一种高压发生器的控制方法和高压发生器与流程

1.本发明涉及高压发生器技术领域，特别涉及一种高压发生器的控制方法和高压发生器。


背景技术：

2.x射线成像设备中包含高压发生器，高压发生器包括主功率部分和辅助功率部分，主功率部分可以输出如几千伏的高压，辅助功率部分可以输出较低的电压。高压发生器的主功率部分常采用谐振变换器，谐振变换器在控制时通常采用谐振电流作为闭环控制参数。谐振电流是一个频率可以达到数十khz到数百khz，且实时值大幅波动的物理量。该物理量需要处理后才能在控制器中使用。
3.高压发生器使用的谐振变换器根据调制方式的不同可以分为定频工作谐振变换器和变频工作谐振变换器。对这两种谐振变换器，一种现有技术是将谐振电流绝对值直接用作反馈控制，或经过模拟或数字滤波后用作反馈控制。对于其中的定频工作谐振变换器，另一种现有技术是对谐振电流做周期平均之后用作反馈控制。然而，目前现有技术的反馈控制方式，使得谐振变化器控制存在波动较大，输出电压不稳定的问题。尤其是针对变频工作的谐振变换器，反馈控制效果很差。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种高压发生器的控制方法和高压发生器，以解决谐振电流特征量波动较大的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种高压发生器的控制方法，包括以下步骤：
6.获取高压发生器的谐振电流所对应的前一个参考点和当前参考点；
7.根据所述前一个参考点和所述当前参考点，确定前一个周期时间；
8.根据所述前一个周期时间，确定当前周期时间；
9.根据所述当前周期时间和预设的采样数之间的比值，确定当前采样间隔；
10.根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量，并将所述当前谐振电流特征量作为控制高压发生器的内环反馈值。
11.可选的，所述获取高压发生器的谐振电流所对应的前一个参考点和当前参考点的步骤，具体包括以下步骤：
12.对高压发生器的谐振电流进行处理，处理后的所述谐振电流的各周期波形均在电流轴向的正半轴或负半轴；
13.将处理后的所述谐振电流的前一个周期第一次过零点时刻作为前一个参考点；
14.将处理后的所述谐振电流的当前周期第一次过零点时刻作为当前参考点。
15.可选的，所述根据所述前一个参考点和所述当前参考点，确定前一个周期时间的步骤，具体包括以下步骤：
16.将所述当前参考点和所述前一个参考点之间的时间差，作为前一个周期时间。
17.可选的，所述根据所述前一个周期时间，确定当前周期时间的步骤，具体包括以下步骤：将所述前一个周期时间作为当前周期时间。
18.可选的，所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；将多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。
19.可选的，所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；当多个所述采样值分别更新后，将更新后的多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。
20.可选的，所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；当所述采样值每更新一个值时，将多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。
21.本发明还提供了一种高压发生器，包括谐振电流模块和谐振电流信号处理模块；所述谐振电流模块用于产生谐振电流；所述谐振电流信号处理模块用于执行上述任一项所述的一种高压发生器的控制方法。
22.可选的，所述高压发生器包括定频谐振变换器或变频谐振变换器。
23.可选的，所述高压发生器还包括多个寄存器，多个采样值分别存储在对应的寄存器中。
24.本发明提供的一种高压发生器的控制方法和高压发生器，通过对高压发生器中的谐振电流所对应的信号进行变采样间隔采样后再叠加，获得的叠加信号中的开关频率量级的谐波分量被预分离为主体为直流的低频分量和频率远高于谐振电流频率的高频分量，该叠加信号波动较小，可以作为谐振电流特征量；或者将该叠加信号经过模拟或数字低通滤波器滤波之后，作为最终使用的谐振电流特征量。本方法既可以用于获取定频谐振变换器的谐振电流特征量，又可以用于获取变频谐振变换器的谐振电流特征量，尤其在变频谐振变换器中获取的谐振电流特征量更为准确。
附图说明
25.图1是本发明一实施例提供的一种高压发生器的控制方法的流程图。
26.图2是本发明一实施例提供的一种高压发生器的结构示意图。
27.图3是本发明一实施例提供的一种谐振电流的示意图。
28.图4是图3中的谐振电流对应的电流绝对值信号图。
29.图5是本发明一实施例提供的一种变采样间隔采样后再叠加的原理示意图。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的一种高压发生器的控制方法和高压发生器作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
