CN116998223A - X射线源驱动电路及使用该电路的x射线生成设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种具有低介电击穿可能性并且能够减小高压电路之间的绝缘距离的X射线源驱动电路、以及可以通过使用该X射线源驱动电路来减小重量和尺寸的X射线生成设备。用于实现上述目的的本发明的X射线生成设备包括：X射线源，包括阴极电极、阳极电极和栅极电极，并且借助于施加到相应电极的驱动电压来生成X射线；第一电压转换器，包括第一变压器、和用于将从第一变压器输出的第一电压倍增的至少一个电压倍增器；和第二电压转换器，包括第二变压器、和用于将从第二变压器输出的第二电压倍增的电压倍增器。第一电压转换器的电压倍增器从第一电压生成彼此之间具有电势差的阴极电压和阳极电压，并且第二电压转换器的电压倍增器从第二电压生成栅极电压。第二变压器的次级侧电极之一共同连接到阴极电极，使得基本上绝缘第二变压器的初级侧和次级侧，以及连接到第一变压器的次级侧的电压倍增器和连接到第二变压器的电压倍增器可形成使用阴极电压作为公共电势的基本单个电路。

Description

X射线源驱动电路及使用该电路的X射线生成设备

技术领域

本公开涉及一种X射线源驱动电路和使用该X射线源驱动电路的X射线生成设备。

背景技术

为了减小X射线生成设备的尺寸和重量，使用诸如金属纳米尖端或碳纳米管(CNT)的冷阴极发射器的电场发射X射线源已经商业化。

与用于通过在高温下加热来发射各向同性热电子的常规热阴极灯丝不同，电场发射X射线源使用冷阴极发射器来在室温下发射量子力学隧穿的各向异性冷电子。因此，通过使用相对低的电功率能够进行电子发射，并且电子的方向性优异，因此X射线发射效率非常高。此外，脉冲X射线发射是容易的，因此电场发射X射线源可以用于视频记录。

一种使用电场发射X射线源的X射线生成设备包括：逆变器，用于将来自电源的直流(DC)转换为交流(AC)，以便向电场发射X射线源的阳极电极、阴极电极和栅极电极中的每一个施加适当的驱动电压；变压器，用于将AC电压提升到适当的电平；电压倍增器；等，其中阴极电极和栅极电极之间的电势差应为约5kV至10kV，并且阴极电极和阳极电极之间的电势差应为约50kV至100kV。

与传统的热阴极灯丝方法相比，使用电场发射X射线源的典型X射线生成设备需要在阴极电极和栅极电极之间的几kV至十几(ten plus a few more)kV的电势差、以及在阴极电极和阳极电极之间的几十kV的电势差，由此存在发生介电击穿的可能性。为了增加绝缘稳定性，可以增加绝缘距离或者可以添加高压屏蔽结构，但是在该方法中，存在与减小X射线生成设备的尺寸和重量相矛盾的问题。

发明内容

技术问题

本公开的目的是提供一种具有低介电击穿可能性并且能够减小高压电路之间的绝缘距离的X射线源驱动电路，并且提供一种可以通过使用该X射线源驱动电路来减小其尺寸和重量的X射线生成设备。

技术方案

根据用于实现上述目的的本公开，提供了一种X射线生成设备，包括：X射线源，包括阴极电极、阳极电极和栅极电极，并且被配置为利用施加到每个电极的驱动电压生成X射线；第一电压转换器，包括第一变压器、和用于将从所述第一变压器输出的第一电压倍增的至少一个电压倍增器；以及第二电压转换器，包括第二变压器、和用于将从所述第二变压器输出的第二电压倍增的电压倍增器，其中所述第一电压转换器的所述至少一个电压倍增器可以从所述第一电压生成彼此之间具有电势差的阴极电压和阳极电压，所述第二电压转换器的电压倍增器可以从所述第二电压生成栅极电压，并且通过将第二变压器的次级侧电极之一公共地连接到阴极电极，来使第二变压器的初级侧和次级侧基本绝缘，并且连接到第一变压器的次级侧的至少一个电压倍增器和连接到第二变压器的电压倍增器可以形成具有阴极电压作为公共电势的基本单个电路。

