專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)電系統(tǒng)、x 射線發(fā)生器系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種用于如X射線發(fā)生器系統(tǒng)之類(lèi)的高壓發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明還有關(guān)一種用有該發(fā)電系統(tǒng)的X射線發(fā)生器系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)該發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)封裝。
背景技術(shù)：
高壓發(fā)電系統(tǒng)用于，例如為真空管提供調(diào)制高壓直流電，使電子從陰極流到陽(yáng)極并產(chǎn)生X射線。發(fā)電系統(tǒng)一般包括一個(gè)次級(jí)對(duì)初級(jí)匝數(shù)比高并將較低壓交流電轉(zhuǎn)換為較高頻高壓交流電的變壓器模塊。發(fā)電系統(tǒng)還包括一個(gè)倍增器模塊，其可以利用電容器及二極管將變壓器模塊次級(jí)繞組的高壓交流電轉(zhuǎn)換增壓調(diào)制為所需要的高壓直流電。在一種傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)中，變壓器模塊包括至少兩個(gè)變壓器，倍增器模塊包括至少兩個(gè)串聯(lián)的倍增器，每一個(gè)倍增器與對(duì)應(yīng)的變壓器電連接。倍增器的個(gè)數(shù)太少時(shí)，為了輸出高壓直流電，每一個(gè)倍增器必須包括串聯(lián)的多個(gè)二極管和串聯(lián)的多個(gè)電容器，并且電容器需要有較大的電容量。由于每個(gè)二極管不一致的反向恢復(fù)過(guò)程，因此串聯(lián)的二極管受非均壓的影響，二極管容易被損壞。倍增器的個(gè)數(shù)太多時(shí)，倍增器和變壓器需要較大的空間，因此導(dǎo)致封裝體積較大且成本較高。因此，有必要提供一種發(fā)電系統(tǒng)、X射線發(fā)生器系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)封裝來(lái)解決上面提及的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種發(fā)電系統(tǒng)。該發(fā)電系統(tǒng)包括輸入總線和串聯(lián)連接的N個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊。輸入總線接收低壓交流電。電壓轉(zhuǎn)換模塊與輸入總線連接。N為4至24之間的一個(gè)偶數(shù)。每一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊包括變壓器及倍增器。變壓器將低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電，倍增器將高壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電。倍增器包括正倍增器部分和負(fù)倍增器部分，正倍增器部分和負(fù)倍增器部分分別包括與變壓器并聯(lián)的一對(duì)輸入端子及至少一個(gè)由單個(gè)二極管和電容組組成的倍增級(jí)。本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種X射線發(fā)生器系統(tǒng)。該X射線發(fā)生器系統(tǒng)包括電源、X射線管及發(fā)電系統(tǒng)。電源用以提供低壓交流電。X射線管具有陽(yáng)極和陰極。發(fā)電系統(tǒng)將低壓交流電轉(zhuǎn)換成提供給X射線管的高壓直流電。發(fā)電系統(tǒng)包括串聯(lián)的N個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊，N為4至24之間的一個(gè)偶數(shù)。每一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊包括變壓器及倍增器。變壓器與電源連接，將低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電。倍增器將高壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電。倍增器包括正倍增器部分和負(fù)倍增器部分，正倍增器部分和負(fù)倍增器部分分別包括與變壓器并聯(lián)的一對(duì)輸入端子及至少一個(gè)由單個(gè)二極管和電容組組成的倍增級(jí)。本發(fā)明的再一個(gè)方面在于提供一種發(fā)電系統(tǒng)封裝。發(fā)電系統(tǒng)封裝包括印刷電路板及N個(gè)變壓器。印刷電路板承載多個(gè)電元件，電元件包括表貼式二極管和表貼式電容器。N為4至24之間的一個(gè)偶數(shù)，每一變壓器包括磁芯、初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，次級(jí)繞組電連接于電元件。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換模塊的個(gè)數(shù)為4至24，倍增級(jí)具有單個(gè)二極管，從而避免二極管因串聯(lián)中的非均壓而損壞，而且成本較低，封裝較緊湊。


