高压发生器、X射线产生装置及其控制方法

摘要

本发明提供一种高压发生器，包括逆变器，逆变器包括第一桥臂、第二桥臂以及位于第一桥臂和第二桥臂之间的第三桥臂，第一桥臂、第二桥臂分别包括两个开关器件，且第一桥臂可与第三桥臂组成阳极逆变桥，第二桥臂可与第三桥臂组成阴极逆变桥，阳极逆变桥调节高压发生器的阳极电压，阴极逆变桥调节高压发生器的阴极电压；第一控制组件，用于控制阳极逆变桥的开关器件，且第一控制组件的输入端连接高压发生器的阳极，输出端连接所述第一桥臂；第二控制组件，用于控制阴极逆变桥的开关器件，且第二控制组件的输入端连接高压发生器的阴极，输出端连接所述第二桥臂。本发明的高压发生器阴、阳极分别单独控制，提高对不平衡负载的适应能力。此外，本发明还提供一种X射线产生装置及其控制方法。

权利要求

1.一种高压发生器，其特征在于，包括：

逆变器，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂以及位于所述第一桥臂和第二桥臂之间的第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂分别包括两个开关器件，且所述第一桥臂可与第三桥臂组成阳极逆变桥，所述第二桥臂可与所述第三桥臂组成阴极逆变桥，所述阳极逆变桥调节所述高压发生器的阳极电压，所述阴极逆变桥调节所述高压发生器的阴极电压；所述第三桥臂包含两个串联的开关器件，或者，所述第三桥臂包含串联的第一电容和第二电容；

第一控制组件，用于控制所述阳极逆变桥的开关器件，且所述第一控制组件的输入端连接所述高压发生器的阳极，所述第一控制组件的输出端连接所述第一桥臂；

第二控制组件，用于控制阴极逆变桥的开关器件，且所述第二控制组件的输入端连接所述高压发生器的阴极，所述第二控制组件的输出端连接所述第二桥臂。

2.根据权利要求1所述的高压发生器，其特征在于，所述第一控制组件包括电压调节器和调制器，所述第一控制组件的电压调节器用于获取从所述高压发生器的阳极采集电压反馈信号与指令值之间的差值，并根据所述差值产生所述第一控制组件对应的调制电压；所述第一控制组件的调制器，与所述第一控制组件的电压调节器连接，用于接收所述第一控制组件对应的调制电压，并根据所述第一控制组件对应的调制电压产生第一组驱动信号，所述第一组驱动信号用于驱动所述第一桥臂的开关器件导通或截止；

所述第二控制组件包括电压调节器和调制器，所述第二控制组件的电压调节器用于获取从所述高压发生器的阴极采集电压反馈信号与指令值之间的差值，并根据所述差值产生第二控制组件对应的调制电压；所述第二控制组件的调制器，与所述第二控制组件的电压调节器连接，用于接收所述第二控制组件对应的调制电压，并根据所述第二控制组件对应的调制电压产生第二组驱动信号，所述第二组驱动信号用于驱动所述第二桥臂的开关器件导通或截止。

3.根据权利要求2所述的高压发生器，其特征在于，所述第一控制组件的调制器、所述第二控制组件的调制器包括PWM调制器，以对所述第一桥臂、第二桥臂采用PWM调制方式控制所述开关器件的通断；

或者，所述第一控制组件的调制器、所述第二控制组件的调制器包括PFM调制器，以对所述第一桥臂、第二桥臂采用PFM调制方式控制所述开关器件的通断。

4.根据权利要求1所述的高压发生器，其特征在于，所述第一控制组件包含PFM调制器，所述第二控制组件包含PWM调制器，所述PFM调制器同时连接所述第一桥臂和第三桥臂，所述PWM调制器连接所述第二桥臂，且所述PWM调制器和PFM调制器之间连接频率同步电路。

5.一种X射线产生装置，包括：高压发生器以及X射线管，所述X射线管具有阴极和阳极，所述高压发生器包括：逆变器，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂以及位于所述第一桥臂和第二桥臂之间的第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂分别包括两个开关器件，且所述第一桥臂与第三桥臂组成阳极逆变桥，所述第二桥臂与所述第三桥臂组成阴极逆变桥，所述阳极逆变桥调节所述高压发生器的阳极电压，所述阴极电压控制逆变桥调节所述高压发生器的阴极电压，且所述高压发生器的阳极电压施加在所述X射线管的阳极，所述高压发生器的阴极电压施加在所述X射线管的阴极；所述第三桥臂包含两个串联的开关器件，或者，所述第三桥臂包含串联的第一电容和第二电容；

第一控制组件，可与所述阳极逆变桥组成控制回路，且所述第一控制组件的输入端连接所述高压发生器的阳极，所述第一控制组件的输出端连接所述第一桥臂；

第二控制组件，可与所述阴极逆变桥组成控制回路，且所述第二控制组件的输入端连接所述高压发生器的阴极，所述第二控制组件的输出端连接所述第二桥臂。

6.一种X射线产生装置的控制方法，所述X射线产生装置包括高压发生器以及X射线管，所述X射线管具有阴极和阳极，所述高压发生器包括：逆变器，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂以及位于所述第一桥臂和第二桥臂之间的第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂分别包括两个开关器件，且所述第一桥臂与第三桥臂组成阳极逆变桥，所述第二桥臂与所述第三桥臂组成阴极逆变桥，所述阳极逆变桥调节所述高压发生器的阳极电压，所述阴极逆变桥调节所述高压发生器的阴极电压；

所述控制方法包括：

从所述高压发生器的阳极采集第一电压反馈信号，并根据所述第一电压反馈信号产生第一组驱动信号，所述第一组驱动信号控制所述阳极逆变桥，使得所述高压发生器的阳极产生第一电压；以及，从所述高压发生器的阴极采集第二电压反馈信号，并根据所述第二电压反馈信号产生第二组驱动信号，所述第二组驱动信号控制所述阴极逆变桥，使得所述高压发生器的阴极产生第二电压，且所述第二电压相对于所述第一电压具有180度的相移；