31.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等限定词是为了方便描述和引用而增加的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等限定词的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
32.参考图1所示，本实施例提供了一种高压发生器的控制方法，包括以下步骤：
33.s1、获取高压发生器的谐振电流所对应的前一个参考点和当前参考点；参考图2所示，高压发生器的谐振电流可以由谐振电流模块产生，谐振电流模块是图2中第一行中的第三个模块；参考图3所示，图3中的谐振电流所对应的前一个参考点可以是前一个周期的谐振电流的过零点或峰值点，当前参考点可以是当前周期的谐振电流的过零点或峰值点；参考图4所示，图4中的谐振电流所对应的前一个参考点可以是电流绝对值信号的前一个周期第一次过零点时刻，当前参考点可以是电流绝对值信号的当前周期第一次过零点时刻。
34.s2、根据所述前一个参考点和所述当前参考点，确定前一个周期时间；可以将前一个参考点和当前参考点的时间差作为前一个周期时间，或者将前一个参考点和当前参考点的时间差与预设数值的比值作为前一个周期时间。
35.s3、根据所述前一个周期时间，确定当前周期时间；可以将前一个周期时间作为当前周期时间，或者将前一个周期时间与预设数值的比值作为当前周期时间。
36.s4、根据所述当前周期时间和预设的采样数之间的比值，确定当前采样间隔；当前采样间隔根据当前周期时间变动而变动，使所述高压发生器的控制方法既适用于定频谐振变换器，又适用于变频谐振变换器。在其中一个实施例中，预设的采样数是一个周期的预设的采样数。
37.s5、根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量，并将所述当前谐振电流特征量作为控制高压发生器的内环反馈值。控制器可以通过控制adc(analog to digital converter，模数转换器)对谐振电流或谐振电流被处理后的信号进行采样。如果采样对象是如图3所示的谐振电流，可以将多个采样值的绝对值的平均值作为谐振电流的当前谐振电流特征量；如果采样对象是如图4和图5所示的谐振电流对应的绝对值信号，可以将多个采样值的平均值作为谐振电流的当前谐振电流特征量。在电压调控的过程中，电压采样值和电压设定值不断做差输入到闭环运算中，再与谐振电流特征量做差输入到闭环运算中，最终目的是让电压采样值等于或接近电压设定值。
38.本实施例提供的一种高压发生器的控制方法，通过对高压发生器中的谐振电流所对应的信号进行变采样间隔采样后再叠加，获得的叠加信号中的开关频率量级的谐波分量被预分离为主体为直流的低频分量和频率远高于谐振电流频率的高频分量，该叠加信号波动较小，可以作为谐振电流特征量；或者将该叠加信号经过模拟或数字低通滤波器滤波之后，作为最终使用的谐振电流特征量。本方法既可以用于获取定频谐振变换器的谐振电流特征量，又可以用于获取变频谐振变换器的谐振电流特征量，尤其在变频谐振变换器中获取的谐振电流特征量更为准确。
39.可选的，步骤s1即所述获取高压发生器的谐振电流所对应的前一个参考点和当前参考点的步骤，具体包括以下步骤：
40.s11、对高压发生器的谐振电流进行处理，处理后的所述谐振电流的各周期波形均在电流轴向的正半轴或负半轴；参考图3和图4所示，可以将正弦波形式的谐振电流i
rnt
经过整流桥转换为电流绝对值信号i
rnt_abs
。电流轴向是指y轴方向。与图4所示的处理后的所述
谐振电流相似，处理后的所述谐振电流也可以在y轴的负半轴，即均为负数。
41.s12、将处理后的所述谐振电流的前一个周期第一次过零点时刻作为前一个参考点；参考图5所示，前一个周期为第m-1个半周期，前一个周期第一次过零点时刻为a时刻。
42.s13、将处理后的所述谐振电流的当前周期第一次过零点时刻作为当前参考点。参考图5所示，当前周期为第m个半周期，当前周期第一次过零点时刻为b时刻。
43.本实施例提供的确定前一个参考点和当前参考点的方法容易实现。在其它实施例中，可以将电流绝对值信号的峰值点或波谷点作为参考点。
44.可选的，步骤s2即所述根据所述前一个参考点和所述当前参考点，确定前一个周期时间的步骤，具体包括以下步骤：将所述当前参考点和所述前一个参考点之间的时间差，作为前一个周期时间。
45.参考图4和图5所示，在第m个电流绝对值信号过零点之后会有第m个半周期。在第m个电流绝对值信号过零点时刻，根据第m-1个和第m个谐振电流过零时刻的时间差计算出第m-1个的半周期时间th(m-1)＝t0(m)-t0(m-1)，将th(m-1)用作第m个半周期的预估维持时间t
h_pd
(m)，即t
h_pd
(m)＝th(m-1)。
46.设在第m个半周期内使用的采样间隔为δt(m)，半周期内一共可以获得n个用于计算谐振电流特征值的采样数值，δt(m)在每次检测到过零点后基于δt(m)＝t
h_pd
