CN101860224A - 高压变压器及含这种变压器的用于x射线管的电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括多个基本变压器的高压变压器。各基本变压器包括：预计由基本原边电压供电的基本原边电路；基本副边电路，包括：至少一个副边绕组；至少一个电容器，各自连接到副边绕组的端子，以便相互平衡副边电压；其中，基本副边电路预计产生基本平衡副边电压；预计耦合基本原边电路和基本副边电路的基本磁路；其中变压器的输出电压等于基本平衡副边电压的总和，且基本原边电路相互连接，以便形成具有基本变压器的公共电路，其中所述公共电路预计由原边电压供电，所述原边电压等于基本原边电压的总和。

Description

高压变压器及含这种变压器的用于X射线管的电源
技术领域
本发明涉及高压变压器，更具体来说，涉及高压电源中实现的那些高压变压器，特别是在医疗成像装置中实现的那些高压变压器以及更具体来说涉及用于这类装置的X射线管的电源。
背景技术
X射线管的电源存在许多限制。
这些电源例如在断层扫描中使用时特别经受数十G的强加速度(X射线源围绕待成像的患者或对象快速旋转)。
另外，这些电源必须能够极迅速地从第一高压切换到第二高压以改变X射线的性质，具体来说以便得到患者或对象的对比图像。
X射线管电源中使用的组件必须可靠，并且具有良好性能。
在这种电源中，限制组件具体来说是高压变压器。
实际上，高压变压器由于原边(primary)绕组和副边(second)绕组之间的高压绝缘而特别复杂。
另外，高压变压器必须满足质量和大小限制(它必须能够集成在医疗成像装置中)，并且价格不高。
发明内容
本发明能够获得重量轻且紧凑型高压变压器，从而实现由通用组件组成的小型磁路和集成整流器电路，因而与已知变压器相比，价格不高并且易于生产。
另外，本发明的变压器具有优于已知变压器的优良性能。
本发明的变压器基于设置在公共原边电路的基本(elementary)变压器的使用以及基于用于对各基本变压器的基本副边电路所产生的电压进行平衡的电容器的使用。
因此，本发明涉及包括多个基本变压器的高压变压器。
各基本变压器包括：预计由基本原边电压供电的基本原边电路；以及基本副边电路。其中各基本副边电路包括至少一个副边绕组；至少一个电容器，各自连接到副边绕组的端子，以便平衡相互的副边电压；其中，基本副边电路预计产生平衡的基本副边电压。
各基本变压器还包括预计耦合基本原边电路和基本副边电路的基本磁路。
本发明的变压器的输出电压等于平衡的基本副边电压的总和，并且基本原边电路相互连接，以便形成具有基本变压器的公共电路，所述公共电路预计由原边电压供电，其中原边电压等于基本原边电压的总和。
可选地，本发明的变压器还可具有如下特征中之一：
-各基本变压器还包括各自连接到电容器的端子的至少一个整流器电路，其中在变压器的输出端的电压等于平衡及整流的基本副边电压的总和；
-在各基本变压器中，副边绕组被交替缠绕，一个绕组在一个方向，下一绕组在另一方向，以便限制缠绕在基本磁路周围的两个相邻副边绕组之间的电压差；
-磁路由纳米结晶铁(nanocrystalline iron)制成；
-各电压整流器电路在其端子处包括滤波电容器，以便在变压器的输出端产生连续电压。
根据第二方面，本发明涉及用于X射线管的电源，所述电源包括根据本发明的第一方面的高压变压器。
根据第三方面，本发明涉及医疗成像装置，所述医疗成像装置包括根据本发明的第二方面的用于X射线管的电源。
附图说明
通过应当参照附图阅读的只用于说明目的而不是限制目的所提供的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚，附图中：
-图1示出根据本发明的高压变压器；
-图2示出根据本发明的变压器的基本变压器的第一实施例；
-图3示出根据本发明的变压器的基本变压器的第二实施例；
-图4示出具有相同方向的绕组的第二实施例的基本变压器；
-图5示出具有交替绕组的第二实施例的基本变压器；
-图6示出基本变压器的两个绕组之间的电压的时序图；
-图7示出其中输出电压经过整流和滤波的第二实施例的变压器；
