CN204014243U - X射线发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及X射线领域，具体而言，涉及X射线发生装置。该X射线发生装置，包括：分压模块，电压控制模块，射线管变压器模块和X射线管封装器，X射线管封装器包括X射线管，X射线管包括射线管阳极和射线管阴极。本实用新型提供的X射线发生装置，使分压模块与射线管阳极，或射线管阴极电连接，以使分压模块能够获得射线管阳极的电压或者阴极的电压，在将分压模块与电压控制模块电连接，使电压控制模块能够根据获取到的，加载在射线管阳极或者射线管阴极的实际电压与预先设置的标准电压进行比较，以调整加载在射线管阴阳两极的电压值，进而使加载在阴阳两极的实际电压值是预先设定的数值，从而解决了现有技术中的不足。

Description

X射线发生装置

技术领域

本实用新型涉及X射线领域，具体而言，涉及X射线发生装置。

背景技术

X射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。其具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等，因此，在医学领域(X射线诊断、X射线治疗)和工业领域有着广泛的使用。随着射线的广泛应用，X射线生成装置也加快了研发的进程。

目前，较为先进的X射线发生装置的专利有：1、专利申请号为CN200410043563的实用新型专利，其介绍了一种旨在能将X射线管可靠地固定于保护容器内的X射线发生装置，专利中主要描述了X射线发生装置的结构，侧重于发生装置的结构设计，以维持X射线的发生效率，防止X射线管损坏的方法。2、专利申请号为CN200510062423的实用新型专利，介绍了一种微焦点X射线管，其提供了一种通过改进靶的局部散热性能，来延长靶寿命，从而提高整体装置运行率和X射线密度的X射线发生装置。3、专利申请号为CN200710141869的实用新型专利中，介绍了一种尺寸紧凑，采用空气冷却的X射线发生器，侧重点是该X射线发生器的组成结构。图1所示为传统射线发生器控制电路，多采用AC-DC逆变方式，MCU控制方案或串并联谐振逆变换电路，第一整流模块对交流110V进行整流处理，并且顺序经过第一逆变电路和正倍压放大电路、负倍压放大电路后，产生正高压和负高压，再将产生的正高压和负高压分别供给射线管的阳极和阴极，使阴阳两极产生电压差；同时，通过第二整流模块和第二逆变电路的处理，将变压后的电流供给阴极灯丝，使阴极灯丝做功加热，最终在阴阳极之间的高压电场的作用下，阴极灯丝中的热电子高速运行，进而装机阳极靶，从而产生X射线。

但，在此控制方式下的阴阳极电压差是由工作电压电流由第一逆变电路和正倍压放大电路、负倍压放大电路所决定，但可以预见的是，由于受到大量电子元器件的干扰(分压，分流等)，使得真实的加载在X射线管阴极和阳极之间的电压差并不是预先设定好的数值，也就导致了X射线管无法发射预定规模(波长和频率)的X射线。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供X射线发生装置，以解决上述的问题。

在本实用新型的实施例中提供了X射线发生装置，包括：分压模块，电压控制模块，射线管变压器模块和X射线管封装器，X射线管封装器包括X射线管，X射线管包括射线管阳极和射线管阴极；

