CN116113129B - 一种用于x射线源的输出电压可调的供电控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统，包括：电源模块、电压切换模块、电压调节模块、输入模块以及控制模块。通过电压切换模块，能够将固定电压值的电压切换为多个预设电压值的电压，进而缩短电压调节模块向X射线源负载提供输出电压的调节时间，提高了X射线源的响应速度；控制模块根据输入电压值和输出电压检测信号采用PI调节器和预设算法对电压调节模块进行调节，并对PI调节器进行优化，获取最优的PI调节参数，减小了X射线源的供电电压误差，提高了X射线源的精度。

Description

一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统

技术领域

本发明涉及供电控制系统技术领域，尤其涉及一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统。

背景技术

由于X射线具有波长短和能量大的特点，因此X射线被应用于诸多领域，例如，医学领域的成像技术，工业领域的无损检测以及航天领域的航天器的姿态测量。无论是医疗领域、工业领域还是航天领域，X射线源必须具有稳定且精确的供电系统，才能获取准确的检测结果，但现有的X射线源供电系统存在以下不足：

1.采用固定电压的电源对X射线源供电，导致X射线源响应滞后。

2.X射线源的供电电压误差较大，进而导致严重的测量误差。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统。

技术方案：本发明提供一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统，其特征在于，包括：

电源模块，被配置成用于输出固定电压值的电压；

电压切换模块，被配置成用于将所述固定电压值的电压切换为预设电压值的电压；

电压调节模块，被配置成用于根据所述预设电压值的电压向X射线源负载提供输出电压，并向控制模块发送输出电压检测信号；

输入模块，被配置成用于获取输入电压值；

控制模块，被配置成用于根据所述输入电压值向所述电压切换模块发送切换信号，以及根据所述输入电压值和所述输出电压检测信号向所述电压调节模块发送调节信号。

进一步地，所述预设电压值的电压为多个，所述控制模块根据所述输入电压值向所述电压切换模块发送对应的切换信号，所述电压切换模块根据所述切换信号将所述固定电压值的电压切换为与所述输入电压值对应的预设电压值的电压。

进一步地，所述电压调节模块用于对所述预设电压值的电压进行升压。

进一步地，所述电压调节模块包括分别与所述控制模块连接的IGBT、可调电感、可调电容、二极管以及可调电阻；

所述IGBT的集电极与所述电压调节模块的正输入端连接，所述IGBT的发射极与所述可调电感的一端以及二极管的负极连接，所述可调电感的另一端与所述电压调节模块的负输入端以及所述可调电容的一端连接，所述可调电容的另一端与所述二极管的正极连接，所述可调电阻与所述可调电容并联，所述IGBT的栅极与所述控制模块连接；

所述电压切换模块的正输出端与所述电压调节模块的正输入端连接，所述电压切换模块的负输出端与所述电压调节模块的负输入端连接。

进一步地，所述调节信号用于通过PWM波控制所述IGBT的栅极。

进一步地，所述控制模块根据所述输入电压值和所述输出电压检测信号使用PI调节器计算出所述PWM波的占空比，根据所述占空比控制所述IGBT的栅极。

进一步地，对所述PI调节器进行优化，获取最优的PI调节参数。

进一步地，所述调节信号用于对所述可调电感、所述可调电容以及所述可调电阻进行调节。

进一步地，所述控制模块根据所述输入电压值计算对应的电感值、电容值以及电阻值，并根据计算出的电感值、电容值以及电阻值对所述可调电感、所述可调电容以及所述可调电阻进行调节。

进一步地，根据所述预设电压值的电压向X射线源负载提供输出电压，并向控制模块发送输出电压检测信号的具体过程包括：

所述电压调节模块获取所述控制模块发送的所述调节信号，所述调节信号对所述IGBT的栅极进行控制，对所述可调电感、所述可调电容以及所述可调电阻进行调节，并根据所述预设电压值的电压向X射线源负载提供输出电压。

技术效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统，包括：电源模块、电压切换模块、电压调节模块、输入模块以及控制模块。通过电压切换模块，能够将固定电压值的电压切换为多个预设电压值的电压，进而缩短电压调节模块向X射线源负载提供输出电压的调节时间，提高了X射线源的响应速度；控制模块根据输入电压值和输出电压检测信号对电压调节模块进行调节，减小了X射线源的供电电压误差，提高了X射线源的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统的原理图；