将所述第一电压施加在所述X射线管的阳极，将所述第二电压施加在所述X射线管的阴极。

7.如权利要求6所述的X射线产生装置的控制方法，其特征在于，还包括：

从所述阳极逆变桥采集第一电流反馈信号，根据所述第一电流反馈信号和第一电压反馈信号控制所述阳极逆变桥；

从所述阴极逆变桥采集第二电流反馈信号，根据所述第二电流反馈信号和第二电压反馈信号控制所述阴极逆变桥。

8.如权利要求6或7所述的X射线产生装置的控制方法，其特征在于，所述第三桥臂包含两个开关器件，所述第一组驱动信号采用PFM调节方式同时控制所述第一桥臂、第三桥臂中开关器件的通断，所述第二组驱动信号采用PWM调节方式控制所述第二桥臂中开关器件的通断，且所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的调节频率相同。

说明书

高压发生器、X射线产生装置及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明主要涉及X射线控制技术，尤其涉及用于X射线产生装置的高压发生器、X射线产生装置以及X射线产生装置的控制方法。

背景技术

[0002] X射线产生装置如X射线管常用于X射线治疗设备、X射线诊断设备、X射线计算机体层摄影设备(CT)、正电子发射计算机断层显像(PET-CT)等医疗器械设备中。在采用X射线管发射X射线的过程中，通常将阴极灯丝悬浮于-70kV～-75kV电位，阳极靶盘悬浮于+70kV～+75kV电位，同时将壳体接地，可以减小X射线管的绝缘要求，减小X射线管的体积和成本。然而，这种阴、阳极电位悬浮的X射线管工作时，由于灯丝受热发射电子，在阴阳极强电场(140kV～150kV)的吸引下加速轰击阳极靶盘，电子突然减速并且大部分电子被靶盘吸收，同时阳极靶盘辐射出X射线，而少部分电子则从阳极靶盘散射到管壁，最终通过地线流回阴极。由此，导致阴、阳极电位悬浮的X射线管的阴、阳极电流必然出现不一致，阴极电流甚至会比阳极电流大15％～20％。

[0003] 现有技术中，X射线管高压发生器仅控制阴、阳极的总电压，具体通过设置如图1所示的阴阳极对称的电路结构来保证阴阳极电压的平衡。该X射线管高压发生器包括逆变电路11、谐振腔12、变压器、阳极端倍压整流电路13、阴极端倍压整流电路14以及同时连接倍压整流电路和逆变电路的控制组件(图中未示出)，阳极端倍压整流电路13控制X射线管的阳极电压，阴极端倍压整流电路14控制X射线管的阴极电压。在逆变电路11中，开关器件Q1、Q2组成超前桥臂，开关器件Q3、Q4组成滞后桥臂，且各开关器件分别并联有反向二极管D1-D4；超前桥臂可通过控制开关器件Q1、Q2的通断控制高压发生器的阳极电压(反馈电路未示出)，且阳极电压施加在X射线管(球管)的阳极端；滞后桥臂可通过控制开关器件Q3、Q4的通断控制高压发生器的阴极电压(反馈电路未示出)，且阴极电压施加在X射线管(球管)的阴极端。当在阴、阳极电路对称性较好、且阴极电流icath与阳极电流iand不平衡度较小的情况下，采用上述对称结构可基本实现阴、阳极电压的平衡。然而，当阴极电流icath与阳极电流iand不平衡度变大时，上述控制方式则不能保证阴、阳极电压的平衡，因此对阴、阳极电路和高压发生器的一致性具有较高的要求；尤当阴、阳极采用集成的高压发生器时，高压发生器阴极电流icath与阳极电流iand不平衡将更加显著，而当阴、阳极电压不平衡度超出X射线管的承受范围时，会损坏X射线管。因此，这种只控制阴阳极总电压的方式适应不平衡负载的能力较差。

[0004] 鉴于此，有必要对现有X射线管高压发生器的阴、阳极电压平衡结构进行改进。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种具有阴、阳极电压平衡能力的X射线高压发生器，克服现有阴、阳极平衡结构对高压发生器的一致性要求高、适应不平衡负载的能力差的问题。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明的一些实施例提供一种高压发生器，包括：

[0007] 逆变器，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂以及位于所述第一桥臂和第二桥臂之间的第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂分别包括两个开关器件，且所述第一桥臂可与第三桥臂组成阳极逆变桥，所述第二桥臂可与所述第三桥臂组成阴极逆变桥，所述阳极逆变桥调节所述高压发生器的阳极电压，所述阴极逆变桥调节所述高压发生器的阴极电压；

[0008] 第一控制组件，用于控制所述阳极逆变桥的开关器件，且所述第一控制组件的输入端连接所述高压发生器的阳极，所述第一控制组件的输出端连接所述第一桥臂；

[0009] 第二控制组件，用于控制阴极逆变桥的开关器件，且所述第二控制组件的输入端连接所述高压发生器的阴极，所述第二控制组件的输出端连接所述第二桥臂。

[0010] 可选地，所述第一控制组件包括电压调节器和调制器，所述电压调节器用于获取从所述高压发生器的阳极采集电压反馈信号与指令值之间的差值，并根据所述差值产生调制电压；所述调制器，与所述电压调节器连接，用于接收所述调制电压，并根据所述调制电压产生第一组驱动信号，所述第一组驱动信号用于驱动所述第一桥臂的开关器件导通或截止；

[0011] 所述第二控制组件包括电压调节器和调制器，所述电压调节器用于获取从所述高压发生器的阴极采集电压反馈信号与指令值之间的差值，并根据所述差值产生调制电压；所述调制器，与所述电压调节器连接，用于接收所述调制电压，并根据所述调制电压产生第二组驱动信号，所述第二组驱动信号用于驱动所述第二桥臂的开关器件导通或截止。