分压模块与射线管阳极，或射线管阴极电连接；

分压模块与电压控制模块电连接；

电压控制模块与射线管变压器模块电连接；

射线管变压器模块连接于射线管阳极和供电电源电连接之间，射线管阴极和供电电源之间。

优选的，还包括：标准电压调整模块，标准电压调整模块与电压控制模块电连接。

优选的，还包括灯丝、灯丝变压器模块、射线管电流检测模块、电流比较模块；

灯丝变压器模块连接于灯丝和供电电源之间；

射线管电流检测模块与电流比较模块电连接；

电流比较模块与灯丝变压器模块电连接。

优选的，射线管变压器模块包括：高频变压器、正倍压整流单元和负倍压整流单元；

正倍压整流单元连接于高频变压器的输出端和X射线管的阳极；

负倍压整流单元连接于高频变压器的输出端和X射线管的阴极；

高频变压器的输入端与供电电源电连接。

优选的，正倍压整流单元和负倍压整流单元均包括多个二倍压电路，且多个二倍压电路两两顺序连接；

第一个二倍压电路的输入端与高频变压器的输出端电连接；

最后一个二倍压电路的输出端与X射线管的阳极，或X射线管的阴极电连接；

二倍压电路包括二极管(D1)、二极管(D2)、电容(C1)和电容(C2)；

二极管(D1)的负极与电容(C2)的一端电连接；

电容(C2)的另一端与二极管(D2)正极电连接；

二极管(D1)的正极和二极管(D2)的负极均与电容(C1)的一端电连接。

优选的，分压模块包括检测电路，检测电路由多个分压电阻和电压检测电阻串联形成；

检测电路与正倍压整流单元并联，或检测电路与负倍压整流单元并联；

电压检测电阻与电压控制模块电连接

优选的，电压控制模块包括：误差放大器、比较器、标准电压生成器和MOS管；

误差放大器的一个输入端与电压检测电阻电连接，另一输入端与标准电压生成器电连接；

比较器的一个输入端与误差放大器的输出端电连接，另一输入端与基准电压源连接，且其输出端与MOS管输入端电连接；

MOS管输出端与高频变压器的控制端电连接。

优选的，X射线管封装器还包括射线管封装外壳，和油冷层，

油冷层置于射线管封装外壳和X射线管之间。

优选的，还包括：亚克力防护层，亚克力防护层置于油冷层和射线管封装外壳之间。

优选的，还包括：信号反馈模块，信号反馈模块包括:电压反馈电路、电流反馈电路、温度反馈电路、温度传感器、电压报警电路、电流报警电路、温度报警电路和电压跟随电路；

分压模块、电压反馈电路、电压跟随电路和电压报警电路顺序电连接；

灯丝电流检测模块、电流反馈电路、电压跟随电路和电流报警电路顺序电连接；

温度传感器置于射线管封装外壳和X射线管之间，且温度传感器、温度反馈电路、电压跟随电路和温度报警电路顺序电连接。

本实用新型实施例提供的X射线发生装置，与现有技术中的将接入的电流顺序经过第一逆变电路、正倍压放大电路和负倍压放大电路的作用后，再分别供给射线管的阳极和阴极，使阴阳两极产生电压差，但由于电子元器件的干扰，导致加载在射线管阴阳两极的电压无法达到预设的数值相比，其通过增加了分压模块、电压控制模块，并且使分压模块与射线管阳极，或射线管阴极电连接，以使分压模块能够获得射线管阳极的电压或者阴极的电压，在将分压模块与电压控制模块电连接，使电压控制模块能够根据获取到的，加载在射线管阳极或者射线管阴极的实际电压与预先设置的标准电压进行比较，以调整加载在射线管阴阳两极的电压值，进而使加载在阴阳两极的实际电压值是预先设定的数值，从而解决了现有技术中的不足。

附图说明

图1示出了现有技术中X射线发生装置原理图；

图2示出了本实用新型实施例的X射线发生装置电压控制模块图；

图3示出了本实用新型实施例的X射线发生装置芯片连接图；

图4示出了本实用新型实施例的X射线发生装置电流控制模块图；

图5示出了本实用新型实施例的X射线发生装置电流比较模块电路连接图；

图6示出了本实用新型实施例的X射线发生装置的推挽式高频变压器驱动电路；

图7示出了本实用新型实施例的X射线发生装置二倍压电路连接图；

图8示出了本实用新型实施例的X射线发生装置的正负倍压整流模块电路连接图；

图9示出了本实用新型实施例的X射线发生装置电压控制模块基本原理图；

图10示出了本实用新型实施例的X射线发生装置的X射线封装器结构示意图；

图11示出了本实用新型实施例的X射线发生装置的电压反馈保护电路、电流反馈保护电路和温度反馈保护电路电路连接图。

图中：1，开窗铝过滤器；2，玻璃烧结密封头；3，亚克力防护罩；4，铅盒；5，钢盒；6，油冷层。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。本实用新型实施例1提供了X射线发生装置的基本电路结构，如图2至图4所示，包括：分压模块104，电压控制模块102，射线管变压器模块103和X射线管封装器101，X射线管封装器101包括X射线管，X射线管包括射线管阳极1011和射线管阴极1012；分压模块104与射线管阳极1011，或射线管阴极1012电连接；分压模块104与电压控制模块102电连接；电压控制模块102与射线管变压器模块103电连接；射线管变压器模块连接于射线管阳极1011和供电电源电连接之间，射线管阴极1012和供电电源之间。

分压模块104的作用是与射线管阴极1012或者射线管的阳极并联进行分压，考虑到射线管的工作电压是处在较高的值域，因此在进行分压的时候分压模块104优选是多个电阻值较高的电阻串联，以形成分压电路，分压电路再与射线管阳极1011/阴极，或者与向射线管阳极1011或者阴极提供电压的电路进行并联，以获得实际加载在摄像管阳极，或者阴极的电压值。需要说明的是，加载在射线管阳极1011的电压与加载在射线管阴极1012的电压是数值相对，正负相反的电压，因此为了获取射线管阳极1011与射线管阴极1012的电压差，只需要先获取射线管阳极1011的电压值，或者射线管阴极1012的电压值后，对获取到的数值进行加倍，便可以得到射线管阳极1011与射线管阴极1012之间实际的电压差值；当然，也可以分别获取射线管阳极1011和射线管阴极1012的电压值，将分别获得的两级的电压值的绝对值相加，同样能够获得射线管阳极1011与射线管阴极1012的电压差值。

