CN107769579B - 用于x射线设备的高压发生器 - Google Patents

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Abstract

说明一种用于X射线设备的高压发生器（1），其包括输入侧的逆变器单元（2）、输出侧的整流器单元（3）和中间连接的变压器单元（4）。逆变器单元（2）被设立用于产生两个彼此相移的逆变器电压（ui1、ui2）。所述逆变器电压（ui1、ui2）通过变压器单元（4）变换成两个输送给整流器单元（3）的整流器电压（ur1、ur2），使得在空转中两个整流器电压之一（ur1）与所述逆变器电压（ui1、ui2）的和成比例，而所述两个整流器电压中的另一个（ur2）与所述逆变器电压（ui1、ui2）的差成比例。

Description

用于X射线设备的高压发生器
技术领域
本发明涉及一种用于X射线设备的高压发生器。
背景技术
在常见的结构形式中，用于给X射线设备供电的高压发生器具有输入侧的逆变器、输出侧的整流器和中间连接的变压器。逆变器在此给变压器的初级绕组馈送逆变器电压，变压器将该逆变器电压变换成输送给整流器的整流器电压。整流器电压然后被整流器转换成待输送给X射线设备的输出电压。作为这样的高压发生器的整流器通常使用无源整流器、即仅仅利用二极管来装备的整流器。
用于X射线设备的高压发生器通常必须不仅针对直至150kV的高输出电压而且针对直至100kW的高峰值功率来设计。用于高压产生的变压器通常以大约50kHz的频率来运行，以便尽管高的功率和电压仍实现紧凑的结构形式。
当然，由X射线设备在时间平均上输出到环境的损耗功率相较于之前提及的峰值功率通常是小的，因为X射线设备大多或者在脉冲运行中运行或者以小的功率在持续运行中运行。所属的高压产生器、特别是其变压器因此通常不必针对峰值功率下的持续运行来设计。
这能够使变压器非常紧凑地实现，其中然而这样的变压器经常具有相对大的漏电感。在负荷下，所述漏电感不利地导致电压下降，该电压下降必须通过合适的措施来补偿。
为了补偿该电压下降，原则上可以过大设计变压器的变换比n=N2/N1（即次级绕组和初级绕组的匝数N2和N1的比）。变换比在该情况下因此比待提供的电压变换比更高地选择，使得即使在运行具有峰值功率的高压发生器时也实现所需的输出电压。然而，变压器的变换比的提高还不利地引起逆变器电流的较高的有效值。逆变器的半导体器件必须针对容纳所述提高的逆变器电流来设计，这导致提高的制造花费。
出于成本原因，因此通常将电容器与初级绕组串联，该电容器补偿变压器的漏电感。特别是因为电容器与初级绕组形成串行谐振回路，所以所产生的电路也被称为“串行谐振转换器”。如果串行谐振回路的谐振频率被协调到逆变器的开关频率上，则利用串行谐振转换器可以实现几乎与负载无关的输出电压。因此，变压器的变换比在该解决方案中相对于最大要实现的电压变换比不必过大设计。输出电压的调节可以通过改变逆变器的开关频率和/或占空比来进行。当然，串行谐振转换器的调节技术上的表现是不利的，因为串行振荡回路在谐振频率下形成二阶系统。此外，在串行谐振转换器中，“硬开关”、即在电压下接通逆变器的半导体开关仅能够通过合适地改变开关频率来避免。这加难了调节并且不利地使得需要测量逆变器电流的电流过零点。
从US 2004/0218404A1（那里：图11）已知一种向上转换的直流电压转换器，其具有三铁芯的变压器芯（E-芯）。E-芯的两个外部铁芯在此分别利用通过晶体管脉冲控制的初级绕组来缠绕。此外，E-芯的外部铁芯分别承载次级绕组，其中所述次级绕组与无源桥整流器串联。E-芯的配备有气隙的中间铁芯承载第三次级绕组，该第三次级绕组通过二极管与桥整流器并联。
部分作为X射线设备的高压发生器来设置的另外的直流电压转换器从US 2008/0247195 A1、US 2008/0130323 A1和US 2004/0037092 A1已知。
发明内容
本发明所基于的任务是说明一种用于X射线设备的进一步改进的高压发生器。
该任务根据本发明通过权利要求1的特征来解决。本发明的有利的实施方式在从属权利要求和随后的描述中陈述。
