CN109757021A - 摄影透视高压发生器、功率控制方法及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种摄影透视高压发生器、功率控制方法及控制器。摄影透视高压发生器包括油箱；单功率变换器系统，具有逆变模块以及控制器，油箱分别与逆变模块以及控制器连接；控制器用于基于油箱反馈的电信号，调整逆变模块的工作频率，以调节摄影透视高压发生器的输出功率。控制器基于油箱反馈的电信号调整逆变模块的工作频率，在不改变电路硬件参数的基础上，实现了输出功率的切换，减少了摄影与透视两种模式之间的切换时间；由于是单功率变换系统，省却了高压大电流接触器，保证了该摄影透视高压发生器的体积较小，功率密度高，控制简单；此外，该发生器能够全程工作在高频状态，实现高频透视功能。

Description

摄影透视高压发生器、功率控制方法及控制器

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及摄影透视高压发生器、功率控制方法及控制器。

背景技术

摄影透视高压发生器主要用于X射线摄影透视系统，例如胃肠机、动态数字化直接成像系统(Digital Radiography，简称为DR)等等。其中，仅用于X射线摄影的高压发生器只工作在间歇、单帧加载模式；而摄影透视高压发生器处于摄影模式时，工作在间歇加载模式(即，短时大功率)；处于透视模式时，工作在连续加载模式(即，长时间小功率)，包括连续透视和脉冲透视。因此，摄影透视高压发生器需要输出两种功率以同时满足短时大功率和长时间小功率的工作需求。

现有技术中一般采用两套功率变换系统，具体地如图1以及图2所示。如图1所示，摄影透视高压发生器采用双谐振模块，并通过机械开关(例如接触器)进行切换调整电路阻抗，以输出两种不同的功率；如图2所示，摄影透视高压发生器采用双逆变模块加上双谐振模块(即，逆变模块与谐振模块对应设置)，并通过机械开关进行切换，以输出两种不同的功率。

然而，上述摄影透视高压发生器，当工作在不同模式时，需要在两套功率变换系统之间用接触器进行切换。即，在短时大功率摄影和长时间小功率透视时，需要切换接触器以改变电路参数，从而实现输出两种不同的功率。因此，两种模式之间切换时间较长，无法实现快速点片摄影(即透视过程中，从按下摄影开关到产生X射线进行摄影，而这个时间要求越短越好)。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种摄影透视高压发生器、功率控制方法及控制器，以解决摄影与透视两种模式之间的切换时间较长的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种摄影透视高压发生器，包括：

油箱；

单功率变换器系统，具有逆变模块以及控制器，所述油箱分别与所述逆变模块以及所述控制器连接；其中，所述控制器用于基于所述油箱反馈的电信号，调整所述逆变模块的工作频率，以调节所述摄影透视高压发生器的输出功率；所述电信号包括管电压当前值以及输入电流中的至少之一。

本发明实施例提供的摄影透视高压发生器，控制器基于油箱反馈的电信号调整逆变模块的工作频率，即通过调整电路阻抗调节摄影透视高压发生器的输出功率，在不改变电路硬件参数的基础上，实现了输出功率的切换，减少了摄影与透视两种模式之间的切换时间，点片摄影不超过1S；此外，由于是单功率变换系统，所用器件较少，尤其是省却了高压大电流接触器，保证了该摄影透视高压发生器的体积较小，功率密度高，控制简单。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述逆变模块包括：

至少一个逆变板，与所述控制器连接；其中，各所述逆变板的工作频率相同。

本发明实施例提供的摄影透视高压发生器，在逆变模块中包括至少一个工作频率相同的逆变板，就相当于所有逆变板并联，使得逆变模块能够输出较大的电流，从而扩大了后续电路器件的选型范围。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述逆变板中的功率器件为MOSFET。

本发明实施例提供的摄影透视高压发生器，选用MOSFET作为逆变板中的功率器件，能够保证该摄影透视高压发生器全范围工作在高频状态,即实现高频透视功能。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述摄影透视高压发生器的工作频率大于或等于80KHz。

本发明实施例提供的摄影透视高压发生器，不论是工作在摄影模式还是工作在透视模式时，其工作频率大于或等于80KHz，即全范围工作在高频状态，可以实现高频透视。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述单功率变换器系统还包括：与所有所述逆变板连接的谐振电路。

本发明实施例提供的摄影透视高压发生器，其中单功率变换器系统还包括有谐振电路，利用其电路寄生参数参与谐振，减少电路损耗，同时可实现零电压开通或零电流关断，减少了开关管损耗，提高开关频率。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述谐振电路包括：

至少一个电感，所述电感与所述逆变板的输出端连接；

电容，与所述电感串联。

本发明实施例提供的摄影透视高压发生器，电感、电容以及油箱形成LCC串并联谐振电路，该谐振电路结合了串联与并联两种变换器的特性，从而具有更好的调节性和负载适应性。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述单功率变换器系统还包括：

