前言
高频高压发生器[1, 2]为 X 射线球管提供直流高压和灯丝电流， 球管高压和灯丝电流是 X 射线设备产生 X 射线的两大必备条件[3]。
在相同的条件下，X 射线的能量越集中得到的图像质量越好， 而 X 射线的球管电压决定了 X 射线的能量，所以球管工作时需要稳定的直流电压，才能产
生能量集中的 X 射线。
本文基于脉冲频率调制的方法设计并实现了一种能够自适应调节和稳定输出电压的控制方法。
1 系统方案设计
系统的原理框图如图 1 所示，主电路部分先把工频交流电整流滤波为直流，然后再在调频电路的控制下把直流电逆变为高频交流电，再经过变压器进行升
压变换、整流和滤波后输出直流高压给 X 射线管[4]。控制和调节电路部分由 MCU 控制 DAC，经 DAC 转换后得到控制频率调制的参数。 为保证球管电压
(kV)的稳定，系统采用闭环控制，反馈电压的修正值VFB 与设置输出电压的量化电压 VFBDA 进行误差运算后的结果 VErr 和参考电压 VREF 共同控制调频电路，调节逆变桥输出的交流电压的频率，使变压器初级输入的电压改变，从而改变变压器的次级输出电压，进而改变倍压整流滤波的输出电压，完成对管电压的控制和调整。
为了实现该方法，需要克服四项技术难点，首先，能够通过全桥逆变产生频率受控制的逆变波形；**，高频高压变压器[5, 6]能够进行电压变换；第三，对变压器升压后的高频交流电进行倍压整流滤波； 第四，调频控制电路对输出电压的**控制和自动调整。
1.1 全桥逆变
高频变换是减小功率变换器体积、重量和提高变换器效率、功率密度的有效途径[7]。图 2 是全桥逆变示意图，逆变桥使用场效应管作为开关器件，逆变桥在驱动时序的控制下实现逆变。逆变桥驱动时序的示意图如图 3 所示，HL 和 LR桥臂的驱动信号同步，LL 和 HR 桥臂的驱动信号同步并且与 HL 和 LR 桥臂驱动信号相位相反， 在时间t1，桥臂 HL 和 LR 导通，桥臂 LL 和 HR 断开；在时间t2，桥臂 HL 和 LR、LL 和 HR 断开；在时间 t3，桥臂 HL和 LR 断开，桥臂 LL 和 HR 导通；在时间 t4，桥臂 HL和 LR、LL 和 HR 断开。驱动时序中的脉冲 t2 和 t4 称为死区时间，因为逆变桥的上下两个桥臂是不允许直接导通，所以在驱动时序中插入了死区时间，这段时间作为桥臂执行开关动作交替的过度时间，此时所有的开关管都处于关闭状态。t1~t4 为一个周期 T， 调整逆变桥驱动脉冲的周期T 即可以调整逆变桥的工作频率。为了满足功率的需要，每个桥臂采用多个场效应管并联实现均流。 逆变后的高频交流电压的频率由开关管的驱动频率决定，但是驱动频率受制于变压器的
工作频率范围。
1.2 变压器升压
为了给球管提供直流高压，逆变全桥输出的电压必须经过高频变压器升压。
高频高压变压器是高频高压发生器中的核心部件之一，也是方案设计的四项技术难点之一，经逆变桥输出的只是高频交流电， 但是其电压幅值仍然很低，所以还必须通过变压器经行电压升压变换，虽然变压器的初级线圈输入的电源幅值较低，但是变压器的次级输出电压已经是高频高压的交流电压，所以对
变压器耐压条件、高频下磁芯损耗等提出了要求。虽然高频高压变压器的结构与一般的变压器并没有多大的差别，都由磁芯、骨架、初级线圈、次级线圈组成，但是此类变压器一般没有现成的产品，因此本方法使用的变压器需要根据逆变桥输出的高频交流电压、工作频率范围等一系列参数自行设计。
1.3 倍压整流滤波
倍压整流滤波电路可以获得多倍于变压器副边电压的输出电压。 因为倍压整流滤波电路与变压器用油密封在一起，所以体积受到了一定的限制，综合考