根据本发明的高压发生器具有输入侧的逆变器单元、输出侧的整流器单元和中间连接的变压器单元。逆变器单元在此被设立用于产生两个彼此相移的逆变器电压。所述逆变器电压通过变压器单元变换成两个输送给整流器单元的整流器电压，使得在高压发生器的空转中（即消失的有效功率的情况下）两个整流器电压之一与逆变器电压的和成比例，而两个整流器电压中的另一个与整流器电压的差成比例。
本发明从以下考虑出发，即原则上有利的是，常见电路拓扑的简单的逆变器-整流器-链路由分别两相的逆变器和整流器单元来代替，在所述逆变器和整流器单元的情况下两个逆变器或两个整流器在输入侧或在输出侧彼此串联。两个逆变器在此在正常运行中以90°相位差来运行，使得两个逆变器电压在正常运行中具有90°的相位差。因此抵消输出电压浪涌（即输出电压中的由开关过程决定的波动）的具有两倍开关频率的组分。更确切地说，具有四倍开关频率的输出电压浪涌占主导。由此可以显著地减小高压发生器的输出电容。相应地，有利地缩短管电压的下降时间。
决定性的效率提高在此通过逆变器电压和整流器电压的前述关系来实现，据此，两个整流器电压之一对应于逆变器电压的和，而两个整流器电压中的另一个对应于逆变器电压的差。初级侧的两相系统因此被变换成与其旋转45°（或等效地135°、225°或315°）的、即相偏移的次级侧的两相系统。
在空转中的该高压发生器的输出电压在此对应于与变压器单元的变换比相乘的输入电压。然而，逆变器单元中的电流的有效值公知地仅仅对应于整流器单元中的电流的有效值的n/
Figure 446072DEST_PATH_IMAGE002
倍。由此即使在变压器单元的过大设计的变换比的情况下也能够实现半导体的与在串行谐振转换器中相似的电流负荷。根据本发明的转换器拓扑相对于常规的串行谐振转换器还具有另外的优点。
因此，根据本发明的高压发生器一方面具有更适宜的调节技术上的表现。因为开环调节回路的动态性在此近似对应于一阶系统，而串行谐振转换器如所提及地形成二阶系统。
另一方面，利用高压发生器的根据本发明的拓扑，即使在恒定的开关频率下也可以实现逆变器的软接通（即在零电压时接通那里的半导体开关）。
优选地，逆变器单元包括两个逆变器，所述两个逆变器给两个初级绕组系统馈送两个逆变器电压中的各一个。初级绕组系统在此成对地分配给逆变器单元的两个逆变器，使得两个逆变器中的每个仅仅给两个初级绕组系统中的一个馈电。
两个逆变器中的每个特别是以本身常见的方式分别具有两个彼此以直流电压中间回路并联的半桥。逆变器侧的半桥在适宜的设计方案中是有源（即可有源开关的）半桥，所述有源半桥分别具有两个串联的半导体开关，所述半导体开关分别具有并联的空转二极管。所属的初级绕组系统在此分别连接在半桥的两个半导体开关之间的中间抽头上。
相应地，整流器单元优选地包括两个关于输出电压串联的整流器，所述整流器通过两个次级绕组系统被馈送两个整流器电压中的各一个。
两个整流器在适宜的实施方案中也分别具有两个彼此以直流电压中间回路并联的半桥。但是，整流器单元优选地被构造为无源整流器系统。整流器的半桥在该情况下仅仅装配有无源（即不能有源开关的）半导体元件、特别是二极管。附加或替代于此，整流器单元的整流器优选地电容式衰减。因此整流器单元在输出侧（即在直流电压路径中）不包含扼流圈。
在高压发生器的一种优选的实施方式中，两个初级绕组系统中的每个分别具有两个串联的初级绕组。变压器单元具有两个（无关的）变压器芯，所述两个变压器芯利用两个初级绕组系统中的各一个初级绕组来缠绕。因此，第一变压器芯利用第一初级绕组系统的第一初级绕组和第二初级绕组系统的第一初级绕组来缠绕，而第二变压器芯利用第一初级绕组系统的第二初级绕组和第二初级绕组系统的第二初级绕组来缠绕。
逆变器电压和整流器电压之间的45°的相偏移在此通过以下来实现，即在两个初级绕组系统之一中两个初级绕组同一方向地串联，而在两个初级绕组系统中的另一个中两个初级绕组反向地串联。在此，具有相同绕组方向的所有初级绕组优选地被推到相应的变压器芯上。
在高压发生器的一种适宜的变型中，两个逆变器在此关于输入电压串联。
