[发明专利]一种用于X射线管的负高压直流集成电源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种用于X射线管的负高压直流集成电源及其控制方法。

背景技术

X射线管若能够产生X射线，需要一个管用高压直流电源和一个低压灯丝电源。目前现有的X射线管用高压直流电源是一个正电压的集成电源，即将管用高压电源与灯丝低压电源集成在一起，高压管用电源和低压灯丝电源皆为直流正电压电源，如图1所示，高压直流电源引出3根线：高压直流电源的端子5引出一根高压线分别连接X射线管的阳极端1及X射线管的端子3，高压直流电源的端子6引出一根高压线连接X射线管的端子2，高压直流电源的端子7引出一根线接地。X射线管的端子1和X射线管的端子2间具有0～5伏的直流电位差作为灯丝电源，X射线管的阴极端4接地。X射线管工作时，灯丝产生的电子流在高压电场作用下撞击钨靶，此时电子流的小部分能量用于产生X光，大部分能量转化为热量使得钨靶处温度极高，这种设计由于X射线管阳极直接连接高压线而没有连接散热装置，散热差，因此需要在X射线管上增加水冷装置进行散热，导致装置复杂，增加了仪器成本。

现有的X射线管用高压电源中，高压直流电压的闭环稳压控制一般由经典PID控制算法实现，该控制方法可以实现基本的控制功能。但由于采用开关电源技术的高压直流电源，一般有较高的频率，其控制模型本身具有高频变结构的特点。PID算法并不适用于这样的控制条件，其表现就是当系统发生参数变化时，PID算法不能够继续发挥控制作用，具有较差的鲁棒性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于X射线管的负高压直流集成电源及其控制方法。

本发明的技术方案是：

一种用于X射线管的负高压直流集成电源，包括：

负高压发生模块、控制模块和灯丝交流电压发生模块；负高压发生模块的一个输出端连接X射线管，负高压发生模块的另一个输出端连接控制模块的输入端，控制模块的输出端分别连接负高压发生模块的输入端和灯丝交流电压发生模块的输入端，灯丝交流电压发生模块的输出端连接X射线管；

负高压发生模块包括第一PWM发生电路、第一逆变电路、第一谐振电路、高频升压变压器和倍压整流电路；第一PWM发生电路的输出端连接第一逆变电路的输入端，第一逆变电路的输出端连接第一谐振电路的输入端，第一谐振电路的输出端连接高频升压变压器的输入端，高频升压变压器的输出端连接倍压整流电路的输入端，倍压整流电路的一个输出端作为负高压发生模块的输出端连接控制模块的输入端，倍压整流电路的另两个输出端中，一个输出端连接X射线管的阴极端，另一个输出端与X射线管的阳极端共地；

灯丝交流电压发生模块包括第二PWM发生电路、第二逆变电路、第二谐振电路和高频降压变压器；第二PWM发生电路的输出端连接第二逆变电路的输入端，第二逆变电路的输出端连接第二谐振电路的输入端，第二谐振电路的输出端连接高频降压变压器的输入端，高频降压变压器的两个输出端连接X射线管的灯丝两端；

控制模块包括采样反馈电路、控制电路和输入输出控制电路；采样反馈电路的两个输入端作为控制模块的两个输入端，其中一个输入端连接负倍压整流电路的一个输出端，另一个输入端连接X射线管的管电流输出端，采样反馈电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路的两个输出端作为控制模块的两个输出端分别连接第一PWM发生电路的输入端和第二PWM发生电路的输入端，控制电路的另一个输出端连接输入输出控制电路的输入端，输入输出控制电路的输出端连接控制电路的输入端。

负高压发生模块用于产生负高压直流电压为X射线管供电，并将产生的负高压直流电压信号反馈至控制模块。

灯丝交流电压发生模块用于产生低压交流电压为X射线管的灯丝供电。

控制模块用于实时采集负高压发生模块产生的负高压直流电压信号和实时采集X射线管的管电流信号，并根据设定的负高压直流电压参考值及X射线管的管电流参考值，实时控制负高压发生模块产生X射线管所需的负高压直流电压和实时控制灯丝交流电压发生模块产生低压交流电压，以得到所需的X射线管的管电流。

采样反馈电路包括电压采样反馈电路和电流采样反馈电路，电压采样反馈电路的输入端作为采样反馈电路的一个输入端连接倍压整流电路的一个输出端，电压采样反馈电路的输出端作为采样反馈电路的一个输出端连接控制电路的一个输入端；电流采样反馈电路的输入端作为采样反馈电路的另一个输入端连接X射线管的管电流输出端，电流采样反馈电路的输出端作为采样反馈电路的另一输出端连接控制电路的另一个输入端。