在获取到射线管阳极1011与射线管阴极1012的电压差值之后，射线管变压器模块103根据该值与预先设置的数值进行对比，以确定实际加载在射线管阴阳极之间的电压是否与预先设置的相等，如果不等，则根据比较的结果对射线管变压器模块103进行调整(对射线管变压器的调压比例进行调节时，供电电源所提供的电能的电压值是一定的，那么调整射线管变压器的调压比例，便可以调节射线管变压器的输出电压值了)，以使射线管变压器模块103的输出端给射线管阳极1011和射线管阴极1012所实际具有的电压更为准确。具体的，射线管变压器模块103是由可调节变压器组成的，并且经过相应的正倍压电路和负倍压电路后，在加载在射线管的两极上的，以使射线管的两极板之间形成较高的电压差，在经过电压控制模块102的调节后，便能够使射线管两极板的电压差与预设的电压差相同。进而也就能够保证射线管的工作电压与预设的电压值相同。

需要说明的是，使射线管发射预定波长，和/或频率的X射线，除了调节加载在射线管两极板之间的电压值的方法外，还可以通过调节射线管灯丝203(也可以成为阴极灯丝203)的方式来调节灯丝203的温度，进而调节所发射的电子数量(该电子数量也就是X射线管的额定电流)，文中，上述通过分压模块104和射线管变压器模块103对实际加载在射线管两极板间的电压进行调节的电路，是在射线管灯丝203的温度等指标不变的情况下，通过对射线管阴阳两极之间的电压差进行调节的方式，使阴阳两极之间的电压差增大，进而增加了射线管灯丝203(阴极灯丝203)所释放的电子数量，是电子在高压电场的作用下，高速的从阴极向射线管阳极1011运动，进而撞击阳极靶，从而产生了X射线。

本实用新型所提供的X射线发生装置，通过增加了分压模块104、电压控制模块102，并且使分压模块104与射线管阳极1011，或射线管阴极1012电连接，以使分压模块104能够获得射线管阳极1011的电压或者阴极的电压，在将分压模块104与电压控制模块102电连接，使电压控制模块102能够根据获取到的，加载在射线管阳极1011或者射线管阴极1012的实际电压与预先设置的标准电压进行比较，以调整加载在射线管阴阳两极的电压值，进而使加载在阴阳两极的实际电压值是预先设定的数值，从而解决了现有技术中的不足。

本实用新型实施例2提供了X射线发生装置的优化电路结构，如图2至图11所示，在实施例1的基础上，X射线发生装置还包括：标准电压调整模块，标准电压调整模块与电压控制模块102电连接。

标准电压调整模块的作用是向电压控制模块102提供标准电压值，根据需要，使用者可以向标准电压调整模块提供新的标准电压，也就是实际加载在射线管阴阳极板之间的电压差值，当标准电压调整模块所提供的电压差之有了变化，那么电压控制模块102可以根据调整后的标准电压与通过分压模块104检测到的电压值进行对比，进而相应的调节射线管变压器模块103的电压调节比例，进而调节了实际加载在射线管阳极1011和射线管阴极1012的电压的差值，也就是调整了X射线的波长和频率。从而，通过调整了标准电压调整模块的输出值，进而调节了实际加载在射线管阴阳极板上的电压差值，是实际加载在射线管阴阳极版上的电压差值与标准电压调整模块的输出值是相等的，也就实现了射线管工作电压的调节功能。

需要说明的是，电压控制模块102可以通过型号为UC3526的芯片实现其部分功能。下面提供一份UC3526芯片的引脚号与引脚功能对照图。

承接上文，相应的，如图3所示，+ERROR引脚接精密电位器分压对5V基准电压进行分压，并与输入到-ERROR的反馈电压进行对比放大，从而调节输出的PWM脉冲，以稳定输出电流，互补输出端OUTA和OUTB通过IRF840MOS管控制射线管灯丝203加热电流(即工作电流)，IRF840最大工作电压500V，最大工作电流32A，能够满足设计要求。由于采用变压隔离控制方式，在MOS管截至的瞬间，变压器线圈会产生较大的反向电动势，设计中增加了RC浪涌保护电路，使MOS管能够更加稳定地工作，防止MOS管击穿。

上文已经提及，影响射线管的工作时所发出的X射线的波长和频率的因素，除了加载在摄像管两极板的电压差值，还有射线管灯丝203的温度(温度高，电子的活跃程度也就高，进而，从阴极向阳极所发射出去的数量也就大)，针对射线管灯丝203温度的调节方式，如图4所示，本实用新型所提供的X射线发生装置还包括灯丝203、灯丝变压器模块204、射线管电流检测模块201、电流比较模块202；灯丝变压器模块204连接于灯丝203和供电电源之间；射线管电流检测模块201与电流比较模块202电连接；电流比较模块202与灯丝变压器模块204电连接。

需要说明的是，灯丝变压器模块204是通过射线管电流检测模块201检测得到的射线管实际的工作电流值，在根据该电流值与预先设置好的电流值进行对比，以判断射线管实际的工作电流值和预先设置好的电流值的大小关系，并且根据得出的大小关系调整灯丝变压器模块204的调节幅度，也就是将供电电源所提供的电压值调节为一定比例的电压值之后，再加载在灯丝203两端，进而灯丝203两端的电压值变化(提高或降低)，使得灯丝203的温度发生了变化，也就改变了灯丝203中活跃电子的数量(能够发射出去的电子数量)，这也就是调整了射线管实际工作电流的电流值。需要说明的是，电流比较模块202也可以通过型号为UC3526的芯片实现其部分功能。