[0012] 可选地，所述第三桥臂包含两个串联的开关器件。

[0013] 可选地，所述第三桥臂包含串联的第一电容和第二电容。

[0014] 可选地，所述调制器包括PWM调制器或PFM调制器，以对所述第一桥臂、第二桥臂采用PWM调制方式控制所述开关器件的通断；

[0015] 或者，对所述第一桥臂、第二桥臂采用PFM调制方式控制所述开关器件的通断。

[0016] 可选地，所述第一控制组件包含PFM调制器，所述第二控制组件包含PWM调制器，所述PFM调制器同时连接所述第一桥臂和第三桥臂，所述PWM调制器连接所述第二桥臂，且所述PWM调制器和PFM调制器之间连接频率同步电路。

[0017] 根据本发明的另一方面提出一种X射线产生装置，包括：高压发生器以及X射线管，所述X射线管具有阴极和阳极，所述高压发生器包括：

[0018] 逆变器，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂以及位于所述第一桥臂和第二桥臂之间的第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂分别包括两个开关器件，且所述第一桥臂与第三桥臂组成阳极逆变桥，所述第二桥臂与所述第三桥臂组成阴极逆变桥，所述阳极逆变桥调节所述高压发生器的阳极电压，所述阴极电压控制逆变桥调节所述高压发生器的阴极电压，且所述高压发生器的阳极电压施加在所述X射线管的阳极，所述高压发生器的阴极电压施加在所述X射线管的阴极；

[0019] 第一控制组件，可与所述阳极逆变桥组成控制回路，且所述第一控制组件的输入端连接所述高压发生器的阳极，所述第一控制组件的输出端连接所述第一桥臂；

[0020] 第二控制组件，可与所述阴极逆变桥组成控制回路，且所述第二控制组件的输入端连接所述高压发生器的阴极，所述第二控制组件的输出端连接所述第二桥臂。

[0021] 根据本发明的又一方面，提出一种X射线产生装置的控制方法，所述X射线产生装置包括高压发生器以及X射线管，所述X射线管具有阴极和阳极，所述高压发生器包括：

[0022] 逆变器，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂以及位于所述第一桥臂和第二桥臂之间的第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂分别包括两个开关器件，且所述第一桥臂与第三桥臂组成阳极逆变桥，所述第二桥臂与所述第三桥臂组成阴极逆变桥，所述阳极逆变桥调节所述高压发生器的阳极电压，所述阴极逆变桥调节所述高压发生器的阴极电压；

[0023] 所述控制方法包括：

[0024] 从所述高压发生器的阳极采集第一电压反馈信号，并根据所述第一电压反馈信号产生第一组驱动信号，所述第一组驱动信号控制所述阳极逆变桥，使得所述高压发生器的阳极产生第一电压；以及，

[0025] 从所述高压发生器的阴极采集第二电压反馈信号，并根据所述第二电压反馈信号产生第二组驱动信号，所述第二组驱动信号控制所述阴极逆变桥，使得所述高压发生器的阴极产生第二电压，且所述第二电压相对于所述第一电压具有180度的相移；

[0026] 将所述第一电压施加在所述X射线管的阳极，将所述第二电压施加在所述X射线管的阴极。

[0027] 可选地，还包括：

[0028] 从所述阳极逆变桥采集第一电流反馈信号，根据所述第一电流反馈信号和第一电压反馈信号控制所述阳极逆变桥；

[0029] 从所述阴极逆变桥采集第二电流反馈信号，根据所述第二电流反馈信号和第二电压反馈信号控制所述阴极逆变桥。

[0030] 可选地，所述第三桥臂包含两个开关器件，所述第一组驱动信号采用PFM调节方式同时控制所述第一桥臂、第三桥臂中开关器件的通断，所述第二组驱动信号采用PWN调节方式控制所述第二桥臂中开关器件的通断，且所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂的调节频率相同。

[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：逆变器包括并列设置的第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂，第一桥臂与第三桥臂组成阳极逆变桥，第二桥臂与第三桥臂组成阴极逆变桥，阳极逆变桥调节高压发生器的阳极电压，阴极逆变桥调节高压发生器的阴极电压，在高压发生器阴、阳极电流不平衡时，仍可实现阴、阳极电压的平衡；高压发生器阴、阳极分别单独控制，可适用于高压变压器的变压器集成或分离的情况，降低高压发生器对阴、阳极电路一致性的要求，提高高压发生器对不平衡负载的适应能力；控制回路可采用PWM或PFM以及两者任意组合的方式，提高了高压发生器控制的灵活性和多样性。

附图说明

[0032] 图1为现有技术中X射线高压发生器的电路结构示意图；

[0033] 图2为本发明实施例一的X射线高压发生器的电路结构示意图；

[0034] 图3为本发明实施例二的X射线高压发生器的电路结构示意图；

[0035] 图4a为本发明实施例二的逆变器的一种可能的调制波形图；

[0036] 图4b为本发明实施例二的逆变器的另一种可能的调制波形图；

[0037] 图5为本发明实施例三的X射线高压发生器的电路结构示意图；

[0038] 图6为本发明实施例四的X射线高压发生器的电路结构示意图；

[0039] 图7为本发明实施例五的X射线高压发生器的电路结构示意图；

[0040] 图8a为本发明实施例五的逆变器的一种可能的调制波形；

[0041] 图8b为本发明实施例五的逆变器的另一种可能的调制波形图。

具体实施方式

[0042] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

[0043] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0044] 本发明的实施例描述高压发生器，该高压发生器可以应用在例如X射线治疗设备、X射线诊断设备、X射线计算机体断层摄影设备(CT)、正电子发射计算机断层显像(PET-CT)等设备中，但并不以此为限。

[0045] 在一些实施例中，具有阴、阳极电压平衡能力的X射线管高压发生器包含逆变电路，该变电路至少包含三个桥臂，保证在X射线管的阴、阳极电流不平衡的情况下，仍可实现阴、阳极电压的平衡。