而在一种优选的替代变型中，两个逆变器彼此并联到输入电压中。每个逆变器的两个半桥在此分别彼此串联。换句话说，每个逆变器的两个半桥分配到逆变器单元的串联的直流电压中间回路上。因此有利地避免，在整流器单元的两个整流器不对称负载时两个逆变器（和所属的中间回路）也不对称负载。
在此，在适宜的设计方案中，在每个初级绕组系统的两个初级绕组之间使用电容器，该电容器用于容纳一半输入电压。该电容器的电容在适宜的设计方案中如此大地选择，使得由电容器和变压器单元的漏电感构成的串行振荡回路的谐振频率显著地位于逆变器单元的开关频率之下（特别是至少为1/10、优选地至少为1/100）。
在一种替代的实施方式中，逆变器单元的逆变器彼此以并联电路连接到输入侧的中间回路上并且因此连接到输入电压中，其中输入电压在此相较于前述的实施方式在高压发生器的相同设计的情况下仅仅具有一半的值。在该情况下，电容器是不必需的并且因此优选地也不存在。
在高压发生器的另一种替代的实施方式中，逆变器电压和整流器电压的（在该情况下为-45°的）相偏移不在初级侧引起，而是在次级侧引起。初级绕组和初级绕组在此与前述实施方式准镜像地布置。
相应地，两个次级绕组系统在此分别包含两个串联的次级绕组。变压器单元在该实施方式中也具有两个（无关的）变压器芯，其利用两个次级绕组系统的各一个次级绕组来缠绕。在两个次级绕组系统之一中，两个次级绕组在此同一方向地串联，而在两个次级绕组系统的另一个中两个次级绕组反向串联。
次级绕组系统在此在适宜的实施方案中成对地分配给两个逆变器。
在高压发生器的又一个另外的实施方式中，变压器单元包括具有三个并行的铁芯的变压器芯，所述三个并行的铁芯在两侧通过轭连接。这样的变压器芯，如其通常例如也在三相变压器中所使用，在组合的状态下具有数字“8”的形状。该变压器芯经常由两个件组成，所述两个件具有大写字母“E”或“I”的形状。这样的变压器芯因此经常也被称为“E-芯”或“EI-芯”。
即使在前述实施方式中，高压发生器在一种有利的变型中也具有第一初级绕组系统，该第一初级绕组系统包含两个串联的初级绕组，并且该第一初级绕组系统由逆变器单元馈送两个逆变器电压之一。附加地，高压发生器包括第二初级绕组系统，该第二初级绕组系统包含另外的初级绕组，并且该第二初级绕组系统由逆变器单元馈送两个逆变器电压中的另一个。
变压器芯的中间的铁芯在此利用第二初级绕组系统的初级绕组来缠绕。而外侧的铁芯或两个轭之一的相邻区段利用第一初级绕组系统的两个初级绕组来缠绕，使得第一初级绕组系统的两个初级绕组之一与第二初级绕组系统的该初级绕组同一方向地定向，而第一初级绕组系统的两个初级绕组中的另一个与第二初级绕组系统的该初级绕组反向地定向。
关于高压发生器的最后描述的实施方式，本发明还包括一种镜像的变型，其中存在具有两个串联的次级绕组的第一次级绕组系统和具有另外的次级绕组的第二次级绕组系统。
关于两个次级绕组系统的每个，在此整流器单元利用两个整流器电压的各一个来馈电。
变压器芯的中间铁芯在此利用第二次级绕组系统的次级绕组来缠绕。而外侧的铁芯或轭之一的相邻区段利用第一次级绕组系统的两个次级绕组来缠绕，使得第一次级绕组系统的两个次级绕组之一与第二次级绕组系统的该次级绕组同一方向地定向，而第一次级绕组系统的两个次级绕组中的另一个与第二次级绕组系统的该次级绕组反向地定向。
所述变压器芯或每个变压器芯优选地无气隙地实施。
附图说明
随后借助附图详细解释本发明的实施例。其中：
图1以电路图示出具有输入侧的逆变器单元、输出侧的整流器单元以及中间连接的变压器单元的用于X射线设备的高压发生器，该逆变器单元具有两个关于输入电压串联的逆变器，该整流器单元具有两个关于输出电压串联的整流器，其中逆变器单元给变压器单元的两个初级绕组系统馈送各一个逆变器电压，并且其中初级绕组系统分别包含两个初级绕组，
图2以16个以4×4矩阵布置的图形分别相对于时间来示出针对不同占空比（第一至第四行）的两个逆变器电压的相应变化曲线（从左侧的第一和第二列）以及在变压器单元的初级绕组中下降的初级电压的变化曲线（从左侧的第三和第四列），
图3以归一化的输出电压相对于归一化的输出电流强度的图形示出针对不同占空比的高压发生器的输出特性曲线，
图4至6分别以复数矢量图示出逆变器电压和初级电压的基本振荡矢量，
图7以根据图1的图示示出高压发生器的替代实施方式，和