根据用于实现上述目的的本公开，提供了一种X射线源驱动电路，其被配置为生成施加到阴极电极的阴极电压、施加到阳极电极的阳极电压和施加到栅极电极的栅极电压，以便驱动包括阴极电极、阳极电极和栅极电极的X射线源，所述X射线源驱动电路包括：第一电压转换器，其被配置为利用电源电压生成阳极电压和小于所述阳极电压的负(-)阴极电压；以及第二电压转换器，被配置为利用电源电压基于阴极电压生成大于阴极电压且小于阳极电压的栅极电压。

有利效果

本公开具有以下效果：提供能够减小高压电路之间的绝缘距离以具有低介电击穿风险的X射线源驱动电路，并且提供可以减小其尺寸和重量的X射线生成设备。

附图说明

图1是示出根据本公开的示例性实施例的X射线生成设备的视图。

图2是示出适用于本公开的电场发射X射线源的视图。

图3是示出根据本公开的示例性实施例的第一电压转换器的一部分的视图。

图4是示出根据本公开的另一示例性实施例的X射线生成设备的视图。

图5至8是示出根据本公开的其他示例性实施例的包括相应反馈电路的X射线生成设备的视图。

具体实施方式

通过以下结合附图的示例性实施例，上述目的、特征和优点将变得更加明显。

本文中的具体结构和功能描述仅出于描述根据本公开的构思的示例性实施例的目的而被例示。根据本公开的构思的示例性实施例可以以各种形式实现，并且不应被解释为限于本申请的说明书中描述的示例性实施例。

由于本公开的构思的示例性实施例可以以许多不同的形式进行各种修改，因此特定的示例性实施例将在附图中示出并且在本申请的说明书中详细描述。然而，这并不旨在将根据本公开的构思的示例性实施例限制于特定的公开形式。相反，本公开应理解为包括可包括在本公开的精神和技术范围内的所有各种替代方案、等效物和替代物。

当组件被描述为“连接”、“耦合”或“链接”到另一组件时，该组件可以直接连接、耦合或链接到该另一组件。然而，应当理解，在每个部件之间也可以存在又一部件。相反，当组件被描述为“直接连接”、“直接耦合”或“直接链接”到另一组件时，应当理解，在它们之间不存在中间组件。用于描述组件之间的关系的其他表达，诸如“在……之间”、“直接在……之间”、“邻近于”或“直接邻近于”应当以相同的方式解释。

本申请的说明书中使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不旨在进行限制。如本文所使用的，单数形式也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。在本说明书中，应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”等指定所述特征、数字、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在，但不预先排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。还应当理解，本文常用的词典中定义的术语应被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过度正式的意义解释，除非在本说明书中明确地如此定义。

在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选示例性实施例。在整个附图中，相同的附图标记将指代相同或相似的部分。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的X射线生成设备的视图。图2是示出适用于本公开的电场发射X射线源的视图。图3是示出根据本公开的示例性实施例的第一电压转换器的一部分的视图。

参考图1，根据本示例性实施例的X射线生成设备包括：电源10；驱动电压发生器20，被配置为将从电源10施加的电源电压转换为X射线源的驱动电压；以及X射线源30，其被配置为利用驱动电压发生器20的驱动电压生成并发射X射线。

电源10向驱动电压发生器20提供DC电源电压。电源电压可以是5至30V，例如约24V，并且还可以是12V或不同幅度的电压。电源10可以用用于将商用AC电力转换成预定幅度的电源电压的适配器来实现，或者可以用用于提供DC电压的各种类型的电池来实现，并且可以包括用于在需要时提升从电源供应的DC电压的提升电路。

