CN111602470A - 用于x射线管的控制装置以及用于操作x射线管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于X射线管(2)的控制装置，包括：壳体(29)，所述壳体被设计为护罩，其中布置有阳极电流调节单元(1)并且所述阳极电流调节单元连接至阴极供电单元(18)；多个阴极电压开关(20、21、22、23、24)，所述多个阴极电压开关在每种情况下连接至阴极(4)；以及可编程组件(25)，其中确定所述阴极(4)的控制。所述阴极供电单元(18)、所述阴极电压开关(20、21、22、23、24)以及所述可编程组件(18)也布置在所述壳体(29)中。

Description

用于X射线管的控制装置以及用于操作X射线管的方法

本发明涉及一种用于控制X射线管的装置以及一种用于操作X射线管的方法。

例如，从US 7,751,582 B2中已知用于控制X射线管的方法。在这种情况下，X射线***被设计为具有布置成行的多个固定X射线源的断层融合***。

一般来说，X射线管具有电子发射极，所述电子发射极的功能可以取决于各种物理原理。在DE 10 2011 076 912 B4以及其它文献中，扩散阴极称为热发射极。例如，在DE 102010 043 561 A1中可以找到关于扩散阴极的使用的信息。

例如，从文档EP 1 617 764 B1和EP 1 618 368 B1已知用于多焦点X射线管的电子控制装置，所述电子控制装置的阴极旨在用于电子的热发射。

特别适合用于电子场发射的发射极是包含纳米柱，尤其碳纳米柱的发射极。在这一点上，参考文档WO 2018/086737 A1和WO 2018/086744 A2。

在DE 10 2009 017 649 B4中公开一种用于调节X射线管的发射电流的方法。此处，电流调节可以叠加在电压调节上。所述研究基于与现有技术相比进一步开发对X射线管，尤其具有场发射阴极的X射线管的控制的问题，其中将实现特别高的操作可靠性。

根据本发明，通过根据权利要求1所述的用于控制X射线管的装置解决此问题。还通过根据权利要求13所述的操作方法解决所述问题。在下文中，结合方法所说明的本发明的实施方案和优点也将适用于控制装置，且反之亦然。

控制装置旨在用于操作X射线管，所述X射线管包括设计为X射线发射极的阳极，以及旨在用于产生指向阳极的电子束的多个阴极。

控制装置包括设计为护罩的壳体，在所述壳体中布置阳极电流调节装置。所述阳极电流调节装置连接至阴极供电单元，所述阴极供电单元具有：多个阴极电压开关，每个阴极电压开关连接至阴极；以及可编程组件，在所述可编程组件中确定对阴极的控制。在这种情况下，阴极供电单元、阴极电压开关以及可编程组件也布置在所述壳体中。

由于将电子管的电源和控制电子装置与合适的电路板布局一起屏蔽布置在共同壳体中，因此与传统解决方案相比，电磁辐射发射率明显降低。因此，可以防止对其它电子设备以及电子***的不同电路部段之间的影响和干扰。

例如，控制装置的可编程组件包括FPGA(现场可编程门布置)和至少一个数模转换器。阳极电流控制单元是中央电压受控电源并且由FPGA或另一可编程组件或此类组件的布置在至少一个数模转换器上控制。FPGA或具有类似功能的元件控制多个子***。在当前情况下，可能的子***可以包括：阴极的电压供应单元，即，供电单元；阳极供电单元；用于聚焦装置和格栅的各种供应单元；以及将分配给阳极电流控制单元和阴极电压开关的电源。

甚至在执行阴极的脉冲序列之前，就已经对FPGA进行编程，以便实时触发脉冲序列。脉冲序列的计时完全通过FPGA或类似功能的元件进行。为了允许在各个电流值之间快速地切换，例如，两个模数转换器各自编程有对应于等效电流的电压值。通过多路复用器，可以在升压的所需电压电平或实际脉冲的所需电压电平之间切换。升压在此处定义为在脉冲开始时产生的峰值，与在不具有短期电压过冲的情况下产生的脉冲相比，可以通过所述峰值实现与理论理想形式更近似的矩形形式的脉冲。