-图8示出连接到X射线管的高压电源。
具体实施方式
图1示出包括数量为N≥2个基本变压器Ti的高压变压器。
图2和图3示出分别根据第一和第二实施例的基本变压器Ti。
各基本变压器Ti包括基本磁路10、基本原边电路11和基本副边电路20。
对于各基本变压器Ti，基本磁路10预计耦合到基本原边电路11和基本副边电路20。
各基本原边电路11由基本原边电压V1i供电。
基本原边电路11相互串联连接，以便形成所有基本变压器Ti共同的原边电路100。
公共电路100由原边电压Vi供电，并且如前面所述，各基本原边电路11由基本原边电压V1i供电，以使原边电压V1等于基本原边电压V1i的总和，即
Figure GSA00000086382400031
注意，在基本原边电路11中循环的电流I从一个基本变压器Ti到另一个是相同的。
优选地，公共原边电路100由一圈用于高功率应用或者两圈或更多圈用于低功率应用的绕组组成。
优选地，各基本变压器Ti的基本磁路10为环形，并且设置在优选为矩形环形状的公共电路100上。
各基本副边电路20包括绕在磁路10周围的至少一个副边绕组221、222。
各基本副边电路20预计产生基本副边电压V20i，所述基本副边电压V20i从一个基本变压器到另一个经过平衡。换言之，各基本变压器所产生的电压相互平衡。
为此，基本副边电路20包括具有已知设置值的至少一个电容器C’，每个电容器连接到副边绕组221、222的端子。
实际上，磁路11可具有偏差(dispersion)，并且从一个磁路到另一个磁路的副边电压可能并不都相同。这些偏差主要是由于磁导率和截面的差异引起。它们是明显的，通常大约30％，并且例如通过屏蔽(screening)将其消除的费用很高。
应当注意，为了使损耗最小，电容器比(为了得到相同结果的)电阻器更优选。实际上，电阻器会添加耗散因素(其会产生损耗)；电感(具有已知设置值)也可能确保平衡功能但使用复杂(并且昂贵且体积大)。
在变压器输出端的电压V等于基本副边电路20所产生的基本平衡副边电压V20i的总和。
实际上，各基本变压器Ti产生相同的电压V2i，并且正是基本副边电路20的串联布置使得能够在变压器的出口得到高压V。
应当注意，变压器的端子处的总容量产生于N个基本变压器的端子处的电容器的串联关联，在基本变压器的数量N增加时减小。当基本变压器的数量N很高时，变压器则具有使其能够非常快速地从第一高压切换到第二高压的低输出容量。此外，这种性能在副边绕组的数量很高时被进一步增强，因为各基本变压器的端子处的容量本身减小。
根据第一实施例，变压器可起作用，以便产生交流电压(参见图2)。
根据第二实施例，变压器可起作用，以便产生整流电压(参见图3)。
在整流操作中，各基本变压器Ti还包括连接到基本副边电路20各绕组的端子的整流器电路301、302。
因此，各整流器电路301、302与对应电容器C’并联安装。
整流器电路301、302还相互连接。因此，基本副边电路20经由这些电压整流器电路301、302相互连接。
例如，这类整流器电路301、302是已知的二极管电桥(即，单整流器、倍压器(doubler)或乘法器(multiplier))。
在整流器电路的情况下，变压器的输出电压等于从一个变压器到下一个的且由各基本变压器Ti整流、产生的基本平衡副边电压的总和。
如前面所述，各基本副边电路可包括一个或多个绕组。
因此，基本副边电路再分为多个绕组，从而在平衡电容器的端子以及在整流器的端子使交流电压减小。
这有助于生产成本的降低以及变压器可靠性的提高，并且，对于多种应用并采用经证实的技术(具体为600V或1200V电容器和二极管)，能够实现大量的通用组件。
通用组件具体为整流器电路的电容器和元件。
对于各基本变压器Ti，这些绕组分布在基本磁路10周围。
在整流操作的情况下，电压的限制使磁芯绕组的绝缘材料中的介电损失受到限制(这些损失与交流电压的平方成比例)。
如果基本副边电路包括多个副边绕组221、222，则后者被交替缠绕在对应基本磁路10上，一个绕组在一个方向而另一个绕组在另一个方向。