图3为本发明实施例提供的一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统的控制模块进行PI调节的示意图。

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，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，所描述的实施例仅仅是本发明一单元实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

作为本发明实施例的一个实施例，如图1-3所示，本实施例提供本发明提供一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统，其特征在于，包括：

电源模块，被配置成用于输出固定电压值的电压；

电压切换模块，被配置成用于将所述固定电压值的电压切换为预设电压值的电压；

电压调节模块，被配置成用于根据所述预设电压值的电压向X射线源负载提供输出电压，并向控制模块发送输出电压检测信号；

输入模块，被配置成用于获取输入电压值；

控制模块，被配置成用于根据所述输入电压值向所述电压切换模块发送切换信号，以及根据所述输入电压值和所述输出电压检测信号向所述电压调节模块发送调节信号。

具体的，电源模块输出固定电压值为220V的电压，电压切换模块将220V的电压切换为180v-260V的电压；根据用户的输入电压值，控制模块控制电压调节模块根据预设电压值的电压向X射线源负载提供40kv-240kv的输出电压。

进一步地，所述预设电压值的电压为多个，所述控制模块根据所述输入电压值向所述电压切换模块发送对应的切换信号，所述电压切换模块根据所述切换信号将所述固定电压值的电压切换为与所述输入电压值对应的预设电压值的电压。

具体的，电压切换模块将220V的电压变压为180v、200v、220v、240v、260V的电压。更具体的，当用户输入电压值满足40kv≤输入电压值≤80kv时，电压切换模块将220V的电压变压为180v；当用户输入电压值满足80kv＜输入电压值≤120kv时，电压切换模块将220V的电压变压为200v；当用户输入电压值满足120kv＜输入电压值≤160kv时，电压切换模块将220V的电压变压为220v；当用户输入电压值满足160kv＜输入电压值≤200kv时，电压切换模块将220V的电压变压为240v；当用户输入电压值满足200kv＜输入电压值≤240kv时，电压切换模块将220V的电压变压为260v。通过电压切换模块，能够将固定电压值的电压切换为多个预设电压值的电压，进而缩短电压调节模块向X射线源负载提供输出电压的调节时间，提高了X射线源的响应速度。

进一步地，所述电压调节模块用于对所述预设电压值的电压进行升压。

进一步地，所述电压调节模块包括分别与所述控制模块连接的IGBT、可调电感、可调电容、二极管以及可调电阻；

所述IGBT的集电极与所述电压调节模块的正输入端连接，所述IGBT的发射极与所述可调电感的一端以及二极管的负极连接，所述可调电感的另一端与所述电压调节模块的负输入端以及所述可调电容的一端连接，所述可调电容的另一端与所述二极管的正极连接，所述可调电阻与所述可调电容并联，所述IGBT的栅极与所述控制模块连接；

所述电压切换模块的正输出端与所述电压调节模块的正输入端连接，所述电压切换模块的负输出端与所述电压调节模块的负输入端连接。

进一步地，所述调节信号用于通过PWM波控制所述IGBT的栅极。

进一步地，所述控制模块根据所述输入电压值和所述输出电压检测信号使用PI调节器计算出所述PWM波的占空比，根据所述占空比控制所述IGBT的栅极。

具体的，电压调节模块的输出电压与输入电压值具有一定的误差，因此需要设计闭环控制，对输出电压进行调节。

更具体的，如图3所示，控制模块根据所述输入电压值和所述输出电压检测信号使用PI调节器计算出PWM波的占空比，并生成IGBT调节信号，进而控制IGBT的导通和关断，从而对输出电压进行闭环调节。

进一步地，对所述PI调节器进行优化，获取最优的PI调节参数。

具体的，采用BP神经网络对所述PI调节器进行优化，获取最优的PI调节参数Kp和Ki。

进一步地，所述调节信号用于对所述可调电感、所述可调电容以及所述可调电阻进行调节。

进一步地，所述控制模块根据所述输入电压值计算对应的电感值、电容值以及电阻值，并根据计算出的电感值、电容值以及电阻值对所述可调电感、所述可调电容以及所述可调电阻进行调节。

