CN107018675A - 用于减小最大的电场强度的电路装置、具有这样的电路装置的高电压产生单元和具有这样的高电压产生单元的伦琴射线发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明说明一种具有第一电子器件（7）的电路装置，所述第一电子器件布置在印刷电路板（9）上并且处于高电压电位上。所述电路装置具有：处于高电压电位上的、无功能的第二电子器件（8），‑ 所述第二电子器件在所述印刷电路板（9）上与所述第一电子器件（7）相邻地布置，并且‑ 所述第二电子器件减小在所述第一器件（7）与参考电位之间的和/或在所述印刷电路板（9）的焊接面（10）与所述参考电位之间的最大的电场强度（E）。通过附加的无功能的器件来减小高电压上的电子器件与参考电位之间的最大的电场强度。本发明也说明一种高电压产生单元和一种伦琴射线发生器。

Description

用于减小最大的电场强度的电路装置、具有这样的电路装置 的高电压产生单元和具有这样的高电压产生单元的伦琴射线 发生器
技术领域
本发明涉及一种用于减小通过高电压产生的、第一电子器件的最大的电场强度的电路装置，所述第一电子器件布置在印刷电路板上并且处于高电压电位上，并且涉及一种具有这样的电路装置的高电压产生单元。
背景技术
在一种电路装置——在所述电路装置中电子器件相对于参考电位（例如接地）处于高电压上——中，在电子器件与参考电位之间出现高的电场强度。下面，“电子器件”理解为“电子器件或电器件”。
例如在伦琴射线发生器中使用高电压电路装置。为了产生伦琴射线辐射，伦琴射线发生器需要加速电压，所述加速电压单极地（最大+150kV或-150kV）或双极地（对称地最大-75kV和+75kV）施加在阳极和阴极之间。伦琴射线发生器（高频发生器或多脉冲发生器）的高电压产生链如在图1中所示的那样由电网输入端1、振荡电路逆变器2（逆变器）和高电压产生单元3组成，所述高电压产生单元给伦琴射线辐射器4提供所需的高电压。
高电压产生单元3通常具有充油的容器，在所述容器中布置有一个或多个高电压变压器5、简单的或多级的（级联）整流器电路6、用于阻尼瞬时过程（电阻式或电感式）元件和用于确定高电压的测量分压器。现代的高电压产生装置3具有以下电路：所述电路能够实现高电压的经组合的整流和倍增（例如维拉德氏电路、格赖纳赫电路、德隆电路）。
已知的电路没有针对在高电压电位上的应用来设计。如果在高电压部件中存在金属尖端、角部或棱边，则局部地产生高的场强度，所述场强度可能超出周围的绝缘介质的电强度值。如果是这种情况，则可能触发这些部位的所不期望的放电、电火花或击穿，它们可能导致短暂的运行干扰直至高电压产生装置的或者伦琴射线发生器的失效。
在公开文献DE 10 2007 032 808 Al中公开了用于减小电场强度和用于匹配高电压部件的寄生电容的解决方案。尤其提出，将两个导电板或有导电能力的板与高电压产生单元的二极管链倾斜地布置在印刷电路板上。
发明内容
本发明的任务是，说明一种电路装置、一种高电压产生单元和一种伦琴射线发生器，它们减小最大的电场并且因此改善失效概率。
根据本发明，所提出的任务借助独立权利要求所述的电路装置、高电压产生单元和伦琴射线发生器来解决。
有利的扩展方案在从属权利要求中说明。
根据本发明，在印刷电路板上在承载高电压的电子器件附近布置附加的电子器件，所述附加的电子器件处于高电压电位上、被短接并且通过其在电子器件附近的位置来降低在电子器件与参考电位之间的最大的电场强度。相邻意味着，在小于十毫米的间距中。
物理参量电场强度描述电场的强度和方向、即该电场施加力到电荷上的能力。电场强度始终出现在不同电位的点之间。
本发明要求保护一种电路装置，所述电路装置具有第一电子器件，所述第一电子器件布置在印刷电路板上并且处于高电压电位上。所述装置还具有：
处于高电压电位上的、无功能的第二电子器件，
- 所述第二电子器件在所述印刷电路板上与所述第一电子器件相邻地布置，并且
- 所述第二电子器件减小在所述第一器件与参考电位之间的和/或在所述印刷电路板的焊接面与所述参考电位之间的最大的电场强度。
通过附加的无功能的器件来减小高电压上的电子器件与参考电位之间的最大的电场强度。
在所述电路装置的一种扩展方案中，所述第二器件可以短接。
在另一种设计方案中，所述第二器件可以布置在以下部位处：在所述部位处出现所述最大的电场强度。
在一种优选的实施方式中，所述第一和第二器件可以是表面贴装器件。
在另一种形式中，所述第一器件可以是二极管，和/或，所述第二器件可以是电容器。
在另一种实施方式中，所述参考电位可以是壳体接地。
在另一种设计方案中，所述第二器件可以圆弧区段形地布置。
此外，电路装置可以具有在所述印刷电路板中的处于高电压电位上的通孔接触，所述通孔接触与所述第二器件相邻。由此进一步改善场减小。
在一种扩展方案中，在所述印刷电路板上的焊接面为了接触所述第一器件可以完全由所述第一器件覆盖，由此进一步改善场控制。
本发明还要求保护一种高电压产生单元，其具有至少一个高电压变压器和与所述高电压变压器电连接的、根据本发明的用于对高电压进行整流的电路装置。
此外，本发明要求保护一种伦琴射线发生器，其具有振荡电路逆变器和根据本发明的高电压产生单元。
附图说明
本发明的其他特点和优点由以下根据示意图对多个实施例的阐述而可见。其中：
图1示出根据现有技术的伦琴射线发生器的电路装置；
图2示出具有进行场控制的器件的电路装置；
图3示出具有进行场控制的器件和进行场控制的通孔接触的电路装置；
图4示出具有圆弧形布置的、进行场控制的器件的电路装置；以及
图5示出电场强度的图表。
具体实施方式
应示例性地针对高电压产生单元的二极管组件描述本发明。二级管组件负责高电压的整流。
印刷电路板上的具有在35μm的范围内的厚度的焊接面（也称焊盘）用于电子器件的接触。焊接面通常具有尖锐的金属棱边，其可以负责高电压放电。二极管的内部结构和其接触部特别是由成本优化的在毫米范围内的冲压件组成，所述冲压件具有微小的尖端和棱边，它们又可以具有高的公差。通过表面贴装技术预给定用于器件的焊接面的几何结构，使得在焊接面上和在二极管上形成尖锐棱边的结构，所述结构在高电压的情况下可以导致在绝缘系统中的相对于参考电位的放电。
在借助电场强度的FEM在具有二极管的平面组件的模型上进行场模拟时变得明显的是，在二极管的棱边上或者在焊接面的边缘上可能出现约23kV/mm的最大的电场强度。
在图2中示出，如何能够在具有在高电压电位上运行的用于整流的二极管7（=第一电子器件）的表面贴装平面组件中成本适宜地并且节省空间地进行场控制（=最大的电场强度的减小）。
图2在上方示出具有二极管7的印刷电路板9的横截面并且在中间示出所属的俯视图。为了进行场控制，对于二极管7附加地，在印刷电路板9上的关键部位上与二极管7相邻地安装四个第二电子器件8、优选电容器，其不具有包含所选择的用于场控制的几何结构的功能。优选地，在最后的二极管7的端侧安装以表面贴装结构大小（1210、1206、0805、0603...）的电容器或电阻。在图2中在下方示出具有两个第二器件8的俯视图，所述两个第二器件同样布置在端侧。
以结构形式0805（长度=2.0mm，宽度=0.8mm，高度=1.25mm）的电容器被证明为特别有利，因为其具有大的金属连接端，所述金属连接端用于电场的均匀化。第二器件8可以需求而定地作为链或者单个地安装在环境的侧面或者端侧。第二器件8不具有功能并且短接。
MLCC-电容器基于内部结构而特别适合于侧面的引入。用于提高内部电容的金属面承载两个接触部的电位并且因此使电场均匀化。
附加地，借助相对于环境被遮盖的焊接面10可以改善场控制，其方式是，第一器件（二极管7）略微突出并且因此遮盖焊接面10的尖锐的棱边。
在图3中以横截面示出具有印刷电路板9的平面组件，其中对于第二器件8和二极管7附加地，在外部的焊接面10上设置通孔接触11（所谓的Vias：过孔）。通孔接触11具有附加的场控制作用。
在图4中示出在印刷电路板9上的具有二极管7和第二器件8的平面组件，其中进行场控制的第二器件8圆弧形地布置在端侧。由此仿制成圆形，所述成圆形还进一步减小最大的电场强度。
在图5中以图表示出示例性地在具有3x5个并联布置的二极管的二极管阵列的模型上的场控制效应，其中所有二极管在+15kV的电位上运行。与在接地电位上的壳壁的关键间距在该模型中是25mm。可以看出第一曲线A，所述第一曲线示出在无减小场的第二器件的情况下沿着二极管阵列的电场强度E。
如果现在五个第二器件（在不移开表面贴装二极管的情况下）类似于图2中的电路装置地安装在二极管阵列的端侧并且置于相同的高电压电位+15kV上，则产生借助第二曲线B示出的、电场强度E的变化过程。沿着二极管阵列实现相同的场强度E，而在最后的二极管的区域中，与第二器件相邻地、相对于周围环境实现最大场强度的约40%（12kV/mm代替19kV/mm）的减小。
附图标记列表
1 电网输入端
2 振荡电路逆变器
3 高电压产生单元
4 伦琴射线辐射器
5 高电压变压器
6 整流器电路
7 二极管（第一电子器件）
8 第二电子器件
9 印刷电路板
10 焊接面
11 通孔接触
A 第一曲线
B 第二曲线

