CN105792494B - 电压控制装置、射线管装置以及电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电压控制装置及方法、射线管装置，包括逆变电路、高压发生器及第一、第二电压调节装置。逆变电路将输入的直流电转变为初级交流电。高压发生器将低压的初级交流电转变为高压的次级交流电，对位于输出端的负载施加输出端电压，次级交流电的电流包括流向负载的输出端电流和流向电容元件的充电电流，负载与电容元件并联连接。第一电压调节装置计算高压发生器的输出端电压与预定的第一基准电压之间的偏差作为第一电压偏差。第二电压调节装置获取与流向所述电容元件的充电电流值相应的充电电压值，计算该充电电压值与预定的第二基准电压之间的偏差作为第二电压偏差。将所述第一电压偏差及所述第二电压偏差作为控制参数反馈给逆变电路。

Description

电压控制装置、射线管装置以及电压控制方法

技术领域

本发明涉及电压控制装置、射线管装置以及电压控制方法。

背景技术

通常，X射线是由高速运动电子撞击阳极靶面产生的。用于加速电子的高压称为管电压(可以用KV表示)。管电压不仅与产生的X射线剂量直接相关，而且其纹波会影响到X射线的辐射质量。理想的管电压是一个稳定的直流电压，这样可以使每一个电子以相同的速度撞击阳极靶面，而产生质量高、辐射稳定的X射线，进而获得高质量的影像。

目前X射线高压发生器都已采用高频逆变技术来获得管电压。常用的方法是将设定的管电压值与实际采样的管电压值进行比较后控制逆变系统来获得临床放射摄影需要的管电压值。然而由于实际采样的管电压值是经整流滤波后的高压，与逆变电路输出的电流(即高压变压器的初级电流)之间存在滞后性相移，也就是说实际的输出量(输出的管电压值)和控制量(逆变器输出)之间不是同步的，所以这种闭环控制方法有时不能对实际输出电压的微小变化作出快速响应，管电压的纹波输出有时难以控制在理想的范围之内。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施方式提出了一种利用双闭环的控制方法来提高响应速度并有效降低输出电压波纹系数的电压控制装置。

本发明的一实施例提供一种电压控制装置，其中，包括：逆变电路，其将输入的直流电转变为初级交流电；高压发生器，其将低压的所述初级交流电转变为高压的次级交流电，并对位于输出端的负载施加输出端电压，所述次级交流电的电流包括流向所述负载的输出端电流和流向电容元件的充电电流，其中所述负载与所述电容元件并联连接；第一电压调节装置，其计算所述高压发生器的所述输出端电压与预定的第一基准电压之间的偏差作为第一电压偏差；第二电压调节装置，其获取与流向所述电容元件的充电电流值相应的充电电压值，并计算该充电电压值与预定的第二基准电压之间的偏差作为第二电压偏差，将所述第一电压偏差及所述第二电压偏差作为控制参数反馈给所述逆变电路。

在上述实施例的电压控制装置中，优选所述第二电压调节装置包括：第一采样电路，其对所述输出端电流进行采样，并获取与所述输出端电流值相应的输出端电流电压值；第二采样电路，其对所述初级交流电的电流进行采样，并获取与所述初级交流电的电流值相应的初级交流电流电压值；计算部，利用所述初级交流电流电压值与所述输出端电流电压值来计算所述电容元件的充电电压值。

在上述实施例的电压控制装置中，优选所述第二电压调节装置还包括积分器，利用所述积分器对所述初级交流电流电压值与输出端电流电压值之差进行积分运算而得到所述充电电压值。

在上述实施例的电压控制装置中，优选所述第一采样电路为与所述输出端串联连接的预定的第一采样电阻，所述第二采样电路包括与所述初级交流电流耦合的互感器和与该互感器串联的预定的第二采样电阻。

