本發(fā)明主要涉及X射線控制技術，尤其涉及用于X射線產(chǎn)生裝置的高壓發(fā)生器、X射線產(chǎn)生裝置以及X射線產(chǎn)生裝置的控制方法。

背景技術：

X射線產(chǎn)生裝置如X射線管常用于X射線治療設備、X射線診斷設備、X射線計算機體層攝影設備(CT)、正電子發(fā)射計算機斷層顯像(PET-CT)等醫(yī)療器械設備中。在采用X射線管發(fā)射X射線的過程中，通常將陰極燈絲懸浮于-70kV～-75kV電位，陽極靶盤懸浮于+70kV～+75kV電位，同時將殼體接地，可以減小X射線管的絕緣要求，減小X射線管的體積和成本。然而，這種陰、陽極電位懸浮的X射線管工作時，由于燈絲受熱發(fā)射電子，在陰陽極強電場(140kV～150kV)的吸引下加速轟擊陽極靶盤，電子突然減速并且大部分電子被靶盤吸收，同時陽極靶盤輻射出X射線，而少部分電子則從陽極靶盤散射到管壁，最終通過地線流回陰極。由此，導致陰、陽極電位懸浮的X射線管的陰、陽極電流必然出現(xiàn)不一致，陰極電流甚至會比陽極電流大15％～20％。

現(xiàn)有技術中，X射線管高壓發(fā)生器僅控制陰、陽極的總電壓，具體通過設置如圖1所示的陰陽極對稱的電路結(jié)構(gòu)來保證陰陽極電壓的平衡。該X射線管高壓發(fā)生器包括逆變電路11、諧振腔12、變壓器、陽極端倍壓整流電路13、陰極端倍壓整流電路14以及同時連接倍壓整流電路和逆變電路的控制組件(圖中未示出)，陽極端倍壓整流電路13控制X射線管的陽極電壓，陰極端倍壓整流電路14控制X射線管的陰極電壓。在逆變電路11中，開關器件Q1、Q2組成超前橋臂，開關器件Q3、Q4組成滯后橋臂，且各開關器件分別并聯(lián)有反向二極管D1-D4；超前橋臂可通過控制開關器件Q1、Q2的通斷控制高壓發(fā)生器的陽極電壓(反饋電路未示出)，且陽極電壓施加在X射線管(球管)的陽極端；滯后橋臂可通過控制開關器件Q3、Q4的通斷控制高壓發(fā)生器的陰極電壓(反饋電路未示出)，且陰極電壓施加在X射線管(球管)的陰極端。當在陰、陽極電路對稱性較好、且陰極電流i_cath與陽極電流i_and不平衡度較小的情況下，采用上述對稱結(jié)構(gòu)可基本實現(xiàn)陰、陽極電壓的平衡。然而，當陰極電流i_cath與陽極電流i_and不平衡度變大時，上述控制方式則不能保證陰、陽極電壓的平衡，因此對陰、陽極電路和高壓發(fā)生器的一致性具有較高的要求；尤當陰、陽極采用集成的高壓發(fā)生器時，高壓發(fā)生器陰極電流i_cath與陽極電流i_and不平衡將更加顯著，而當陰、陽極電壓不平衡度超出X射線管的承受范圍時，會損壞X射線管。因此，這種只控制陰陽極總電壓的方式適應不平衡負載的能力較差。

鑒于此，有必要對現(xiàn)有X射線管高壓發(fā)生器的陰、陽極電壓平衡結(jié)構(gòu)進行改進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種具有陰、陽極電壓平衡能力的X射線高壓發(fā)生器，克服現(xiàn)有陰、陽極平衡結(jié)構(gòu)對高壓發(fā)生器的一致性要求高、適應不平衡負載的能力差的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的一些實施例提供一種高壓發(fā)生器，包括：

逆變器，所述逆變器包括第一橋臂、第二橋臂以及位于所述第一橋臂和第二橋臂之間的第三橋臂，所述第一橋臂、第二橋臂分別包括兩個開關器件，且所述第一橋臂可與第三橋臂組成陽極逆變橋，所述第二橋臂可與所述第三橋臂組成陰極逆變橋，所述陽極逆變橋調(diào)節(jié)所述高壓發(fā)生器的陽極電壓，所述陰極逆變橋調(diào)節(jié)所述高壓發(fā)生器的陰極電壓；

第一控制組件，用于控制所述陽極逆變橋的開關器件，且所述第一控制組件的輸入端連接所述高壓發(fā)生器的陽極，所述第一控制組件的輸出端連接所述第一橋臂；

第二控制組件，用于控制陰極逆變橋的開關器件，且所述第二控制組件的輸入端連接所述高壓發(fā)生器的陰極，所述第二控制組件的輸出端連接所述第二橋臂。

可選地，所述第一控制組件包括電壓調(diào)節(jié)器和調(diào)制器，所述電壓調(diào)節(jié)器用于獲取從所述高壓發(fā)生器的陽極采集電壓反饋信號與指令值之間的差值，并根據(jù)所述差值產(chǎn)生調(diào)制電壓；所述調(diào)制器，與所述電壓調(diào)節(jié)器連接，用于接收所述調(diào)制電壓，并根據(jù)所述調(diào)制電壓產(chǎn)生第一組驅(qū)動信號，所述第一組驅(qū)動信號用于驅(qū)動所述第一橋臂的開關器件導通或截止；

所述第二控制組件包括電壓調(diào)節(jié)器和調(diào)制器，所述電壓調(diào)節(jié)器用于獲取從所述高壓發(fā)生器的陰極采集電壓反饋信號與指令值之間的差值，并根據(jù)所述差值產(chǎn)生調(diào)制電壓；所述調(diào)制器，與所述電壓調(diào)節(jié)器連接，用于接收所述調(diào)制電壓，并根據(jù)所述調(diào)制電壓產(chǎn)生第二組驅(qū)動信號，所述第二組驅(qū)動信號用于驅(qū)動所述第二橋臂的開關器件導通或截止。