图8至10分别以相对于图1简化的电路图示出高压发生器的其他实施方式。
彼此相应的部件或参量在所有图中总是配备有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示出的高压发生器1包括输入侧的逆变器单元2、输出侧的整流器单元3以及中间连接的变压器单元4。
逆变器单元2由两个逆变器5和6构成，它们关于例如800伏特的恒定输入电压Ui串联。
逆变器5由两个半桥7和8构成，它们与（中间回路）电容器10彼此并联成（直流电压）中间回路9。在两个半桥7和8的每个中，逆变器5分别具有两个串联的有源半导体开关（特别是以绝缘栅双极型晶体管的形式，缩写成IGBT），所述有源半导体开关分别具有一个并联的空转二极管。
同样地，逆变器6也具有两个半桥11和12，它们与（中间回路）电容器14彼此并联成（直流电压）中间回路13。半桥11和12也分别由各两个分别具有一个并联的空转二极管的有源半导体开关（特别是IGBT）来构成。
整流器单元3由两个关于输出电压Uo串联的整流器15和16构成。
整流器15包括两个半桥17和18，它们与（中间回路）电容器20彼此并联成（直流电压）中间回路19。两个半桥17和18中的每个在此包含两个二极管的串联电路。
同样，整流器16也由两个半桥21和22构成，它们与（中间回路）电容器24彼此并联成（直流电压）中间回路23。半桥21和22也分别由两个二极管的串联电路来构成。
变压器单元4包含两个变压器芯25和26（例如没有气隙的环形变压器芯）。变压器芯25在此利用两个初级绕组27和28以及一个次级绕组29来缠绕。同样，变压器芯26利用两个初级绕组30和31以及一个次级绕组32来缠绕。所有初级绕组27、28、30、31具有相同的匝数N1（例如具有N1=6）以及在根据图1的示例中也具有相同的绕组方向。次级绕组29和32分别具有更高的匝数N2（例如N2=1600）。
为了补偿变压器单元4中的损耗，选择匝数N2，使得变压器单元4的变换比n（其中n=N2/N1）相对于所期望的最大电压变换比Uo/Ui例如1.4倍地过大设计。
每两个分配给不同变压器芯25和26的初级绕组27和31或者28和30联合成一个初级绕组系统33或34。因此初级绕组27和31构成初级绕组系统33，该初级绕组系统33连接在第一逆变器5的半桥7和8的中间抽头（端子）之间。剩余的初级绕组28和30构成初级绕组系统34，该初级绕组系统34连接在逆变器6的半桥11和12的中间抽头（端子）之间。初级绕组28和30在初级绕组系统34中（关于其绕组方向）彼此同一方向地串联，而初级绕组27和31在初级绕组系统33中反向串联。
在整流器15的半桥17和18的中间抽头之间连接有次级绕组系统35，该次级绕组系统35在根据图1的实施例中仅仅包含次级绕组29。在图1中，与次级绕组29串行地绘出另外的电感。当然，所述另外的电感在此不是实体部件，而是代表变压器芯25和所属的绕组的漏电感36的等效电路图。
同样，在整流器16的半桥21和22的中间抽头之间连接有次级绕组系统37，该次级绕组系统37在根据图1的实施例中仅仅包含次级绕组32。变压器芯26和所属的绕组的漏电感38在此又表明为等效电路图。
在高压发生器1的运行中，逆变器5给初级绕组系统33馈送逆变器电压ui1，在其作用下在初级绕组系统33中流动具有（逆变器）电流强度ii1的电流。在此，初级电压up1或up2降落到初级绕组系统33的两个初级绕组27和31上。同样，逆变器6给初级绕组系统34馈送逆变器电压ui2，在其作用下在初级绕组系统34中流动具有（逆变器）电流强度ii2的电流，其中同样初级电压up1或up2降落到两个初级绕组28和30上。因为初级线圈27、28、30和31具有相同的匝数N1，所以对于两个通过共同的变压器芯25或26耦合的初级线圈27和28或者30和31的电压降基于电磁感应定律是分别相同的。
在初级电压up1的作用下，通过变压器芯25在次级线圈29中感生出次级电压us1，该次级电压在次级绕组系统35中产生具有（整流器）电流强度ir1的电流，并且在整流器15的半桥17和18中产生整流器电压ur1。