具体的，射线管的工作电流是通过相应的射线管电容的充放电过程提供的，也就是射线管工作时，阴极灯丝203向阳极靶发射的电子数量所形成的电流会给与其并联的充点电容进行充电，也可以通过检查灯丝电容的充放电的过程，便能够检测出射线管实际的电流值是多少。

电流比较模块202和射线管电流检测模块201的部分原理图如图5所示，方框1中的电路为MOS栅极保护电路，由稳压二极管和电阻并联组成，电阻用于释放栅极电荷，有效防止电荷积累击穿MOS管，1N4746稳压管的稳压值18V，小于MOS管VGS最高电压20V。方框2中的电路为RC串联浪涌保护电路，由于采用变压隔离控制方式，在MOS管截至的瞬间，变压器初级线圈会产生较大的反向电动势，该保护电路能使MOS管能够更加稳定地工作，防止MOS管击穿。方框3中的电路为射线管电流检测模块201的电路图，能够将流经MOS管的电流转换成电压值反馈到UC3526芯片的+CURRENT SENSE引脚，防止电流过大。图中OUTA2和OUTB2分别连接到UC3526芯片的OUTA和OUTB引脚根据UC3526芯片资料结合设计需求，+ERROR引脚接精密电位器分压对5V基准电压进行分压，并与输入到-ERROR的反馈电压进行对比放大，从而调节输出的PWM脉冲，以稳定输出电流，互补输出端OUTA和OUTB通过IRF840MOS管控制射线管灯丝203加热电流(即工作电流)，IRF840最大工作电压500V，最大工作电流32A，能够满足设计要求。电流比较模块中同样可以采用UC3526芯片实现电流比较的功能，有关UC3526芯片的具体功能可以参见前文中的描述。

为更好地控制调节输出电流，设计中采用电阻取样方式，当电流经过R52(0.22R)3W的金属膜采样电阻时，能直接转换为电压输出到电流检测传感器同向输入端。

灯丝变压器模块204设计如下：

为提高射线管灯丝203电源设计的可靠性，同时隔离射线管灯丝203连接的负高压，采用高频变压器进行设计，下面以一个具体实例进行说明，根据厂家提供的X射线管资料可知：射线管灯丝203工作电压为3.5V，工作电流为3.7A，则输出功率12.95W，变压器输入电压为48V，设计工作效率为80％。

为简化灯丝203的电源设计，采用了隔离推挽型设计变压器，可以选用飞磁3C93材质，UU型磁芯，磁芯具体型号的确定一般有磁芯窗口面积Aw和磁芯有效截面积Ae的乘积Ap来反映，其经验公式为：

$\mathrm{Ap}={\left(\frac{\mathrm{Po}}{K*(\mathrm{Bs}-\mathrm{Br})*f_T}\right)}^{\frac{4}{3}}$

其中：

Po为输出功率(W)；

Bs为高饱和磁感应强度(T)；

Br为剩磁(T)；

K为近似系数，推挽式变压器取值0.014；

f_T为变压器工作频率；

查阅飞磁提供的资料可知，3C93材质的Bs约为0.5T，为防止磁芯工作时进入饱和状态，选择△B＝Bs-Br≈Bs/3≈0.167T，fT＝40KHz，带入公式中得：

$\mathrm{Ap}={\left(\frac{12.95W}{0.014*0.167T*40000\mathrm{Hz}}\right)}^{\frac{4}{3}}=0.13847\mathrm{cm}4=1384.7\mathrm{mm}4;$

根据计算的Ap值，选择飞磁UR59磁芯，其Ae＝210mm2,根据磁芯尺寸可知Aw＝2*B*D＝2*21.9mm*25.5mm＝1116.9mm2，则

AeAw＝210mm2*1116.9mm2＝234548mm4>1384mm4；能够满足设计要求。

由于匝数比N＝VOUT/(VIN*D)，VIN＝48V，VOUT＝3.5V，设定匝数比为0.1，则需调节PWM波形占空比D＝0.729，取初级匝数为20匝，则次级绕组为2匝，由于次级输出绕组输出电流比较，根据电流密度J＝4A/mm2计算，次级绕组导线截面积S＝3.7A/J＝0.925mm2，则次级导线直径为

$d=\sqrt{\frac{4*S}{\mathrm{\π}}}=\sqrt{\frac{4*0.925}{3.14}}=1.085\mathrm{mm}2.$

射线管变压器模块103包括：高频变压器、正倍压整流单元和负倍压整流单元；正倍压整流单元连接于高频变压器的输出端和X射线管的阳极；负倍压整流单元连接于高频变压器的输出端和X射线管的阴极；高频变压器的输入端与供电电源电连接。