电流传感器，接入所述油箱的输入端，用于测量所述油箱的输入电流值。

本发明实施例提供的摄影透视高压发生器，利用电流传感器测量油箱的输入电流值，该电流为谐振电路的谐振电感电流；后续利用所测得的谐振电感电流对逆变模块的工作频率进行调整，由于电流是实时对谐振电路所测得的，具有较高的可靠性。

结合第一方面，或第一方面第一实施方式至第一方面第六实施方式中任一项，在第一方面第七实施方式中，还包括：

EMI滤波器，与电源连接；

预充及整流模块，分别与所述EMI滤波器以及所述单功率变换器系统连接。

根据第二方面，本发明实施例还提供了一种射线成像设备，包括本发明第一方面，或第一方面任一项实施方式中所述的摄影透视高压发生器。

本发明实施例提供的射线成像设备，其中，控制器基于油箱反馈的电信号调整逆变模块的工作频率，即通过调整电路阻抗调节摄影透视高压发生器的输出功率，在不改变电路硬件参数的基础上，实现了输出功率的切换，减少了摄影与透视两种模式之间的切换时间，点片摄影不超过1S；此外，由于是单功率变换系统，所用器件较少，尤其是省却了高压大电流接触器，保证了该摄影透视高压发生器的体积较小，功率密度高，控制简单。

根据第三方面，本发明实施例还提供了一种摄影透视高压发生器的功率控制方法，包括：

获取管电压设定值；

获取油箱反馈的管电压当前值以及输入电流中的至少之一；

基于所述管电压当前值和/或所述输入电流、以及所述管电压设定值，确定单功率变换器系统中逆变模块的工作频率；其中，所述逆变模块的工作频率用于调节所述摄影透视高压发生器的输出功率。

本发明实施例提供的摄影透视高压发生器的功率控制方法，根据油箱反馈的管电压当前值以及谐振模块电流(即，谐振电感电流)进行闭环反馈控制，其输出为逆变模块的工作屏(即，逆变频率的给定值)，由于电流是实时对谐振电路所测得的，具有较高的可靠性。

根据第四方面，本发明实施例还提供了一种控制器，用于执行本发明第三方面所述的摄影透视高压发生器的功率控制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中摄影透视高压发生器的结构框图；

图2是现有技术中摄影透视高压发生器的结构框图；

图3是根据本发明实施例的摄影透视高压发生器的结构框图；

图4是根据本发明实施例的控制器的控制系统框图；

图5是根据本发明实施例的摄影透视高压发生器的结构框图；

图6是根据本发明实施例的摄影透视高压发生器的结构框图；

图7是根据本发明实施例的摄影透视高压发生器的结构框图；

图8是根据本发明实施例的摄影透视高压发生器的结构框图；

图9是根据本发明实施例的摄影透视高压发生器的功率控制方法的流程图；

附图标记：10-单功率变换器系统；11-逆变模块；111-第一逆变板；112-第二逆变板；12-控制器；13-谐振电路；20-油箱；30-电流传感器；40-功率器件驱动板；50-EMI滤波器；60-预充及整流模块；L11-第一电感；L12-第二电感；C-电容。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种摄影透视高压发生器，如图3所示，包括：油箱20以及单功率变换器系统10。

单功率变换器系统10包括有逆变模块11以及控制器12。其中，逆变模块11用于将输入的直流电转换为高频交流电，并输出给油箱20。控制器12分别与逆变模块11以及油箱20连接，该控制器12用于基于油箱20反馈的电信号，调整逆变模块的工作频率，以调节摄影透视高压发生器的输出功率。即，控制器采用脉冲频率调制方式(Pulse FrequencyModulation，简称为PFM)，通过改变逆变模块11的工作频率，来改变电路阻抗，以达到调节输出功率的目的。

具体地，控制器12根据上位机设定的参数、油箱20反馈的电信号调整逆变模块11的工作频率。在高压发生器工作之前，上位机一般根据需要设定相应的管电压(KV)以及管电流(mA)，以使得高压发生器工作在不同的模式。例如，当高压发生器工作在摄影模式时，其根据上位机设定的参数进行单个高压脉冲输出，输出功率一般较大(又可称之为，短时大功率)；当高压发生器工作在透视模式时，其根据上位机设定的参数进行连续高压输出(连续透视)，或连续的高压脉冲输出(脉冲透视)，输出功率一般较小(又可称之为，长时大功率)。控制器12在获取到上位机设定的参数(管电压，管电流)，再结合油箱20反馈的电信号，通过闭环反馈控制，其输出为逆变模块的工作频率，即逆变频率的给定值。例如，其中的闭环反馈控制可以采用PI、PID或超前滞后校正等等。