例如，阴极电压开关被构造为具有多个MOSFET的高压开关组，通过所述阴极电压开关向阴极，即，X射线管的电子发射极供应电力。此处，几个MOSFET任选地在单个阴极电压开关内串联连接。

阳极电流控制单元可以实时地控制由阴极，即，电子发射极从阴极发射至阴极的电子电流。在每种情况下，流过阴极的实际电流以及所分配的标称值电流进入控件中。另外，流过引出栅和聚焦装置的电流可以进入控件中。

由于可以控制高压开关的次序是可自由编程的，因此可以自由地编程所使用发射极的顺序和数目。因此，并非必须操作所有发射极，并且X射线管还可以操作为单束管。当使用对应多路复用器时，可以同时激活几个或所有通道，因此并行地激活电子发射极。

通常，将聚焦电极分配给个别阴极。在优选实施方案中，位于阴极与聚焦电极之间的引出栅独立于聚焦电极接地。

通过聚焦电极和格栅的能量供应，可以单独地在发射极之间调整阳极上的热焦点尺寸。在这种情况下，热焦点尺寸被视为没有投影。在投影下观察到的X射线焦点尺寸将与此不同。此外事实上，对于每个发射极，可以在脉冲之间调整X射线焦点尺寸。只要可以在恒定电压下操作聚焦电极，就可以通过还以微调形式改变栅极电压来调整焦点尺寸。在连续模式和脉冲模式下都是如此，其中在每种情况下，可以在所有情况下在发射极之间进行不同调整。

对控制阴极的基本考量以及实现的优点总结如下：

通过高压开关组，可以在个别通道之间快速地切换，每个高压开关被分配给相应阴极。在这种情况下，所述组的每个开关通道优选地包括几个串联的SiC MOSFET，以实现必要的截止电压。在通过FPGA经由电源之后的栅极发射极电压或通过阳极控制经由改变的阳极电流检测到的闪络的情况下，为了保护发射极，整个栅极驱动电路与形成高压开关组的MOSFET分离。这通过多路复用器来实现，在正常操作中，通过多路复用器将联合栅极驱动器的输出分布至高压开关组的个别通道。为了防止在发生闪络的情况下损坏高压开关组，优选地通过电路经由MOSFET级联监视电压。

根据有利的进一步开发，控制装置的可编程组件被设计用于存储操作参数，尤其包括在X射线管的操作期间测得的电流值和电压值。

关于闪络监视控制装置尤其重要，在X射线管的操作期间可能会由于阳极处的高压而发生闪络。闪络是电子发射极与阳极之间的短路。在此过程中，阳极电流可能达到仅持续纳秒的电流峰值。由于阳极电流控制的快速性，因此在微秒范围内，此电流脉冲很可能不会被控件检测到。然而，可以在测得的阳极电流中显示电流脉冲。

因此，在防止闪络的有利过程控制中，在比较器中将测得的阳极电流与阳极电流的可调整最大值相比较。如果发生闪络并因此超过最大电流值，则在比较器的出口处获得表示数值1的正电压。当值低于最大值时，比较器输出基本值，换句话说，数字零。此检测机制的持续时间几乎完全取决于比较器的检测的持续时间。取决于比较器，所述持续时间在皮秒或纳秒范围内。一旦超过最大值，在光耦合器的帮助下通过阳极供电单元与阴极电压供应单元之间的附加连接电缆传输比较器的数值，并且通过MOSFET开关立即停止阴极的电子发射，因此不会发生损坏电子发射极。此外，在某种形式的闪络中，可以基于阳极电流趋势和阴极电流趋势的变化而得出关于将在未来发生的闪络的结论。出于此目的，如所描述测量阳极电流，并且当阳极电流和阴极电流下降，而无法从控制中获知原因(阳极电流目标值未改变)时，基于上述相同的传输机制将预测发生闪络传输至阴极的电压供应单元。然后，即使在发生闪络之前，也将关闭阴极的电子发射。在这种形式的闪络避免中，关闭电子发射的时间不太重要，因为如测量所示，已经可以在发生闪络之前的微秒内检测到阳极电流的减少。