高频变压器能够将从供电电源处所获得的电能进行升压作用，使升压后的电压达到一定的幅值，再将升压后的电压提供给正、负倍压整流单元(正倍压整流单元和负倍压整流单元可以统称为正负倍压整流单元)，经过第二次升压和相应的流向调整部分，使正倍压整流单元和负倍压整流单元所输出的电压的负幅值相等，方向相反，并且分别加载到射线管的阳极和阴极。

设计高频变压器主要是选择其结构形式、磁芯，计算绕组的参数。在工程上常采用Ap法，即根据铁芯的有效截面积Ae和铁芯的窗口面积Aw与变压器输出功率PT存在一定的函数关系，可导出Ae、Aw乘积与PT的关系式，就可选定适当的铁芯型号，并进行变压器主要参数的计算。

设计高频变压器工作效率通常为80％，可选择的高频变压器工作频率约为45KHZ，工作频率是由UC3526输出PWM脉冲频率决定，而UC3526输出脉冲频率由RT引脚和CT引脚连接的电容电阻决定，实际应用，可在RT引脚接电位器，根据实际需要，调整到合适工作频率，降低开关损耗。

变压器匝数比N计算，当初级绕组匝数N1，次级绕组匝数为N2时，则

N＝N2/N1

系统的输入电源电压为48V，根据整流升压板设计，可知，高频变压器输出端电压为5000V/√2＝3526V，当PWM的占空比为D时，则有

N＝VOUT/(VIN*D)

设计高频变压器次级绕组匝数为N2＝1000，初级绕组匝数N1＝10，则匝数比为100，带入公式中，计算可知需要调节PWM占空比D＝VOUT/(N*VIN)＝3526V/(100*48V)＝0.734

根据UC3526资料可以，当+ERROR引脚分压值为+0.4V时，占空比为0，当+ERROR引脚分压值为+3.6V时，占空比为达到最大，根据上述计算结果，+ERROR引脚分压值应该3.6V*0.734＝2.64V。

高频变压器磁芯应选择具有较高居里温度和功率损耗负温度系数的磁芯材质，目前制作高频高压变压器主要采用E型和U型，可使用飞磁PQ50/50磁芯。此外，由于变压器输出是高压，需要做一定的防护措施，避免变压器内部击穿或与磁芯发生放电，因此，一方面，变压器骨架可采用绝缘性能良好的铁氟龙材料，另一方面要做好漆包线层与层间的隔离，同时，绕制变压器时，应当注意初级绕组的一致性，避免引起磁偏，导致磁芯饱和、波形严重畸形、波形尖峰等问题。

如图6所示为推挽式高频变压器驱动电路，在原有的推挽式高频变压器驱动电路的基础上，增加了反馈和保护电路。图中方框1部分是电流互感器反馈模块，用于检测实际工作时，经过高频变压器初级绕组的电流，防止电流过大，烧坏MOS管，图中方框2部分是RC串联浪涌保护电路，防止MOS(Q_1和Q_2)截止时，高频变压器初级绕组产生的反向电动势将MOS击穿。

为达到系统设计的最高工作电压140KV，须将系统48V电源电压通过推挽式逆变电路，转换为高压交流电，再通过正负倍压整流模块转换成140KV直流电压。电路拓扑结构采用隔离推挽型，推挽型电源变压器双向励磁，变压器一次电流回路只有一个开关，通态损耗小，驱动简单，适合低输入电压的电源，MOS管交替导通，分担电流，避免MOS管因过度发热烧坏，但会存在偏磁问题。

推挽式逆变器主要是由中心抽头变压器T1，两只功率型MOS管，和RC浪涌保护电路组成的一种完全对称的结构形式，发射极接地，变压器两个初级绕组的匝数相等，初级绕组公共段接48V电源，另外两端分别连接到MOS的集电极，两只MOS管的基极在UC3526芯片的PWM调节信号两路互补输出端OUTA和OUTB驱动下轮流导通工作，当MOS管Q1导通时，48V电源电压加在变压器初级绕组1_2上，在变压器初级绕组上感应出与电源电压相等的电动势，根据同名端原理，此时变压器次级输出端上OUT1为正，OUT2为负。当MOS管Q2导通时，48V电源电压加在变压器初级绕组2_3上，变压器次级输出端上OUT1为负，OUT2为正。

具体的，正倍压整流单元和负倍压整流单元均包括多个二倍压电路，且多个二倍压电路两两顺序连接；

第一个二倍压电路的输入端与高频变压器的输出端电连接；最后一个二倍压电路的输出端与X射线管的阳极，或X射线管的阴极电连接；二倍压电路包括二极管(D1)、二极管(D2)、电容(C1)和电容(C2)；二极管(D1)的负极与电容(C2)的一端电连接；电容(C2)的另一端与二极管(D2)正极电连接；二极管(D1)的正极和二极管(D2)的负极均与电容(C1)的一端电连接。

分压模块104包括检测电路，检测电路由多个分压电阻和电压检测电阻串联形成；检测电路与正倍压整流单元并联，或检测电路与负倍压整流单元并联；电压检测电阻与电压控制模块102电连接。