通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:圖1所不為本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)的一實(shí)施例的原理圖；圖2所示為使用有圖1所示的發(fā)電系統(tǒng)的X射線發(fā)生器系統(tǒng)的電路圖；圖3所示為本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)封裝的一實(shí)施例的立體圖；圖4所示為本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)封裝沿圖3中A-A線的剖視圖。
具體實(shí)施例方式除非另作定義，此處使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求書(shū)中使用的“第一”“第二”以及類(lèi)似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來(lái)區(qū)分不同的組成部分。除非另行指出，“前部” “后部” “下部”和/或“上部”等類(lèi)似詞語(yǔ)只是為了便于說(shuō)明，而并非限于一個(gè)位置或者一種空間定向?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮?lèi)似的詞語(yǔ)意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類(lèi)似的詞語(yǔ)并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)電系統(tǒng)100包括串聯(lián)的N個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊1，將低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電。N為4至24之間的一個(gè)偶數(shù)，包括4和24。每一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊I包括變壓器11和與變壓器11電連接的倍增器12，變壓器11將低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電，倍增器12將來(lái)自變壓器11的高壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電。請(qǐng)參考圖2，圖示的較佳實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)100用于X射線發(fā)生器系統(tǒng)200，用以提供目標(biāo)高壓直流電給X射線管2。目標(biāo)高壓直流電是電壓轉(zhuǎn)換模塊I輸出的高壓直流電的總和。X射線管2具有真空管21、陽(yáng)極22和陰極23，陽(yáng)極22和陰極23電連接到發(fā)電系統(tǒng)100。從發(fā)電系統(tǒng)100輸出的目標(biāo)高壓直流電推動(dòng)電子從陰極23流到陽(yáng)極22，以引起X射線發(fā)射。在一些實(shí)施例中，施加在陽(yáng)極22和陰極23上的目標(biāo)高壓直流電的范圍從40kV至160kV以用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，并且X射線強(qiáng)度在20mA到IA之間。然而，目標(biāo)高壓直流電和X射線強(qiáng)度都可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)置為任意值。X射線發(fā)生器系統(tǒng)200包括電源3，用以提供低壓交流電給發(fā)電系統(tǒng)100的變壓器11。發(fā)電系統(tǒng)100包括接收電源3的低壓交流電的輸入總線101，電壓轉(zhuǎn)換模塊I與輸入總線101連接，變壓器11通過(guò)輸入總線101與電源3連接。電源3是可輸出低壓交流電信號(hào)的交流電源。在一些實(shí)施例中，電源3可以包括直流電源和將直流電源輸出的低壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓交流電的逆變器。在另一些實(shí)施例中，電源3可進(jìn)一步包括濾波電路。在一實(shí)施例中，電源3的低壓交流電的電壓幅值大約為幾百伏特，且來(lái)自電源3的低壓交流電的開(kāi)關(guān)頻率的范圍為IOOkHz至1MHz。電壓幅值和開(kāi)關(guān)頻率可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要設(shè)置。
繼續(xù)參考圖2，變壓器11包括磁芯111、初級(jí)繞組113和次級(jí)繞組115。來(lái)自電源3的低壓交流電通過(guò)初級(jí)繞組113輸入。磁芯111為鐵磁芯、納米晶體磁芯或其他類(lèi)型的磁芯。納米晶體磁芯可以用于低壓交流電的開(kāi)關(guān)頻率約為IOOkHz時(shí)。當(dāng)?shù)蛪航涣麟姷拈_(kāi)關(guān)頻率較高，例如高于300kHz，鐵磁芯更合適。在圖示的實(shí)施例中，多個(gè)變壓器11的初級(jí)繞組113串聯(lián)。在一些實(shí)施例中，多個(gè)變壓器11的初級(jí)繞組113并聯(lián)到電源3。次級(jí)繞組115包括一對(duì)輸出端子116、117，高壓交流電通過(guò)輸出端子116、117輸出。變壓器11輸出的高壓交流電的范圍為300V至5kV。然而，高壓交流電的電壓可根據(jù)應(yīng)用設(shè)置為其他任意值。參考圖1和圖2，倍增器12將來(lái)自變壓器11的高壓交流電進(jìn)一步升壓到更高電壓交流電，并將更高壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電。每一個(gè)倍增器12是雙極性倍增器，包括正倍增器部分13和負(fù)倍增器部分14。