其中，油箱20中可以包括有高压变压器、高压整流以及高压滤波，用于将单功率变换器系统输出的交流电转换为高电压直流电输出至球管两端，以使得球管产生射线。需要说明的是油箱20反馈的电信号可以是油箱20的输入电流，也可以是油箱20的输出电压，或者上述两者。请参见图4，反馈的电信号为输出电压(即管电压当前值)以及输入电流，控制器12利用管电压设定值，对管电压当前值以及输入电流进行PID调节，输出信号至PFM控制器，以使得PFM输出逆变模块的工作频率。

本实施例中控制器12基于油箱20反馈的电信号调整逆变模块11的工作频率，即通过调整电路阻抗调节摄影透视高压发生器的输出功率，在不改变电路硬件参数的基础上，实现了输出功率的切换，减少了摄影与透视两种模式之间的切换时间，点片摄影不超过1S；此外，由于是单功率变换系统，所用器件较少，尤其是省却了高压大电流接触器，保证了该摄影透视高压发生器的体积较小，功率密度高，控制简单。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图5所示，该单功率变换器系统还包括有谐振电路13，该谐振电路与逆变模块11连接。谐振电路13利用其电路寄生参数参与谐振，减少电路损耗，同时可实现零电压开通或零电流关断，减少了开关管损耗，提高开关频率。该谐振电路13可以是串联谐振，也可以是并联谐振，或者也可以是串并联谐振等等。在下文中将对逆变模块11以及谐振电路13进行详细描述。

请参见图6，图6示出了摄影透视高压发生器的一个结构框图。其中，单功率变换器系统包括一个逆变板111以及一个谐振电路，该逆变板111通过功率器件驱动板40与控制器12，该逆变板111输出接入的谐振电路为LCC串并联谐振电路。

具体地，逆变板中的功率器件为MOSFET。由于MOSFET是一种电压控制型单极晶体管，它是通过栅极电压来控制漏极电流的，且仅由多数载流子导电，无少子存储效应，具有较好的高频特性，工作频率能够达到100KHz以上。因此，选用MOSFET作为逆变板中的功率器件，能够保证该摄影透视高压发生器全范围工作在高频状态,即实现高频透视功能。

进一步地，该摄影透视高压发生器的工作频率大于或等于80KHz。不论是工作在摄影模式还是工作在透视模式，其工作频率大于或等于80KHz，即全范围工作在高频状态，可以实现高频透视。

LCC串并联谐振电路包括电感L1以及电容C。其中，电感L1与逆变板111的输出端连接，电容C与电感L1串联，且电感L1、电容C以及油箱20形成LCC串并联谐振电路。该谐振电路结合了串联与并联两种变换器的特性，从而具有更好的调节性和负载适应性。

如图6所示，在电感L1的输出端连接有电流传感器30，该电流传感器30用于检测谐振电路的电流，即谐振电感电流。该电流传感器30将检测到的谐振电感电流反馈给控制器12，其可以是CT传感器，也可以是其他类型的电流传感器。此外，油箱20与控制器12连接，用于将管电压当前值反馈给控制器12。利用电流传感器30测量油箱20的输入电流值，该电流为谐振电路的谐振电感电流；后续利用所测得的谐振电感电流对逆变模块的工作频率进行调整，由于电流是实时对谐振电路所测得的，具有较高的可靠性。

作为本实施例的一种可选实施方式，图7示出了摄影透视高压发生器的另一个结构框图。其中，单功率变换器系统包括两个逆变板(第一逆变板111以及第二逆变板112)以及一个谐振电路，且两个逆变板并联，其工作频率相同。每个逆变板的输出端连接有电感，例如，第一逆变板111输出端连接有第一电感L11，第二逆变板112，输出端连接有第二电感L12。即，图6与图7的区别在于逆变板数量的不同，且对应于每个逆变板的输出端连接有电感。

该摄影透视高压发生器通过在逆变模块中包括至少一个工作频率相同的逆变板，就相当于所有逆变板并联，使得逆变模块能够输出较大的电流，从而扩大了后续电路器件的选型范围。

进一步地，如图8所示，该摄影透视高压发生器还包括有EMI滤波器50以及预充及整流模块60。其中，EMI滤波器50与电源连接；预充及整流模块60分别与EMI滤波器50以及单功率变换器系统连接。

该摄影透视高压发生器还包括有灯丝驱动电源、旋转阳极驱动电源以及辅助电源等等。

本发明实施例提供的摄影透视高压发生器，采用单功率变换器系统，即单逆变模块和单个谐振电路。其中，逆变模块包括一至两块逆变板，谐振电路由一至两个电感和一个电容组成。其中，通过控制器调整逆变模块的工作频率，在短时大功率(高达50kW及以上)摄影和长时间小功率(平均功率600W及以下)透视时，无需改变电路参数。其中，逆变板使用的功率器件为MOSFET，可实现高频逆变。