[0046] 实施例一

[0047] 图2是本发明一实施例的X射线高压发生器的电路结构示意图。该高压发生器包括逆变器(电路)、谐振腔、变压器、倍压整流电路以及控制组件。

[0048] 逆变电路由第一开关器件Q1、第二开关器件Q2、第三开关器件Q3、第四开关器件Q4、第一电容C1、第二电容C2组成。其中，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2串联组成第一桥臂(超前桥臂)21；第三开关器件Q3和第四开关器件Q4串联组成第二桥臂(滞后桥臂)22；第一电容C1和第二电容C2串联组成第三桥臂(公共桥臂)，该第三桥臂设置在第一桥臂21与第二桥臂22之间，即逆变器由第一桥臂、第二桥臂以及位于第一桥臂和第二桥臂之间的第三桥臂组成。第一开关器件至第四开关器件Q1-Q4可以是三极管开关电路、场效应开关电路(MOS管开关电路)、结型或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)等。

[0049] 第一桥臂21、第二桥臂22与第三桥臂并联连接，且第一桥臂21和第三桥臂组成(构成)阳极逆变桥或高压发生器的阳极电压端，第二桥臂22与第三桥臂组成阴极逆变桥高压发生器的阴极电压端。阳极逆变桥调节高压发生器的阳极产生第一电压，阴极逆变桥调节高压发生器的阴极产生第二电压。第一电压施加在X射线管的阳极，第二电压施加在所述X射线管的阴极。

[0050] 对于第一桥臂21，第一开关器件Q1与第二开关器件Q2串联连接，第一开关器件Q1的集电极连接电源Vin的正极，发射极连接第一桥臂中点A，在该第一开关器件Q1的两端并联反向二极管D1；第二开关器件Q2的集电极连接桥臂中点A，发射极连接电源Vin的负极，在该第二开关器件Q2的两端并联反向二极管D2。

[0051] 对于第二桥臂22，第三开关器件Q3与第四开关器件Q4串联连接，第三开关器件Q3的集电极连接电源Vin的正极，发射极连接桥臂中点B，在该第三开关器件Q3的两端并联反向二极管D3；第四开关器件Q4的集电极连接桥臂中点B，发射极连接电源Vin的负极，在该第四开关器件Q4的两端并联反向二极管D4。

[0052] 对于第三桥臂，第一电容C1的正极板连接电源Vin的正极，第一电容C1的负极板连接第三桥臂的中点Com；第二电容C2的正极板连接第三桥臂的中点Com，第二电容C2的负极板连接电源Vin的负极。在逆变桥中加入由第一电容C1和第二电容C2组成的公共桥臂：公共桥臂与Q1、Q2组成阳极逆变桥，在阳极kV电压调节器和/或电流调节器的控制下，保证高压发生器的阳极电压kV_and为总kV电压指令值的一半；公共桥臂与Q3、Q4组成阴极逆变桥，在阴极kV电压调节器和/或电流调节器的控制下，保证高压发生器的阴极电压kV_cath也为总kV电压指令值的一半。这样不仅可以使总kV电压达到设定值，还可以保证阴阳极电压的平衡。

[0053] 谐振腔包括第一谐振腔23和第二谐振腔24，且可设置为由电感和电容组成的串联谐振电路或者串并联谐振电路。第一谐振腔23的输入端与第一桥臂21的输出端连接，第一谐振腔23的输出端与变压器的输入端连接。类似地，第二谐振腔24的输入端与第二桥臂22的输出端连接，第二谐振腔24的输出端与变压器的输入端连接。

[0054] 变压器可包括变压器Tr1和变压器Tr2，可选地，变压器可选择阴、阳极相互独立的变压器，也可设置成阴、阳极集成的变压器。第一谐振腔23与变压器Tr1电气连接，第二谐振腔24与变压器Tr2电气连接。

[0055] 倍压整流电路可包括第一倍压整流电路25、第二倍压整流电路26，且第一倍压整流电路25的输出端电压施加在X射线管的阳极端，第二倍压整流电路26的输出端电压施加在X射线管的阴极端。可选地，与阴极相关联的变压器、与阳极相关联的变压器可采用原边绕组的并联形式，也可采用两个原边绕组串联的形式。

[0056] 控制组件，包括第一控制组件27、第二控制组件28，控制组件可与逆变器组成控制回路，控制逆变器中开关器件的通断。需要说明的是，变压器可具有寄生电感Llk和寄生电容Cw。

[0057] 在本发明一实施例中，第一控制组件27可包括电压调节器和调制器，用于控制阳极逆变桥的开关器件。其中，第一控制组件27的电压调节器获取从阳极采集的电压反馈信号与(电压)指令值之间的差值，并根据该差值产生调制电压。示例性地，可计算电压反馈信号与指令值的差异，通过一定的运算规律，如比例积分运算得到调制电压(调制波)。电压调节器具有输入端和输出端，该电压调节器既可以是包括加法器和比例积分控制电路的PI调节器，也可是其他类型的调节器。示例性地，第一控制组件27的调制器，与电压调节器连接，用于接收调制电压，并根据调制电压产生组驱动信号，该组驱动信号用于驱动第一桥臂或阳极逆变桥中开关器件导通或截止，也可称之为驱动开关器件的通断。需要说明的是，第一控制组件27的调制器连接阳极逆变桥中开关器件的基极以控制开关器件的通断(导通或截止)。需要说明的是，本发明申请中的驱动信号也可称之为驱动脉冲。

[0058] 第二控制组件28同样可包括电压调节器和调制器，用于控制阴极逆变桥的开关器件。其中，第二控制组件28的电压调节器获取从阴极采集的电压反馈信号与(电压)指令值的差值，并根据该差值产生调制电压。示例性地，可计算电压反馈信号与指令值的差异，通过一定的运算规律，如比例积分运算得到调制波。第二控制组件28的电压调节器具有输入端和输出端，该电压调节器既可以是包括加法器和比例积分控制电路的PI调节器，也可是其他类型的调节器。第二控制组件28的调制器，与电压调节器连接，用于接收调制电压，并根据调制电压产生另一组驱动信号，该组驱动信号用于驱动第二桥臂或阴极逆变桥中开关器件导通或截止，也可称之为驱动开关器件的通断。