虑，优化选择二倍压整流滤波，可以同时满足输出电压和体积的要求。 二倍压整流滤波电路图如图 4，J1、J2 连接变压器的次级输出，在交流电压的正负半周对两个电容分别充电，所以两个电容的串联输出电压为变压器次级输出电压的二倍。 将两个相同的二倍压整流滤波单元串联即可作为 X 射线管的阳极和阴极输出，且中间点接地，那么在阳极和阴极可以得到正负直流高压。
整流二极管在关断时需要承受两倍于次级输出电压的反向电压，因此倍压整流滤波电路*关键的是选择合适的整流二极管，以防其被高压击穿。 本方法
选择定制的整流二极管， 反向耐压值*高可达 100kV，符合各项指标并留有足够的余量。
1.4 调频电路的原理与实现
发生器的输出电压必须能够随各种条件的变化而进行自动调整，为 X 射线管提供稳定的直流电压。
(1) 调频控制输出电压的原理
LC 串联谐振[8, 9]电路的输出电压为高频变压器初级线圈的电压。 谐振曲线如图 5 所示，f0 是串联谐振电路谐振频率， 从谐振曲线可以看出， 当工作频率 f等于 f0 时，电压值*大，当频率 f 大于 f0 时，电压随频率的增加而减小，因此改变频率即可改变电压幅值大小。
(2) 频率调整的实现
图 6 是差分运算电路， 对输出电压进行误差运算，A 点的输入电压是输出电压的采样反馈电压 VFB，它与 X 射线管两端实际的电压成正比，B 点的输入电压是与设置的输出电压相对应的反馈修正电压的量化电压 VFBDA，误差运算结果 VErr=VFBDA-VFB。 当 VErr=0V 时，表示实际的输出电压等于设置电压。MC33067[10]是一款集成的 PFM 芯片，其引脚分布及封装如图 7 所示，其输出脉冲频率随引脚 3 的输出电流 IOSC 的变化而改变，引脚 9 起保护的作用，正常情况该引脚为低电平，当出现异常情况的时候，发生器系统产生一个高电平信号至引脚 9，使芯片停止工作，从而切断高压输出，保护人身和机器的安全。
MC33067 的应用电路图如图 8 所示，输出脉冲的频率及死区时间 tOS 由芯片及其外围的 R、C 元件确定，R1、C1 确定了
MC33067 输出脉冲的*小频率，R3、C3 确定输出脉冲的死区时间。
MC33067 的输出波形的时序如图 9 所示。 调节IOSC， 输出脉冲的频率可在已经确定的频率范围内调整，IOSC 越大，输出脉冲的频率越高。
2 输出电压的控制和反馈调整
当输出电压大于设定的电压值， 将使 VFB>VFBDA，那 么 VErr<0 V，因 此 VEA=VREF+VErr<VREF，使 VEA 减 小，从而 UVFO 增大，IOSC 增大，调频芯片 MC33067 的输出脉冲频率增加，由图 5 可知，工作频率增加使变压器的输入电压降低，则变压器次级电压降低，使输出电压减小，通过这种反馈调节，稳定输出电压。 当输出电压小于设定的电压值的时候， 频率调节过程相同，调节方向相反。
3 结果和结论
利用本文的调频控制方法， 试制样机进行测试，输出电压的采样反馈电压 VFB 的波形如图 10 所示，可以看出在高压输出阶段，输出电压稳定，纹波小。
这种高压控制策略应用于中小功率高频高压发生器， 可以**控制和自动调整发生器的输出电压，输出的高压符合 X 射线球管的电压要求， 可以正常
为 X 射线球管提供平稳的直流高压。
4 讨论
本方案采用的 PFM、 全桥逆变等技术是当前高频高压发生器设计的主流技术。 本文设计的电压控制方法减小了高压发生器对电源的依赖，即使在恶劣的
电源条件下也可**地输出设置的电压。 这种具有自适应调节的高压控制方法简单可行、准确可靠，具有广泛的应用前景。