可選地，所述第三橋臂包含兩個串聯(lián)的開關器件。

可選地，所述第三橋臂包含串聯(lián)的第一電容和第二電容。

可選地，所述調(diào)制器包括PWM調(diào)制器或PFM調(diào)制器，以對所述第一橋臂、第二橋臂采用PWM調(diào)制方式控制所述開關器件的通斷；

或者，對所述第一橋臂、第二橋臂采用PFM調(diào)制方式控制所述開關器件的通斷。

可選地，所述第一控制組件包含PFM調(diào)制器，所述第二控制組件包含PWM調(diào)制器，所述PFM調(diào)制器同時連接所述第一橋臂和第三橋臂，所述PWM調(diào)制器連接所述第二橋臂，且所述PWM調(diào)制器和PFM調(diào)制器之間連接頻率同步電路。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面提出一種X射線產(chǎn)生裝置，包括：高壓發(fā)生器以及X射線管，所述X射線管具有陰極和陽極，所述高壓發(fā)生器包括：

逆變器，所述逆變器包括第一橋臂、第二橋臂以及位于所述第一橋臂和第二橋臂之間的第三橋臂，所述第一橋臂、第二橋臂分別包括兩個開關器件，且所述第一橋臂與第三橋臂組成陽極逆變橋，所述第二橋臂與所述第三橋臂組成陰極逆變橋，所述陽極逆變橋調(diào)節(jié)所述高壓發(fā)生器的陽極電壓，所述陰極電壓控制逆變橋調(diào)節(jié)所述高壓發(fā)生器的陰極電壓，且所述高壓發(fā)生器的陽極電壓施加在所述X射線管的陽極，所述高壓發(fā)生器的陰極電壓施加在所述X射線管的陰極；

第一控制組件，可與所述陽極逆變橋組成控制回路，且所述第一控制組件的輸入端連接所述高壓發(fā)生器的陽極，所述第一控制組件的輸出端連接所述第一橋臂；

第二控制組件，可與所述陰極逆變橋組成控制回路，且所述第二控制組件的輸入端連接所述高壓發(fā)生器的陰極，所述第二控制組件的輸出端連接所述第二橋臂。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提出一種X射線產(chǎn)生裝置的控制方法，所述X射線產(chǎn)生裝置包括高壓發(fā)生器以及X射線管，所述X射線管具有陰極和陽極，所述高壓發(fā)生器包括：

逆變器，所述逆變器包括第一橋臂、第二橋臂以及位于所述第一橋臂和第二橋臂之間的第三橋臂，所述第一橋臂、第二橋臂分別包括兩個開關器件，且所述第一橋臂與第三橋臂組成陽極逆變橋，所述第二橋臂與所述第三橋臂組成陰極逆變橋，所述陽極逆變橋調(diào)節(jié)所述高壓發(fā)生器的陽極電壓，所述陰極逆變橋調(diào)節(jié)所述高壓發(fā)生器的陰極電壓；

所述控制方法包括：

從所述高壓發(fā)生器的陽極采集第一電壓反饋信號，并根據(jù)所述第一電壓反饋信號產(chǎn)生第一組驅(qū)動信號，所述第一組驅(qū)動信號控制所述陽極逆變橋，使得所述高壓發(fā)生器的陽極產(chǎn)生第一電壓；以及，

從所述高壓發(fā)生器的陰極采集第二電壓反饋信號，并根據(jù)所述第二電壓反饋信號產(chǎn)生第二組驅(qū)動信號，所述第二組驅(qū)動信號控制所述陰極逆變橋，使得所述高壓發(fā)生器的陰極產(chǎn)生第二電壓，且所述第二電壓相對于所述第一電壓具有180度的相移；

將所述第一電壓施加在所述X射線管的陽極，將所述第二電壓施加在所述X射線管的陰極。

可選地，還包括：

從所述陽極逆變橋采集第一電流反饋信號，根據(jù)所述第一電流反饋信號和第一電壓反饋信號控制所述陽極逆變橋；

從所述陰極逆變橋采集第二電流反饋信號，根據(jù)所述第二電流反饋信號和第二電壓反饋信號控制所述陰極逆變橋。

可選地，所述第三橋臂包含兩個開關器件，所述第一組驅(qū)動信號采用PFM調(diào)節(jié)方式同時控制所述第一橋臂、第三橋臂中開關器件的通斷，所述第二組驅(qū)動信號采用PWN調(diào)節(jié)方式控制所述第二橋臂中開關器件的通斷，且所述第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂的調(diào)節(jié)頻率相同。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：逆變器包括并列設置的第一橋臂、第二橋臂以及第三橋臂，第一橋臂與第三橋臂組成陽極逆變橋，第二橋臂與第三橋臂組成陰極逆變橋，陽極逆變橋調(diào)節(jié)高壓發(fā)生器的陽極電壓，陰極逆變橋調(diào)節(jié)高壓發(fā)生器的陰極電壓，在高壓發(fā)生器陰、陽極電流不平衡時，仍可實現(xiàn)陰、陽極電壓的平衡；高壓發(fā)生器陰、陽極分別單獨控制，可適用于高壓變壓器的變壓器集成或分離的情況，降低高壓發(fā)生器對陰、陽極電路一致性的要求，提高高壓發(fā)生器對不平衡負載的適應能力；控制回路可采用PWM或PFM以及兩者任意組合的方式，提高了高壓發(fā)生器控制的靈活性和多樣性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一的X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例二的X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a為本發(fā)明實施例二的逆變器的一種可能的調(diào)制波形圖；

圖4b為本發(fā)明實施例二的逆變器的另一種可能的調(diào)制波形圖；

圖5為本發(fā)明實施例三的X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例四的X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例五的X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8a為本發(fā)明實施例五的逆變器的一種可能的調(diào)制波形；

圖8b為本發(fā)明實施例五的逆變器的另一種可能的調(diào)制波形圖。

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其它不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

