准谐振型高频X线机的控制方法和控制电路技术

一种准谐振型高频X线机的控制方法和控制电路，所述控制方法包括管电流前馈-反馈控制方法、管电流前馈-串级控制方法、非线性实时补偿阴极空间电荷效应方法和管电压控制方法。所述控制电路包括整流桥电路1、高频逆变电路2、串并联谐振电容电感电路3和高频球电路4、由管电流控制电路5和管电压控制电路8构成一种新型的零电压软开关直流高压DC-DC变换器拓扑电路。本发明专利技术采用集成芯片构建低成本高可靠性的控制器；采用集成芯片MC34067构建高频准谐振，实现软开关快速控制管电压；采用TL494构建管电流前馈控制方案；单片机选择分段补偿电路（系数），实现非线性补偿阴极空间电荷效应。本发明专利技术适用于准谐振型高频X线机的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种准谐振型高频χ线机的控制方法和控制电路，属X线机控制

技术介绍
现代医学对X线机提出了动态响应要求。近年来CT管电流调制技术得到广泛认同， 它是根据球管处于人体的不同方位适时调节管电流输出，以降低图像噪声，提高图像的信噪比和空间分辨率。如果X线机管电压、管电流的输出能随人体解剖结构、尺寸的变化而变化，那就真正达到了在保证图像质量的约束下达到最小辐射剂量，这就要求管电压、管电流动态响应尽可能快，在短时间内输出达到稳态，即实时动态输出。X线管的发射特性X线管的管电流不仅与灯丝加热电流有关，而且还会受到管电压的影响。在灯丝电流不变的情况下，施加不同的管电压，会得到不同的管电流，该现象称为阴极空间电荷效应。工频供电X射线机中，多数设备是采用线性补偿或电压补偿来抵消、抑制空间电荷的影响，空间电荷抵偿变压器使灯丝加热电压随管电压增加而降低，从而保证管电流不变。这种方法精度不高，体积庞大，只能在某些工作点比较适合，显然不适应于高频X线机。采用谐振电路，实现软开关是高频逆变的发展趋势。准谐型高频直流电源基本能保证X线管电压的起动过渡快速无超调。公开号CN2564112公开了一种便携式牙科X射线机，提出了小容量组合式X线发生器电路构成。它包括一个控制箱和主机，主机包括逆变电路、高频整流电路、灯丝电路。该类电路不足之处在将逆变电路放置在主机内，难于保证其绝缘、抗干扰能力。西门子公司的中国专利2003100855^.0提出使用单个内存储信息位置图控制X 射线管电流调制的方法。公开号CN1647590公开了一种X射线管控制装置和X射线管控制方法，在控制装置储存与管电压值对应的动作程序。利用了存储单位的预存数值、数值计算结合而输出控制信号，但无法消除元器件、X发射管的电参数差异影响。公开号CN1048780公开了一种用恒定闭环增益的X射线管电流控制方法，提出了管电流反馈信号用来控制X射线管灯丝电流，通过插入一个与管电流命令倒数成比例的信号，在管电流的宽范围内使反馈环路的增益保持基本不变。但该专利的管电流进行了固定比率补偿，即只进行了一段补偿，难以精确补偿X射线发射管阴极空间电荷效应。公告号CN201450662U公开了一种高频直流X射线源组合式机头，其中电路部分包括高频高压变压器、倍压整流电路、X线管工况检测电路、发射管工况检测电路和温度检测电路。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对已有χ线机存在的上述问题，提供一种高频直流X线机的管电压、管电流的精确控制方法和控制电路，以及快速有效地对阴极空间电荷效应进行非线性分段补偿的电路。本专利技术的技术方案是，本专利技术通过以下策略来提高X线机动态响应性能，解决管电流响应慢、精度低等难题(1)基于X线机管电流的闭环控制策略，引入管电压实时信号(占空比)构建前馈控制环节，构成X线管阴极空间电荷效应的非线性实时动态补偿，以快速应对管电压大范围变动；(2)引入灯丝电流作副控变量，构建灯丝电流的串级控制，以快速应对管电流的滞后， 提高其精度和减少整个过程的时间常数；(3)采用集成芯片研制高性能低成本控制器。采用MC34067构建主电路高频准谐振，实现软开关快速控制管电压；采用TL494构建管电流控制策略；采用单片机实现根据管电压范围段进行分段(非线性)补偿。为了实现以上策略，专利技术一种基于MC34067的准谐振PFM控制的X线机管电压控制主电路，该电路包括整流桥电路、高频逆变电路、串并联谐振电容电感电路、高频球电路、 管电流控制电路和管电压控制电路构成一种新型的零电压软开关直流高压DC—DC变换器拓扑电路，构建准谐振高频牙科X线机主电路，如图1所示。管电压控制方法如附图2，其控制电路如图3，管电压控制电路的核心芯片为零电压开关谐振型控制器MC34067，采用恒关断时间而改变导通时间(频率)来达到改变占空比的方式稳定输出电压。