一种脉冲控制电路、高压发生器及射线成像设备的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种脉冲控制电路、高压发生器及射线成像设备。


背景技术：

2.x射线发生装置广泛应用于医疗器械领域，包括ct、dr、胃肠机等，x射线摄影的高压发生器的负载为x射线管，其输出电压、电流的范围很宽。常规x射线产品通过加载高压来控制x射线加载的时间长短，通过控制x射线管内多个灯丝来控制输出管电流的大小。如图1所示，新型的x射线产品采用栅控x射线管，通过在其阴极和阳极之间(靠近阴极侧)加上一对控制栅极，控制管电流的截止和导通，从而控制x射线的截止和导通，如此可以快速实现断续x射线摄影、获得微焦点等功能。如果能对栅极进行合适的控制，还可以进一步实现飞焦点功能，提高平面内的空间分辨率。针对栅控x射线管，需要带栅控控制的高压发生器驱动，才能实现上述诸多功能。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种脉冲控制电路、高压发生器及射线成像设备。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.第一方面，本发明实施例提供一种脉冲控制电路，包括：低压直流电压模块、栅极控制模块、脉冲产生模块及多个dc
‑
dc变换模块，其中，低压直流电压模块，其第一端与直流电连接，其第二端与栅极控制模块的第一端连接，其第三端与每个dc
‑
dc变换模块的第一端连接，用于对直流电依次进行逆变、升压、整流后，得到低压直流电压；对于每个dc
‑
dc变换模块，其第二端与栅极控制模块的第二端连接，其第三端与脉冲产生模块的第一端连接，用于将低压直流电压升压为高压直流电压；栅极控制模块，其第三端与脉冲产生单元的第二端连接，用于控制低压直流电压、高压直流电压，并控制脉冲产生模块输出多组脉冲电压，其中，每组脉冲电压均包括两路幅值相等、频率相同、相位相反的栅极电压；脉冲产生模块，其第三端与多个射线管的栅极控制端连接，两路栅极电压施加至一个射线管的栅极，使得阴极电子周期性按照栅极电压脉冲周期来回轰击在阳极靶面的不同位置上。
6.在一实施例中，低压直流电压模块包括：高频逆变电路、高压油箱、变压器、整流器，其中，高频逆变电路，其第一端与直流电连接，其第二端与高压油箱的第一端连接，用于对直流电进行逆变，得到高频交流电；变压器，其第一端与高压油箱的第二端、栅极控制模块的第一端连接，用于对高频交流电升压；整流器，其第一端与变压器的第二端连接，其第二端与每个dc
‑
dc变换模块的第一端连接，用于将升压后的高频交流电整流为低压直流电。
7.在一实施例中，dc
‑
dc变换模块包括：第一dc
‑
dc变换器及第二dc
‑
dc变换器，其中，二者的第一端均与低压直流电压模块的第三端连接，二者的第二端均与栅极控制模块的第二端连接，二者的第三端与脉冲产生模块的第一端连接。
8.在一实施例中，栅极控制模块包括：栅极控制单元及主控单元，其中，栅极控制单元，其第一端与主控单元的第一端连接，其第二端与每个dc
‑
dc模块的第二端连接，其第三端与脉冲产生模块的第一端连接，用于采集低压直流电压、高压直流电压，并控制脉冲产生模块输出多组脉冲电压；主控单元，其第二端与低压直流电压模块的第二端连接，用于基于低压直流电压、高压直流电压，控制低压直流电压模块、每个dc
‑
dc变换模块的运行状态。
9.在一实施例中，脉冲产生模块包括：多个脉冲产生子模块，其中，对于每个脉冲产生子模块，其第一端与一个dc
‑
dc变换模块的第三端连接，其第二端与栅极控制模块的第三端连接，其第三端与一个射线管的栅极连接，每个脉冲产生子模块输出一组脉冲电压。
10.在一实施例中，脉冲产生子模块包括：两个桥臂，每个桥臂由第一可控开关管、第二可控开关管、电阻、二极管构成，其中，第一可控开关管，其第一端与第一dc
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dc变换器的第三端连接，其第二端与第一可控开关管的第一端连接，其控制端与栅极控制模块的第二端连接；第二可控开关管，其第二端与第二dc
‑
dc变换器的第三端连接，其控制端与栅极控制模块的第二端连接；二极管，其阳极通过电阻分别与第一可控开关管的第一端、第二可控开关管的第二端连接，其阴极与公共线连接，其阳极输出一个栅极电压。
