[发明专利]准谐振型高频X线机的控制方法和控制电路

说明书

 

技术领域    

本发明涉及一种准谐振型高频X线机的控制方法和控制电路，属X线机控制技术领域。

背景技术    

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200310085526.0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。

发明内容    

    本发明的目的是，针对已有X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。

本发明的技术方案是，本发明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，发明一种基于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。