[0059] 需要说明的是，第二控制组件28的调制器连接阴极逆变桥中开关器件的基级以控制开关器件的通断(导通或截止)。可选地，调制器可包括脉冲宽度(Pulse Width Modulation，PWM)调制器或/和脉冲频率(Pulse Frequency Modulation，PFM)调制器，用于采用PWM调制方式或PFM调制方式控制逆变电路中开关器件的通断。

[0060] 第一桥臂21的中点A与第一谐振腔23的输入端电气连接；第一谐振腔23的输出端与变压器Tr1原边绕组的输入端电气连接；变压器Tr1原边绕组的输出端与第三桥臂的中点Com电气连接；变压器Tr1副边绕组的输出电压与第一倍压整流电路25的输入端电气连接，即第一桥臂21与第三桥臂共同组成阳极逆变桥或高压发生器的阳极电压端。第一倍压整流电路25的输出端在与X射线管的阳极端电气连接的同时，还与第一控制组件27的输入端电气连接。第一控制组件27的输出端可连接逆变电路开关器件的基极控制端。

[0061] 类似地，第二桥臂22的中点B与第二谐振腔24的输入端电气连接；第二谐振腔24的输出端与变压器Tr2原边绕组的输入端电气连接；变压器Tr2原边绕组的输出端与第三桥臂的中点Com电气连接；变压器Tr2副边绕组的输出电压与第二倍压整流电路26的输入端电气连接，即第二桥臂22与第三桥臂组成阴极逆变桥或高压发生器的阴极电压端。第二倍压整流电路26的输出端在与X射线管的阴极端电气连接的同时，还与第二控制组件28的输入端电气连接。第二控制组件28的输出端可电气连接逆变电路开关器件的基极控制端。需要说明的是，阳极逆变桥或阴极逆变桥还包括设置在两桥臂之间的谐振腔。

[0062] 根据上述电路结构，第一桥臂21、第三桥臂、第一谐振腔23、变压器Tr1、第一倍压整流电路25和第一控制组件27组成第一控制回路；第二桥臂22、第三桥臂、第二谐振腔24、变压器Tr2、第二倍压整流电路26和第二控制组件28组成第二控制回路。其控制过程包括：

[0063] 第一控制回路独立控制X射线管的阳极电压：第一控制组件27的电压调节器从X射线管的阳极电压端采集第一电压反馈信号，并根据第一电压反馈信号产生第一组驱动信号，该第一组驱动信号控制第一桥臂21中开关器件的通断(导通或截止)，使得X射线管的阳极产生第一电压。示例性地，电压调节器计算第一电压反馈信号与指令值或阳极端参考信号KVand_ref的差值，对该差值进行比例积分以输出调制电压；PWM或PFM调制器接收调制电压，并根据该调制电压产生包括第一驱动信号S1和第二驱动信号S2的第一组驱动信号，其中，第一驱动信号S1提供给第一开关器件Q1的基极控制端，第二驱动信号S2提供给第二开关器件Q2的基极控制端。

[0064] 第二控制回路独立控制X射线管的阴极电压：第二控制组件28的电压调节器从X射线管的阴极电压端采集第二电压反馈信号，并根据第二电压反馈信号产生第二组驱动信号，该第二组驱动信号控制第二桥臂22中开关器件的通断，使得X射线管的阴极产生相对于第一电压具有180度的相移的第二电压。示例性地，电压调节器计算第二电压反馈信号与指令值或阴极端参考信号KVcath_ref的差值，对该差值进行一定规律的运算，如比例积分运算以输出调制电压；PWM或PFM调制器接收调制电压，并根据该调制电压产生包括第三驱动信号S3和第四驱动信号S4的第二组驱动信号，其中，第三驱动信号S3提供给第三开关器件Q3的基极，第四驱动信号S4提供给第四开关器件Q4的基极。

[0065] 根据上述分析，逆变电路中加入由电容C1和C2组成的第三桥臂(公共桥臂)，可与第一桥臂组成阳极控制端，控制高压发生器的阳极电压kV_and，该第三桥臂也可与第二桥臂组成阴极控制端，控制高压发生器的阴极电压kV_cath，既可保证X射线管总电压达到设定值，而且，即使在阴、阳极电流不平衡的情况下，仍可实现阴、阳极电压的平衡，降低高压发生器对阴、阳极电路一致性的要求，提高高压发生器对不平衡负载的适应能力。

[0066] 实施例二

[0067] 本实施例与实施例一的不同在于第三桥臂包含有源器件。如图3所示为实施例二的X射线高压发生器的电路结构示意图，逆变电路的第三桥臂(公共桥臂)包括串联连接的第五开关器件Q5和第六开关器件Q6，在第五开关器件Q5的两端并联反向二极管D5，在第六开关器件Q6的两端并联反向二极管D6，第三桥臂的中点Com电气连接变压器Tr原边绕组的输出端。第一控制组件37中包含的调制器为PWM调制器，第二控制组件38中包含的调制器为PWM调制器。需要说明的是，本实施例中采用的变压器为阴、阳极集成的变压器，当然也可采用如图2所述的阴、阳极分立型变压器。

[0068] 第一桥臂31、第三桥臂、第一谐振腔33、变压器Tr、第一倍压整流电路35和第一控制组件37组成第一控制回路。第二桥臂32、第三桥臂、第二谐振腔34、变压器Tr、第二倍压整流电路36和第二控制组件38组成第二控制回路。第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂中开关器件的驱动信号占空比同时设定为50％。其控制过程包括：