如果仍然发生闪络，则在有利配置中将其影响最小化，因为阴极的供电单元的电压基于格栅。因此，格栅与发射极之间的电压差在格栅上发生闪络的情况下不会改变，因此在发射极中释放的电子的数目也不会改变。这能确保发射极的长使用寿命。阳极与格栅之间的电压因向格栅的闪络而变化，这不会对发射极的寿命造成威胁。

在使用控制装置操作的X射线管中，例如，扩散阴极用作电子发射极。

在特别优选的实施方案中，X射线管的阴极是场发射阴极，尤其是具有纳米柱(还称为纳米棒)的阴极。

纳米棒优选地由相对于量子力学场发射效应具有最低可能电子功函数的材料制成。此处，纳米棒具有固有地均匀或非均匀的组成，并且形成为空心体，即管，或形成为固体形式。阴极可以是相同种类的纳米棒或不同种类的纳米棒的混合物，其中纳米棒的种类与纳米棒的材料组成和材料改性相关。

例如，用于电子场发射的纯净或掺杂形式的合适材料是单壁或多壁碳纳米管；单壁或多壁杂氮碳纳米管；稀土硼化物，尤其六硼化镧和六硼化铈；金属氧化物，尤其TiO₂、MnO、ZnO和Al₂O₃；金属硫化物，尤其硫化钼；氮化物，尤其氮化硼、氮化铝、氮化碳、氮化镓；碳化物，尤其碳化硅；硅。用于生产纳米棒的起始产物在阴极的操作期间发射电子，所述起始产物还包括由聚合材料制成的棒状，任选地中空的元件。阴极的纳米棒任选地由起始产物制成，所述起始产物仅部分由尤其呈涂层形式的聚合材料制成。

在特别优选的实施方案中，在阴极的表面上，阴极在优选地竖直方向上，换句话说，在阳极的方向上具有纳米棒。在X射线发射极运行且彼此保持足够距离之后，可以在纳米棒的尖端产生非常强的电场，从而显著简化了电子的发射。

在阴极的脉冲操作中，阴极的电容以及电连接至阴极的元件，尤其电源线发挥作用。为了将此类电容的不良影响最小化，任选地放电电路连接至阴极电压开关。在将产生的矩形峰值开始时，放电电路表示上述电压过冲的互补解决方案部件。

除了阴极的脉冲操作之外，在优选实施方案中，还可能有X射线管的阳极的脉冲操作。此处，阳极电压供应单元以脉冲单极电压的形式供应直流电。在此实施方案中，将分配给控制装置的阳极电压供应单元优选地是***发电机。施加至阳极的电压脉冲的电平可以在脉冲之间不同。

用于操作X射线管的本发明的方法通过以下特征表征：

-指定流过阳极的电流的目标值

-实际流过阳极的电流通过连接至几个开关的单个电源进行调节，所述开关中的每一个被分配给一个阴极。

阳极电流调节可以通过下文说明的各种方式进行。首先，将讨论所有控制可能性的共同点，最后将指出这些控制可能性之间的差异。

在X射线管中发射电子后，阳极电流流过分配给控制装置中的一个并且连接至X射线管的级联，并且还流过形成控制装置的部件的控制单元。所述阳极电流被转换成电压，并且通过测量电阻或运算放大器电路在控制单元或级联中测得。

与阳极电流成比例的此电压用作阳极电流调节的输入变量。此处，电压值可以通过模数转换器以数字形式或作为模拟值存在。附加输入值是关于电流设定点的信息。此处，信息也可以由从与电流设定点成比例的电压值获得的数值或模拟电压值组成，其中借助数模转换获得模拟值。

在任何情况下，获得阴极的电流设定点作为初始值。这表示存在用于调节阴极电流的内部控制回路，使得所述阴极电流尽可能快地遵循阴极电流设定点。此外，存在外部控制回路，所述外部控制回路通过改变阴极电流设定点来调节阳极电流。为了通过指定阴极电流设定点来调节阳极电流，必须通过数字或模拟装置将阳极电流信息从完成阳极供电的电路板传输至在其上向阴极供电的电路板。在模拟传输的情况下，电路板用尽可能无干扰的电缆连接。出于此目的，由于个别电路板上的电压范围不同，因此必须改变与阳极电流或数字值成比例的阳极电压参考电势。这通过使用模拟或数字光耦合器来完成。