11.第二方面，本发明实施例提供一种高压发生器，包括：直流电源模块、旋转阳极驱动模块、灯丝驱动模块、第一方面的脉冲控制电路，其中，直流电源模块，其第一端与交流电连接，其第二端与射线管连接，其第三端分别与旋转阳极驱动模块的第一端、灯丝驱动模块的第一端连接，用于对交流电依次进行滤波、整流、变频逆变、高频升压后，得到高压直流电，高压直流电施加至射线管；旋转阳极驱动模块，其第二端与射线管连接，用于控制射线管的靶面旋转，使射线焦点在两个不同的靶面部位快速变换；灯丝驱动模块，其第二端与射线管连接，用于控制输出射线管电流的大小；脉冲控制电路，其第一端与直流电连接，其第二端与射线管的栅极控制端连接，用于生成两路幅值相等、频率相同、相位相反的栅极电压，使得阴极电子周期性按照栅极电压脉冲周期来回轰击在阳极靶面的不同位置上。
12.在一实施例中，直流电源模块包括：整流模块、高频逆变模块及变压整流模块，其中，整流模块，其第一端与交流电连接，其第二端分别与高频逆变模块的第一端、旋转阳极驱动模块的第一端、灯丝驱动模块的第一端连接，用于对交流电依次进行滤波、整流，得到低频直流电；高频逆变模块，其第二端与变压整流模块的第一端连接，用于对低频直流电进行高频逆变，得到高频交流电；变压整流模块，其第二端与射线管连接，用于将高频交流电转换为高压直流电。
13.在一实施例中，整流模块包括：emi滤波器、预充及整流电路，其中，emi滤波器，其第一端与直流电连接，其第二端与预充及整流电路的第一端连接；预充及整流电路，其第二端分别与高频逆变模块的第一端、旋转阳极驱动模块的第一端、灯丝驱动模块的第一端连接。
14.在一实施例中，变压整流模块包括：高频变压器及高压整流器，其中，高频变压器，其第一端与整流模块的第二端连接，其第二端与高压整流器的第一端连接；高压整流器，其第二端与射线管连接。
15.第三方面，本发明实施例提供一种射线成像设备，包括：第二方面的高压发生器。
16.本发明技术方案，具有如下优点：
17.1.本发明提供的脉冲控制电路，低压直流电压模块对直流电依次进行逆变、升压、
整流后，得到低压直流电压，每个dc
‑
dc变换模块将所述低压直流电压升压为高压直流电压，栅极控制模块控制低压直流电压、高压直流电压，并控制所述脉冲产生模块输出多组脉冲电压，其中，每组脉冲电压均包括两路幅值相等、频率相同、相位相反的栅极电压，脉冲产生模块将两路栅极电压施加至一个射线管的栅极，使得阴极电子周期性按照栅极电压脉冲周期来回轰击在阳极靶面的不同位置上，从而提高平面内的空间分辨率。
18.2.本发明提供的高压发生器，采用高隔离变压器进行功率传输、光纤进行数据传输，提高了系统的绝缘能力和高速通信能力、减小了油箱打火等故障；利用脉冲控制电路生成两路幅值相等、频率相同、相位相反的栅极电压，两路栅极电压使射线管的阴极电子按照栅极电压脉冲周期周期性地来回轰击在阳极靶面的不同位置上，从而使得焦点在两个不同的靶面部位快速变换，快速实现对焦点位置的调整，即实现了飞焦点功能。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的带有栅极控制的射线管的示意图；
21.图2为本发明实施例提供的脉冲控制电路的一个具体示例的组成图；
22.图3为本发明实施例提供的脉冲控制电路的另一个具体示例的组成图；
23.图4为本发明实施例提供的脉冲控制电路的另一个具体示例的组成图；
24.图5为本发明实施例提供的脉冲控制电路的另一个具体示例的组成图；
25.图6为本发明实施例提供的脉冲控制电路的另一个具体示例的组成图；
26.图7为本发明实施例提供的脉冲产生子模块的电路结构图；
27.图8为本发明实施例提供的高压发生器的一个具体示例的组成图；
28.图9为本发明实施例提供的高压发生器的另一个具体示例的组成图；
29.图10为本发明实施例提供的高压发生器的另一个具体示例的组成图。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.实施例1
34.本发明实施例提供一种脉冲控制电路，应用于射线成像设备中，如图2所示，包括：低压直流电压模块11、栅极控制模块12、脉冲产生模块13及多个dc
‑
dc变换模块14。
35.如图2所示，本发明实施例的低压直流电压模块11，其第一端与直流电连接，其第二端与栅极控制模块12的第一端连接，其第三端与每个dc
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dc变换模块14的第一端连接，用于对直流电依次进行逆变、升压、整流后，得到低压直流电压。