在上述实施例的电压控制装置中，优选所述高压发生器包括高压变压器以及高压整流滤波电路，所述电容元件为所述高压整流滤波电路中的滤波电容元件。

本发明的另一实施例提供一种射线管，其中，包括：所述的电压控制装置，所述电压控制装置的输出端电压为射线管的管电压。

本发明的再一实施例提供一种电压控制方法，其中，包括：逆变步骤，将输入的直流电转变为初级交流电；高压发生步骤，将低压的所述初级交流电转变为高压的次级交流电，并对位于输出端的负载施加输出端电压，所述次级交流电的电流包括流向所述负载的输出端电流和流向电容元件的充电电流，其中所述负载与所述电容元件并联连接；第一电压调节步骤，计算所述高压发生步骤中的所述输出端电压与预定的第一基准电压之间的偏差作为第一电压偏差；第二电压调节步骤，获取与流向所述电容元件的充电电流值相应的充电电压值，并计算该充电电压值与预定的第二基准电压之间的偏差作为第二电压偏差，反馈步骤，将所述第一电压偏差及所述第二电压偏差作为控制参数反馈给所述逆变电路。

在本发明的再一实施例提供的电压控制方法中，优选所述第二电压调节步骤包括：第一采样步骤，其对所述输出端电流进行采样，并获取与所述输出端电流值相应的输出端电流电压值；第二采样步骤，其对所述初级交流电的电流进行采样，并获取与所述初级交流电流值相应的初级交流电流电压值，利用初级交流电流电压值与输出端电流电压值来计算所述充电电压值。

在本发明的再一实施例提供的电压控制方法中，优选对所述初级交流电流电压值与输出端电流电压值之差进行积分运算而得到所述电容元件的充电电压值。

根据本发明的实施例提供的电压控制装置及控制方法，由于将与高压滤波电容元件的充电电流相应的充电电压引入到反馈控制中，弥补了现有控制装置中存在相位滞后的问题，使得系统响应的速度变快。由此，当电压控制装置的输出端电压有扰动时，或者电压控制装置输入端的电源电压有波动时，快速响应的利用向电容元件的充电电流的控制环路(第二电压调节装置)可实时调整逆变系统的输出，从而可降低输出端电压的纹波系数，改善射线的辐射质量，获得高质量的影像。据此，利用向电容元件的充电电流的控制(第二电压调节控制)可在输入端电源条件比较苛刻的情况下，以及在输出端负载要求比较极端的情况下，通过快速的反馈控制得到稳定的输出端电压，从而保证了系统的可靠性。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1示意性地示出了本发明的实施例涉及的一种电压控制装置的结构图。

其中，附图标记如下：

1、电压控制装置；

10、逆变电路；

20、高压变压器；

30、高压整流滤波采样电路；

40、第一比较器40；

50、初级电流采样电路；

60、差分器；

70、积分器；

80、第二比较器；

90、负载(X射线管)；

C电容元件；

D整流元件；

T2采样互感线圈。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

图1示意性地示出了本发明的实施例涉及的对X射线管的输入电压进行控制的电压控制装置1的结构图。

如图1所示，本发明的一实施例涉及的电压控制装置1包括：逆变电路10、高压变压器20、高压整流滤波采样电路30、第一比较器40、初级电流采样电路50、差分器60、积分器70、第二比较器80。

逆变电路10用于将输入的低压直流电流转换为低压交流电流(后述的高压变压器20的初级交流电流)，输出的低压交流电流以I_PRI表示。在此逆变电路10可以使用任意的逆变器，例如正弦波逆变器等。

在本实施例中，例如高压变压器20包括匝数比为1∶n的互感线圈T1，利用该高压变压器20能够将由逆变电路10形成的低压交流电流升压为高压交流电流(次级交流电流)。

高压整流滤波采样电路30包括对由高压变压器20输出的次级交流电流进行整流的整流元件D以及对交流成分进行滤波的电容元件C。高压整流滤波采样电路30对高压变压器20输出的高压交流电流进行整流及滤波后，向位于高压整流滤波采样电路30的输出端的负载(在此为X射线球管)90输出高电压。在此，将电容元件C设为与输出端的负载90并联连接。并且，在高压整流滤波采样电路30的输出端串联连接有预定阻值的采样电阻R_MA(第一采样电阻)。在此，高压变压器20及高压整流滤波采样电路30构成了本实施例中的高压发生器。