(m)/n计算得到，从而实现自适应的变采样间隔。这样可以简化获取前一个周期时间的步骤。在其它实施例中，在得到当前参考点和前一个参考点之间的时间差之后，可以将所述时间差与预设数值的比值或乘积作为前一个周期时间。
47.可选的，步骤s3即所述根据所述前一个周期时间，确定当前周期时间的步骤，具体包括以下步骤：将所述前一个周期时间作为当前周期时间。这样可以简化确定当前周期时间的步骤。在其它实施例中，可以将前一个周期时间与预设数值的比值或乘积作为当前周期时间。
48.可选的，步骤s5即所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；将多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。多个所述采样值可以在所述谐振电流的同一个周期中，也可以在不同的周期中。如果采样对象是如图3所示的谐振电流，可以将多个采样值的绝对值的平均值作为谐振电流的当前谐振电流特征量。在其它实施例中，如果采样对象是如图4和图5所示的谐振电流对应的绝对值信号，可以将多个采样值的平均值作为谐振电流的当前谐振电流特征量。
49.可选的，步骤s5即所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；当多个所述采样值分别更新后，将更新后的多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。参考图5所示，可以使用共计n个寄存器用来存储采样值。这些寄存器始终用来存储最新的n个采样值。在第m个半周期内，每经过δt(m)获得一个新采样数值后，存储到寄存器中；在第m-1个半周期内，每经过δt(m-1)获得一个新采样数值后，存储到寄存器中。可以基于最新存储的n个采样数值求
和并计算其平均值，记为ia，ia可以作为当前谐振电流特征量。也可以直接使用n个最新采样值的和的倍数向后传递。或者将ia经过低通滤波器滤波处理后送入控制器作为当前谐振电流特征量即内环反馈值，内环反馈值在模拟或数字闭环运算模块中进行内环计算。例如，寄存器的个数是8个，每个寄存器中存储1个采样值，当8个采样值均更新后，就重新计算一次8个采样值的平均值，并将该平均值作为谐振电流的当前谐振电流特征量，这样得到的谐振电流特征量能够较好的反映实际谐振电流特征量。
50.可选的，步骤s5即所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；当所述采样值每更新一个值时，将多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。参考图5所示，当8个采样值中每更新一个值时，就重新计算一次8个采样值的平均值，并将该平均值作为谐振电流的当前谐振电流特征量。这样得到的谐振电流特征量也可以作为谐振电流的实际谐振电流特征量。
51.可选的，步骤s5即所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；每隔预设的时间间隔，将多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。参考图2和图5所示，控制器可以根据预设的时间间隔，每隔一段时间获取一次当前谐振电流特征量。这样得到的谐振电流特征量也可以作为谐振电流的实际谐振电流特征量。
52.参考图2所示，基于与上述一种高压发生器的控制方法相同的技术构思，本实施例还提供了一种高压发生器，包括谐振电流模块和谐振电流信号处理模块；所述谐振电流模块用于产生谐振电流；所述谐振电流信号处理模块用于执行上述任一项所述的一种高压发生器的控制方法。
53.在图2中，第一行中从左至右的各模块的名称依次为输入整流模块、开关控制模块、谐振电流模块、变压器模块、输出整流滤波模块和球管，输入整流模块用于将直流信号转换为交流信号，开关控制模块用于控制开关管的开合频率，谐振电流模块用于产生谐振电流，变压器模块用于升高电压，输出整流滤波模块用于将交流信号转换为直流信号并滤除交流纹波，球管用于产成x射线。基于谐振变换器的高压发生器主功率部分包括开关控制模块、谐振电流模块、变压器模块和输出整流滤波模块。电压外环、谐振电流内环的控制流程主要为：对球管输入端的电压进行电压采样得到电压采样值；电压采样值输入电压处理模块中进行筛选和滤波等处理；再与电压设定对应的电压设定值进行模拟或数字闭环运算，得到电压差值；电压差值再与谐振电流处理模块输出的谐振电流特征量进行模拟或数字闭环运算，得到最终电压差值；开关管驱动生成模块根据最终电压差值生成开关管驱动信号；开关管驱动信号驱动开关的开合频率可以调节谐振电流的大小，进而调节输入球管的电压。
54.本实施例提供的一种高压发生器，通过对高压发生器中的谐振电流所对应的信号进行变采样间隔采样后再叠加，获得的叠加信号中的开关频率量级的谐波分量被预分离为主体为直流的低频分量和频率远高于谐振电流频率的高频分量，该叠加信号波动较小，可以作为谐振电流特征量；或者将该叠加信号经过模拟或数字低通滤波器滤波之后，作为最终使用的谐振电流特征量。