36.具体地，本发明实施例的低压直流电压模块11由多个功能电路构成，如图3所示，低压直流电压模块11包括：高频逆变电路111、高压油箱112、变压器113、整流器114，其中，高频逆变电路111，其第一端与直流电连接，其第二端与高压油箱112的第一端连接，用于对直流电进行逆变，得到高频交流电；变压器113，其第一端与高压油箱112的第二端、栅极控制模块12的第一端连接，用于对高频交流电升压；整流器114，其第一端与变压器113的第二端连接，其第二端与每个dc
‑
dc变换模块14的第一端连接，用于将升压后的高频交流电整流为低压直流电。
37.需要说明的是，本发明实施例的低压直流电压模块11不仅限于图3所示的具体结构，还可以为其他具有相同功能的电路模块，在此不作限制。
38.如图2所示，对于每个dc
‑
dc变换模块14，其第二端与栅极控制模块12的第二端连接，其第三端与脉冲产生模块13的第一端连接，用于将低压直流电压升压为高压直流电压。
39.具体地，本发明实施例的dc
‑
dc变换模块14的数量由需要驱动的射线管的数量确定，如图4所示，每个dc
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dc变换模块14均由两个dc
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dc变换器构成，两个dc
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dc变换器分别为：第一dc
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dc变换器141及第二dc
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dc变换器142，其中，二者的第一端均与低压直流电压模块11的第三端连接，二者的第二端均与栅极控制模块12的第二端连接，二者的第三端与脉冲产生模块13的第一端连接，第一dc
‑
dc变换器141与第二dc
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dc变换器142为脉冲产生模块13提供直流输入电压。
40.如图2所示，本发明实施例的栅极控制模块12，其第三端与脉冲产生单元的第二端连接，用于控制低压直流电压、高压直流电压，并控制脉冲产生模块13输出多组脉冲电压，其中，每组脉冲电压均包括两路幅值相等、频率相同、相位相反的栅极电压。
41.具体地，本发明实施例的栅极控制模块12通过采集每个dc
‑
dc变换模块14输入端的低压直流电压，并基于低压直流电压对低压直流电压模块11进行闭环控制，以稳定输出需要的低压直流电压，同时栅极控制模块12通过控制脉冲产生模块13中的电路的开关状态，以生成多组脉冲电压，一组脉冲电压控制一个射线管。
42.具体地，如图5所示，本发明实施例的栅极控制模块12包括：栅极控制单元121及主控单元122，其中，栅极控制单元121，其第一端与主控单元122的第一端连接，其第二端与每个dc
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dc模块的第二端连接，其第三端与脉冲产生模块13的第一端连接，用于采集低压直流电压、高压直流电压，并控制脉冲产生模块13输出多组脉冲电压；主控单元122，其第二端与低压直流电压模块11的第二端连接，用于基于低压直流电压、高压直流电压，控制低压直流电压模块11、每个dc
‑
dc变换模块14的运行状态。
43.此外，本发明实施例的栅极控制单元121位于阴极高压侧，与主控单元122的通信不仅需要实现数十到数百千伏高压隔离，而且要实现高通信速率，因此采用光纤通信。栅极控制单元121的辅助供电从低压直流电压获取。
44.如图2所示，本发明实施例的脉冲产生模块13，其第三端与多个射线管的栅极控制
端连接，两路栅极电压施加至一个射线管的栅极，使得阴极电子周期性按照栅极电压脉冲周期来回轰击在阳极靶面的不同位置上。
45.本发明实施例中，栅极控制模块12通过控制脉冲产生模块13中电路的运行状态(例如：电路元器件的开关状态)，控制脉冲产生模块13生成多组脉冲电压，每组脉冲电压均包括两路幅值相等、频率相同、相位相反的栅极电压，相位相反的栅极电压可控制射线管周期性地来回轰击在靶面的不同位置，此外若再控制靶面旋转，则可以实现飞焦点功能。
46.具体地，如图6所示，脉冲产生模块13包括：多个脉冲产生子模块131，其中，对于每个脉冲产生子模块131，其第一端与一个dc
‑
dc变换模块14的第三端连接，其第二端与栅极控制模块12的第三端连接，其第三端与一个射线管的栅极连接，每个脉冲产生子模块131输出一组脉冲电压。