X射线源30利用从驱动电压发生器20传输的驱动电压生成并发射X射线。参照图2，适用于根据本公开的X射线生成设备的电场发射X射线源30设置有位于管状真空容器H的一端处的阴极电极31、以及位于阴极电极31的第一侧上的发射器E，所述第一侧面向所述真空容器H的另一端。发射器E设置有用金属纳米尖端或碳纳米管实现的电子发射尖端。阳极电极33位于真空容器H的另一端，并且由钨等制成的目标表面T设置在阳极电极33的第一表面上，所述第一表面面向发射器E。另外，栅极电极32位于真空容器H内的阴极电极31和阳极电极33之间。栅极电极32可具有网格形状，对应于发射器E的相应电子发射尖端的多个孔穿过该网格形状。用于聚焦电场的聚焦电极可以安装在栅极电极32和阳极电极31之间。

用于驱动X射线源30的驱动电压包括施加到阴极电极31的阴极电压、施加到栅极电极32的栅极电压和施加到阳极电极33的阳极电压。根据本公开的示例性实施例，当施加到阴极电极31的阴极电压被设定为参考电势时，阳极电压可以相对于参考电势具有50kV至100kV，具体地60kV至65kV的电势差。施加到栅极电极32的栅极电压可以相对于参考电势具有0.5kV至20kV，具体地约10kV的电势差。也就是说，当电压幅度关系被建立为阳极电压>栅极电压>阴极电压、并且相应的电压被施加到相应电极时，从发射器发射的电子被充分加速以发射X射线。上述相应的阳极电压、栅极电压和阴极电压的具体数值范围可以满足X射线生成设备的管电压规格以用于每次使用，但是本公开不限于此。

当栅极电压施加到栅极电极32而阴极电压和阳极电压分别施加到阴极电极31和阳极电极33时，电子以栅极电压作为开关信号从发射体E发射。由于阴极电极31和阳极电极33之间的电势差，发射的电子穿过具有网格结构的栅极电极32，并且朝向阳极电极33加速以撞击目标表面T，由此生成并发射X射线。

驱动电压发生器20接收从电源10施加的电源电压以产生驱动电压，即阳极电压、栅极电压和阴极电压，并且驱动电压发生器20包括第一电压转换器21和第二电压转换器22。第一电压转换器21用于生成几十到几百kV的阴极-阳极电压，并且可以包括第一逆变器I1、第一变压器T1以及第一和第二电压倍增器M1和M2。第二电压转换器22用于生成几kV至十几kV的阴极-栅极电压，并且包括第二逆变器I2、第二变压器T2和第三电压倍增器M3。第一电压倍增器M1和第二电压倍增器M2中的每一个可以用用于将输入电压放大n倍的电压倍增器电路来实现，并且可以优选地用科克罗夫特-沃尔顿(Cockcroft-Walton)电压倍增器电路来实现。第一电压转换器21的第一逆变器I1将从电源10提供的DC电压转换为第一AC电压。第一变压器T1将从第一逆变器I1输出并输入到其初级侧的第一AC电压提升，并将第一提升电压输出到其次级侧。

第一电压倍增器M1将从第一变压器T1输出的第一提升电压倍增为正(+)阳极电压。第二电压倍增器M2将从第一变压器T1输出的第一提升电压倍增为负(-)阴极电压。第三电压倍增器M3将从第二变压器T2输出的第二提升电压倍增为栅极电压。

参照图3，第一电压转换器可以包括第一变压器T1、以及第一电压倍增器M1和第二电压倍增器M2。第一电压倍增器M1和第二电压倍增器M2连接到第一变压器T1的次级侧。第一电压倍增器M1将从第一变压器T1的次级侧输出的电压倍增以生成正(+)阳极电压，并且基于电压倍增器的公共电势，第二电压倍增器M2将从第一变压器T1的次级侧输出的电压倍增以生成负(-)阴极电压。第一电压倍增器M1和第二电压倍增器M2分别设置有多个第一电压倍增级G1和多个第二电压倍增级G2。在第一电压倍增级G1的数量和第二电压倍增级G2的数量相同的情况下，阳极电压和阴极电压中的每一个具有相同的绝对值，并且在第一电压倍增级G1的数量和第二电压倍增级G2的数量彼此不同的情况下，阳极电压和阴极电压中的每一个具有彼此不同的相应绝对值。