同样，在初级电压up2的作用下，通过变压器芯26在次级线圈32中感生出次级电压us2，该次级电压在次级绕组系统37中产生具有（整流器）电流强度ir2的电流，并且在整流器16的半桥21和22中产生整流器电压ur2。
基于初级绕组27和31以及28和30的反向或同一方向的互连，逆变器电压ui1和ui2对应于初级电压up1和up2的差或和：
ui1=up1-up2 方程1.1
ui2=up1+up2 方程1.2
通过变换该方程组，对于初级电压得出：
up1=1/2·（ui1+ui2）和 方程2.1
up2=1/2·（-ui1+ui2） 方程2.2。
因此，初级电压up1对应于两个逆变器电压ui1和ui2的和的一半，即两个逆变器5、6的共模分量，而初级电压up2对应于两个逆变器电压ui1和ui2的差的一半，即两个逆变器5、6的差模分量。
两个逆变器电压ui1、ui2在高压发生器1的正常运行中作为脉冲的具有相同占空比（正-间歇-比）d、即因此具有相同的形状但具有90°的相偏移的矩形电压来产生。因此，两个初级电压up1和up2也具有相同的形状和90°的相偏移。根据占空比d，从方程2.1和2.2得出逆变器电压ui1和ui2以及初级电压up1和up2的在图2中示出的形状。
因此在50%的占空比（d=0.5）的情况下，初级电压up1和up2中的每个在每个周期期间在四分之一周期时长内具有两个逆变器5、6的两个中间回路电压的平均值，跟随着持续下一个四分之一周期的零值间隔和具有相反符号的相同半波。
因此，初级电压up1和up2的峰值对应于逆变器5、6的两个中间回路电压的平均值。然而，最大电压时间面积仅仅是逆变器电压ui1和ui2中的一半大。因此在根据图1的电路中（相较于利用唯一的初级线圈来缠绕的变压器在变压器芯中相同的磁通密度的情况下）初级绕组和次级绕组的匝数可以分别减半。因为漏电感与匝数的平方成比例，所以漏电感通过变压器单元4的匝数减半（相对于前述的比较电路）被降低到四分之一。
如在常规的拓扑中，在高压发生器1的空转中输出电压Uo所达到的最大值取决于变压器单元4的变换比n和输入电压Ui。该空转电压Uo，max在此为
Uo，max=n·Ui 方程3
输出电流强度Io的最大可达到的值在短路的输出端的情况下出现。该短路电流Io，max为：
Io，max=
Figure DEST_PATH_IMAGE003
方程4
其中f表示逆变器5、6的开关频率并且
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示漏电感36、38的绝对值。
因此，短路电流Io，max是常规拓扑中的三倍，在常规拓扑中变压器芯25和26仅仅利用唯一的初级绕组来缠绕并且仅仅分别由唯一的逆变器5或6来馈电。在其他工作点中，在图1中示出的高压发生器1也允许相较于常规拓扑更高的输出电流。
通过每个变压器芯25或26使用两个初级绕组27、28或30、31，两个逆变器电流ii1和ii2分别有助于形成整流器电流ir1和ir2，使得对于后者适用以下关系：
n·ir1=ii1+ii2 方程5.1
n·ir2=-ii1+ii2 方程5.2
通过变换该方程组得出逆变器电流为：
ii1=n/2·（ir1-ir2） 方程6.1
ii2=n/2·（ir1+ir2） 方程6.2
逆变器电流强度ii1或ii2的有效值ii，eff对应于
ii，eff=
Figure 737114DEST_PATH_IMAGE006
·ir，eff 方程7
其中ir，eff表示整流器电流强度ir1或ir2的有效值。
逆变器电流的有效值因此是前述方式的常规电路中的
Figure DEST_PATH_IMAGE007
倍，这显著减小半导体中的传导损耗。
初级绕组27、28、30和31的所提出的互连允许在整个运行范围上显著降低的逆变器电流。在小的输出电流下的有效值ir，eff的相对提高也更小，这特别是在小于最大短路电流的25%的输出电流和平均输出电压的情况下可观察到。
输出电压Uo在根据图1的高压发生器1中借助（未示出的）电压调节器关于逆变器电压ui1、ui2的占空比d进行调节，其中开关频率（并且因此周期长度）始终保持恒定。逆变器5、6的半导体开关在此软开关（即半导体开关在无电压的状态下接通）。电压调节器优选地实施为积分调节器。