正倍增器部分13和負(fù)倍增器部分14分別包括與變壓器11并聯(lián)的一對(duì)輸入端子131、132、141和142，輸入端子131、132、141和142與次級(jí)繞組115的輸出端子116、117并聯(lián)連接。正倍增器部分13和負(fù)倍增器部分14中每一個(gè)是單向倍增器電路，正倍增器部分13和負(fù)倍增器部分14分別將變壓器11輸出的高壓交流電整流并放大為在正直流電輸出端133處輸出的高壓正直流電和在負(fù)直流電輸出端143處輸出的高壓負(fù)直流電。相鄰倍增器12的輸出端子133、143串聯(lián)連接，因此發(fā)電系統(tǒng)100總的輸出是倍增器12輸出的總和。倍增器12輸出的高壓直流電的范圍為1.5kV至40kV。倍增器12輸出的高壓直流電可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)置為任意值。在一些實(shí)施例中，變壓器11的輸出電壓相等，倍增器12的輸出電壓相等。正倍增器部分13和負(fù)倍增器部分14分別包括至少一個(gè)由單個(gè)二極管151和電容組152組成的倍增級(jí)15。二極管151不容易因非均壓而損壞。二極管151可以是表貼式二極管，其額定電壓范圍為600V至10kV，例如，600V、1200V、3300V、6500V、10kV等。電容組152包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的電容器，每一個(gè)電容器可以是表貼式電容器，電容器的額定電壓范圍為600V至10kV，例如，600V、1200V、3300V、6500V、10kV等。然而，二極管151和電容器也可以是其他類(lèi)型的并且可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇任意值的額定電壓。在一些實(shí)施例中，每一正倍增器部分13和負(fù)倍增器部分14分別具有2至8個(gè)倍增級(jí)15。倍增級(jí)15的個(gè)數(shù)也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)置為其他值。圖3和圖4圖示了發(fā)電系統(tǒng)100的一較佳的發(fā)電系統(tǒng)封裝300。參考圖3和圖4所示，發(fā)電系統(tǒng)封裝300包括承載多個(gè)電元件151、152的印刷電路板4和由N個(gè)變壓器11組裝而成的變壓器模組5。電元件151、152包括組成圖2所示的倍增器12的表貼式二極管151和表貼式電容器152。在圖示的實(shí)施例中，多個(gè)變壓器11的初級(jí)繞組113串聯(lián)連接。變壓器11還包括包覆初級(jí)繞組113的絕緣體114,絕緣體114由聚丙烯或其他絕緣材料制成，以絕緣隔離初級(jí)繞組113和次級(jí)繞組115。每一個(gè)磁芯111為環(huán)形，且每一次級(jí)繞組115纏繞一個(gè)磁芯111，磁芯111套設(shè)于絕緣體114。變壓器模組5位于印刷電路板4的一側(cè)。次級(jí)繞組115的一對(duì)輸出端子116、117向印刷電路板4延伸并與表貼式二極管151和表貼式電容器152電性連接。電壓轉(zhuǎn)換模塊I的個(gè)數(shù)N主要根據(jù)X射線管2的工作電壓、X射線管2的工作電流、來(lái)自電源3的低壓直流電的開(kāi)關(guān)頻率、高壓直流電的上升和下降速度及二極管151和電容組152的電容器的額定電壓來(lái)決定。隨著電壓轉(zhuǎn)換模塊I的個(gè)數(shù)的增加，二極管151和電容器的額定電壓可減小。然而，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和工作性能也需要衡量。N為4至24之間的一個(gè)偶數(shù)，所以X射線發(fā)生器系統(tǒng)200可使用低額定電壓的二極管和電容器，而且成本較低，封裝較緊湊。因?yàn)榈皖~定電壓的二極管可以被使用，所以倍增級(jí)15可以使用一個(gè)二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的性能，避免二極管因非均壓而損壞。低壓交流電的開(kāi)關(guān)頻率越高，越低電容值的電容器被使用。因此，X射線發(fā)生器系統(tǒng)200可使用較低電容值的電容器。表貼式二極管具有低額定電壓，表貼式電容器具有低額定電壓和低電容值，因此表貼式二極管和表貼式電容器可使用在X射線發(fā)生器系統(tǒng)200中，以使得封裝較薄。另外高開(kāi)關(guān)頻率使得高壓直流電的上升和下降速度加快從而減少對(duì)患者的X射線福射。雖然結(jié)合特定的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對(duì)本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識(shí)到，權(quán)利要求書(shū)的意圖在于涵蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:該發(fā)電系統(tǒng)包括: 輸入總線，接收低壓交流電 '及 串聯(lián)連接的N個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊，與所述輸入總線連接，N為4至24之間的一個(gè)偶數(shù)，每一個(gè)所述電壓轉(zhuǎn)換模塊包括: 變壓器，將所述低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電 '及 倍增器，將所述高壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電，所述倍增器包括正倍增器部分和負(fù)倍增器部分，所述正倍增器部分和所述負(fù)倍增器部分分別包括與所述變壓器并聯(lián)的一對(duì)輸入端子及至少一個(gè)由單個(gè)二極管和電容組組成的倍增級(jí)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述變壓器輸出的所述高壓交流電的范圍為300V至5kV，所述倍增器輸出的所述高壓直流電的范圍為1.5kV至40kV。