此外，为了对输出端电压U_KV进行控制，利用第一比较器40对施加于X射线球管90的输出端电压U_KV与预定的第一基准电压U_SKV1进行比较，并计算得到输出端电压U_KV与第一基准电压U_SKV1之间的电压偏差U_D1(在此，称为第一电压偏差)。将得到的电压偏差U_D1反馈至逆变电路10进行反馈控制。

由于利用上述第一电压偏差进行的反馈控制中，输出端电压U_KV与逆变电路10输出的初级交流电之间存在相位滞后性，因此除了上述第一电压偏差之外，为了获得良好的响应特性，在本实施例中，还采用与向电容元件C的实际充电电流相应的充电电压值去修正该第一电压偏差。具体来说，如图1所示，由高压变压器20输出的次级交流电流分为流过高压整流滤波采样电路30的输出端及采样电阻R_MA的输出端电流值I_MA、以及流向电容元件C的充电电流值I_CAP，因此充电电流值I_CAP对电容元件C的充电电压值U_CAP就是瞬时的输出端电压值(未经整流滤波)，而这个充电电流值I_CAP与逆变电路输出的初级交流电流在相位上是同步的，所以引入这个充电电流I_CAP可提高系统响应速度，获得较小的输出端纹波系数。

具体来说，高压变压器20除了升压功能外，还具有电流传输的功能，也就是说高压变压器20的初级交流电流值I_PRI(即逆变电路10的输出电流)与输出给负载的输出端电流值I_MA以及电容元件C的充电电流值I_CAP三者之间存在着一定的关系。即：

I_PRI＝n×(I_MA+I_CAP)

其中n为高压变压器20中次级与初级的变比。因此，可以通过采样初级电流值I_PRI和输出端电流值I_MA来获得电容元件C的充电电流值I_CAP。

在本实施例中，为了计算上的便利，利用上述关系，通过分别计算与初级交流电流值I_PRI相应的电压值和与输出端电流值I_MA相应的电压值来计算与电容元件C的充电电流值I_CAP相应的充电电压值。

具体来说，利用高压整流滤波采样电路30中与输出端的负载90串联连接的预定的采样电阻R_MA即第一采样电阻，将输出端电流值I_MA转换为与之相应的输出端电流电压值U_RMA。

此外，初级电流采样电路50包括与逆变电路10输出的初级交流电电耦合的预定变比的采样互感线圈T2以及预定阻值的采样电阻R_PRI(第二采样电阻)，该采样互感线圈T2对初级交流电流值I_PRI进行采样后，经过第二采样电阻R_PRI输出与初级交流电流值I_PRI相应的初级交流电流电压值U_RPRI。

接下来，利用差分器60对初级交流电流电压值U_RPRI与输出端电流电压值U_RMA进行差分运算，并利用积分器70对其差值进行积分运算，从而得到与向电容元件C的实际充电电流值I_CAP相应的充电电压值U_CAP。之后，利用第二比较器80将该充电电压值U_CAP与预定的第二标准电压进行U_SKV2进行比较，并计算其差值作为第二电压偏差U_D2。此外，需要说明的是，上述差分器60、积分器70构成了本发明的计算部，且它们的功能也可以通过软件的方法来实现。

接下来，将上述得到的第二电压偏差U_D2连同第一电压偏差U_D1一同作为反馈参数反馈至逆变电路10。

在上述实施例中，预定的第一标准电压进行U_SKV1与预定的第二标准电压进行U_SKV2可以相同，也可以不同。第二标准电压进行U_SKV2可以根据积分器70的积分参数而适当地确定。