如图7，为二倍压电路，其工作原理如下，在二倍压电路中，e2正半周期(上正下负)时，二极管D1导通，D2截止，电流经过D1对C1充电，将电容Cl上的电压充到接近e2的峰值√2E2，并基本保持不变，此时C1为左正右负。e2为负半周(上负下正)时，二极管D2导通，D1截止。此时，Cl上的电压Uc1＝√2E2与电源电压e2串联相加，电流经D2对电容C2充电，充电电压Uc2＝e2峰值+1.2E2≈2√2E2。如此反复充电，C2上的电压就基本上是2√2E2。它的值是变压器电级电压的二倍，所以被称为二倍压整流电路。在实际电路中，负载上的电压Usc＝2*1.2E2。整流二极管D1和D2所承受的最高反向电压均为2√2E2。

对应的，本实用新型所提供的X射线发生装置的正倍压整流单元、负倍压整流单元、分压模块104和射线管电流检测模块201如图8所示，其中，电压检测电阻R11与10个100M高阻串联分压，用于检测射线管实际工作电压，R12用于检测射线管工作电流。根据二倍压电路原理，设计系统所需的倍压整流模块，在满足系统设计要求的情况，综合考虑元件选型、简化高频变压器设计以及设计成本，采用正向14级升压，产生+70KV的直流高压，采用反向14级升压，生产-70KV的直流高压，图X中的+HV与-HV间的电压峰值可达到140KV，其中+HV与-HV是分别与射线管的正负极电连接的。下面通过计算，选择合适高压硅堆和高压电容：

高压电容耐压值为：(70KV/14)*2＝10KV，实际应用中可选用耐压值15KV的高压瓷片电容，电容材料可选用受温度影响较小的N4700材质电容，电容容值的选取会影响到模块电流输出能力，推荐采用1000PF～2000PF的容值，电容C1-C29均为高压电容。高压硅堆反向耐压值为10KV，实际应用中可选用反向耐压值为15KV或20KV的高压硅堆。100M的高阻可选用精度5％，耐压值为15KV高压的玻璃釉电阻，24.9K的电压检测电阻R11和50K电流采样电阻R12选用高精密模压EE电阻，为防止采样电阻受X射线干扰，可用铜皮接地包裹采样电阻，屏蔽射线干扰，需要说明的是，电流采样电阻和电压采样电阻的阻值只是优选的方案，其真实数据需要视射线管的具体工作环境而定。由图中电路可知，当输出高压为140KV时，24.9K电阻的分压值为：70000V*(24.9K/(24.9K+10*100000K)＝1.799V

当输出高压为80KV时，24.9K电阻的分压值为：40000V*(24.9K/(24.9K+10*100000K)＝1.028V。

查阅UC2536芯片资料可知，PWM占空比调节电压区间为+0.4V～+3.6V，因此选用24.9K的电压检测电阻R11能够满足设计要求。

采用电阻分压的方式，将输出高压转换成主控芯片可对比识别的低电压，电路简单，设计方便，能够避免空载的情况，并且当关闭电源时，能为储存电量的电容提供放电回路，避免触电危险。

图中，50K(R12)电阻用于检测电容的充放电情况，50K电阻(R12)反馈的电压值，与射线管实际工作电流存在一定关系，通过实验数据可推到出电流检测电阻R12(50K)的电压值与工作电流的比例关系，在此，不对比例关系的推导做过多赘述。

电压检测电阻R11能够向电压控制模块102提供采集到的射线管阳极/阴极的实际电压值。电压控制模块102再根据实际电压值与预设的电压值的大小关系，调整高频变压器的调整比例，进而调整了高频变压器的输出值，也就调整了正倍压整流单元和负倍压整流单元的输入值和输出值，也就是调整了加载在射线管阳极1011板和射线管阴极1012板上的电压值。

具体的，如图9所示，电压控制模块102主要包括：误差放大器、比较器、标准电压生成器和MOS管；误差放大器的一个输入端与电压检测电阻电连接，另一输入端与标准电压生成器电连接；比较器的一个输入端与误差放大器的输出端电连接，另一输入端与基准电压源连接，且其输出端与MOS管输入端电连接；MOS管输出端与高频变压器的控制端电连接。

电压控制模块102的功能实现是依据一个占空比可调的电路，基本工作原理是将一个频率固定的锯齿波信号与直流控制电压通过比较器进行比较，当直流控制电压改变时，输出占空比随之改变。

实际方案中采用的脉宽调制电路原理如下：图中为基本脉冲调制电路，主要由误差放大器(AMP)和比较器(COMP)构成，其中VR为电位器提供的基准电压信号(预设的标准电压值)，VF为反馈电压信号，VDC为误差放大器输出信号，Vo为输出PWM波形。

当VR>VF时，误差放大器输出值VDC>0，并且(VR-VF)增大时，VDC增大，只有当锯齿波信号电压值小于VDC时，比较器输出高电平，因此VDC增大，比较器输出方波信号占空比增大，从而调节VF更接近VR。