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述二極管是額定電壓范圍為600V至IOkV的表貼式二極管，所述電容組包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的電容器，每一個(gè)所述電容器是額定電壓范圍為600V至IOkV的表貼式電容器。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述低壓交流電的開(kāi)關(guān)頻率的范圍為IOOkHz 至 IMHz。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:每一所述正倍增器部分和所述負(fù)倍增器部分分別具有2至8個(gè)所述倍增級(jí)。
6.—種X射線發(fā)生器系統(tǒng),包括: 電源，用以提供低壓交流電； X射線管，具有陽(yáng)極和陰極；及 發(fā)電系統(tǒng)，將所述低壓交流電轉(zhuǎn)換成提供給所述X射線管的高壓直流電，其特征在于:所述發(fā)電系統(tǒng)包括串聯(lián)的N個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊，N為4至24之間的一個(gè)偶數(shù)，每一個(gè)所述電壓轉(zhuǎn)換模塊包括: 變壓器，與所述電源連接，將所述低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電；及 倍增器，將所述高壓交流電轉(zhuǎn)換成所述高壓直流電，所述倍增器包括正倍增器部分和負(fù)倍增器部分，所述正倍增器部分和所述負(fù)倍增器部分分別包括與所述變壓器并聯(lián)的一對(duì)輸入端子及至少一個(gè)由單個(gè)二極管和電容組組成的倍增級(jí)。
7.如權(quán)利要求6所述的X射線發(fā)生器系統(tǒng)，其特征在于:所述變壓器輸出的所述高壓交流電的范圍為300V至5kV，所述倍增器輸出的所述高壓直流電的范圍為1.5kV至40kV。
8.如權(quán)利要求6所述的X射線發(fā)生器系統(tǒng)，其特征在于:所述二極管是額定電壓范圍為600V至IOkV的表貼式二極管，所述電容組包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的電容器，每一個(gè)所述電容器是額定電壓范圍為600V至IOkV的表貼式電容器。
9.如權(quán)利要求6所述的X射線發(fā)生器系統(tǒng)，其特征在于:所述低壓交流電的開(kāi)關(guān)頻率的范圍為IOOkHz至IMHz。
10.如權(quán)利要求6所述的X射線發(fā)生器系統(tǒng)，其特征在于:每一所述正倍增器部分和所述負(fù)倍增器部分分別具有2至8個(gè)所述倍增級(jí)。
11.一種發(fā)電系統(tǒng)封裝，其特征在于:所述發(fā)電系統(tǒng)封裝包括: 印刷電路板，承載多個(gè)電元件，電元件包括表貼式二極管和表貼式電容器；及 N個(gè)變壓器，N為4至24之間的一個(gè)偶數(shù)，每一所述變壓器包括磁芯、初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，所述次級(jí)繞組電連接于所述電元件。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)電系統(tǒng)封裝，其特征在于:所述表貼式二極管的額定電壓范圍為600V至IOkV,所述表貼式電容器的額定電壓范圍為600V至10kV。
13.如權(quán)利要求11所述的發(fā)電系統(tǒng)封裝，其特征在于:多個(gè)所述變壓器的初級(jí)繞組串聯(lián)，所述變壓器還包括包覆所述初級(jí)繞組的絕緣體，每一所述次級(jí)繞組纏繞一個(gè)所述磁芯，所述磁芯套設(shè)于所述絕緣體。
14.如權(quán)利要求11所 述的發(fā)電系統(tǒng)封裝，其特征在于:所述磁芯為鐵磁芯或納米晶體磁芯。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種發(fā)電系統(tǒng)、X射線發(fā)生器系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)封裝。該發(fā)電系統(tǒng)包括輸入總線和串聯(lián)連接的N個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊。輸入總線接收低壓交流電。電壓轉(zhuǎn)換模塊與輸入總線連接。N為4至24之間的一個(gè)偶數(shù)。每一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊包括變壓器及倍增器。變壓器將低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電，倍增器將高壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電。倍增器包括正倍增器部分和負(fù)倍增器部分，正倍增器部分和負(fù)倍增器部分分別包括與變壓器并聯(lián)的一對(duì)輸入端子及至少一個(gè)由單個(gè)二極管和電容組組成的倍增級(jí)。
文檔編號(hào)H02M3/07GK103200755SQ201210003660
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者毛賽君, D.佩里拉-阿梅德, P.埃爾內(nèi)斯特, N.庫(kù)馬爾, 褚旭 申請(qǐng)人:通用電氣公司