根据上述实施例，由于将与高压滤波电容元件的充电电流相应的充电电压引入到反馈控制中，弥补了现有控制装置中存在相位滞后的问题，使得系统响应的速度变快。由此，当电压控制装置的输出端电压有扰动时，或者电压控制装置输入端的电源电压有波动时，快速响应的利用向电容元件的充电电流的控制环路(第二电压调节装置)可实时调整逆变系统的输出，从而可降低输出端电压的纹波系数，改善射线的辐射质量，获得高质量的影像。据此，利用向电容元件的充电电流的控制(第二电压调节控制)可在输入端电源条件比较苛刻的情况下，以及在输出端负载要求比较极端的情况下，通过快速的反馈控制得到稳定的输出端电压，从而保证了系统的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压控制装置，其中，包括：

一逆变电路，其将输入的直流电转变为初级交流电；

一高压发生器，其将低压的所述初级交流电转变为高压的次级交流电，并对位于输出端的一负载施加输出端电压，所述次级交流电的电流包括流向所述负载的输出端电流和流向一电容元件的充电电流，其中所述负载与所述电容元件并联连接；

一第一电压调节装置，其计算所述高压发生器的所述输出端电压与预定的第一基准电压之间的偏差作为第一电压偏差；

一第二电压调节装置，其获取与流向所述电容元件的充电电流值相应的充电电压值，并计算该充电电压值与预定的第二基准电压之间的偏差作为第二电压偏差，

将所述第一电压偏差及所述第二电压偏差作为控制参数反馈给所述逆变电路；

其中，所述第二电压调节装置包括：

一第一采样电路，其对所述输出端电流进行采样，并获取与所述输出端电流值相应的输出端电流电压值；

一第二采样电路，其对所述初级交流电的电流进行采样，并获取与所述初级交流电的电流值相应的初级交流电流电压值，

一计算部，其利用所述初级交流电流电压值与所述输出端电流电压值来计算所述电容元件的充电电压值。

2.根据权利要求1所述的电压控制装置，其中，

所述第二电压调节装置还包括一积分器，利用所述积分器对所述初级交流电流电压值与输出端电流电压值之差进行积分运算而得到所述充电电压值。

3.根据权利要求1所述的电压控制装置，其中，

所述第一采样电路为与所述输出端串联连接的预定的一第一采样电阻，

所述第二采样电路包括与所述初级交流电流耦合的互感器和与该互感器串联的预定的一第二采样电阻。

4.根据权利要求1所述的电压控制装置，其中，

所述高压发生器包括一高压变压器以及一高压整流滤波电路，所述电容元件为所述高压整流滤波电路中的滤波电容元件。

5.一种射线管装置，其中，包括：

射线管；

权利要求1～4中任一项所述的电压控制装置，

所述电压控制装置向所述射线管供给电力。

6.一种电压控制方法，其中，包括：

逆变步骤，利用逆变电路将输入的直流电转变为初级交流电；

高压发生步骤，将低压的所述初级交流电转变为高压的次级交流电，并对位于输出端的负载施加输出端电压，所述次级交流电的电流包括流向所述负载的输出端电流和流向电容元件的充电电流，其中所述负载与所述电容元件并联连接；

第一电压调节步骤，计算所述高压发生步骤中的所述输出端电压与预定的第一基准电压之间的偏差作为第一电压偏差；

第二电压调节步骤，获取与流向所述电容元件的充电电流值相应的充电电压值，并计算该充电电压值与预定的第二基准电压之间的偏差作为第二电压偏差，

反馈步骤，将所述第一电压偏差及所述第二电压偏差作为控制参数反馈给所述逆变电路。

7.根据权利要求6所述的电压控制方法，其中，

所述第二电压调节步骤包括：

第一采样步骤，其对所述输出端电流进行采样，并获取与所述输出端电流值相应的输出端电流电压值；

第二采样步骤，其对所述初级交流电的电流进行采样，并获取与所述初级交流电流值相应的初级交流电流电压值，

利用初级交流电流电压值与输出端电流电压值来计算所述充电电压值。

8.根据权利要求7所述的电压控制方法，其中，

对所述初级交流电流电压值与输出端电流电压值之差进行积分运算而得到所述电容元件的充电电压值。