在图3中示出根据图1的高压发生器1针对不同占空比d（即针对d=0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45和0.5）的输出特性曲线。输出特性曲线在此通过在基于空转电压Uo，max归一化的输出电压Uo上提供基于短路电流Io，max归一化的输出电流强度Io的变化曲线来定义（Io/Io，max=Io/Io，max（Uo/Uo，max，d））。
从图3可知，随着输出电压Uo增加，输出电流强度Io下降，这反作用输出电压的过振并且允许电压调节器的高的放大并且因此允许输出电压调节的高动态性。
图4以矢量图阐明在正常运行中逆变器电压ui1和ui2的以及在高压发生器1的正常运行中由此根据方程2.1和2.2得出的初级电压up1和up2的相应基本振荡的相对相位。标识“Re”和“Im”在此表示矢量图的实轴或虚轴。如前面所提及的，产生具有90°相位差的逆变器电压ui1、ui2，使得逆变器电压ui1、ui2的基本振荡是正交的。初级电压up1、up2因此同样是正交的，但是相对于逆变器电压ui1、ui2相移了45°的相位角。
在空转中，次级电压us1和us2以及由此得出的整流器电压ur1和ur2分别具有与相应的初级电压up1或up2相同的相位。因此，在空转中，整流器电压ur1和ur2也是正交的并且相对于逆变器电压ui1和ui2偏移45°的相位角。特别是整流器电压ur1和ur2在空转中根据以下方程从逆变器电压ui1和ui2中得出：
ur1=n/2·（ui1+ui2） 方程8.1
ur2=n/2·（-ui1+ui2） 方程8.2
如果两个串联的整流器15和16不对称地负载，则也得出分量的不对称分布，整流器15、16以所述分量贡献输出电压Uo。由于所使用的半导体部件的仅仅有限的耐压强度，不期望这样的不对称。在出现这样的不对称时，因此通过以下方式使两个整流器15、16的中间回路电压对称，即在逆变器侧逆变器电压ui1和ui2之间的相位差主动相对于90°的标准值缩小或放大。这在图5和6中分别以矢量图阐明。
从图5和6中可见，在与90°不同的相位差时初级电压up1和up2的基本振荡分量不同地变大，由此整流器电流ir1和ir2也变得不同。借助两个的调节器调节逆变器电压ui1和ui2之间的相位差，以便整流器15、16通过加载必要时不同的整流器电流ir1和ir2而平衡。
当然，在整流器15、16的不对称负载的情况下，在根据图1的实施例中也得出两个逆变器5、6的不对称负载，由此在逆变器5、6的串联电路中得出不同的电压分配。
这在高压发生器1的在图7中示出的变型中通过以下来避免，即在那里逆变器5或6的两个半桥之一7、11分别连接到中间回路电容器10上，而逆变器5或6的另外的半桥8、12连接到中间回路电容器14上。换句话说，两个逆变器5、6分别分配到串联的中间回路9和13上。初级绕组系统33和34在此一如既往地连接到逆变器5的半桥7和8之间或者连接到逆变器6的半桥11和12之间。
在根据图7的高压发生器1中，在两个初级绕组系统33和34的每个中分别将电容器39或40连接到初级绕组27和31之间或者28和30之间，该电容器容纳一半的输入电压Ui。该电容器39、40的电容如此大地设计，使得由电容器39、40和漏电感36和38构成的振荡回路的谐振频率远远位于开关频率以下，以该开关频率来开关逆变器5和6中的半导体开关。
在图8至10中以简化图示出前述拓扑的变型。
在根据图8的变型中，初级绕组系统33和34仅仅包含初级绕组27或30。为此，除了次级绕组29和32之外，次级绕组系统35和37分别包含另外的次级绕组50或51。次级绕组50在此与次级绕组29反向串行地连接到次级绕组系统35中并且被缠绕到变压器芯26上。而次级绕组51与次级绕组32同一方向串行地布置在次级绕组系统37中并且被缠绕到变压器芯25上。
因此，根据图8的电路拓扑通过以下方式几乎是根据图1的拓扑的镜像图，即变压器芯25和26的缠绕在其初级侧和次级侧之间镜像对称。此外，在结构和功能方面，根据图8的高频发生器1除了以下区别之外对应于其在图1中示出的镜像图，即整流器电压ur1和ur2在此相对于逆变器电压ui1和ui2不相移45°，而是相移-45°。