具体的，控制模块获取输入电压值，然后通过预设算法根据输入电压值计算对应的电感值、电容值以及电阻值。

更具体的，所述预设算法包括：

计算升压系数K：

其中，Vout为输出电压，Vin为预设电压值的电压；

计算可调电阻的阻值R：

R＝1000K；

计算可调电感的电感值L：

其中，f为PWM波的频率，f＞40000Hz；

计算可调电容的电容值C：

其中，r为输出电压纹波，r小于1/1000；

控制模块通过调节PWM波的占空比以及对可调电感、可调电容以及可调电阻的调节，减小了X射线源的供电电压误差，提高了X射线源的精度。

进一步地，根据所述预设电压值的电压向X射线源负载提供输出电压，并向控制模块发送输出电压检测信号的具体过程包括：

所述电压调节模块获取所述控制模块发送的所述调节信号，所述调节信号对所述IGBT的栅极进行控制，对所述可调电感、所述可调电容以及所述可调电阻进行调节，并根据所述预设电压值的电压向X射线源负载提供输出电压。

本发明设计的一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统，包括：电源模块、电压切换模块、电压调节模块、输入模块以及控制模块。通过电压切换模块，能够将固定电压值的电压切换为多个预设电压值的电压，进而缩短电压调节模块向X射线源负载提供输出电压的调节时间，提高了X射线源的响应速度；控制模块根据输入电压值和输出电压检测信号对电压调节模块进行调节，减小了X射线源的供电电压误差，提高了X射线源的精度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种用于X射线源的输出电压可调的供电控制系统，其特征在于，包括：

电源模块，被配置成用于输出固定电压值的电压；

电压切换模块，被配置成用于将所述固定电压值的电压切换为预设电压值的电压；

电压调节模块，被配置成用于根据所述预设电压值的电压向X射线源负载提供输出电压，并向控制模块发送输出电压检测信号；

输入模块，被配置成用于获取输入电压值；

控制模块，被配置成用于根据所述输入电压值向所述电压切换模块发送切换信号，以及根据所述输入电压值和所述输出电压检测信号向所述电压调节模块发送调节信号；

所述预设电压值的电压为多个，所述控制模块根据所述输入电压值向所述电压切换模块发送对应的切换信号，所述电压切换模块根据所述切换信号将所述固定电压值的电压切换为与所述输入电压值对应的预设电压值的电压；

所述电压调节模块用于对所述预设电压值的电压进行升压；

所述电压调节模块包括分别与所述控制模块连接的IGBT、可调电感、可调电容、二极管以及可调电阻；

所述IGBT的集电极与所述电压调节模块的正输入端连接，所述IGBT的发射极与所述可调电感的一端以及二极管的负极连接，所述可调电感的另一端与所述电压调节模块的负输入端以及所述可调电容的一端连接，所述可调电容的另一端与所述二极管的正极连接，所述可调电阻与所述可调电容并联，所述IGBT的栅极与所述控制模块连接；

所述电压切换模块的正输出端与所述电压调节模块的正输入端连接，所述电压切换模块的负输出端与所述电压调节模块的负输入端连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述调节信号用于通过PWM波控制所述IGBT的栅极。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述控制模块根据所述输入电压值和所述输出电压检测信号使用PI调节器计算出所述PWM波的占空比，根据所述占空比控制所述IGBT的栅极。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

对所述PI调节器进行优化，获取最优的PI调节参数。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：

所述调节信号用于对所述可调电感、所述可调电容以及所述可调电阻进行调节。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：

所述控制模块根据所述输入电压值计算对应的电感值、电容值以及电阻值，并根据计算出的电感值、电容值以及电阻值对所述可调电感、所述可调电容以及所述可调电阻进行调节。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：根据所述预设电压值的电压向X射线源负载提供输出电压，并向控制模块发送输出电压检测信号的具体过程包括：

所述电压调节模块获取所述控制模块发送的所述调节信号，所述调节信号对所述IGBT的栅极进行控制，对所述可调电感、所述可调电容以及所述可调电阻进行调节，并根据所述预设电压值的电压向X射线源负载提供输出电压。