本發(fā)明的實施例描述高壓發(fā)生器，該高壓發(fā)生器可以應用在例如X射線治療設備、X射線診斷設備、X射線計算機體斷層攝影設備(CT)、正電子發(fā)射計算機斷層顯像(PET-CT)等設備中，但并不以此為限。

在一些實施例中，具有陰、陽極電壓平衡能力的X射線管高壓發(fā)生器包含逆變電路，該變電路至少包含三個橋臂，保證在X射線管的陰、陽極電流不平衡的情況下，仍可實現(xiàn)陰、陽極電壓的平衡。

實施例一

圖2是本發(fā)明一實施例的X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。該高壓發(fā)生器包括逆變器(電路)、諧振腔、變壓器、倍壓整流電路以及控制組件。

逆變電路由第一開關器件Q1、第二開關器件Q2、第三開關器件Q3、第四開關器件Q4、第一電容C1、第二電容C2組成。其中，第一開關器件Q1和第二開關器件Q2串聯(lián)組成第一橋臂(超前橋臂)21；第三開關器件Q3和第四開關器件Q4串聯(lián)組成第二橋臂(滯后橋臂)22；第一電容C1和第二電容C2串聯(lián)組成第三橋臂(公共橋臂)，該第三橋臂設置在第一橋臂21與第二橋臂22之間，即逆變器由第一橋臂、第二橋臂以及位于第一橋臂和第二橋臂之間的第三橋臂組成。第一開關器件至第四開關器件Q1-Q4可以是三極管開關電路、場效應開關電路(MOS管開關電路)、結(jié)型或絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)等。

第一橋臂21、第二橋臂22與第三橋臂并聯(lián)連接，且第一橋臂21和第三橋臂組成(構(gòu)成)陽極逆變橋或高壓發(fā)生器的陽極電壓端，第二橋臂22與第三橋臂組成陰極逆變橋高壓發(fā)生器的陰極電壓端。陽極逆變橋調(diào)節(jié)高壓發(fā)生器的陽極產(chǎn)生第一電壓，陰極逆變橋調(diào)節(jié)高壓發(fā)生器的陰極產(chǎn)生第二電壓。第一電壓施加在X射線管的陽極，第二電壓施加在所述X射線管的陰極。

對于第一橋臂21，第一開關器件Q1與第二開關器件Q2串聯(lián)連接，第一開關器件Q1的集電極連接電源Vin的正極，發(fā)射極連接第一橋臂中點A，在該第一開關器件Q1的兩端并聯(lián)反向二極管D1；第二開關器件Q2的集電極連接橋臂中點A，發(fā)射極連接電源Vin的負極，在該第二開關器件Q2的兩端并聯(lián)反向二極管D2。

對于第二橋臂22，第三開關器件Q3與第四開關器件Q4串聯(lián)連接，第三開關器件Q3的集電極連接電源Vin的正極，發(fā)射極連接橋臂中點B，在該第三開關器件Q3的兩端并聯(lián)反向二極管D3；第四開關器件Q4的集電極連接橋臂中點B，發(fā)射極連接電源Vin的負極，在該第四開關器件Q4的兩端并聯(lián)反向二極管D4。

對于第三橋臂，第一電容C1的正極板連接電源Vin的正極，第一電容C1的負極板連接第三橋臂的中點Com；第二電容C2的正極板連接第三橋臂的中點Com，第二電容C2的負極板連接電源Vin的負極。在逆變橋中加入由第一電容C1和第二電容C2組成的公共橋臂：公共橋臂與Q₁、Q₂組成陽極逆變橋，在陽極kV電壓調(diào)節(jié)器和/或電流調(diào)節(jié)器的控制下，保證高壓發(fā)生器的陽極電壓kV_and為總kV電壓指令值的一半；公共橋臂與Q₃、Q₄組成陰極逆變橋，在陰極kV電壓調(diào)節(jié)器和/或電流調(diào)節(jié)器的控制下，保證高壓發(fā)生器的陰極電壓kV_cath也為總kV電壓指令值的一半。這樣不僅可以使總kV電壓達到設定值，還可以保證陰陽極電壓的平衡。

諧振腔包括第一諧振腔23和第二諧振腔24，且可設置為由電感和電容組成的串聯(lián)諧振電路或者串并聯(lián)諧振電路。第一諧振腔23的輸入端與第一橋臂21的輸出端連接，第一諧振腔23的輸出端與變壓器的輸入端連接。類似地，第二諧振腔24的輸入端與第二橋臂22的輸出端連接，第二諧振腔24的輸出端與變壓器的輸入端連接。

變壓器可包括變壓器T_r1和變壓器T_r2，可選地，變壓器可選擇陰、陽極相互獨立的變壓器，也可設置成陰、陽極集成的變壓器。第一諧振腔23與變壓器T_r1電氣連接，第二諧振腔24與變壓器T_r2電氣連接。

倍壓整流電路可包括第一倍壓整流電路25、第二倍壓整流電路26，且第一倍壓整流電路25的輸出端電壓施加在X射線管的陽極端，第二倍壓整流電路26的輸出端電壓施加在X射線管的陰極端。可選地，與陰極相關聯(lián)的變壓器、與陽極相關聯(lián)的變壓器可采用原邊繞組的并聯(lián)形式，也可采用兩個原邊繞組串聯(lián)的形式。

控制組件，包括第一控制組件27、第二控制組件28，控制組件可與逆變器組成控制回路，控制逆變器中開關器件的通斷。需要說明的是，變壓器可具有寄生電感L_lk和寄生電容C_w。