在高压发生器1的在图9中示出的变型中，代替两个无关的变压器芯25和26而存在所谓的E-芯60，即具有三个并行的铁芯61、62和63的变压器芯，所述三个并行的铁芯在两侧通过轭64和65连接。E-芯60没有空隙地实施。
初级绕组系统34在此仅仅包含在此被缠绕到E-芯60的中间铁芯62上的初级绕组30。初级绕组系统33的两个初级绕组27和31在此彼此同一方向地串联并且被缠绕到E-芯60的外部铁芯61或63上。替代于此，初级绕组27和31如图8中所示被缠绕到轭64的分别相邻的区段上。
次级绕组系统35或37的次级绕组29和32同样被缠绕到外部铁芯61或63上，或替代于此地被缠绕到轭65的分别相邻的区段上。
初级绕组30在此关于其绕组方向或在E-芯60中的磁通与初级绕组27同一方向地并且与初级绕组31反向地缠绕到E-芯60上。
在图10中又示出根据图9的拓扑的镜像变型。在此，初级绕组系统33仅仅包含初级绕组27，并且初级绕组系统34仅仅包含初级绕组30。E-芯60的外部铁芯61或63，或替代地轭64的分别相邻的区段在此利用所述初级绕组27或30来缠绕。
在此构成次级绕组系统37的唯一绕组的次级绕组32被缠绕到E-芯60的中间铁芯62上。而次级绕组系统35包括两个次级绕组29和50，它们在此同一方向地彼此串联并且被缠绕到外部铁芯61或63上或替代地被缠绕到轭65的分别相邻的区段上。
次级绕组32在此关于其绕组方向或在E-芯60中的磁通与次级绕组29同一方向地并且与次级绕组50反向地缠绕到E-芯60上。
在其功能方面，图9和10中的实施例除了以下区别之外对应于在图1中示出的高压发生器1，即整流器电压ur1和ur2相对于逆变器电压ui1和ui2不相移45°，而是相移135°或-135°。
本发明基于前述实施例变得特别明白。尽管如此，但是本发明不限于所述实施例。更确切地说，本发明的其他实施方式可以从权利要求和前面的描述中导出。
附图标记列表
1 高压发生器
2 逆变器单元
3 整流器单元
4 变压器单元
5 逆变器
6 逆变器
7 半桥
8 半桥
9 （直流电压）中间回路
10 （中间回路）电容器
11 半桥
12 半桥
13 （直流电压）中间回路
14 （中间回路）电容器
15 整流器
16 整流器
17 半桥
18 半桥
19 （直流电压）中间回路
20 （中间回路）电容器
21 半桥
22 半桥
23 （直流电压）中间回路
24 （中间回路）电容器
25 变压器芯
26 变压器芯
27 初级绕组
28 初级绕组
29 次级绕组
30 初级绕组
31 初级绕组
32 次级绕组
33 初级绕组
34 初级绕组
35 次级绕组
36 漏电感
37 次级绕组系统
38 漏电感
39 电容器
40 电容器
50 次级绕组
51 次级绕组
60 E-芯
61 铁芯
62 铁芯
63 铁芯
64 轭
65 轭
d 占空比
ii1 逆变器电流强度
ii2 逆变器电流强度
ir1 整流器电流强度
ir2 整流器电流强度
ui1 逆变器电压
ui2 逆变器电压
up1 初级电压
up2 初级电压
ur1 整流器电压
ur2 整流器电压
us1 次级电压
us2 次级电压
Io 输出电流强度
Io，max 短路电流
Ui 输入电压
Uo 输出电压
Uo，max 空转电压

Claims (9)

1.用于X射线设备的高压发生器（1），具有：输入侧的逆变器单元（2）、输出侧的整流器单元（3）和中间连接的变压器单元（4），其中所述逆变器单元（2）被设立用于产生两个彼此相移的逆变器电压（ui1、ui2），所述两个逆变器电压在正常运行下具有90°的相位差，并且所述两个逆变器电压通过变压器单元（4）变换成两个输送给整流器单元（3）的整流器电压（ur1、ur2），使得在空转中
- 所述两个整流器电压之一（ur1）与所述逆变器电压（ui1、ui2）的和成比例，
- 而所述两个整流器电压中的另一个（ur2）与所述逆变器电压（ui1、ui2）的差成比例。
2.根据权利要求1所述的高压发生器（1），