[0069] 保持第三桥臂的相位固定，第一控制组件37的电压调节器从X射线管的阳极电压端采集第一电压反馈信号，并根据第一电压反馈信号产生第一组驱动信号，该第一组驱动信号控制第一桥臂31中开关器件的通断，使得X射线管的阳极产生第一电压。示例性地，电压调节器计算反馈信号与阳极端参考信号KVand_ref的差值，对该差值进行一定规律的运算，如比例积分运算以输出调制电压；PWM调制器接收调制电压，并根据该调制电压产生第一驱动信号S1、第二驱动信号S2，其中，第一驱动信号S1提供给第一开关器件Q1的基极，第二驱动信号S2提供给第二开关器件Q2的基极，通过控制第一开关器件Q1、第二开关器件Q2的通断调节第一桥臂31相对第三桥臂的相对相移控制X射线管的阳极电压；

[0070] 保持第三桥臂的相位固定，第二控制组件38的电压调节器从X射线管的阳极电压端采集第二电压反馈信号，电压调节器计算第二电压反馈信号与阴极端参考信号KVcath_ref的差值，对该差值进行比例积分以输出调制电压；PWM调制器接收调制电压，并根据该调制电压产生第三驱动信号S3、第四驱动信号S4，其中，第三驱动信号S3提供给第三开关器件Q3的基极，第四驱动信号S4提供给第四开关器件Q4的基极。第二控制回路通过控制第二桥臂32的开关器件的通断，调节第二桥臂32相对第三桥臂的相对相移，使得X射线管的阴极产生相对于第一电压具有180度的相移的第二电压。需要指出的是，本发明的调制器也可采用PFM调制器，X射线管的阴、阳极电平平衡过程与前述过程类似。

[0071] 如图4a所示为本发明实施例二的逆变器的一种可能的调制波形图，其中横坐标表示时间，纵坐标表示该时刻对应的脉冲。逆变电路开关器件的占空比都设定为50％：第一开关器件Q1、第二开关器件Q2采用双极性调制；第三开关器件Q3、第四开关器件Q4采用双极性调制；第五开关器件Q5、第六开关器件Q6采用双极性调制。保持第三桥臂的相位固定，第一控制环路通过驱动信号控制第一桥臂31相对第三桥臂的相移来控制高压发生器的阳极kV_and电压，第二控制环路通过驱动信号控制第二桥臂32相对第三桥臂的相移来控制阴极kV_cath电压：

[0072] 在一个开关周期的前半周期，第三开关器件Q3、第五开关器件Q5同时处于导通状态，第一驱动信号S1驱动第一开关器件Q1处于导通状态，第二开关器件Q2、第四开关器件Q4、第六开关器件Q6同时处于截止状态，此时未有电流或电压回路，A点和Com点的电压VAC为零，B点和Com点的电压VBC为零；

[0073] 随后，第五开关器件Q5截止，第六开关器件Q6导通，第一开关器件Q1、第三开关器件Q3仍处于导通状态，第二开关器件Q2、第四开关器件Q4仍处于截止状态，此时，Vin、第一开关器件Q1、第一谐振腔33、第六开关器件Q6组成串联回路，A点和Com点的电压VAC为高电平；Vin、第三开关器件Q3、第二谐振腔34、第六开关器件Q6组成串联回路，B点和Com点的电压VBC同样为高电平；

[0074] 接着，第四驱动信号S4驱动第三开关器件Q3处于截止状态，第四驱动信号S4驱动第四开关器件Q4导通，第一开关器件Q1、第六开关器件Q6仍处于导通状态，第二开关器件Q2、第五开关器件Q5仍处于截止状态，此时，Vin、第一开关器件Q1、第一谐振腔33、第六开关器件Q6仍构成串联回路，A点和Com点的电压VAC仍为高电平；第二谐振腔34、第六开关器件Q6、第四反向二极管D4组成串联回路，B点和Com点的电压VBC变为低电平；

[0075] 然后，第一驱动信号S1驱动第一开关器件Q1由导通变为截止状态，第二驱动信号S2驱动第二开关器件Q2导通，第三开关器件Q3、第六开关器件Q5仍处于截止状态，第四开关器件Q4、第六开关器件Q6处于导通状态，此时，第六开关器件Q6、第一谐振腔33、第二反向二极管D2组成串联回路，A点和Com点的电压VAC由高电平变为低电平(零)；B点和Com点的电压VBC仍为低电平；

[0076] 在一个开关周期的后半周期，第二开关器件Q2、第四开关器件Q4、第六开关器件Q6导通，而第一开关器件Q1、第三开关器件Q3、第五开关器件Q5处于截止状态，A点和Com点的电压VAC为低电平；B点和Com点的电压VBC仍为低电平；

[0077] 随后，第五开关器件Q5导通，第六开关器件Q6截止，此时，Vin、第五开关器件Q5、第一谐振腔33、第二开关器件Q2组成串联回路，A点和Com点的电压VAC为高电平(但与前半周期的电流方向或设定电流方向反向，因此为负值)；Vin、第五开关器件Q5、第二谐振腔34、第四开关器件Q4组成串联回路，B点和Com点的电压VBC同样为高电平；

[0078] 接着，第三驱动信号S3驱动第三开关器件Q3导通，第四开关器件Q4截止，第一开关器件Q1、第六开关器件Q6仍处于截止状态，第二开关器件Q2、第五开关器件Q5仍处于导通状态，此时，Vin、第五开关器件Q5、第一谐振腔33、第二开关器件Q2组成串联回路，A点和Com点的电压VAC为高电平(但与前半周期的电流方向反向，因此设定为负值)；B点和Com点的电压VBC变为低电平；

[0079] 随后，第一驱动信号S1驱动第一开关器件Q1导通，第二开关器件Q2截止，此时A点和Com点的电压VAC由高电平变为低电平，B点和Com点的电压VBC仍为低电平。