第一电压倍增器M1的多个电压倍增级G1彼此并联连接。如图3所示，每个电压倍增级G1包括：第一电容器C1，连接到第一变压器T1的次级侧上的第一电极；第二电容器C2，连接到第一变压器T1的次级侧上的第二电极；第一二极管D1，设置在第一电容器C1和第二电容器C2之间；以及第二二极管D2，在与第一二极管D1相反的方向上设置在第一电容器C1和第二电容器C2之间。根据从第一变压器T1的次级侧绕组输出的第一提升电压的极性变化，第一二极管D1和第二二极管D2连接到第一电容器C1和第二电容器C2之间的彼此相对的相应侧。

第二电压倍增器M2包括彼此并联连接的多个第二电压倍增级G2。如图3所示，每个第二电压倍增级G2包括：第三电容器C3，连接到第一变压器T1的次级侧上的第一电极；第四电容器C4，连接到第一变压器T1的次级侧上的第二电极；第三二极管D3，设置在第三电容器C3和第四电容器C4之间；以及第四二极管D4，在与第三二极管D3相反的方向上设置在第三电容器C3和第四电容器C4之间。

再次回到图1，第二电压转换器22的第二逆变器I2将从电源10输入的DC电源电压转换为第二AC电压。第二变压器T2将输入到其初级侧的第二逆变器I2的第二AC电压提升，并将提升的第二AC电压输出到其次级侧。另外，第三电压倍增器M3将第二变压器T2的次级侧电极之一共同连接到阴极电极303，并且将输出到第二变压器T2的次级侧的提升电压倍增以生成栅极电压。也就是说，当第二变压器T2的次级侧电极之一共同连接到阴极电极31时，第二电压倍增器M2的参考电势表示与阴极电压相同的(-)电势。因此，第二电压倍增器M2将从第二变压器T2输出的提升电压倍增为高于公共参考电势的电压，并生成相对高于阴极电压并具有负(-)值的栅极电压。由于第三电压倍增器M3将第二变压器T2的次级侧电极中的一个公共地连接到阴极电极31，所以第二变压器T2的初级侧和次级侧基本上是绝缘的，并且连接到第一变压器T1的次级侧的第一和第二电压倍增器M1和M2以及包括第二变压器T2的次级侧的第三电压倍增器M3变成具有阴极电压作为公共电势的基本单个电路。因此，可以减小第一电压转换器21和第二电压转换器22之间的绝缘距离。

图4是示出根据本公开的另一示例性实施例的X射线生成设备的视图。

为了方便起见，相同的附图标记被分配给具有与图1的配置和操作相同的配置和操作的公共组件，以避免不必要的冗余描述。

参照图4，根据本示例性实施例的驱动电压发生器20包括第一电压转换器23和第二电压转换器24。

第一电压转换器23包括第一逆变器I1、第一变压器T2和第一电压倍增器MA。第二电压转换器24包括第二逆变器I2、第二变压器T2和第二电压倍增器MB。第一电压倍增器MA和第二电压倍增器MB可以包括用于将输入电压放大n倍的电压倍增器电路，并且可以优选地包括科克罗夫特-沃尔顿电压倍增器电路。第一电压转换器23的第一电压倍增器MA将阳极电极33设置为具有作为地电势的电势，并且基于该地电势，将从第一变压器T1的次级侧输出的提升电压倍增，以生成具有负(-)值的阴极电压。另外，第二电压转换器24的第二电压倍增器MB将第二变压器T2的次级侧电极中的一个共同连接到阴极电极31，将从第二变压器T2输出的提升电压倍增，以生成具有比阴极电压的负(-)值相对更高的负(-)值的栅极电压。