基本上存在用于完成控制的两种可能性。可以以算法形式或以作为运算放大器的模拟方式数字地建立控制。数字控制的优点在于易于调整，然而，控制速度不如模拟变体快。另一方面，通过测量发现，阳极电流在长时间段内恒定，并且与阴极电流的区别仅在于恒定传输因数。因此，即使没有主动控制，也可以通过确定初始校准运行中的传输因数以及将传输因数存储在阳极电流的查找表中来使阳极电流适合于阳极电流。也可以组合这两个控制方法，使得首先确定传输因数并且使用此传输因数设定阳极电流，随后即使传输率使用模拟或数字控制改变，阳极电流也保持恒定。

在X射线管的操作期间，由于每一个被分配给阴极的已提及聚焦机制，因此可以在阳极上产生在阴极之间不同的焦点。在恒定的阳极电压下以及在脉冲阳极电压具有脉冲之间不同的电压的情况下，焦点尺寸的变化是可能的。还可能存在通过位于电子发射材料之前的引出栅影响焦点的几何形状，即，将引出栅用作用于聚焦电子束的装置。

根据有利的过程变体，检测流过阳极的电流的变化，因此可以在必要时确定变化趋势。通过自动地确定和评估这种类型的趋势，在某些情况下，可以推断出阳极与电子发射极之间发生闪络的风险增加。在这种情况下，将自动地切断阴极的电源，以防止损坏X射线管并且最小化停机时间。

如果阳极以脉冲方式操作，则阳极和所连接部件的电容也很大。通常，在阳极的脉冲操作期间需要矩形脉冲形式。为了尽可能实现矩形形式，可以在脉冲开始时产生电压过冲以补偿无用电容的影响。阳极的脉冲操作的特殊优点是：连续脉冲可能处于不同的电压电平。由于不同电压电平，因此产生具有不同波长的X射线辐射的X射线脉冲。在这些情况下，波长可以适合于在待检查对象中发现的不同材料的X射线特性。这样允许很好地区分待检查对象中的各种材料。优选地，这通过X射线源的固定，尤其非旋转布置来完成。

在下文中，将基于图式进一步详细地说明本发明的几个示例性实施方案。这示出：

图1 X射线设备的概况，

图2和图3适用于根据图1的X射线设备的聚焦装置，

图4和图5并入到根据图1的X射线设备中的聚焦装置，

图6和图7适用于根据图1的X射线管的聚焦装置的附加可能实施方案，

图8用于根据图1的X射线设备的控制装置的示意性表示，

图9根据图1的X射线设备的阳极供电单元的理论设计，

图10用于控制用于向根据图1的X射线设备的阴极供电的电源的信号链，

图11在框图中，通过图10中的电源供电的高压开关组的结构，

图12用于对根据图1的X射线设备的阳极进行脉冲操作的开关，

图13附加X射线设备的阳极的供电电路，

图14用于控制X射线设备的阳极的替代实施方案，

图15用于对具有可变电压电平的x射线设备的阳极进行脉冲操作的电路的理论设计，

图16根据图15的电路的部件的特性图，

图17根据图1的X射线设备的阴极控制装置的结构的框图，

图18通过根据图1的x射线设备的阴极控制装置生成的电流脉冲的图。

除非另外说明，否则以下说明适用于所有示例性实施方案。在所有图式中，对应部分或参数用相同参考符号标记。

X射线设备1包括X射线管2和控制装置3。X射线管2的部件是作为电子源的阴极4以及阳极5，所述阳极由通过阴极4产生的电子束EB撞击，从而产生X射线XR。用于电子束EB的聚焦装置6位于电子源4与阳极5之间。