在本發(fā)明一實施例中，第一控制組件27可包括電壓調(diào)節(jié)器和調(diào)制器，用于控制陽極逆變橋的開關器件。其中，第一控制組件27的電壓調(diào)節(jié)器獲取從陽極采集的電壓反饋信號與(電壓)指令值之間的差值，并根據(jù)該差值產(chǎn)生調(diào)制電壓。示例性地，可計算電壓反饋信號與指令值的差異，通過一定的運算規(guī)律，如比例積分運算得到調(diào)制電壓(調(diào)制波)。電壓調(diào)節(jié)器具有輸入端和輸出端，該電壓調(diào)節(jié)器既可以是包括加法器和比例積分控制電路的PI調(diào)節(jié)器，也可是其他類型的調(diào)節(jié)器。示例性地，第一控制組件27的調(diào)制器，與電壓調(diào)節(jié)器連接，用于接收調(diào)制電壓，并根據(jù)調(diào)制電壓產(chǎn)生組驅(qū)動信號，該組驅(qū)動信號用于驅(qū)動第一橋臂或陽極逆變橋中開關器件導通或截止，也可稱之為驅(qū)動開關器件的通斷。需要說明的是，第一控制組件27的調(diào)制器連接陽極逆變橋中開關器件的基極以控制開關器件的通斷(導通或截止)。需要說明的是，本發(fā)明申請中的驅(qū)動信號也可稱之為驅(qū)動脈沖。

第二控制組件28同樣可包括電壓調(diào)節(jié)器和調(diào)制器，用于控制陰極逆變橋的開關器件。其中，第二控制組件28的電壓調(diào)節(jié)器獲取從陰極采集的電壓反饋信號與(電壓)指令值的差值，并根據(jù)該差值產(chǎn)生調(diào)制電壓。示例性地，可計算電壓反饋信號與指令值的差異，通過一定的運算規(guī)律，如比例積分運算得到調(diào)制波。第二控制組件28的電壓調(diào)節(jié)器具有輸入端和輸出端，該電壓調(diào)節(jié)器既可以是包括加法器和比例積分控制電路的PI調(diào)節(jié)器，也可是其他類型的調(diào)節(jié)器。第二控制組件28的調(diào)制器，與電壓調(diào)節(jié)器連接，用于接收調(diào)制電壓，并根據(jù)調(diào)制電壓產(chǎn)生另一組驅(qū)動信號，該組驅(qū)動信號用于驅(qū)動第二橋臂或陰極逆變橋中開關器件導通或截止，也可稱之為驅(qū)動開關器件的通斷。

需要說明的是，第二控制組件28的調(diào)制器連接陰極逆變橋中開關器件的基級以控制開關器件的通斷(導通或截止)?？蛇x地，調(diào)制器可包括脈沖寬度(Pulse Width Modulation，PWM)調(diào)制器或/和脈沖頻率(Pulse Frequency Modulation，PFM)調(diào)制器，用于采用PWM調(diào)制方式或PFM調(diào)制方式控制逆變電路中開關器件的通斷。

第一橋臂21的中點A與第一諧振腔23的輸入端電氣連接；第一諧振腔23的輸出端與變壓器T_r1原邊繞組的輸入端電氣連接；變壓器T_r1原邊繞組的輸出端與第三橋臂的中點Com電氣連接；變壓器T_r1副邊繞組的輸出電壓與第一倍壓整流電路25的輸入端電氣連接，即第一橋臂21與第三橋臂共同組成陽極逆變橋或高壓發(fā)生器的陽極電壓端。第一倍壓整流電路25的輸出端在與X射線管的陽極端電氣連接的同時，還與第一控制組件27的輸入端電氣連接。第一控制組件27的輸出端可連接逆變電路開關器件的基極控制端。

類似地，第二橋臂22的中點B與第二諧振腔24的輸入端電氣連接；第二諧振腔24的輸出端與變壓器T_r2原邊繞組的輸入端電氣連接；變壓器T_r2原邊繞組的輸出端與第三橋臂的中點Com電氣連接；變壓器T_r2副邊繞組的輸出電壓與第二倍壓整流電路26的輸入端電氣連接，即第二橋臂22與第三橋臂組成陰極逆變橋或高壓發(fā)生器的陰極電壓端。第二倍壓整流電路26的輸出端在與X射線管的陰極端電氣連接的同時，還與第二控制組件28的輸入端電氣連接。第二控制組件28的輸出端可電氣連接逆變電路開關器件的基極控制端。需要說明的是，陽極逆變橋或陰極逆變橋還包括設置在兩橋臂之間的諧振腔。

根據(jù)上述電路結(jié)構(gòu)，第一橋臂21、第三橋臂、第一諧振腔23、變壓器T_r1、第一倍壓整流電路25和第一控制組件27組成第一控制回路；第二橋臂22、第三橋臂、第二諧振腔24、變壓器T_r2、第二倍壓整流電路26和第二控制組件28組成第二控制回路。其控制過程包括：

第一控制回路獨立控制X射線管的陽極電壓：第一控制組件27的電壓調(diào)節(jié)器從X射線管的陽極電壓端采集第一電壓反饋信號，并根據(jù)第一電壓反饋信號產(chǎn)生第一組驅(qū)動信號，該第一組驅(qū)動信號控制第一橋臂21中開關器件的通斷(導通或截止)，使得X射線管的陽極產(chǎn)生第一電壓。示例性地，電壓調(diào)節(jié)器計算第一電壓反饋信號與指令值或陽極端參考信號KV_{and_ref}的差值，對該差值進行比例積分以輸出調(diào)制電壓；PWM或PFM調(diào)制器接收調(diào)制電壓，并根據(jù)該調(diào)制電壓產(chǎn)生包括第一驅(qū)動信號S1和第二驅(qū)動信號S2的第一組驅(qū)動信號，其中，第一驅(qū)動信號S1提供給第一開關器件Q1的基極控制端，第二驅(qū)動信號S2提供給第二開關器件Q2的基極控制端。

第二控制回路獨立控制X射線管的陰極電壓：第二控制組件28的電壓調(diào)節(jié)器從X射線管的陰極電壓端采集第二電壓反饋信號，并根據(jù)第二電壓反饋信號產(chǎn)生第二組驅(qū)動信號，該第二組驅(qū)動信號控制第二橋臂22中開關器件的通斷，使得X射線管的陰極產(chǎn)生相對于第一電壓具有180度的相移的第二電壓。示例性地，電壓調(diào)節(jié)器計算第二電壓反饋信號與指令值或陰極端參考信號KV_{cath_ref}的差值，對該差值進行一定規(guī)律的運算，如比例積分運算以輸出調(diào)制電壓；PWM或PFM調(diào)制器接收調(diào)制電壓，并根據(jù)該調(diào)制電壓產(chǎn)生包括第三驅(qū)動信號S3和第四驅(qū)動信號S4的第二組驅(qū)動信號，其中，第三驅(qū)動信號S3提供給第三開關器件Q3的基極，第四驅(qū)動信號S4提供給第四開關器件Q4的基極。