47.具体地，如图7所示，脉冲产生子模块131包括：两个桥臂，每个桥臂由第一可控开关管(q1、q3)、第二可控开关管(q2、q4)、电阻(r1、r2)、二极管(d1、d2)构成，其中，第一可控开关管，其第一端与第一dc
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dc变换器141的第三端(dcbus1端)连接，其第二端与第一可控开关管的第一端连接，其控制端与栅极控制模块12的第二端(trig1端、trig3端)连接；第二可控开关管，其第二端与第二dc
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dc变换器142的第三端(dcbus2端)连接，其控制端与栅极控制模块12的第二端(trig2端、trig4端)连接；二极管，其阳极通过电阻(r1、r2)分别与第一可控开关管的第一端、第二可控开关管的第二端连接，其阴极与公共线(com端)连接，其阳极(grid1端、grid2端)输出一个栅极电压。
48.具体地，栅极控制模块12通过控制开关管q1～q4的占空比、开关顺序，可以得到两个幅值相等、频率相同、相位相反的栅极电压，该两个栅极电压施加于同一个射线管后，射线管以周期性地方式轰击靶面的不同的两个位置。
49.需要说明的是，图7中的开关管以反向并联二极管的mosfet为例，但同样可以为其他具体相同功能的可控开关管，在此不作限制。
50.实施例2
51.本发明实施例提供一种高压发生器，如图8所示，包括：实施例1的脉冲控制电路1、直流电源模块2、旋转阳极驱动模块3、灯丝驱动模块4。
52.如图8所示，本发明实施例的直流电源模块2，其第一端与交流电连接，其第二端与射线管连接，其第三端分别与旋转阳极驱动模块3的第一端、灯丝驱动模块4的第一端连接，用于对交流电依次进行滤波、整流、变频逆变、高频升压后，得到高压直流电，高压直流电施加至射线管。
53.具体地，本发明实施例的直流电源模块2通过加载高压来控制射线加载的时间长短，通过控制射线管内多个灯丝来控制输出管电流的大小，如图9所示，直流电源模块2可以包括：整流模块21、高频逆变模块22及变压整流模块23，其中，整流模块21，其第一端与交流电连接，其第二端分别与高频逆变模块22的第一端、旋转阳极驱动模块3的第一端、灯丝驱动模块4的第一端连接，用于对交流电依次进行滤波、整流，得到低频直流电；高频逆变模块22，其第二端与变压整流模块23的第一端连接，用于对低频直流电进行高频逆变，得到高频交流电；变压整流模块23，其第二端与射线管连接，用于将高频交流电转换为高压直流电。
54.具体地，如图10所示，本发明实施例的整流模块21包括：emi滤波器211、预充及整流电路212，其中，emi滤波器211，其第一端与直流电连接，其第二端与预充及整流电路212
的第一端连接；预充及整流电路212，其第二端分别与高频逆变模块22的第一端、旋转阳极驱动模块3的第一端、灯丝驱动模块4的第一端连接。
55.具体地，如图10所示，本发明实施例的变压整流模块23包括：高频变压器231及高压整流器232，其中，高频变压器，其第一端与整流模块21的第二端连接，其第二端与高压整流器的第一端连接；高压整流器，其第二端与射线管连接。
56.图10中，射线管中的g1、g2端与图7中的grid1端与grid2端连接，c端为公共端，其与图7中的com端连接。
57.如图8所示，本发明实施例的旋转阳极驱动模块3，其第二端与射线管连接，用于控制射线管的靶面旋转，使射线焦点在两个不同的靶面部位快速变换；灯丝驱动模块4，其第二端与射线管连接，用于控制输出射线管电流的大小。
58.如图8所示，本发明实施例的脉冲控制电路1，其第一端与直流电连接，其第二端与射线管的栅极控制端连接，用于生成两路幅值相等、频率相同、相位相反的栅极电压，使得阴极电子周期性按照栅极电压脉冲周期来回轰击在阳极靶面的不同位置上。
59.具体地，本发明实施例的旋转阳极驱动模块3施加至射线管的阳极以使其靶面旋转，脉冲控制电路1生成的幅值相等、频率相同、相位相反的两路栅极电压施加至射线管的栅极控制端，此时通过旋转阳极驱动模块3与脉冲控制电路1的配合，可使得阴极电子周期性(按照栅极电压脉冲周期)来回轰击在阳极靶面的不同位置上，从而使得焦点在两个不同的靶面部位快速变换(快速实现对焦点位置的调整)，即实现了飞焦点功能，提高平面内的空间分辨率。
60.实施例3
61.本发明实施例提供一种射线成像设备，包括：实施例2的高压发生器。
62.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。