在根据图1的示例性实施方案中，电子源4被设计为场发射阴极。此处，金属化层8以及包含碳纳米管的发射极层9位于陶瓷衬底7上。引出栅10与发射极层9相距较小距离。

聚焦装置6包括依序连接的各种聚焦电极11、12。在图2至图7中概述聚焦电极11、12的设计变体。在每种情况下，在阴极5的焦点处产生的X射线XR从X射线管2穿过X射线窗口13。未示出用于X射线设备的对应检测器。

用于操作x射线管2的控制装置3包括向阳极5供应高电压的阳极供电单元14。实际流过阳极5的电流表示为I_A-actual。相反，I_A-S表示阳极设定点。

将阳极设定点I_A-S的值输入阳极电流控制单元19中。如将在下文进一步说明，作为电源的阳极电流控制单元19构成可以具有各种类型的电流控制回路的中心单元。

与阳极电流控制的详细设计无关，控制装置3包括聚焦电极12的电压供应单元15和聚焦电极11的电压供应单元16。另外，存在引出栅10的电压供应单元17。电压供应单元17包括绝缘变压器。由此，在图8中表示为BP的参考电势与也在图8中示出的地面之间存在电流阻断。在从阳极5发生闪络的情况下，这种阻断对于避免损坏X射线管2具有决定性意义。如果带电粒子由阳极5发射，则这些带电粒子由聚焦电极11、12偏转，因此短暂地升高聚焦电极11、12的电势。如果一方面聚焦电极11、12与另一方面引出栅10之间存在电流连接，则因此也将增加引出栅10的电势。这又将导致电子源4的发射增加，从而会导致粒子从阳极5的释放雪崩状增加。通过将引出栅10所处的参考电势BP与聚焦电极11、21分离，避免了可能损坏阴极4的负面后果的这种效应。聚焦电极11、12的电势由U_F1、U_F2表示并且落入-10kV与+10kV之间的范围内。U_g表示引出栅10的电势，所述电势落入-5kV与+5kV之间的范围内。

阳极电流控制单元19与阴极4的电压供应单元18以及阴极开关布置20连接。另外，阳极电流控制单元19与可编程组件25连接，所述可编程组件包括微控制器26和FPGA(现场可编程门布置)27。将所提及部件18、19、20、25组装到阴极控制装置28中，所述阴极控制装置位于设计为护罩的壳体29中。在图8中以虚线示出的外壳30还围绕控制装置3的其它部件。

这些附加部件包括阳极供电单元14等。如从图9中显而易见，阳极供电单元14包括阳极控制器31、降压转换器32、罗伊尔振荡器33、变压器34和级联电路35。级联电路35供应施加至阳极5的出口端电压U_A。由阳极电流控制单元19传递并且被传导至阴极开关布置20的信号通常用Sig表示。

在图10中将发射极电源，即阳极电流控制单元19的控制可视化。此处，36表示用户界面，37表示数字信号处理器，38表示FPGA，39表示光耦合器，40表示另一FPGA，41表示数模转换器并且42表示开关元件，所述开关元件将两个数模转换器41与阳极电流控制单元19连接。

如在图11中概述，将由阳极电流控制单元19传递的信号Sig传导至阴极开关布置20。阴极开关布置20包括个别阴极电压开关21、22、23、24，所述阴极电压开关的数目对应于要控制的阴极4的数目。发射极电流用I_E表示。借助于电压监视器46监视施加至个别发射极，即阴极4的电压。电压监视器46连接至栅极驱动器47，所述栅极驱动器通过多路复用器43与阴极电压开关21、22、23、24相互作用。多路复用器43的额外连接用44、45表示。栅极驱动器47通过光耦合器49与处于低电压电平的逻辑模块48连接。

借助于根据图11的电路，产生电流脉冲，在图18中示出关于所述电流脉冲的更多信息。电流脉冲使从时间t₀延伸至时间t₁的矩形脉冲。为了使发射极电流I_E尽可能地接近期望的矩形形式，在脉冲开始时，信号Sig描述峰值PE，通过所述峰值抵消寄生电容。以此方式，实际上在整个脉冲上获得恒定电流电平KS。