[0080] 通过上述分析，A点和Com点的电压VAC、B点和Com点的电压VBC具有良好的一致性，进一步地，控制驱动信号的时序，可得到完全一致的阴极电压和阳极电压。需要说明的是，本实施例如4给出的调制波形仅为逆变电路调制波形的一种可能实现方式，逆变电路的调制波形还可包含多种可能的方式。

[0081] 如图4b所示为本发明实施例二的逆变器的另一种可能的调制波形图，其中横坐标表示时间，纵坐标表示该时刻对应的脉冲。保持第三桥臂仍采用50％占空比，而且第五驱动信号S5、第六驱动信号S6分别控制第五开关器件Q5和第六开关器件Q6，保持第三桥臂的相位固定；第一控制环路通过包含第一驱动信号S1、第二驱动信号S2的第一组驱动信号分别驱动第一开关器件Q1和第二开关器件Q2，调节第一桥臂31的占空比来控制阳极kV_and电压；第二控制环路通过包含第三驱动信号S3、第四驱动信号S4的第二组驱动信号分别驱动第三开关器件Q3和第四开关器件Q4，调节第二桥臂32的占空比来控制阴极kV_cath电压。

[0082] 实施例三

[0083] 本实施例与实施例二的不同在于逆变电路中各开关器件的控制方式。如图5所示，第一控制组件57中包含的调制器为PFM调制器，第二控制组件58中包含的调制器为PWM调制器，且PFM调制器与PWM调制器之间连接有频率同步电路59。PFM调制器同时连接第一桥臂51和第三桥臂中开关器件的基极，对第一桥臂51和第三桥臂进行PFM调制；PWM调制器连接第二桥臂52中开关器件的基极，对第二桥臂51进行PWM调制，频率同步电路59调节PWM调制器和PFM调制器的调节频率或工作频率相同。

[0084] 第一桥臂51和第三桥臂组成的阳极逆变桥、第一谐振腔53、变压器Tr、第一倍压整流电路55和第一控制组件57组成第一控制回路。第二桥臂52和第三桥臂组成的阴极逆变桥、第二谐振腔54、变压器Tr、第二倍压整流电路56和第二控制组件58组成第二控制回路。其控制过程包括：

[0085] 第一控制组件57的电压调节器从X射线管的阳极电压端采集第一电压反馈信号，并根据该第一电压反馈信号产生第一组驱动信号，该第一组驱动信号控制第一桥臂51、第三桥臂中开关器件的通断，使得X射线管的阳极产生第一电压。示例性地，电压调节器计算反馈信号与阳极端参考信号KVand_ref的差值，对该差值进行比例积分以输出调制电压；PFM调制器接收调制电压，并根据该调制电压产生包含第一驱动信号S1、第二驱动信号S2和第五驱动信号S5、第六驱动信号S6的第一组驱动信号，其中，第一驱动信号S1提供给第一开关器件Q1的基极，第二驱动信号S2提供给第二开关器件Q2的基极，第五驱动信号S5提供给第五开关器件Q5的基极，第六驱动信号S6提供给第六开关器件Q6的基极，通过控制(调节)第一开关器件Q1、第二开关器件Q2、第五开关器件Q5以及第六开关器件Q6的通断调节第一桥臂51相对第三桥臂的相对相移控制X射线管的阳极电压。

[0086] 与此同时，第二控制组件58的电压调节器从X射线管的阳极电压端采集第二电压反馈信号，电压调节器计算第二电压反馈信号与阴极端参考信号KVcath_ref的差值，对该差值进行比例积分以输出调制电压；PWM调制器接收调制电压，并根据该调制电压产生包含第三驱动信号S3和第四驱动信号S4的第二组驱动信号，其中，第三驱动信号S3提供给第三开关器件Q3的基极，第四驱动信号S4提供给第四开关器件Q4的基极。第二控制回路通过控制第二桥臂32中开关器件的通断，调节第二桥臂32相对第三桥臂的相对相移，使得X射线管的阴极产生相对于第一电压具有180度的相移的第二电压。

[0087] 实施例四

[0088] 本实施例与实施例三的不同在于逆变电路中各开关器件的控制方式。如图6所示为本发明实施例的X射线高压发生器的电路结构示意图，第一控制组件67中包含的调制器为PWM调制器，第二控制组件68中包含的调制器为PFM调制器，且PFM调制器与PWM调制器之间连接有频率同步电路69。PWM调制器连接第一桥臂61中开关器件的基极，对第一桥臂61进行PWM调制；PFM调制器同时连接第二桥臂62和第三桥臂中开关器件的基极，对第二桥臂62和第三桥臂进行PFM调制；频率同步电路69调节PWM调制器和PFM调制器的工作频率相同。

[0089] 第一桥臂61、第三桥臂、第一谐振腔63、变压器Tr、第一倍压整流电路65和第一控制组件67组成第一控制回路。第二桥臂62、第三桥臂、第二谐振腔64、变压器Tr、第二倍压整流电路66和第二控制组件68组成第二控制回路。其控制过程包括：

[0090] 第一控制组件67的电压调节器从X射线管的阳极电压端采集第一电压反馈信号，电压调节器计算第一电压反馈信号与阳极端参考信号KVand_ref的差值，对该差值进行比例积分以输出调制电压；PWM调制器接收调制电压，并根据该调制电压产生包含第一驱动信号S1和第二驱动信号S2的第一组驱动信号，其中，第一驱动信号S1提供给第一开关器件Q1的基极，第二驱动信号S2提供给第二开关器件Q2的基极。

[0091] 第二控制组件68的电压调节器从X射线管的阳极电压端采集第二电压反馈信号，并根据该第二电压反馈信号控制第二桥臂62、第三桥臂中开关器件的通断，使得X射线管的阳极产生第二电压。