这种缠绕这些段的方法通过交替改变绕组中电流的方向，使两个相邻绕组之间的最大电压减小，从而有助于它们之间的绝缘。
在图4所示的其中副边绕组全部在相同方向的情况下，在电压V1i的正交替期间，二极管D11、D13、D21和D23导通，并且两个绕组221与222之间的电压U为0；在电压V1i的负交替期间，二极管D12、D14、D22和D24导通，并且两个绕组221和222之间的电压U等于电压V21i和V22i的总和。
在图5所示的其中副边绕组一个在一个方向而另一个在其它方向的情况下，在电压V1i的正交替期间，二极管D11、D13、D22和D24导通，并且两个绕组221与222之间的电压UA等于V22i；在电压V1i的负交替期间，二极管D12、D14、D21和D23导通，并且两个绕组221和222之间的电压UA等于电压V21i。
在最普遍的实施例中，绕组221和222具有相同的圈数，并且因此电压V21i和V22i相等；交替绕组之间电压UA的最大值则等于非交替绕组之间电压U的最大值的一半，这表示显著的增益(参见图6)。
如以上针对单整流器电路所述，这个结果对于倍压器-整流器以及对于乘法器-整流器也有效。
注意，具有两个或更多绕组的各基本变压器Ti所产生的电压与具有一个绕组的基本变压器Ti所产生的电压相等。
在变压器的生产中，基本变压器Ti、对应电容器和对应整流器电路在印刷电路上成对设置。
基本变压器Ti对于静态系统(变压器没有经受加速度)按照其主轴线水平安置，而对于旋转系统(旋转变压器经受离心加速度)成切线安置。这使通过各基本电路的对流(convection)的冷却得到明显改进。
然后，包括基本变压器对的印刷电路被缠绕在公共原边电路上。得到图1所示的布置。
基本磁路还由纳米结晶铁组成。这种材料在功率密度和磁耦合方面具有良好性能。
由于其高磁导率，这种材料使原边绕组100的圈数受到限制，并且采用低值平衡容量进行管理，因而不太昂贵并且更紧凑。
由于材料的结构，以可接受的损耗等级工作在高频是可能的。
为了在变压器的输出端产生连续电压V，按照图7将滤波电容器Cf添加到各整流器301、302的端子。
以上所述的变压器使X射线管能够被供电。连接到X射线管40的变压器如图8所示。

Claims (7)

1.一种高压变压器，包括：
-多个基本变压器(Ti)，其中各基本变压器(Ti)包括：
-预计由基本原边电压(V1i)供电的基本原边电路(11)；
-基本副边电路(20)，包括：
-至少一个副边绕组(221，222)；
-至少一个电容器(C’)，各自连接到副边绕组(221，222)的端子，以便相互平衡副边电压(V21i，V22i)；
其中，所述基本副边电路(20)预计产生基本平衡副边电压(V20i)；
-预计耦合所述基本原边电路(11)和所述基本副边电路(20)的基本磁路(10)；
其中，所述变压器的输出电压(V)等于所述基本平衡副边电压(V20i)的总和，并且所述基本原边电路(11)相互连接以便形成具有所述基本变压器(Ti)的公共电路(100)，其中所述公共电路(100)预计由原边电压(V1)供电，所述原边电压(V1)等于基本原边电压(V1i)的总和。
2.如权利要求1所述的变压器，其中，各基本变压器还包括各自连接到电容器(C’)的端子的至少一个电压整流器电路(301，302)，其中所述变压器的输出电压(V)等于经平衡及整流的基本副边电压的总和。
3.如权利要求2所述的变压器，其中，在各基本变压器(Ti)中，所述副边绕组被交替缠绕，一个绕组在一个方向，下一个绕组在另一方向，以便限制缠绕在所述基本磁路(10)周围的两个相邻副边绕组之间的电压差。
4.如以上权利要求中任一项所述的变压器，其中，所述磁路由纳米结晶铁制成。
5.如权利要求2至4中任一项所述的变压器，其中，各电压整流器电路(301，302)在其端子处包括滤波电容器(Cf)，以便在所述变压器的出口产生连续电压(V)。
6.一种用于X射线管的电源，包括如权利要求2至5中任一项所述的高压变压器。
7.一种医疗成像装置，包括如权利要求6所述的X射线管电源。
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