Claims (12)

1.一种电路装置，所述电路装置具有第一电子器件（7），所述第一电子器件布置在印刷电路板（9）上并且处于高电压电位上，其特征在于，
处于高电压电位上的、无功能的第二电子器件（8），
- 所述第二电子器件在所述印刷电路板（9）上与所述第一电子器件（7）相邻地布置，
- 所述第二电子器件减小在所述第一器件（7）与参考电位之间的和/或在所述印刷电路板（9）的焊接面（10）与所述参考电位之间的最大的电场强度（E）。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述第二器件（8）短接。
3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，所述第二器件（8）布置在以下部位处：在所述部位处出现所述最大的电场强度（E）。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述第一和第二器件（7，8）是表面贴装器件。
5.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述第一器件是二极管（7）。
6.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述参考电位是壳体接地。
7.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述第二器件（8）是电容器。
8.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述第二器件（8）圆弧区段形地布置。
9.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，在所述印刷电路板（9）中的处于高电压电位上的通孔接触（11）与所述第二器件（8）相邻地布置。
10.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，在所述印刷电路板（9）上的焊接面（10）为了接触所述第一器件（7）而被构造成，使得所述焊接面（10）完全由所述第一器件（7）覆盖。
11.一种高电压产生单元（3），其具有至少一个高电压变压器（5），其特征在于，与所述高电压变压器（5）电连接的、根据以上权利要求中任一项所述的用于对高电压进行整流的电路装置。
12.一种伦琴射线发生器，其具有振荡电路逆变器（2），其特征在于根据权利要求11所述的高电压产生单元（3）。
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