根據(jù)上述分析，逆變電路中加入由電容C₁和C₂組成的第三橋臂(公共橋臂)，可與第一橋臂組成陽極控制端，控制高壓發(fā)生器的陽極電壓kV_and，該第三橋臂也可與第二橋臂組成陰極控制端，控制高壓發(fā)生器的陰極電壓kV_cath，既可保證X射線管總電壓達到設定值，而且，即使在陰、陽極電流不平衡的情況下，仍可實現(xiàn)陰、陽極電壓的平衡，降低高壓發(fā)生器對陰、陽極電路一致性的要求，提高高壓發(fā)生器對不平衡負載的適應能力。

實施例二

本實施例與實施例一的不同在于第三橋臂包含有源器件。如圖3所示為實施例二的X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖，逆變電路的第三橋臂(公共橋臂)包括串聯(lián)連接的第五開關器件Q5和第六開關器件Q6，在第五開關器件Q5的兩端并聯(lián)反向二極管D5，在第六開關器件Q6的兩端并聯(lián)反向二極管D6，第三橋臂的中點Com電氣連接變壓器T_r原邊繞組的輸出端。第一控制組件37中包含的調(diào)制器為PWM調(diào)制器，第二控制組件38中包含的調(diào)制器為PWM調(diào)制器。需要說明的是，本實施例中采用的變壓器為陰、陽極集成的變壓器，當然也可采用如圖2所述的陰、陽極分立型變壓器。

第一橋臂31、第三橋臂、第一諧振腔33、變壓器T_r、第一倍壓整流電路35和第一控制組件37組成第一控制回路。第二橋臂32、第三橋臂、第二諧振腔34、變壓器T_r、第二倍壓整流電路36和第二控制組件38組成第二控制回路。第一橋臂、第二橋臂和第三橋臂中開關器件的驅(qū)動信號占空比同時設定為50％。其控制過程包括：

保持第三橋臂的相位固定，第一控制組件37的電壓調(diào)節(jié)器從X射線管的陽極電壓端采集第一電壓反饋信號，并根據(jù)第一電壓反饋信號產(chǎn)生第一組驅(qū)動信號，該第一組驅(qū)動信號控制第一橋臂31中開關器件的通斷，使得X射線管的陽極產(chǎn)生第一電壓。示例性地，電壓調(diào)節(jié)器計算反饋信號與陽極端參考信號KV_{and_ref}的差值，對該差值進行一定規(guī)律的運算，如比例積分運算以輸出調(diào)制電壓；PWM調(diào)制器接收調(diào)制電壓，并根據(jù)該調(diào)制電壓產(chǎn)生第一驅(qū)動信號S1、第二驅(qū)動信號S2，其中，第一驅(qū)動信號S1提供給第一開關器件Q1的基極，第二驅(qū)動信號S2提供給第二開關器件Q2的基極，通過控制第一開關器件Q1、第二開關器件Q2的通斷調(diào)節(jié)第一橋臂31相對第三橋臂的相對相移控制X射線管的陽極電壓；

保持第三橋臂的相位固定，第二控制組件38的電壓調(diào)節(jié)器從X射線管的陽極電壓端采集第二電壓反饋信號，電壓調(diào)節(jié)器計算第二電壓反饋信號與陰極端參考信號KV_{cath_ref}的差值，對該差值進行比例積分以輸出調(diào)制電壓；PWM調(diào)制器接收調(diào)制電壓，并根據(jù)該調(diào)制電壓產(chǎn)生第三驅(qū)動信號S3、第四驅(qū)動信號S4，其中，第三驅(qū)動信號S3提供給第三開關器件Q3的基極，第四驅(qū)動信號S4提供給第四開關器件Q4的基極。第二控制回路通過控制第二橋臂32的開關器件的通斷，調(diào)節(jié)第二橋臂32相對第三橋臂的相對相移，使得X射線管的陰極產(chǎn)生相對于第一電壓具有180度的相移的第二電壓。需要指出的是，本發(fā)明的調(diào)制器也可采用PFM調(diào)制器，X射線管的陰、陽極電平平衡過程與前述過程類似。

如圖4a所示為本發(fā)明實施例二的逆變器的一種可能的調(diào)制波形圖，其中橫坐標表示時間，縱坐標表示該時刻對應的脈沖。逆變電路開關器件的占空比都設定為50％：第一開關器件Q1、第二開關器件Q2采用雙極性調(diào)制；第三開關器件Q3、第四開關器件Q4采用雙極性調(diào)制；第五開關器件Q5、第六開關器件Q6采用雙極性調(diào)制。保持第三橋臂的相位固定，第一控制環(huán)路通過驅(qū)動信號控制第一橋臂31相對第三橋臂的相移來控制高壓發(fā)生器的陽極kV_and電壓，第二控制環(huán)路通過驅(qū)動信號控制第二橋臂32相對第三橋臂的相移來控制陰極kV_cath電壓：

在一個開關周期的前半周期，第三開關器件Q3、第五開關器件Q5同時處于導通狀態(tài)，第一驅(qū)動信號S1驅(qū)動第一開關器件Q1處于導通狀態(tài)，第二開關器件Q2、第四開關器件Q4、第六開關器件Q6同時處于截止狀態(tài)，此時未有電流或電壓回路，A點和Com點的電壓V_AC為零，B點和Com點的電壓V_BC為零；