如从图18中显而易见，与总脉冲相比，PE峰值非常窄。具体而言，PE峰值快速下降。借助于所谓的电流提升来实现PE峰值。另外，为了与非要求保护的解决方案相比较，还在图18中绘制比较信号VSi。在没有电流提升的情况下产生的比较信号VSi与PE峰值相比展现出朝最大值的缓慢下降，所述最大值与PE峰值的最大值一致，这表示在图18中示为比较电流VI的电流脉冲基本上更缓慢地上升并且也更缓慢地下降，因此总体上无法实现电流脉冲的矩形形状。在电流脉冲快速连续地跟随彼此的情况下，这也具有脉冲可能重叠的不良影响。

控制装置3提供了不仅以脉冲模式操作阴极4，而且还操作阳极5的可能性。如从图12中显而易见，阳极供电单元14包括逆变器50和回转器电路52等。

作为根据图1的布置的一部分的根据图12的阳极供电单元14以恒定电平提供电压脉冲，因此X射线设备1以单能量模式操作。X射线管2包括多个X射线源。在此示例性实施方案中提供用于产生电子束EB的阴极具有碳纳米管作为发射极。作为替代方案，根据图12的设备可以用于操作具有单个发射极的X射线管。

提供控制装置3的预脉冲补偿PPC，以避免在电压脉冲开始时的短期电压下降，即所谓的压降，并且如在图12中所指示，所述预脉冲补偿处理触发信号51。预脉冲补偿PPC表示借助于触发信号51，在要产生的脉冲开始时的电压相对于所需电压电平有所升高，以补偿尤其由于电容引起的寄生效应。此处，触发信号51已比要产生的电压脉冲的开端领先几微秒。因此，产生阳极电压U_A的电压脉冲，所述电压脉冲极有可能表示矩形脉冲。阳极电压U_A落入±10kV至130kV的范围内。

相比于图1至图12，图13和图14涉及通过扩散阴极操作的X射线装置1。配备有根据图13的阳极能量供应单元14的X射线装置1具有X射线管2内的两个格栅，电压经由格栅连接GA1、GA2施加至所述X射线管。

另外，存在经由加热连接HA连接的加热元件。

根据图13的阳极供电单元14通过脉宽调制(PWM)控制。在阳极供电单元14内，53指示相移PWM控制器，54指示油箱，55指示控制器，56指示交流电-直流电转换器，57和58分别指示栅极驱动器，并且59指示光耦合器。

根据图14的实施方案与根据图13的示例性实施方案的不同之处在于，不存在格栅连接GA1、GA2。高压开关在图14中表示为60。

相比于旨在用于产生具有恒定电平的阳极电压U_A的根据图13和图14的布置，使用描述脉冲之间的阳极电压U_A的根据图1的装置产生的脉冲处于同一电平或处于不同电压电平。

在最后提到的情况下，示出在图15中使用的电路适用于X射线装置1，通过所述电路产生电平突然改变的脉冲阳极电压U_A。此处，61表示线路电压连接，62表示逆变器，63表示变压器，64表示直流电-交流电转换器，并且65表示***发电机。提供测量装置67以测量电流和电压。通过其实现预脉冲补偿PPC的部件是电路66的一部分。在每个单独产生的电压脉冲期间，电流控制仍然有效，如在图1中概述。

可以将电流控制设计成各种控制回路CR1、CR2、CR3、CR4的形式。在所有情况下，预设某一阳极电流设定点I_A-S。将此电流设定点I_A-S与测得的值相比较。在最简单情况下，这仅仅是实际阳极电流I_A-actual的问题。对应控制回路由CR2表示。如果在控制中还包括由I_G表示的格栅电流，即，流出引出栅10的电流，则存在控制回路CR4。聚焦电极11、12还在控制回路CR3和CR1中发挥作用。在控制回路CR3的情况下，即在与X射线管2的壳体相同的电势下被动地操作聚焦电极11、12。另一方面，在控制回路CR1的情况下，使用主动聚焦。在这种情况下，聚焦电极11、12可以以约-10KV至+10KV的恒定或脉冲电压操作。流过聚焦电极11、12的电流分别由I_F1和I_F2表示。总体而言，控制回路CR1是电流调节的最复杂形式。