当VF>VR时，系统处于过压输出状态，误差放大器输出值VDC约等于0，根据上述反馈调节过程，比较器输出方波信号占空比减小，从而降低输出总电压。

需要说明的是，锯齿波形信号是由直流电源信号经过直交流转换后，给到比较器(COMP)的输入端的。锯齿波上升，下降是线性的，比较好处理。比较器输出V0后,再根据不同需要的，V0经过锁存器，触发器，功率放大器等器件后，在提供给MOS管，MOS管的输出端与高频变压器的控制端电连接，也就实现了调整高频变压器调节比例的作用。较好的，比较器的输出端和MOS管的输入端之间还需要连接互补功率驱动输出电路，比较器输出的时候，电流驱动能力比较小，通常MOS的驱动电流又比较大，经过互补功率驱动输出能够增大MOS管的电流驱动能力。

为了增强X射线管的冷却能力，如图10所示，X射线管封装器101还包括射线管封装外壳，和油冷层6，油冷层6置于射线管封装外壳和X射线管之间。其中油冷层6使用的是绝缘油，使用油冷的冷却方式，既能有效防止高压拉弧放电，又能使射线管充分冷却散热，确保连续工作时发射X射线的稳定性。

由于正常工作时，射线管阳极与阴极之间的电压高达几万伏到几十万伏，并且在产生X射线过程中，只有1％的能量转换成X射线，99％的能量转换为热量，为了有效避免高压触电，解决射线管散热和防止X射线泄漏问题，该装置将X射线管、高频变压器、正倍压整流单元、负倍压整流单元、分压模块104、温度传感器301、灯丝203变压器放置在铅封油冷装置中，使用绝缘油冷却，既能解决了射线管散热问题，又能有效避免高压拉弧放电情况，同时，装置周围使用铅板进行密封防护，确保X射线只从开窗铝过滤器1部分射出，装置中还需对电路高压部分进行绝缘防护，如射线管阳极1011高压与外壳铅板间，整流升压板高压输出端与铅板间，可使用绝缘性能良好的亚克力板进行绝缘防护。从外到内的外壳层级顺序是钢盒5、铅盒4、亚克力防护罩3(亚克力板)，填充在亚克力防护罩3内，在X射线管外部的就是油冷层6。亚克力防护罩3内的温度传感器301等器件与外部器件连接线是通过玻璃烧结密封头2通过的。

优选的，X射线发生装置还包括：亚克力防护层，亚克力防护层置于油冷层6和射线管封装外壳之间。亚克力板的绝艳性能较好。系统工作时，绝缘油(油冷层6)会受热容易膨胀，为有效缓解膨胀情况，可在X射线管封装器101的侧边开孔，设计一个用于膨胀缓冲的橡胶伸缩腔。

为了能够准确的对X射线发生装置的工作状态进行监控，还包括：信号反馈模块，信号反馈模块包括:电压反馈电路、电流反馈电路、温度反馈电路、温度传感器301、电压报警电路、电流报警电路、温度报警电路和电压跟随电路；分压模块104、电压反馈电路、电压跟随电路和电压报警电路顺序电连接；灯丝203电流检测模块、电流反馈电路、电压跟随电路和电流报警电路顺序电连接；温度传感器301置于射线管封装外壳和X射线管之间，且温度传感器301、温度反馈电路、电压跟随电路和温度报警电路顺序电连接。

具体的，通过增加了信号反馈模块中的电压反馈电路、电流反馈电路、温度反馈电路、温度传感器301、电压报警电路、电流报警电路、温度报警电路和电压跟随电路，并且连接相应的电路，能够使电压报警电路、电流报警电路和温度报警电路在需要时进行报警，以达到警示的作用。具体的，温度传感器301置于射线管封装外壳和X射线管之间，温度传感器301优选浸泡在油冷层6内部，并且不与射线管封装外壳和X射线管相接触，以使温度传感器301所检测到的数值更加准确。如，温度传感器301的型号可以选择LM335。内置LM335温度传感器301，能够精准测量装置内部实际温度，能够有效监控装置温度，防止温度过高时，绝缘材料性能变差引起的高压击穿现象，并且使变压器工作在合适的温度，提高转换效率。

如图11所示，图中，方框1～3部分所显示的，分别是经过高阻分压后的电压反馈电路，电流反馈电路和温度反馈电路，电路中带有TVS管，能够抑制电路中的瞬间浪涌高压。图中方框4部分是电压跟随器电路，起隔离，功率放大作用。图中方框6、8、9部分是分别是过压显示电路，过流显示电路，过温显示电路。图中方框7部分是过压、过流、过温保护电路，SHOWDOWN是UC3526芯片的PWM输出锁存引脚，低电平有效。

温度保护电路主要是通过LM335电压输出型温度传感器，将温度传感器输出电压值与设定的温度保护阀值进行对比，当超过设定温度时，锁存PWM输出，从而实现过温保护功能。