- 其中所述逆变器单元（2）包括两个逆变器（5、6），所述两个逆变器中的每个给所分配的初级绕组系统（33、34）馈送两个逆变器电压（ui1、ui2）之一，
- 其中两个初级绕组系统（33、34）中的每个分别包含两个串联的初级绕组（27、30；28、31），
- 其中所述变压器单元（4）具有两个变压器芯（25、26，）所述两个变压器芯利用两个初级绕组系统（33、34）的各一个初级绕组（27、30；28、31）来缠绕，并且
- 其中在两个初级绕组系统之一（34）中两个初级绕组（28、30）同一方向地串联，
- 而在两个初级绕组系统中的另一个（33）中两个初级绕组（27、31）反向地串联。
3.根据权利要求2所述的高压发生器（1），
其中所述两个逆变器（5、6）关于输入电压（Ui）串联。
4.根据权利要求2所述的高压发生器（1），
- 其中所述两个逆变器单元（5、6）并联到输入电压（Ui）中，并且
- 其中两个逆变器（5；6）中的每个分别具有两个半桥（7、8；11、12），所述两个半桥分别连接到两个串联的直流电压中间回路（9、13）之间。
5.根据权利要求1所述的高压发生器（1），
- 其中所述整流器单元（3）包括两个关于输出电压（Uo）串联的整流器（15、16），所述两个整流器通过两个次级绕组系统（35、37）分别被馈送两个整流器电压（ur1、ur2）之一，
- 其中两个次级绕组系统（35；37）中的每个分别包含两个串联的次级绕组（29、50；32、51），
- 其中所述变压器单元（4）具有两个变压器芯（25、26，）所述两个变压器芯利用两个次级绕组系统（35、37）的各一个次级绕组（29、51；32、50）来缠绕，并且
- 其中在两个次级绕组系统之一（37）中两个次级绕组（32、51）同一方向地串联，
- 而在两个次级绕组系统中的另一个（35）中两个次级绕组（29、51）反向地串联。
6.根据权利要求1所述的高压发生器（1），
其中所述变压器单元（4）包括具有三个并行的在两侧通过轭（64、65）连接的铁芯（61-63）的变压器芯（60）。
7.根据权利要求6所述的高压发生器（1），
- 具有第一初级绕组系统（33），其包含两个串联的初级绕组（27、31）并且由逆变器单元（2）馈送两个逆变器电压之一（ui1），和
- 具有第二初级绕组系统（34），其包含另外的初级绕组（30）并且由逆变器单元（2）馈送两个逆变器电压中的另一个（ui2），
- 其中变压器芯（60）的中间铁芯（62）利用第二初级绕组系统（34）的初级绕组（30）来缠绕，并且
- 其中外侧的铁芯（61、63）或两个轭（64）之一的相邻区段利用第一初级绕组系统（33）的两个初级绕组（27、31）来缠绕，使得第一初级绕组系统（33）的两个初级绕组之一（27）与第二初级绕组系统（34）的初级绕组（30）同一方向地定向，而第一初级绕组系统（33）的两个初级绕组中的另一个（31）与第二初级绕组系统（34）的初级绕组（30）反向地定向。
8.根据权利要求6所述的高压发生器（1），
- 具有第一次级绕组系统（35），其包含两个串联的次级绕组（29、50）并且通过第一次级绕组系统给整流器单元（3）馈送两个整流器电压之一（ur1），和
- 具有第二次级绕组系统（37），其包含另外的次级绕组（32）并且通过第二次级绕组系统给整流器单元（3）馈送两个整流器电压中的另一个（ur2），
- 其中变压器芯（60）的中间铁芯（62）利用第二次级绕组系统（37）的次级绕组（32）来缠绕，
- 其中外侧的铁芯（61、63）或两个轭（64）之一的相邻区段利用第一次级绕组系统（35）的两个次级绕组（29、50）来缠绕，使得第一次级绕组系统（35）的两个次级绕组之一（29）与第二次级绕组系统（37）的次级绕组（32）同一方向地定向，而第一次级绕组系统（35）的两个次级绕组中的另一个（50）与第二次级绕组系统（37）的次级绕组（32）反向地定向。
9.根据权利要求1至8之一所述的高压发生器（1），
其中所述整流器单元（3）被实施为无源整流器单元。
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