通过根据图16的图式，参考图15。此处，示出预脉冲补偿PPC的细节。在图式中，CoV表示补偿器电压，所述补偿器电压由电路66，即补偿电路产生。补偿过程受各种触发信号T1、T2、T3的影响。此处，触发信号T3影响脉冲的开始，这由补偿器电压CoV以及根据绝对值增加的形状描述，换句话说，所述触发信号具有个别锯齿的形状。此脉冲的持续时间在图16中表示为脉冲-相位持续时间PuPh。为了在正确的时间供应所需量的脉冲，电路66内的内部电压在补偿器电压CoV的锯齿脉冲开始前即刻斜降，所述内部电压的过程在图16中在三个脉冲信号T1、T2、T3的正下方示出。此斜坡的开始在图16中表示为斜坡开始RS。斜坡开始RS相对于补偿器电压CoV之前的锯齿脉冲的开始按时间顺序提前了斜坡移位RV。内部电压的斜坡的结束由RE表示。随后保持恒定的电压电平，直到在电压下降阶段SR内，内部电压返回至初始值，即0伏特。

触发信号T2和T1标记空转状态IP的结束和开始。在图16中首先按时间顺序示出的空转阶段IP结束之后，预加载阶段PrPh开始。在此预加载阶段PrPh期间，在补偿器电压CoV没有出现偏转的情况下，电路66中的内部电流下降。由于初始电流是0安培，因此此处存在电流的绝对值增加。电流表示为电感电流IC。在补偿器电压CoV的锯齿脉冲中存在电感电流IC的绝对最小值，即绝对值最大值。随后，电流在电感器能量恢复阶段IER内再次上升。在电压下降阶段SR开始时，电感电流IC再次假设为0安培的值。

在图17中示意性地示出多个个别阴极4，所述阴极位于X射线管2内并且由中央阳极电流控制单元19控制。在此情况下，阴极4的数目不受任何理论模仿。必要时，阴极4可以通过放电电路68快速地放电，所述放电电路连接至阴极电路阵列20。放电电路68包括电阻器链，所述电阻器链的第一端接地，同时电阻链的第二端经由开关连接至将在放电过程期间放电的阴极4。