由于第二电压倍增器MB将阴极电极31和第二变压器T2的次级侧负(-)电极彼此共同连接，所以第二变压器T2的初级侧和次级侧基本上绝缘，并且连接到第一变压器T1的次级侧的第一电压倍增器MA和连接到第二变压器T2的次级侧的第二电压倍增器MB变成具有阴极电压作为公共电势的基本单个电路。因此，可以减小第一电压转换器23和第二电压转换器24之间的绝缘距离。

另外，如在本示例性实施例中，在阳极电极33呈现地电势的情况下，阳极电极33呈现电稳定状态。因此，将诸如散热片的传导冷却系统附接到其中由于电子碰撞引起的高热相对集中的阳极电极33上没有困难，因此整个系统可以稳定。由于第一电压转换器23的第一逆变器I1和第一变压器T1以及第二电压转换器24的第二逆变器I2和第二变压器T2的功能和动作与上述示例性实施例中的功能和动作基本相同，因此省略了单独的描述。

图5至8是示出根据本公开的其他示例性实施例的每一个包括反馈电路的相应X射线生成设备的视图。

在图5中，多个反馈控制器可以进一步包括在图1中的X射线生成设备中。根据本示例性实施例的X射线生成设备可以包括电源10、被配置为将从电源10施加的电源电压转换为X射线源的驱动电压的驱动电压发生器20、被配置为利用驱动电压发生器20的驱动电压生成并发射X射线的X射线源30、以及第一反馈控制器F1和第二反馈控制器F2。

第一反馈控制器F1计算阳极电压和阴极电压与预设参考电压之间的相应误差，并且可以控制第一电压转换器21，使得第一逆变器I1保持恒定频率的输出。

第一反馈控制器F1可以包括用于将阳极电压和阴极电压中的每一个与预定参考电压进行比较的至少一个比较器(即，运算放大器(OP-amp))。用于比较阳极电压和参考电压的比较器可以共同连接到阳极电压。用于比较阴极电压和参考电压的比较器可以共同连接到阴极电压。第一反馈控制器F1通过比较器将阳极电压和阴极电压中的每一个与参考电压进行比较，并且调整输入到第一逆变器I1的脉冲的占空比，使得阳极电压和阴极电压与参考电压之间的相应差最小化。

在第一电压倍增级G1的数量和第二电压倍增级G2的数量相同的情况下，阳极电压和阴极电压中的每一个具有相同的绝对值，并且在这种情况下，连接到第一反馈控制器F1的阳极和阴极的电压的绝对值可以相同。

在第一电压倍增级G1的数量和第二电压倍增级G2的数量彼此不同的情况下，阳极电压和阴极电压具有彼此不同的绝对值，并且在这种情况下，连接到第一反馈控制器F1的阳极和阴极的电压的绝对值可以彼此不同。

第二反馈控制器F2计算栅极电压和预设参考电压之间的误差，并且可以控制第二电压转换器22，使得第二逆变器I2可以保持恒定频率的输出。第二反馈控制器F2可以包括用于比较栅极电压和参考电压的比较器。用于比较栅极电压和参考电压的比较器可以共同连接到栅极电压。第二反馈控制器F2可以调整输入到第二逆变器I2的脉冲的占空比，使得栅极电压和参考电压之间的差最小化。

由于第一电压转换器21的第一逆变器I1、第一变压器T1、以及第一电压倍增器M1和第二电压倍增器M2、以及第二电压转换器22的第二逆变器I2、第二变压器T2和第三电压倍增器M3的功能和动作与上述示例性实施例中的功能和动作基本相同，因此将省略其单独描述。

在图6中，多个反馈控制器可以进一步包括在图4中的X射线生成设备中。根据本示例性实施例的X射线生成设备可以包括电源10、被配置为将从电源10施加的电源电压转换为X射线源的驱动电压的驱动电压发生器20、被配置为利用驱动电压发生器20的驱动电压生成并发射X射线的X射线源30、以及第一反馈控制器F1和第二反馈控制器F2。第一反馈控制器F1和第二反馈控制器F2可以包括相应的比较器。

