的第一端，所述电感ls1a的第二端连接所述高频变压器txc初级部分的一端，功率半导体cza1的发射极连接所述功率半导体czb1的集电极和所述高频变压器txc初级部分的另一端，所述功率半导体czb1和功率半导体czd1的发射极接地，所述高频变压器txc次级部分依次连接所述第二高频整流电路和脉冲产生模块。

16、所述脉冲产生模块包括脉冲电容cpa、二极管dsa、电容c3和电阻r3以及并联的多个功率半导体zd，所述脉冲电容cpa的第一端与所述脉冲充电模块的输出端以及所述功率半导体zd的集电极连接，所述功率半导体zd的发射极连接所述二极管dsa的阴极和所述脉冲变压器初级部分的一端，所述二极管dsa的阳极连接所述电容c3和电阻r3的第一端，所述电容c3和电阻r3的第二端连接所述脉冲电容cpa的第二端并连接所述脉冲变压器初级部分的另一端。

17、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

18、(1)本发明通过设置储能充电电源模块和脉冲充电模块，降低了flash rt设备治疗过程中对市电电网的冲击。

19、(2)本发明通过电路结构优化，减小了flashrt射线装置中的调制器重量和体积。本发明的储能充电电源模块输出功率一般不大，储能充电电源模块和脉冲充电电源模块(含储能充电电容)的重量比现有技术中常规充电电源模块轻几百kg，更为关键的是，本发明的调制器与高压相关的配电远远低于现有技术中的数百kva。

20、(3)配套建设费用低。本发明可用多个脉冲充电模块代替现有的脉冲充电模块，同时在技术实现上，采用巧妙的电路结构，优化了脉冲变压器的变比，降低了脉冲变压器的制造难度，进而实现了成本的降低。