适用于微焦点高压电源的栅极控制电路及其控制方法与流程

本发明涉及控制电路的，尤其涉及一种适用于微焦点高压电源的栅极控制电路及其控制方法。

背景技术：

1、微焦点x射线源凭借极小焦斑实现高分辨率无损透视成像，在半导体集成电路、新能源电池及精密零部件工业检测等领域具有广泛应用。此类射线源通常包含阳极、阴极、灯丝及栅极等核心组件，其中灯丝受热发射电子，阴极对电子进行聚焦，栅极通过调节其与阴极间的电压来控制穿过栅网的电子数量，进而精确调控x射线的输出剂量，阳极则负责加速电子撞击靶材产生x射线。根据整机架构电位分布的不同，微焦点x射线源可分为正极性与负极性两类，负极性架构中阳极接地，而灯丝、阴极及栅极整体悬浮于几十至百千伏的负高压平台。在现有的栅极供电技术方案中，受限于高压悬浮隔离条件，普遍采用隔离变换配合二极管整流输出的拓扑结构，如反激或推挽电路，利用二极管的单向导通特性向栅极施加可控的负电压以调节束流大小。

2、然而，在微焦点x射线源的实际运行过程中，长期存在栅极电荷积累导致残余负压无法有效消除的技术瓶颈。当主高压开启且灯丝发射电子时，部分热电子会轰击并滞留在栅极金属栅网上，使栅极持续积累负电荷。由于现有栅极电源输出侧多采用二极管整流模式，该结构仅能单向施加负电压，无法提供反向通路以泄放栅极上因电子轰击而积累的电荷，导致即使主电源停止输出，栅极仍可能维持较高的残余负电压。这种残余负压直接限制了射线源的最大输出束流能力，使得设备难以达到理论设计的最大剂量。为了补偿因残余负压造成的束流损失，现有技术往往需要提高灯丝工作温度以增加电子发射量，但这会加速灯丝材料蒸发，显著缩短x射线管的使用寿命；或者采用基础三极管泄放方案，但受限于器件物理特性，其钳位电压下限较高，仍无法将栅-阴极残余电压控制在极低水平，难以满足高性能微焦点射线源对束流控制精度及长寿命的严苛要求。因此，现有技术中用于x射线管的栅极控制电路存在无法有效控制栅-阴极残余电压的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种适用于微焦点高压电源的栅极控制电路及其控制方法，旨在解决现有技术中用于x射线管的栅极控制电路所存在的无法有效控制栅-阴极残余电压的问题。

2、第一方面，本发明实施例公开了一种适用于微焦点高压电源的栅极控制电路，其中，所述栅极控制电路与x射线管进行电连接；所述栅极控制电路包括栅极主功率回路及恒流泄放支路；

3、所述恒流泄放支路包括第一电阻、第二电阻、灯丝电源、稳压二极管、第一三极管、可调电阻及第二电容；

4、所述第一电阻并联设置于所述栅极主功率回路的负极连接端及正极连接端之间；所述第一三极管的发射极连接所述负极连接端及所述第二电容的一端；所述第一三极管的基极连接所述稳压二极管的负极及所述第二电阻的一端；所述第二电阻的另一端连接所述灯丝电源的负极；所述第一三极管的集电极连接所述可调电阻的一端，所述可调电阻的另一端连接所述第二电容的另一端、所述稳压二极管的正极、所述灯丝电源的正极及所述正极连接端；

5、所述第一三极管的发射极连接所述x射线管的栅极，所述稳压二极管正极连接所述x射线管的阴极；所述灯丝电源的负极连接所述x射线管的灯丝。

6、所述的适用于微焦点高压电源的栅极控制电路，其中，所述栅极主功率回路包括隔离变压器、第一电容及第一二极管；

7、所述隔离变压器副边的第一输出端连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极连接所述第一电容的一端，且连接点作为所述栅极主功率回路的负极连接端；所述隔离变压器副边的第二输出端连接所述第一电容的另一端，且连接点作为栅极主功率回路的正极连接端。

8、所述的适用于微焦点高压电源的栅极控制电路，其中，所述隔离变压器原边的第一输入端连接直流电源的一端，所述隔离变压器原边的第二输入端连接开关管的第一连接端，所述开关管的第二连接端连接所述隔离变压器原边的第一输入端。

9、所述的适用于微焦点高压电源的栅极控制电路，其中，所述栅极主功率回路还包括控制组件，所述控制组件的控制信号输出端连接所述开关管的控制端。

10、所述的适用于微焦点高压电源的栅极控制电路，其中，所述控制组件为pwm控制器。

11、所述的适用于微焦点高压电源的栅极控制电路，其中，所述第一电容为极性电容，所述第一电容的负极连接所述第一二极管的正极。

12、所述的适用于微焦点高压电源的栅极控制电路，其中，所述第二电容的两端之间并联设置第三电容；所述第三电容为极性电容，所述第三电容的负极连接所述第二电容的一端。

13、第二方面，本发明实施例公开了一种适用于微焦点高压电源的栅极控制电路的控制方法，其中，所述控制方法应用于控制模块中，所述控制模块与上述第一方面中所述的适用于微焦点高压电源的栅极控制电路进行电连接，所述控制模块分别与所述栅极控制电路中栅极主功率回路的控制组件进行电连接，所述控制模块还与所述恒流泄放支路中的可调电阻进行电连接；所述控制方法包括：

14、若接收到所输入的束流输出指令，根据预置的设定规则设定与所述束流输出指令对应的栅极电压；

15、根据所述栅极电压发送对应的电压控制指令至所述控制组件，以调整施加至所述x射线管中栅极的电压；

16、判断所述栅极的电压值及所述栅极电压是否满足预置的阻塞条件；

17、若满足所述阻塞条件，根据预置的阻值设定策略设定与所述电压值对应的目标阻值；

18、发送与所述目标阻值对应的阻值调节指令至所述可调电阻，以调整所述可调电阻的实际阻值。

19、所述的适用于微焦点高压电源的栅极控制电路的控制方法，其中，所述根据预置的阻值设定策略设定与所述电压值对应的目标阻值，包括：

20、计算得到与所述电压值对应的电压变化率；

21、根据所述阻值设定策略中的映射表获取与所述电压变化率对应的泄放系数；

22、根据所述阻值设定策略中的泄放解析式及预存的基础电路参数对所述泄放系数进行解析，以得到解析阻值作为对应的目标阻值。

23、所述的适用于微焦点高压电源的栅极控制电路的控制方法，其中，所述判断所述栅极的电压值及所述栅极电压是否满足预置的阻塞条件，包括：

24、获取所述电压值与所述栅极电压之间的电压差值；

25、判断所述电压差值是否超出所述阻塞条件中设定的电压差阈值，以判定是否满足所述阻塞条件。

26、本技术实施例公开了一种适用于微焦点高压电源的栅极控制电路及其控制方法，上述栅极控制电路包括栅极主功率回路及恒流泄放支路，恒流泄放支路复用灯丝电源作为基准源，通过第一三极管、稳压二极管及可调电阻构成恒流通路，将x射线管栅极受电子轰击积累的电荷泄放至阴极；控制方法通过监测栅极电压状态，在满足阻塞条件时动态调节可调电阻阻值以优化泄放能力。本技术通过设置可调电阻并调节其阻值从而调整泄放电流，从而可以有效消除栅极残余负压，使栅-阴极残余电压控制安全可控的区间内，在应用过程中可大幅提升最大输出束流能力，并在同等束流需求下降低灯丝工作温度，延长x射线管使用寿命。