隨后，第五開關器件Q5截止，第六開關器件Q6導通，第一開關器件Q1、第三開關器件Q3仍處于導通狀態(tài)，第二開關器件Q2、第四開關器件Q4仍處于截止狀態(tài)，此時，V_in、第一開關器件Q1、第一諧振腔33、第六開關器件Q6組成串聯(lián)回路，A點和Com點的電壓V_AC為高電平；V_in、第三開關器件Q3、第二諧振腔34、第六開關器件Q6組成串聯(lián)回路，B點和Com點的電壓V_BC同樣為高電平；

接著，第四驅(qū)動信號S4驅(qū)動第三開關器件Q3處于截止狀態(tài)，第四驅(qū)動信號S4驅(qū)動第四開關器件Q4導通，第一開關器件Q1、第六開關器件Q6仍處于導通狀態(tài)，第二開關器件Q2、第五開關器件Q5仍處于截止狀態(tài)，此時，V_in、第一開關器件Q1、第一諧振腔33、第六開關器件Q6仍構(gòu)成串聯(lián)回路，A點和Com點的電壓V_AC仍為高電平；第二諧振腔34、第六開關器件Q6、第四反向二極管D4組成串聯(lián)回路，B點和Com點的電壓V_BC變?yōu)榈碗娖剑?/p>

然后，第一驅(qū)動信號S1驅(qū)動第一開關器件Q1由導通變?yōu)榻刂範顟B(tài)，第二驅(qū)動信號S2驅(qū)動第二開關器件Q2導通，第三開關器件Q3、第六開關器件Q5仍處于截止狀態(tài)，第四開關器件Q4、第六開關器件Q6處于導通狀態(tài)，此時，第六開關器件Q6、第一諧振腔33、第二反向二極管D2組成串聯(lián)回路，A點和Com點的電壓V_AC由高電平變?yōu)榈碗娖?零)；B點和Com點的電壓V_BC仍為低電平；

在一個開關周期的后半周期，第二開關器件Q2、第四開關器件Q4、第六開關器件Q6導通，而第一開關器件Q1、第三開關器件Q3、第五開關器件Q5處于截止狀態(tài)，A點和Com點的電壓V_AC為低電平；B點和Com點的電壓V_BC仍為低電平；

隨后，第五開關器件Q5導通，第六開關器件Q6截止，此時，V_in、第五開關器件Q5、第一諧振腔33、第二開關器件Q2組成串聯(lián)回路，A點和Com點的電壓V_AC為高電平(但與前半周期的電流方向或設定電流方向反向，因此為負值)；V_in、第五開關器件Q5、第二諧振腔34、第四開關器件Q4組成串聯(lián)回路，B點和Com點的電壓V_BC同樣為高電平；

接著，第三驅(qū)動信號S3驅(qū)動第三開關器件Q3導通，第四開關器件Q4截止，第一開關器件Q1、第六開關器件Q6仍處于截止狀態(tài)，第二開關器件Q2、第五開關器件Q5仍處于導通狀態(tài)，此時，V_in、第五開關器件Q5、第一諧振腔33、第二開關器件Q2組成串聯(lián)回路，A點和Com點的電壓V_AC為高電平(但與前半周期的電流方向反向，因此設定為負值)；B點和Com點的電壓V_BC變?yōu)榈碗娖剑?/p>

隨后，第一驅(qū)動信號S1驅(qū)動第一開關器件Q1導通，第二開關器件Q2截止，此時A點和Com點的電壓V_AC由高電平變?yōu)榈碗娖?，B點和Com點的電壓V_BC仍為低電平。

通過上述分析，A點和Com點的電壓V_AC、B點和Com點的電壓V_BC具有良好的一致性，進一步地，控制驅(qū)動信號的時序，可得到完全一致的陰極電壓和陽極電壓。需要說明的是，本實施例如4給出的調(diào)制波形僅為逆變電路調(diào)制波形的一種可能實現(xiàn)方式，逆變電路的調(diào)制波形還可包含多種可能的方式。

如圖4b所示為本發(fā)明實施例二的逆變器的另一種可能的調(diào)制波形圖，其中橫坐標表示時間，縱坐標表示該時刻對應的脈沖。保持第三橋臂仍采用50％占空比，而且第五驅(qū)動信號S5、第六驅(qū)動信號S6分別控制第五開關器件Q5和第六開關器件Q6，保持第三橋臂的相位固定；第一控制環(huán)路通過包含第一驅(qū)動信號S1、第二驅(qū)動信號S2的第一組驅(qū)動信號分別驅(qū)動第一開關器件Q1和第二開關器件Q2，調(diào)節(jié)第一橋臂31的占空比來控制陽極kV_and電壓；第二控制環(huán)路通過包含第三驅(qū)動信號S3、第四驅(qū)動信號S4的第二組驅(qū)動信號分別驅(qū)動第三開關器件Q3和第四開關器件Q4，調(diào)節(jié)第二橋臂32的占空比來控制陰極kV_cath電壓。

實施例三

本實施例與實施例二的不同在于逆變電路中各開關器件的控制方式。如圖5所示，第一控制組件57中包含的調(diào)制器為PFM調(diào)制器，第二控制組件58中包含的調(diào)制器為PWM調(diào)制器，且PFM調(diào)制器與PWM調(diào)制器之間連接有頻率同步電路59。PFM調(diào)制器同時連接第一橋臂51和第三橋臂中開關器件的基極，對第一橋臂51和第三橋臂進行PFM調(diào)制；PWM調(diào)制器連接第二橋臂52中開關器件的基極，對第二橋臂51進行PWM調(diào)制，頻率同步電路59調(diào)節(jié)PWM調(diào)制器和PFM調(diào)制器的調(diào)節(jié)頻率或工作頻率相同。

第一橋臂51和第三橋臂組成的陽極逆變橋、第一諧振腔53、變壓器T_r、第一倍壓整流電路55和第一控制組件57組成第一控制回路。第二橋臂52和第三橋臂組成的陰極逆變橋、第二諧振腔54、變壓器T_r、第二倍壓整流電路56和第二控制組件58組成第二控制回路。其控制過程包括：