第一反馈控制器F1计算阴极电压和预设参考电压之间的误差，并且可以控制第一电压转换器23，使得第一逆变器I1保持恒定频率的输出。第一反馈控制器F1可以包括用于比较阴极电压和参考电压的比较器。用于比较阴极电压和参考电压的比较器可以共同连接到阴极电压。第一反馈控制器F1可以调整输入到第一逆变器I1的脉冲的占空比，使得阴极电压和参考电压之间的差最小化。

第二反馈控制器F2计算栅极电压和预设参考电压之间的误差，并且可以控制第二电压转换器23，使得第二逆变器I2可以保持恒定频率的输出。第二反馈控制器F2可以包括用于比较栅极电压和参考电压的比较器。用于比较栅极电压和参考电压的比较器可以共同连接到栅极电压。第二反馈控制器F2可以调整输入到第二逆变器I2的脉冲的占空比，使得栅极电压和参考电压之间的差最小化。

由于第一电压转换器23的第一逆变器I1、第一变压器T1和第一电压倍增器M1和第二电压倍增器M2、以及第二电压转换器24的第二逆变器I2、第二变压器T2和第三电压倍增器M3的功能和动作与上述示例性实施例中的功能和动作基本相同，因此将省略其单独描述。

在图7中，除了图1的X射线生成设备之外，还可以包括多个反馈控制器和虚拟晶体管。根据本示例性实施例的X射线生成设备可以包括电源10、被配置为将从电源10施加的电源电压转换为X射线源的驱动电压的驱动电压发生器20、被配置为利用驱动电压发生器20的驱动电压生成并发射X射线的X射线源30、第一反馈控制器F1和第二反馈控制器F2以及虚拟电压转换器20D。

第一反馈控制器F1计算阳极电压和阴极电压与预设参考电压之间的相应误差，并且可以控制第一电压转换器21，使得第一逆变器I1保持恒定频率的输出。

第一反馈控制器F1可以包括用于分别将阳极电压和阴极电压与预定参考电压进行比较的比较器。用于比较阳极电压和参考电压的比较器可以共同连接到阳极电压。用于比较阴极电压和参考电压的比较器可以共同连接到阴极电压。第一反馈控制器F1通过比较器将阳极电压和阴极电压中的每一个与参考电压进行比较，并且调整输入到第一逆变器I1的脉冲的占空比，使得阳极电压和阴极电压与参考电压之间的相应差最小化。

虚拟电压转换器20D可以包括虚拟变压器DT和虚拟电压倍增器DM。虚拟变压器DT和虚拟电压倍增器DM可以包括与第二电压转换器22的第二变压器T2和第三电压倍增器M3的电路相同的相应电路。

虚拟电压转换器20D的输入端可以共同连接到第二电压转换器22的第二变压器T2的输入端。也就是说，虚拟电压转换器20D可以共同连接到第二电压转换器22的第二变压器T2的初级侧。虚拟电压转换器20D通过虚拟电压倍增器DM从虚拟变压器DT的输出电压生成与栅极电压相同的电压，并且可以使用所生成的电压作为第二反馈控制器F2的输入信号。

第二反馈控制器F2计算栅极电压和预设参考电压之间的误差，并且可以控制第二电压转换器22，使得第二逆变器I2可以保持恒定频率的输出。第二反馈控制器F2可以包括用于比较栅极电压和参考电压的比较器。用于比较栅极电压和参考电压的比较器可以连接到虚拟电压转换器20D的输出端。第二反馈控制器F2将从虚拟电压转换器20D输入的电压(即，栅极电压)与参考电压进行比较，并且可以调整输入到第二逆变器I2的脉冲的占空比，使得栅极电压与参考电压之间的差最小化。

由于第一电压转换器21的第一逆变器I1、第一变压器T1和第一电压倍增器M1和第二电压倍增器M2、以及第二电压转换器22的第二逆变器I2、第二变压器T2和第三电压倍增器M3的功能和动作与上述示例性实施例中的功能和动作基本相同，因此将省略其单独描述。