上述电路中，整流桥电路可以是四个整流二极管组成，也可以是集成整流堆组成； 高频逆变电路由四个高频逆变功率开关管，如IGBT管或MOSFET管组成组成，每个功率开关管边上并联了一个续流二极管、电阻作保护；串并联谐振电容电感电路包括接入的高频变压器Ttl的寄生电容和寄生电感；高频球即高频直流X射线源组合式机头，高频球电路包括高频变压器Ttl、倍压整流电路、X线发射管、检测电路；管电流控制电路包括灯丝加热电路和采用集成芯片TL494构成的管电流控制器；管电压控制电路包括高频逆变的驱动电路和采用芯片MC34067构成的管电压控制器。X射线机管电流的实时动态控制，其干扰主要来自射线管阴极空间电荷效应的影响。如何自动快速适应管电压的大范围改变，改善管电流的动态响应性，必须在控制环节上实时精确引入管电压信号，主动应对管电压波动才能实现管电流的精密控制。造成灯丝电流漂移因素无法预知，同样影响着管电流的动态响应性能，这种干扰只能通过构建复杂控制系统以提高响应速度和精度。为此本专利技术对管电压和管电流采取了下述方法进行控制。管电压控制方法采用MC34067芯片作管电压控制器，接受来自系统主机发出管电压设定值的指令，与X射线管管电压实际值Vh的反馈数值Vt (高频球管检测电路给出)进行比较，它们之差Verr输入给MC34067，MC34067根据Ve 的大小而改变导通时间(频率)来达到改变占空比Dh的方式，决定给高频逆变电路的开关频率，通过高频变压器Ttl，从而改变管电压的大小，使得管电压符合设定要求。管电流控制方法管电流可采取两种控制方法，即管电流前馈一反馈控制方法和管电流前馈一串级控制方法。管电流前馈一反馈控制方法，该方法基于X线机管电流的闭环控制策略，引入管电压实时信号(占空比)构建前馈控制环节，构成X线管的阴极空间电荷效应的实时动态补偿，以快速应对管电压大范围变动。管电流前馈一串级控制方法，该方法将X管电流前馈一反馈控制电路的TL494做主控制器，在其输出端增加一片TL494做副控器，在它们之间加一个频率转化电压电路，以该电压作为副控器的命令设定数值，将灯丝电流信号负反馈给副控器对灯丝电流对管电流的影响，减少整个传递过程的时间常数，提高管电流动态响应速度和静态精度，由此构建了管电流前馈一串级电路的控制。本专利技术还采用了一种非线性实时补偿阴极空间电荷效应方法，该方法根据导通电阻Rdown与场效应管Q6、Q7开断时间有直接联系，而场效应管Q6、Q7又受管电压信号(Dh) 的驱动，即实时反应了管电压信号。单片机根据管电压范围选择不同的补偿系数，实现整个电压范围内的非线性补偿，综合信息电路给出最终的补偿量，该量可做管电流控制的前馈电路，如输送给TL494第四脚做死区电压，从而控制TL494的PWM输出的截止百分比。本专利技术与现有技术比较的有益效果是，本专利技术采用集成芯片构建低成本高可靠性的控制器；采用集成芯片MC34067构建高频准谐振，实现软开关快速控制管电压；采用 TL494构建管电流前馈控制方案；单片机选择分段补偿电路(系数)，实现非线性补偿阴极空间电荷效应。通过这些控制方法可以研制出低成本高可靠性电路来实现精确而快速控制管电压、管电流控制，取得最佳控制效果，最佳动态响应。本专利技术适用于准谐振型高频X线机的控制。附图说明图1是准谐振型高频X线机的主控制电路图； 图2是本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种准谐振型高频Ｘ线机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：（１）管电流前馈—反馈控制方法；所述方法基于Ｘ线机管电流的闭环控制策略，引入管电压实时信号构建前馈控制环节，构成Ｘ线管的阴极空间电荷效应的实时动态补偿，以快速应对管电压大范围变动；（２）管电流前馈—串级控制方法，所述方法将Ｘ管电流前馈—反馈控制电路的ＴＬ４９４做主控制器，在其输出端增加一片ＴＬ４９４做副控器，在它们之间加一个频率转化电压电路，以该电压作为副控器的命令设定数值，将灯丝电流信号负反馈给副控器对灯丝电流对管电流的影响，减少整个传递过程的时间常数，提高管电流动态响应速度和静态精度，由此构建了管电流前馈—串级电路的控制；（３）非线性实时补偿阴极空间电荷效应方法，所述方法根据导通电阻Ｒｄｏｗｎ与场效应管Ｑ６、Ｑ７开断时间有直接联系，而场效应管Ｑ６、Ｑ７又受管电压信号的驱动，即实时反应了管电压信号，单片机根据管电压范围选择不同的补偿系数，实现整个电压范围内的非线性补偿；（４）管电压控制方法，所述方法采用ＭＣ３４０６７芯片作管电压控制器，接受来自系统主机发出管电压设定值Ｖｒｅｆ的指令，与Ｘ射线管管电压实际值Ｖｈ的反馈数值Ｖｔ进行比较，它们之差Ｖｅｒｒ输入给ＭＣ３４０６７，ＭＣ３４０６７根据Ｖｅｒｒ的大小而改变导通时间来达到改变占空比Ｄｈ的方式，决定给高频逆变电路的开关频率，通过高频变压器Ｔ０，从而改变管电压的大小，使得管电压符合设定要求。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海辉，曾莹莹，王强，黄小民，
申请(专利权)人：井冈山大学，
类型：发明
国别省市：36