过压保护电路主要是采集高阻分压板反馈电压值，由于反馈的电压信号比较微弱，带负载能力差，先经过电压跟随器调理后，与设定的过压保护阀值进行对比，当超过保护阀值时，通过拉低芯片SHUTDOWN引脚电平，锁存芯片PWM输出，同时驱动用于过压指示LED灯。

过流保护电路原理与上述过压保护电路原理类似，反馈电压来源与正负倍压整流模块上的电流检测电阻，该电阻上电压大小反映了管电流的大小，可通过实验数据总结出关系式，从而设置合适的过流保护阀值。

本实用新型所提供的射线发生装置，性价比高，实用性强，实际测试效果显示，装置通过调节PWM占空比，能在80KV～140KV高压区间，电流0.6mA～1.2mA间稳定工作，并且通过油冷却方式，射线管能够更加稳定地工作，发射的X射线较为平稳，在满足应用要求的前提下，可以通过调节改变射线管合适的工作电压和电流，来能节约功耗，又能提高射线管使用寿命，系统增加了过压、过流、高温保护电路，能够提高系统工作的稳定性和可靠性，实际制作中，可根据上述设计过程和实际需要，设计出工作电压电流固定(如80kv1mA，140KV1.25mA等)的射线发生装置。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.X射线发生装置，其特征在于，包括：分压模块，电压控制模块，射线管变压器模块和X射线管封装器，所述X射线管封装器包括X射线管，所述X射线管包括射线管阳极和射线管阴极；

所述分压模块与所述射线管阳极，或所述射线管阴极电连接；

所述分压模块与所述电压控制模块电连接；

所述电压控制模块与所述射线管变压器模块电连接；

所述射线管变压器模块连接于所述射线管阳极和供电电源电连接之间，所述射线管阴极和供电电源之间。

2.根据权利要求1所述的X射线发生装置，其特征在于，还包括：标准电压调整模块，所述标准电压调整模块与所述电压控制模块电连接。

3.根据权利要求2所述的X射线发生装置，其特征在于，还包括灯丝、灯丝变压器模块、射线管电流检测模块、电流比较模块；

所述灯丝变压器模块连接于所述灯丝和供电电源之间；

所述射线管电流检测模块与所述电流比较模块电连接；

所述电流比较模块与所述灯丝变压器模块电连接。

4.根据权利要求3所述的X射线发生装置，其特征在于，所述射线管变压器模块包括：高频变压器、正倍压整流单元和负倍压整流单元；

所述正倍压整流单元连接于所述高频变压器的输出端和所述X射线管的阳极；

所述负倍压整流单元连接于所述高频变压器的输出端和所述X射线管的阴极；

所述高频变压器的输入端与供电电源电连接。

5.根据权利要求4所述的X射线发生装置，其特征在于，所述正倍压整流单元和所述负倍压整流单元均包括多个二倍压电路，且多个所述二倍压电路两两顺序连接；

其中，两两顺序连接的所述多个二倍压电路中的第一个二倍压电路的输入端与所述高频变压器的输出端电连接，最后一个二倍压电路的输出端与所述X射线管的阳极，或所述X射线管的阴极电连接。

6.根据权利要求4所述的X射线发生装置，其特征在于，所述分压模块包括检测电路，所述检测电路由多个分压电阻和电压检测电阻串联形成；

所述检测电路与所述正倍压整流单元并联，或所述检测电路与所述负倍压整流单元并联；

所述电压检测电阻与所述电压控制模块电连接。

7.根据权利要求6所述的X射线发生装置，其特征在于，所述电压控制模块包括：误差放大器、比较器、标准电压生成器和MOS管；

所述误差放大器的一个输入端与所述电压检测电阻电连接，另一输入端与标准电压生成器电连接；

所述比较器的一个输入端与所述误差放大器的输出端电连接，另一输入端与基准电压源连接，且其输出端与所述MOS管输入端电连接；

所述MOS管输出端与所述高频变压器的控制端电连接。

8.根据权利要求3所述的X射线发生装置，其特征在于，所述X射线管封装器还包括射线管封装外壳和油冷层，

所述油冷层置于所述射线管封装外壳和所述X射线管之间。

9.根据权利要求8的X射线发生装置，其特征在于，还包括：亚克力防护层，所述亚克力防护层置于所述油冷层和所述射线管封装外壳之间。

10.根据权利要求8所述的X射线发生装置，其特征在于，还包括：信号反馈模块，所述信号反馈模块包括:电压反馈电路、电流反馈电路、温度反馈电路、温度传感器、电压报警电路、电流报警电路、温度报警电路和电压跟随电路；

所述分压模块、所述电压反馈电路、所述电压跟随电路和所述电压报警电路顺序电连接；

所述射线管电流检测模块、所述电流反馈电路、所述电压跟随电路和所述电流报警电路顺序电连接；

所述温度传感器置于所述射线管封装外壳和所述X射线管之间，且所述温度传感器、所述温度反馈电路、所述电压跟随电路和所述温度报警电路顺序电连接。