第一控制組件57的電壓調(diào)節(jié)器從X射線管的陽極電壓端采集第一電壓反饋信號，并根據(jù)該第一電壓反饋信號產(chǎn)生第一組驅(qū)動信號，該第一組驅(qū)動信號控制第一橋臂51、第三橋臂中開關器件的通斷，使得X射線管的陽極產(chǎn)生第一電壓。示例性地，電壓調(diào)節(jié)器計算反饋信號與陽極端參考信號KV_{and_ref}的差值，對該差值進行比例積分以輸出調(diào)制電壓；PFM調(diào)制器接收調(diào)制電壓，并根據(jù)該調(diào)制電壓產(chǎn)生包含第一驅(qū)動信號S1、第二驅(qū)動信號S2和第五驅(qū)動信號S5、第六驅(qū)動信號S6的第一組驅(qū)動信號，其中，第一驅(qū)動信號S1提供給第一開關器件Q1的基極，第二驅(qū)動信號S2提供給第二開關器件Q2的基極，第五驅(qū)動信號S5提供給第五開關器件Q5的基極，第六驅(qū)動信號S6提供給第六開關器件Q6的基極，通過控制(調(diào)節(jié))第一開關器件Q1、第二開關器件Q2、第五開關器件Q5以及第六開關器件Q6的通斷調(diào)節(jié)第一橋臂51相對第三橋臂的相對相移控制X射線管的陽極電壓。

與此同時，第二控制組件58的電壓調(diào)節(jié)器從X射線管的陽極電壓端采集第二電壓反饋信號，電壓調(diào)節(jié)器計算第二電壓反饋信號與陰極端參考信號KV_{cath_ref}的差值，對該差值進行比例積分以輸出調(diào)制電壓；PWM調(diào)制器接收調(diào)制電壓，并根據(jù)該調(diào)制電壓產(chǎn)生包含第三驅(qū)動信號S3和第四驅(qū)動信號S4的第二組驅(qū)動信號，其中，第三驅(qū)動信號S3提供給第三開關器件Q3的基極，第四驅(qū)動信號S4提供給第四開關器件Q4的基極。第二控制回路通過控制第二橋臂32中開關器件的通斷，調(diào)節(jié)第二橋臂32相對第三橋臂的相對相移，使得X射線管的陰極產(chǎn)生相對于第一電壓具有180度的相移的第二電壓。

實施例四

本實施例與實施例三的不同在于逆變電路中各開關器件的控制方式。如圖6所示為本發(fā)明實施例的X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖，第一控制組件67中包含的調(diào)制器為PWM調(diào)制器，第二控制組件68中包含的調(diào)制器為PFM調(diào)制器，且PFM調(diào)制器與PWM調(diào)制器之間連接有頻率同步電路69。PWM調(diào)制器連接第一橋臂61中開關器件的基極，對第一橋臂61進行PWM調(diào)制；PFM調(diào)制器同時連接第二橋臂62和第三橋臂中開關器件的基極，對第二橋臂62和第三橋臂進行PFM調(diào)制；頻率同步電路69調(diào)節(jié)PWM調(diào)制器和PFM調(diào)制器的工作頻率相同。

第一橋臂61、第三橋臂、第一諧振腔63、變壓器T_r、第一倍壓整流電路65和第一控制組件67組成第一控制回路。第二橋臂62、第三橋臂、第二諧振腔64、變壓器T_r、第二倍壓整流電路66和第二控制組件68組成第二控制回路。其控制過程包括：

第一控制組件67的電壓調(diào)節(jié)器從X射線管的陽極電壓端采集第一電壓反饋信號，電壓調(diào)節(jié)器計算第一電壓反饋信號與陽極端參考信號KV_{and_ref}的差值，對該差值進行比例積分以輸出調(diào)制電壓；PWM調(diào)制器接收調(diào)制電壓，并根據(jù)該調(diào)制電壓產(chǎn)生包含第一驅(qū)動信號S1和第二驅(qū)動信號S2的第一組驅(qū)動信號，其中，第一驅(qū)動信號S1提供給第一開關器件Q1的基極，第二驅(qū)動信號S2提供給第二開關器件Q2的基極。

第二控制組件68的電壓調(diào)節(jié)器從X射線管的陽極電壓端采集第二電壓反饋信號，并根據(jù)該第二電壓反饋信號控制第二橋臂62、第三橋臂中開關器件的通斷，使得X射線管的陽極產(chǎn)生第二電壓。

示例性地，電壓調(diào)節(jié)器計算反饋信號與陽極端參考信號KV_{cath_ref}的差值，對該差值進行比例積分以輸出調(diào)制電壓；PFM調(diào)制器接收調(diào)制電壓，并根據(jù)該調(diào)制電壓產(chǎn)生包含第三驅(qū)動信號S3、第四驅(qū)動信號S4、第五驅(qū)動信號S5和第六驅(qū)動信號S6的第二組驅(qū)動信號，其中，第三驅(qū)動信號S3提供給第三開關器件Q3的基極，第四驅(qū)動信號S4提供給第四開關器件Q4的基極，第五驅(qū)動信號S5提供給第五開關器件Q5的基極，第六驅(qū)動信號S6提供給第六開關器件Q6的基極，通過控制第三開關器件Q3、第四開關器件Q4、第五開關器件Q5以及第六開關器件Q6的通斷調(diào)節(jié)第二橋臂52相對第三橋臂的相對相移控制X射線管的陰極電壓；同時，第一控制回路通過控制第一橋臂61中開關器件的通斷，調(diào)節(jié)第一橋臂61相對第三橋臂的相對相移，使得X射線管的陰極和陽極具有180度的相移。

實施例五

圖7所示為本發(fā)明第五實施例的X射線高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，控制組件，可包括第一控制組件77、第二控制組件78，控制組件可與逆變器組成控制回路，控制逆變電路中開關器件的通斷。在本實施例中，第一控制組件77包括調(diào)節(jié)器1、第一加法器771與第二加法器773、整流單元774、調(diào)節(jié)器2以及PWM調(diào)制器776。同樣，第二控制組件78包括加法器781與783、調(diào)節(jié)器1、整流單元784、調(diào)節(jié)器2以及PWM調(diào)制器786?？蛇x地，高壓發(fā)生器可采用的變壓器為由兩個原邊繞組串聯(lián)組成的集成變壓器，從而在較大范圍內(nèi)控制開關器件的通斷，利于優(yōu)化開關器件的損耗。