符号列表

1.X射线设备

2.X射线管

3.控制装置

4.电子源、阴极

5.阳极

6.聚焦装置

7.陶瓷衬底

8.金属化

9.发射极层

10.引出栅

11.聚焦电极

12.聚焦电极

13.X射线窗口

14.阳极供电单元

15.聚焦电极12的电压供应单元

16.聚焦电极11的电压供应单元

17.引出栅的电压供应单元

18.阴极的电压供应单元

19.阳极电流控制单元

20.阴极电压开关

21.阴极电压开关

22.阴极电压开关

23.阴极电压开关

24.阴极电压开关

25.可编程模块

26.微控制器

27.FPGA

28.阴极控制装置

29.壳体

30.外壳

31.阳极控制器

32.降压转换器

33.罗伊尔振荡器

34.变压器

35.级联电路

36.用户界面

37.数字信号处理器

38.FPGA

39.光耦合器

40.FPGA

41.数模转换器

42.开关元件

43.多路复用器

44.连接

45.连接

46.电压监视

47.栅极驱动器

48.逻辑构建块

49.光耦合器

50.逆变器

51.触发信号

52.回转器电路

53.相移PWM控制器

54.油箱

55.控制器

56.交流电-直流电转换器

57.栅极驱动器

58.栅极驱动器

59.光耦合器

60.高压开关

61.线路电压连接

62.逆变器

63.变压器

64.交流电-直流电转换器

65.***发电机

66.电路

67.测量装置

68.放电电路

BP 参考电势

CoV 补偿器电压

CR1…CR4 控制回路

EB 电子束

EP 放电阶段

GA1,GA2 格栅连接

HA 加热连接

I_A-actual 阳极实际电流

I_A-S 阳极电流设定点

IC 电感电流

I_E 发射极电流

IER 电感器能量恢复阶段

I_F1 通过聚焦电极11的电流

I_F2 通过聚焦电极12的电流

I_G 格栅电流

IP 空转阶段

KS 恒定电流电平

PE 峰值

PPC 预脉冲补偿

PrPh 预加载阶段

PuPh 脉冲相位持续时间

RS 斜坡开始

RE 斜坡结束

RV 斜坡移位

Sig 输出信号

SR 电压下降阶段

t,t₀,t₁ 时间

T1,T2,T3 触发信号

U_A 阳极电压

U_F1,U_F2 聚焦电极11、12的电压

U_G 格栅电压

VI 比较电流

VSi 比较信号

XR X射线辐射

Claims (19)

1.一种用于X射线管(2)的控制装置，包括：阳极(5)，所述阳极被设计为X射线发射极；以及多个阴极(4)，所述多个阴极提供用于产生指向所述阳极(5)的电子束，所述控制装置具有：壳体(29)，所述壳体被设计为护罩，其中布置有阳极电流调节单元(1)，所述阳极电流调节单元连接至阴极供电单元(18)；多个阴极电压开关(20、21、22、23、24)，所述多个阴极电压开关在每种情况下连接至阴极(4)；以及可编程组件(25)，其中确定所述阴极(4)的控制，其中所述阴极供电单元(18)、所述阴极电压开关(20、21、22、23、24)和所述可编程组件(18)也布置在所述壳体(29)中。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述可编程组件(29包括FPGA(27)和微控制器(26)。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述阴极电压开关(20、21、22、23、24)总体上被设计为具有多个MOSFET的高压开关组。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，分配给所述个别阴极(4)的聚焦电极(11、12)，其中设置在所述阴极(4)与所述聚焦电极(11、12)之间的引出栅(10)独立于所述聚焦电极(11、12)接地。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述可编程组件(25)被设计用于存储在所述X射线管(2)的操作期间测得的操作参数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述阴极(4)被设计为场发射阴极。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述阴极(4)包括纳米棒作为电子发射极，尤其碳纳米管和/或由六硼化镧和/或六硼化铈制成的纳米管。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述阴极(4)被设计为扩散阴极。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述装置包括放电电路(68)，所述放电电路被设计用于使包括所述阴极的馈电线的所述阴极(4)所形成的电容放电，所述放电电路连接至所述阴极电压开关(20、21、22、23、24)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的控制装置，其特征在于，阳极电压供应单元(14)。

11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述阳极电压供应单元(14)被设计用于所述阳极(5)的脉冲操作。

12.根据权利要求10或11所述的控制装置，其特征在于，所述阳极电压供应单元(14)包括***发电机(65)。

13.一种用于操作X射线管(2)的方法，所述X射线管包括X射线发射阳极(5)和多个阴极(4)，所述阴极中的每一个将电子束引导至所述阳极(5)上，所述方法具有以下特征：

-指定流过所述阳极(5)的电流的设定点值(I_A-S)，

-通过个别电源(19)调节流过所述阳极的实际电流(I_A-actual)，所述电源连接至几个开关(20、21、22、23、24)，所述开关中的每一个被分配给阴极(4)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述阴极(4)以脉冲电流操作，其中在脉冲开始时，产生超过所述脉冲的电平的峰值(PE)。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，由个别阴极(4)在所述阳极(5)上产生的焦点通过分配给所述阴极(4)的聚焦装置(11、12)进行阴极特定的设定。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于，分配给所述阴极(4)的引出栅(10)用于聚焦由所述相应阴极(4)发射的所述电子束。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，通过检测流过所述阳极(5)的所述电流(I_A-actual)的变化，检测到在所述阳极(5)与所述阴极(4)之间发生闪络的风险升高，并且预防性地关闭分配给所述阴极(4)的所述开关(20、21、22、23、24)。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述阳极(5)以脉冲方式操作，其中在脉冲开始时产生预脉冲补偿PPC以补偿电容。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述阳极(5)在连续脉冲期间在不同电压电平(U_A)下操作。

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