[0092] 示例性地，电压调节器计算反馈信号与阳极端参考信号KVcath_ref的差值，对该差值进行比例积分以输出调制电压；PFM调制器接收调制电压，并根据该调制电压产生包含第三驱动信号S3、第四驱动信号S4、第五驱动信号S5和第六驱动信号S6的第二组驱动信号，其中，第三驱动信号S3提供给第三开关器件Q3的基极，第四驱动信号S4提供给第四开关器件Q4的基极，第五驱动信号S5提供给第五开关器件Q5的基极，第六驱动信号S6提供给第六开关器件Q6的基极，通过控制第三开关器件Q3、第四开关器件Q4、第五开关器件Q5以及第六开关器件Q6的通断调节第二桥臂52相对第三桥臂的相对相移控制X射线管的阴极电压；同时，第一控制回路通过控制第一桥臂61中开关器件的通断，调节第一桥臂61相对第三桥臂的相对相移，使得X射线管的阴极和阳极具有180度的相移。

[0093] 实施例五

[0094] 图7所示为本发明第五实施例的X射线高压发生器的电路结构示意图。如图7所示，控制组件，可包括第一控制组件77、第二控制组件78，控制组件可与逆变器组成控制回路，控制逆变电路中开关器件的通断。在本实施例中，第一控制组件77包括调节器1、第一加法器771与第二加法器773、整流单元774、调节器2以及PWM调制器776。同样，第二控制组件78包括加法器781与783、调节器1、整流单元784、调节器2以及PWM调制器786。可选地，高压发生器可采用的变压器为由两个原边绕组串联组成的集成变压器，从而在较大范围内控制开关器件的通断，利于优化开关器件的损耗。

[0095] 在本具体实施例中，反馈信号包括反馈电压和反馈电流，控制环路包括电压控制环路和电流控制环路。示例性地，第一控制组件77根据第一电流反馈信号和第一电压反馈信号产生一组驱动信号，该组驱动信号控制阳极逆变桥：

[0096] 第一加法器771的输入端输入与X射线高压发生器的输出电压关联的第一电压反馈信号和参考电压，计算第一电压反馈信号与参考电压(指令值)的差值；调节器1为电压调节器，用于接收该电压差值，并对该电压差值进行比例积分以输出一部分调制电压；

[0097] 第二加法器773的一个输入端连接调节器1的输出端，接收高压发生器的负载电流；第二加法器773的另一个输入端连接来自高压发生器谐振腔或阳极逆变桥的第一反馈电流iLS，第一反馈电流iLS可以经过整流单元774整流后，乘以比例系数K得到。第二加法器773计算负载电流与第一反馈电流iLS的差值；调节器2为电流调节器，用于对该差值进行比例积分运算，输出另一部分调制电压。两部分调制电压共同作用于PWM调制器，以产生驱动信号。该驱动信号包括第一驱动信号S1和第二驱动信号S2，分别接通第一开关器件Q1和第二开关器件Q2的基极，控制开关器件的通断。

[0098] 类似地，第二控制组件78根据第二电流反馈信号和第二电压反馈信号产生另一组驱动信号，该组驱动信号控制阴极逆变桥。第二控制组件78中，第一加法器781的输入端输入与X射线高压发生器的输出电压关联的第二电压反馈信号和参考电压，计算第二电压反馈信号与参考电压的差值；调节器1为电压调节器，用于接收该电压差值，并对该电压差值进行比例积分以输出一部分调制电压；

[0099] 第二加法器783的一个输入端连接调节器1的输出端，接收高压发生器的负载电流；第二加法器783的另一个输入端连接来自高压发生器谐振腔或阳极逆变桥的第二反馈电流iLS，第二反馈电流iLS可以经过整流单元784整流后，乘以比例系数K得到。第二加法器783计算负载电流与第二反馈电流iLS的差值；调节器2为电流调节器，用于对该差值进行比例积分运算，输出另一部分调制电压。两部分调制电压共同作用于PWM调制器，以产生驱动信号。该驱动信号包括第三驱动信号S3和第四驱动信号S4，分别接通第三开关器件Q3和第四开关器件Q4的基极，控制开关器件的通断。

[0100] 本实施例采用了电压电流双闭环控制，不影响模式切换过程，可以改善逆变电路的控制特性。

[0101] 需要说明的是，本发明对控制组件的控制方式并没有严格限制。在另一实施例中，第一控制组件77可采用电压闭环控制，第二控制组件78可采用电压、电流双闭环控制。在又一实施例中，第一控制组件77可采用电压、电流双闭环控制，第二控制组件78可采用电压闭环控制。

[0102] 如图8a所示为本发明实施例五的逆变器的一种可能的调制波形图，其中横坐标表示时间，纵坐标表示该时刻对应的脉冲。驱动信号第三桥臂仍采用50％占空比，而且第三桥臂的相位固定，第一控制环路(又称阳极kV控制环路)通过第一组驱动信号控制第一桥臂71相对第三桥臂的相移来控制阳极kV_and电压，第二控制环路(又称阴极kV控制环路)通过第二组驱动信号控制第二桥臂72的占空比来控制阴极kV_cath电压。

[0103] 如图8b所示为本发明实施例五的逆变器的另一种可能的调制波形图，其中横坐标表示时间，纵坐标表示该时刻对应的脉冲。第三桥臂仍采用50％占空比，而且第三桥臂的相位固定，第一控制环路(又称阳极kV控制环路)通过第一组驱动信号控制第一桥臂71的占空比来控制阳极kV_and电压，第二控制环路(又称阴极kV控制环路)通过第二组驱动信号控制第二桥臂72相对第三桥臂的相移来控制阴极kV_cath电压。

[0104] 本发明提出的具备阴阳极电压平衡能力的X射线高压发生器，通过分别控制阴阳极电压，即使在阴阳极电流不平衡时，仍可实现阴阳极电压的平衡。本发明不论是在阴阳极采用分立的高压变压器的情况下，还是在为了减小体积而采用集成的高压变压器的情况下，都能在阴阳极电流存在显著的不平衡时，保证阴阳极电压的平衡，降低了高压发生器对阴阳极电路一致性的要求，提高了高压发生器对不平衡负载的适应能力。

[0105] 虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。