在本具體實施例中，反饋信號包括反饋電壓和反饋電流，控制環(huán)路包括電壓控制環(huán)路和電流控制環(huán)路。示例性地，第一控制組件77根據(jù)第一電流反饋信號和第一電壓反饋信號產(chǎn)生一組驅(qū)動信號，該組驅(qū)動信號控制陽極逆變橋：

第一加法器771的輸入端輸入與X射線高壓發(fā)生器的輸出電壓關聯(lián)的第一電壓反饋信號和參考電壓，計算第一電壓反饋信號與參考電壓(指令值)的差值；調(diào)節(jié)器1為電壓調(diào)節(jié)器，用于接收該電壓差值，并對該電壓差值進行比例積分以輸出一部分調(diào)制電壓；

第二加法器773的一個輸入端連接調(diào)節(jié)器1的輸出端，接收高壓發(fā)生器的負載電流；第二加法器773的另一個輸入端連接來自高壓發(fā)生器諧振腔或陽極逆變橋的第一反饋電流i_LS，第一反饋電流i_LS可以經(jīng)過整流單元774整流后，乘以比例系數(shù)K得到。第二加法器773計算負載電流與第一反饋電流i_LS的差值；調(diào)節(jié)器2為電流調(diào)節(jié)器，用于對該差值進行比例積分運算，輸出另一部分調(diào)制電壓。兩部分調(diào)制電壓共同作用于PWM調(diào)制器，以產(chǎn)生驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號包括第一驅(qū)動信號S1和第二驅(qū)動信號S2，分別接通第一開關器件Q1和第二開關器件Q2的基極，控制開關器件的通斷。

類似地，第二控制組件78根據(jù)第二電流反饋信號和第二電壓反饋信號產(chǎn)生另一組驅(qū)動信號，該組驅(qū)動信號控制陰極逆變橋。第二控制組件78中，第一加法器781的輸入端輸入與X射線高壓發(fā)生器的輸出電壓關聯(lián)的第二電壓反饋信號和參考電壓，計算第二電壓反饋信號與參考電壓的差值；調(diào)節(jié)器1為電壓調(diào)節(jié)器，用于接收該電壓差值，并對該電壓差值進行比例積分以輸出一部分調(diào)制電壓；

第二加法器783的一個輸入端連接調(diào)節(jié)器1的輸出端，接收高壓發(fā)生器的負載電流；第二加法器783的另一個輸入端連接來自高壓發(fā)生器諧振腔或陽極逆變橋的第二反饋電流i_LS，第二反饋電流i_LS可以經(jīng)過整流單元784整流后，乘以比例系數(shù)K得到。第二加法器783計算負載電流與第二反饋電流i_LS的差值；調(diào)節(jié)器2為電流調(diào)節(jié)器，用于對該差值進行比例積分運算，輸出另一部分調(diào)制電壓。兩部分調(diào)制電壓共同作用于PWM調(diào)制器，以產(chǎn)生驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號包括第三驅(qū)動信號S3和第四驅(qū)動信號S4，分別接通第三開關器件Q3和第四開關器件Q4的基極，控制開關器件的通斷。

本實施例采用了電壓電流雙閉環(huán)控制，不影響模式切換過程，可以改善逆變電路的控制特性。

需要說明的是，本發(fā)明對控制組件的控制方式并沒有嚴格限制。在另一實施例中，第一控制組件77可采用電壓閉環(huán)控制，第二控制組件78可采用電壓、電流雙閉環(huán)控制。在又一實施例中，第一控制組件77可采用電壓、電流雙閉環(huán)控制，第二控制組件78可采用電壓閉環(huán)控制。

如圖8a所示為本發(fā)明實施例五的逆變器的一種可能的調(diào)制波形圖，其中橫坐標表示時間，縱坐標表示該時刻對應的脈沖。驅(qū)動信號第三橋臂仍采用50％占空比，而且第三橋臂的相位固定，第一控制環(huán)路(又稱陽極kV控制環(huán)路)通過第一組驅(qū)動信號控制第一橋臂71相對第三橋臂的相移來控制陽極kV_and電壓，第二控制環(huán)路(又稱陰極kV控制環(huán)路)通過第二組驅(qū)動信號控制第二橋臂72的占空比來控制陰極kV_cath電壓。

如圖8b所示為本發(fā)明實施例五的逆變器的另一種可能的調(diào)制波形圖，其中橫坐標表示時間，縱坐標表示該時刻對應的脈沖。第三橋臂仍采用50％占空比，而且第三橋臂的相位固定，第一控制環(huán)路(又稱陽極kV控制環(huán)路)通過第一組驅(qū)動信號控制第一橋臂71的占空比來控制陽極kV_and電壓，第二控制環(huán)路(又稱陰極kV控制環(huán)路)通過第二組驅(qū)動信號控制第二橋臂72相對第三橋臂的相移來控制陰極kV_cath電壓。

本發(fā)明提出的具備陰陽極電壓平衡能力的X射線高壓發(fā)生器，通過分別控制陰陽極電壓，即使在陰陽極電流不平衡時，仍可實現(xiàn)陰陽極電壓的平衡。本發(fā)明不論是在陰陽極采用分立的高壓變壓器的情況下，還是在為了減小體積而采用集成的高壓變壓器的情況下，都能在陰陽極電流存在顯著的不平衡時，保證陰陽極電壓的平衡，降低了高壓發(fā)生器對陰陽極電路一致性的要求，提高了高壓發(fā)生器對不平衡負載的適應能力。

雖然本發(fā)明已參照當前的具體實施例來描述，但是本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)對上述實施例的變化、變型都將落在本申請的權利要求書的范圍內(nèi)。