控制器根据油箱反馈的管电压当前值以及谐振模块电流(即谐振电感电流)进行闭环反馈控制，其输出为逆变频率的给定值，然后作用于被控对象(包括频率调制模块、逆变模块、谐振模块、高压油箱)。

当摄影透视高压发生器工作在摄影模式时，其根据上位机设定的参数进行单个高压脉冲输出，其功率较大。当工作在透视模式时，高压发生器进行连续高压输出(连续透视)或是连续的高压脉冲输出(脉冲透视)，其输出功率较小。

本发明实施例提出的摄影透视高压发生器采用单功率变换器系统，可实现透视与点片摄影之间快速切换，点片摄影不超过1s；同时，摄影透视高压发生器全范围工作在高频状态(大于或等于80kHz)，即实现高频透视功能。由于是单功率变换系统，所用器件更少，尤其是省却了高压大电流接触器，可靠性也得到极大提高。

本发明实施例还提供了一种射线成像设备，包括图3至图8所示实施例中的摄影透视高压发生器。

本发明实施例还提供了一种摄影透视高压发生器的功率控制方法，如图9所示，包括：

S11，获取管电压设定值。

控制器所获取到的管电压设定是该高压发生器的上位机根据实际需求所设置的，上位机设定参数之后被控制器所获取。

S12，获取油箱反馈的管电压当前值以及输入电流中的至少之一。

油箱的输入电流可以是通过电流传感器测得，电流传感器将测得的输入电流发送给控制器；将油箱的电压输出端口与控制器连接，即可以使得控制器能够获取到油箱反馈的管电压当前值。其中，油箱的电压输出端口的输出电压为加载在球管两端的管电压当前值。

S13，基于管电压当前值和/或输入电流、以及管电压设定值，确定单功率变换器系统中逆变模块的工作频率。

其中，所述逆变模块的工作频率用于调节摄影透视高压发生器的输出功率。

控制器在获取管电压设定值之后，即可确定出当前摄影透视高压发生器所需要进行的工作模式；再结合所获取到的管电压当前值，和/或油箱的输入电流值，确定出高压发生器当前的工作模式。控制器基于当前的工作模式，以及需要进行的工作模式，确定逆变模块的工作频率，以调整摄影透视高压发生器的输出功率。

本实施例提供的摄影透视高压发生器的功率控制方法，根据油箱反馈的管电压当前值以及谐振模块电流(即，谐振电感电流)进行闭环反馈控制，其输出为逆变模块的工作屏(即，逆变频率的给定值)，由于电流是实时对谐振电路所测得的，具有较高的可靠性。

本发明实施例还提供了一种控制器，该控制器用于执行图9所示实施例中的摄影透视高压发生器的功率控制方法。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种摄影透视高压发生器，其特征在于，包括：

油箱；

单功率变换器系统，具有逆变模块以及控制器，所述油箱分别与所述逆变模块以及所述控制器连接；其中，所述控制器用于基于所述油箱反馈的电信号，调整所述逆变模块的工作频率，以调节所述摄影透视高压发生器的输出功率；所述电信号包括管电压当前值以及输入电流中的至少之一。

2.根据权利要求1所述的摄影透视高压发生器，其特征在于，所述逆变模块包括：

至少一个逆变板，与所述控制器连接；其中，各所述逆变板的工作频率相同。

3.根据权利要求2所述的摄影透视高压发生器，其特征在于，所述逆变板中的功率器件为MOSFET。

4.根据权利要求3所述的摄影透视高压发生器，其特征在于，所述摄影透视高压发生器的工作频率大于或等于80KHz。

5.根据权利要求2所述的摄影透视高压发生器，其特征在于，所述单功率变换器系统还包括：与所有所述逆变板连接的谐振电路。

6.根据权利要求5所述的摄影透视高压发生器，其特征在于，所述谐振电路包括：

至少一个电感，所述电感与所述逆变板的输出端连接；

电容，与所述电感串联。

7.根据权利要求2所述的摄影透视高压发生器，其特征在于，所述单功率变换器系统还包括：

电流传感器，接入所述油箱的输入端，用于测量所述油箱的输入电流值。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的摄影透视高压发生器，其特征在于，还包括：

EMI滤波器，与电源连接；

预充及整流模块，分别与所述EMI滤波器以及所述单功率变换器系统连接。

9.一种射线成像设备，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的摄影透视高压发生器。

10.一种摄影透视高压发生器的功率控制方法，其特征在于，

获取管电压设定值；

获取油箱反馈的管电压当前值以及输入电流中的至少之一；

基于所述管电压当前值和/或所述输入电流、以及所述管电压设定值，确定单功率变换器系统中逆变模块的工作频率；其中，所述逆变模块的工作频率用于调节所述摄影透视高压发生器的输出功率。