[发明专利]一种混合控制管电流的系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压发生器技术领域，特别涉及一种X射线管电流控制系统及其控制方法。

背景技术

X射线管是一个具有阴阳两极的真空管，灯丝是阴极，一般是钨丝，阳极是金属制成的靶。在阴阳两极之间加有很高的直流电压(管电压)，当阴极加热到白炽状态时会释放出大量的电子，这些电子在高压电场中被加速，从阴极飞向阳极(管电流)，最终以很大的速度撞击在金属靶上，失去所具有的动能，这些动能绝大部分转换为热能，仅有极少的一部分转化为X射线。调节灯丝的电流即可改变灯丝发射的电子数量，灯丝电流与发射电子的数量关系是呈指数的非线性关系。因此灯丝电流的稳定性和准确性直接影响着管电流的稳定性和准确性。

现有X射线机，部分设备仅以灯丝电流为反馈形成闭环，没有直接与管电流形成闭环，难以满足前沿要求，当灯丝在冷态和热态时电阻的差别导致管电流不稳定，影响图像质量。还有一部分设备闭环系统采用模拟电路实现，一般采用运放电路，存在扩展性和更改性差，控制方式不灵活，器件差异对电路影响大和电路面积大等缺点。

发明内容

鉴于上述存在的问题，本发明的目的是提供一种混合控制管电流的系统及其控制方法，用以保证X射线管管电流的稳定性和准确性，同时部分采用数字技术解决模拟电路在系统中存在的缺点。

本发明采用的技术方案如下：一种混合控制管电流的系统，包括管电流控制系统和与其连接的灯丝电流控制系统；所述灯丝电流控制系统通过灯丝电流驱动系统与灯丝连接；

管电流控制系统，用于根据X射线球管反馈的管电流对管电流进行控制，输出灯丝电流设定值至灯丝电流控制系统；

灯丝电流控制系统，用于根据灯丝电流设定值以及灯丝电流驱动系统反馈的灯丝电流值对灯丝电流进行控制，输出灯丝电流驱动信号，通过控制灯丝电流驱动系统控制灯丝电流。

所述管电流控制系统包括顺序连接的AD模块、管电流控制模块、DA模块，以及与管电流控制模块连接的存储器；X射线球管的管电流反馈至AD模块，外部输入管电流设定值至管电流控制模块；DA模块与灯丝电流控制系统连接；管电流控制模块用于实现PID控制灯丝电流设定值的输出。

所述灯丝电流控制系统包括顺序连接的灯丝电流控制模块、PWM模块；所述灯丝电流控制模块与DA模块连接，PWM模块与灯丝电流驱动系统连接；灯丝电流驱动系统与灯丝电流控制模块连接；灯丝电流控制模块用于实现PID输出模拟信号控制PWM模块，PWM模块生成PWM信号通过控制灯丝电流驱动系统控制灯丝电流。

所述灯丝电流驱动系统包括半桥逆变电路、变压器与半波整流积分电路，半桥逆变电路的两个输出端与变压器初级绕组两端连接，变压器次级绕组两端连接灯丝；变压器初级绕组的一端通过半波整流积分电路与灯丝电流控制模块连接，半桥逆变电路中的两个MOS管的栅极分别与PWM模块的两个输出端连接。

所述半波整流积分电路包括顺序连接的电流互感器、半波整流电路和积分电路；变压器初级绕组的一端穿入电流互感器的圆环内，积分电路输出端与灯丝电流控制模块连接。

一种混合控制管电流的控制方法，包括以下步骤：

管电流控制系统根据管电流设定值以及X射线球管反馈的管电流值对管电流进行闭环控制，得到灯丝电流设定值；

灯丝电流控制系统根据灯丝电流设定值以及灯丝电流驱动系统反馈的灯丝电流值对灯丝电流进行闭环控制，输出PWM信号通过控制灯丝电流驱动系统控制灯丝电流。

所述管电流控制系统根据管电流设定值以及X射线球管反馈的管电流值对管电流进行闭环控制，得到灯丝电流设定值包括以下步骤：

管电流控制模块对设定时间内多次采样的管电流求取均值，将管电流设定值与管电流均值做差，输入至PID得到灯丝电流偏差值；该偏差值与初始值求和后得到灯丝电流设定值，输出至灯丝电流控制系统。

所述灯丝电流控制系统根据灯丝电流设定值以及灯丝电流驱动系统反馈的灯丝电流值对灯丝电流进行闭环控制通过硬件实现，灯丝电流控制模块根据灯丝电流设定值以及灯丝电流驱动系统反馈的灯丝电流值对灯丝电流进行PID控制，输出模拟信号控制PWM模块，PWM模块生成PWM信号通过控制灯丝电流驱动系统控制灯丝电流。

所述PWM模块生成PWM信号通过控制灯丝电流驱动系统控制灯丝电流具体为：PWM模块输出A、B两相PWM信号分别控制半桥逆变电路的上、下桥臂的开闭，产生灯丝电流。

所述灯丝电流驱动系统反馈的灯丝电流值通过以下步骤得到：