55.可选的，所述高压发生器包括定频谐振变换器或变频谐振变换器。由于高压发生器可以采用变采样间隔采样后再叠加的方法得到谐振电流特征量，所述高压发生器的调制方式可以是定频工作谐振变换器或变频工作谐振变换器。
56.可选的，参考图5所示，所述高压发生器还包括多个寄存器，多个采样值分别存储在对应的寄存器中。将采样值存储在专用的寄存器中，可以防止高压发射器中的数据紊乱。
57.综上所述，本发明提供的一种高压发生器的控制方法和高压发生器，通过对高压发生器中的谐振电流所对应的信号进行变采样间隔采样后再叠加，获得的叠加信号中的开关频率量级的谐波分量被预分离为主体为直流的低频分量和频率远高于谐振电流频率的高频分量，该叠加信号波动较小，可以作为谐振电流特征量；或者将该叠加信号经过模拟或数字低通滤波器滤波之后，作为最终使用的谐振电流特征量。本方法既可以用于获取定频谐振变换器的谐振电流特征量，又可以用于获取变频谐振变换器的谐振电流特征量，尤其在变频谐振变换器中获取的谐振电流特征量更为准确。
58.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高压发生器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取高压发生器的谐振电流所对应的前一个参考点和当前参考点；根据所述前一个参考点和所述当前参考点，确定前一个周期时间；根据所述前一个周期时间，确定当前周期时间；根据所述当前周期时间和预设的采样数之间的比值，确定当前采样间隔；根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量，并将所述当前谐振电流特征量作为控制高压发生器的内环反馈值。2.如权利要求1所述的一种高压发生器的控制方法，其特征在于，所述获取高压发生器的谐振电流所对应的前一个参考点和当前参考点的步骤，具体包括以下步骤：对高压发生器的谐振电流进行处理，处理后的所述谐振电流的各周期波形均在电流轴向的正半轴或负半轴；将处理后的所述谐振电流的前一个周期第一次过零点时刻作为前一个参考点；将处理后的所述谐振电流的当前周期第一次过零点时刻作为当前参考点。3.如权利要求1所述的一种高压发生器的控制方法，其特征在于，所述根据所述前一个参考点和所述当前参考点，确定前一个周期时间的步骤，具体包括以下步骤：将所述当前参考点和所述前一个参考点之间的时间差，作为前一个周期时间。4.如权利要求3所述的一种高压发生器的控制方法，其特征在于，所述根据所述前一个周期时间，确定当前周期时间的步骤，具体包括以下步骤：将所述前一个周期时间作为当前周期时间。5.如权利要求1所述的一种高压发生器的控制方法，其特征在于，所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；将多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。6.如权利要求1所述的一种高压发生器的控制方法，其特征在于，所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；当多个所述采样值分别更新后，将更新后的多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。7.如权利要求1所述的一种高压发生器的控制方法，其特征在于，所述根据所述当前采样间隔采样确定所述谐振电流的当前谐振电流特征量的步骤，具体包括以下步骤：根据所述当前采样间隔在所述谐振电流的当前周期中采样，得到采样值；当所述采样值每更新一个值时，将多个所述采样值的绝对值的平均值作为所述谐振电流的当前谐振电流特征量。8.一种高压发生器，其特征在于，包括谐振电流模块和谐振电流信号处理模块；所述谐振电流模块用于产生谐振电流；所述谐振电流信号处理模块用于执行权利要求1-7任一项所述的一种高压发生器的控制方法。9.如权利要求8所述的一种高压发生器，其特征在于，所述高压发生器包括定频谐振变换器或变频谐振变换器。10.如权利要求8所述的一种高压发生器，其特征在于，所述高压发生器还包括多个寄存器，多个采样值分别存储在对应的寄存器中。

技术总结
本发明提供了一种高压发生器的控制方法和高压发生器。控制方法包括以下步骤：获取高压发生器的谐振电流所对应的前一个参考点和当前参考点；根据前一个参考点和当前参考点，确定前一个周期时间；根据前一个周期时间，确定当前周期时间；根据当前周期时间和预设的采样数之间的比值，确定当前采样间隔；根据当前采样间隔采样确定谐振电流的当前谐振电流特征量，并将当前谐振电流特征量作为控制高压发生器的内环反馈值。通过对高压发生器中的谐振电流所对应的信号进行变采样间隔采样后再叠加，获得的叠加信号波动较小，可以作为谐振电流特征量。本方法既可以用于获取定频谐振变换器的谐振电流特征量，又可以用于获取变频谐振变换器的谐振电流特征量。变换器的谐振电流特征量。变换器的谐振电流特征量。


技术研发人员：吴景林 祝国平 曹彬 褚旭
受保护的技术使用者：上海联影医疗科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/14