一种数字式任意波形X射线高压发生装置
一种数字式任意波形X 射线高压发生装置
【摘要】普通X 射线高压发生器通常仅能产生一种波形的高压信号，而在非介入式X 射线kVp 表的校准装置中，需要模拟不同波形的X 射线辐射环境，要求同一台X 射线高压发生器能够产生包括50Hz 全波整流、半波整流、脉冲直流在内的高压波形。本文在传统逆变式高频高压X 射线发生器的基础上，增加数字式任意波形信号发生单元，将逆变电路的预置电压恒定值改为弱电压预置波形信号，使高频高压发生器的输出高压按照数字信号发生单元的弱电压预置波形信号而变化，最后生成设定的任意波形的高压输出。
【关键词】X 射线高压发生器；任意波形发生器
一、前言
X 射线高压发生器主要分为工频、高（中）频高压发生器两种。其中，如图1所示，工频高压发生器直接由网电源供电，网电源经初级调整后，经高压变压器升压后，将电压调节至指定高压范围，最后经过高压整流而得到相应的高压输出波形，所谓波形的不同主要取决于整流的方式。
如图2所示，高（中）频高压发生器的网电源供电仍为50Hz 的工频交流电压。工频交流电压先经整流变为直流电压后再经高频直流逆变器转换成高频电压（一般在10KHz-100KHz ），接下来经高频升压变压器转换成高频高压交流信号，最后经高压整流得到直流输出。输出电压的控制通过调整高频逆变器的脉宽或频率的方式（Pulse Frequency Modulation，PFM 或者Pulse Width Modulation，PWM ）。同时输出高压经过分压后反馈给反馈比较模块，与预置参考电压Vs 进行比较并将比较结果（差分电压Vd ）作为高频逆变器的控制信号，从而形成输出电压的闭环反馈。高（中）频高压发生器的优势在于：由于升压变压器工作在高（中）频段，因此变压器的线圈匝数和铁芯截面积都大幅度减少，实现了结构小型化。由于使用了闭环控制，控制实时性和控制精度得到较大程度提高，输出电压稳定，重复性好。
在基于光感应方式的非介入式X 射线kVp 表的检定/校准过程中，应该在不同管电压波形（如恒定直流、单相半波整流、单相全波整流、三相六峰整流、三相十二峰整流等波形）的X 射线辐射环境下对非介入式高压表的量值进行校准
[1]。而现有技术无法在同一台高压发生器上产生上述多种高压波形，因此在上述现有技术条件下，校准一个非介入式X 射线高压表至少需要四台以上不同波形的X 射线高压发生器来产生规定的管电压。
二、系统原理与实现方案
在一个周期内，X 射线高压发生器的高压输出的有效值是由其传递的能量决定，而经过逆变-升压-整流后，在T 周期内的电压能量由下式给出：