在图8中，除了图4的X射线生成设备之外，还可以包括多个反馈电路和虚拟晶体管。根据本示例性实施例的X射线生成设备可以包括电源10、被配置为将从电源10施加的电源电压转换为X射线源的驱动电压的驱动电压发生器20、被配置为利用驱动电压发生器20的驱动电压生成并发射X射线的X射线源30、第一反馈控制器F1和第二反馈控制器F2以及虚拟电压转换器20D。

第一反馈电路F1可以共同连接到阴极电压并且连接到虚拟电压转换器20D。

第一反馈电路F1比较阴极电压和参考电压，并且可以调整输入到第一电压转换器23的第一逆变器I1的脉冲的占空比，使得阴极电压和参考电压之间的差最小化。

虚拟电压转换器20D可以包括虚拟变压器DT和虚拟电压倍增器DM。虚拟变压器DT和虚拟电压倍增器DM可以包括与第二电压转换器22的第二变压器T2和第三电压倍增器M3的电路相同的相应电路。

虚拟电压转换器20D的输入端可以共同连接到第二电压转换器24的第二变压器T2的输入端。也就是说，虚拟电压转换器20D可以共同连接到第二电压转换器24的第二变压器T2的初级侧。虚拟电压转换器20D通过虚拟电压倍增器DM从虚拟变压器DT的输出电压生成与栅极电压相同的电压，并且可以使用所生成的电压作为第二反馈控制器F2的输入信号。

第二反馈控制器F2计算栅极电压和预设参考电压之间的误差，并且可以控制第二电压转换器24，使得第二逆变器I2可以保持恒定频率的输出。第二反馈控制器F2可以包括用于比较栅极电压和参考电压的比较器。用于比较栅极电压和参考电压的比较器可以连接到虚拟电压转换器20D的输出端。第二反馈控制器F2将从虚拟电压转换器20D输入的电压(即，栅极电压)与参考电压进行比较，并且可以调整输入到第二逆变器I2的脉冲的占空比，使得栅极电压与参考电压之间的差最小化。

由于第一电压转换器21的第一逆变器I1、第一变压器T1和第一电压倍增器M1和第二电压倍增器M2、以及第二电压转换器22的第二逆变器I2、第二变压器T2和第三电压倍增器M3的功能和动作与上述示例性实施例中的功能和动作基本相同，因此将省略其单独描述。

如上所述，尽管已经利用有限的示例性实施例和附图描述了本公开，但是本公开不限于上述示例性实施例，并且在不脱离本公开的技术精神的情况下，本领域技术人员可能根据这些描述进行各种替换、变化和修改。

因此，本公开的范围不应限于所描述的示例性实施例，而是不仅应由稍后描述的权利要求限定，而且还应由与这些权利要求等同的那些限定。

Claims (16)

1.一种X射线生成设备，包括：

X射线源，所述X射线源包括阴极电极、阳极电极和栅极电极，并且被配置为利用施加到每个电极的驱动电压来生成X射线；

第一电压转换器，所述第一电压转换器包括第一变压器、和用于将从所述第一变压器输出的第一电压倍增的至少一个电压倍增器；以及

第二电压转换器，所述第二电压转换器包括第二变压器、和用于将从所述第二变压器输出的第二电压倍增的电压倍增器，

其中，所述第一电压转换器的所述至少一个电压倍增器从所述第一电压生成阴极电压和阳极电压，所述阴极电压和所述阳极电压彼此之间具有电势差，

所述第二电压转换器的所述电压倍增器从所述第二电压生成栅极电压，并且通过将所述第二变压器的次级侧电极之一共同连接到所述阴极电极，来使所述第二变压器的初级侧和次级侧基本上绝缘，并且

连接到所述第一变压器的次级侧的至少一个电压倍增器和连接到所述第二变压器的电压倍增器形成具有阴极电压作为公共电势的基本单个电路。

2.根据权利要求1所述的X射线生成设备，其中，所述栅极电压具有负(-)值。

3.根据权利要求1所述的X射线生成设备，其中，所述第二电压转换器还包括逆变器，所述逆变器被配置为将电源电压转换为交流(AC)电压。

4.根据权利要求3所述的X射线生成设备，其中，所述第二变压器包括所述AC电压被输入到的所述第二变压器的所述初级侧、以及所述AC电压的经提升的电压被输出到的所述第二变压器的所述次级侧，并且所述第二电压转换器的所述电压倍增器基于所述阴极电压在正(+)方向上将所述经提升的电压倍增，以生成所述栅极电压。

5.根据权利要求1所述的X射线生成设备，其中，所述阳极电压具有正(+)值。

6.根据权利要求1所述的X射线生成设备，其中，所述第一电压转换器还包括逆变器，所述逆变器被配置为将电源电压转换为AC电压，并且所述第一变压器对所述AC电压进行提升以输出经提升的电压。

7.根据权利要求6所述的X射线生成设备，其中，所述第一电压转换器的所述至少一个电压倍增器包括第一电压倍增器和第二电压倍增器，所述第一电压倍增器被配置为在正(+)方向上将所述经提升的电压倍增以生成所述阳极电压，所述第二电压倍增器被配置为在负(-)方向上将所述经提升的电压倍增以生成所述阴极电压。

8.根据权利要求1所述的X射线生成设备，其中，所述阳极电压是地电势。

9.根据权利要求8所述的X射线生成设备，其中，所述第一电压转换器还包括逆变器，所述逆变器被配置为将电源电压转换为AC电压，所述第一变压器将所述AC电压提升以输出经提升的电压，并且所述至少一个电压倍增器基于所述地电势在负(-)方向上将所述经提升的电压倍增，以生成所述阴极电压。

10.根据权利要求1所述的X射线生成设备，还包括：

第一反馈控制器，被配置为将阳极电压或阴极电压与预设参考电压进行比较，并控制第一电压转换器，使得所述第一电压保持恒定频率的输出；以及

第二反馈控制器，被配置为将所述栅极电压与所述参考电压进行比较，并控制所述第二电压转换器，使得所述第二电压保持恒定频率的输出。

11.根据权利要求10所述的X射线生成设备，其中，所述第一反馈控制器包括比较器，所述比较器分别共同连接到所述阳极电压和所述阴极电压，并且被配置为将所述阳极电压和所述阴极电压中的每一个与所述参考电压进行比较。

12.根据权利要求10所述的X射线生成设备，其中，所述阳极电压是地电势，并且所述第一反馈控制器包括比较器，所述比较器共同连接到所述阴极电压，以将所述阴极电压与所述参考电压进行比较。

13.根据权利要求10所述的X射线生成设备，其中，所述第二反馈控制器包括比较器，所述比较器共同连接到所述栅极电压，以将所述栅极电压与所述参考电压进行比较。

14.根据权利要求10所述的X射线生成设备，还包括：

虚拟电压转换器，所述虚拟电压转换器共同连接到所述第二电压转换器的第二晶体管的初级侧，并且被配置为输出与所述栅极电压相同的电压。

15.根据权利要求14所述的X射线产生设备，其中，所述第二反馈控制器包括比较器，所述比较器被配置为将从所述虚拟电压转换器输出的电压与所述参考电压进行比较。

16.一种X射线源驱动电路，被配置为生成施加到阴极电极的阴极电压、施加到阳极电极的阳极电压和施加到栅极电极的栅极电压，以便驱动包括所述阴极电极、所述阳极电极和所述栅极电极的X射线源，所述X射线源驱动电路包括：

第一电压转换器，所述第一电压转换器被配置为利用电源电压生成所述阳极电压和小于所述阳极电压的所述负(-)阴极电压；以及

第二电压转换器，所述第二电压转换器被配置为利用所述电源电压基于所述阴极电压生成大于所述阴极电压且小于所述阳极电压的所述栅极电压。