CN111293895A - 电能转换电路及电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电能转换电路及电源系统。该电能转换电路包括一储能设备；所述储能设备的交流输入端与市电连接，所述储能设备的直流输出端与医用成像设备的电源输入端连接，后级电路为内部整流桥电路的交流输入端连接；所述储能设备用于储存所述市电提供的交流电能、并为所述医用成像设备提供工作所需的预设阈值的直流电压到交流输入端口。本申请通过储能设备将交流市电能量储存后，通过在医用成像设备的交流输入端输入直流电源，巧妙的利用整流桥电路的性质，经过整流桥电路后，可得到与输入的额定交流电压一致的直流电压，使得本申请可满足医用成像设备曝光时的短时间大功率的电源要求，从而大大降低医用成像设备对电源的严格要求。

Description

电能转换电路及电源系统
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种电能转换电路及电源系统。
背景技术
现有医用成像设备，例如CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描仪)设备，MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像仪)设备在需要曝光的时候，短时间内需要的输入功率很大，通常在30KW～80KW，这就对为之提供电能的电源提出了非常高的要求，如何降低现有医用成像设备对于电源的严格要求是亟需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种电能转换电路及电源系统。
一种电能转换电路，所述电能转换电路包括一储能设备；
所述储能设备的交流输入端与市电连接，所述储能设备的直流输出端与医用成像设备内部整流桥电路的交流输入端连接；
所述储能设备用于储存所述市电提供的交流电能、并为所述整流桥电路提供所述医用成像设备工作所需的预设阈值的直流电压。
在其中一个实施例中，所述整流桥电路为三相桥式整流电路。
在其中一个实施例中，所述储能设备包括第一储能单元和第二储能单元；
所述第一储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第二储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第一储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第一输入端连接，所述第一储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第三输入端连接；所述第二储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第二输入端连接，所述第二储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第三输入端连接。
在其中一个实施例中，所述储能设备包括第一储能单元和第二储能单元；
所述第一储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第二储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第一储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第二输入端连接，所述第一储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第一输入端连接；所述第二储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第三输入端连接，所述第二储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第一输入端连接。
在其中一个实施例中，所述储能设备包括第一储能单元和第二储能单元；
所述第一储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第二储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第一储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第三输入端连接，所述第一储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第二输入端连接；所述第二储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第一输入端连接，所述第二储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第二输入端连接。
在其中一个实施例中，所述第一储能单元和所述第二储能单元均由若干电池串联而成，且每一电池的工作电压为12V。
在其中一个实施例中，所述储能设备提供的预设阈值的直流电压范围为240V～680V。
在其中一个实施例中，所述储能设备输出的电流范围为30A～300A。
在其中一个实施例中，所述医用成像设备包括CT设备或MRI设备。
在其中一个实施例中，所述医用成像设备为CT设备时，所述CT设备包括车载CT设备或移动式CT设备。
在其中一个实施例中，所述电能转换电路还包括：
辅助供电单元，与所述医用成像设备连接，用于为所述医用成像设备提供额外辅助电源。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种电源系统，用于为医用成像设备提供电能；包括前述任一所述的电能转换电路。
上述电能转换电路及电源系统，通过在医用成像设备内部的整流桥电路的交流输入端设置储能设备，通过设置储能设备将交流市电储存后，为整流桥电路提供直流电压，由于整流桥电路的性质，经过整流桥电路后，可得到与输入的额定交流电压一致的直流电压，使得本申请可将输入的小功率市电转换成直流大功率电源输入至医用成像设备，满足医用成像设备曝光时的短时间大功率的电源要求，从而可降低医用成像设备对电源的严格要求。
附图说明
图1为一实施例中的电能转换电路的模块示意图；
图2为另一实施例中的电能转换电路的模块示意图；
图3为一实施例中的电能转换电路的结构示意图；
图4为另一实施例中的电能转换电路的结构示意图；
图5为又一实施例中的电能转换电路的结构示意图；
图6为另一实施例中的电能转换电路的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
以下提供一种电能转换电路，以该电能转换电路应用至CT设备为例，对本申请的具体原理进行说明；需要说明的是，所述电能转换电路并不只限于应用至CT设备，在其他实施例中，还可以应用至其他医用成像设备，例如MRI设备。
请参阅图1，为本申请所提供的一实施例中的电能转换电路的结构示意图。该电能转换电路可以包括储能设备10，所述储能设备10的交流输入端与市电(AC220V)连接，所述储能设备10的直流输出端与医用成像设备20内部整流桥电路210的交流输入端连接；所述储能设备10用于储存所述市电提供的交流电能(AC220V)、并为所述整流桥电路210提供所述医用成像设备20工作所需的预设阈值的直流电压。具体地，该储能设备10提供的预设阈值的直流电压可以为240V～680V，所述储能设备10输出的电流范围为30A～300A。此处的医用成像设备20工作主要是指医用成像设备20为CT设备时，CT设备的高压发声器工作，例如X射线管；本具体实施例中，CT设备CT1的功率要求范围可以为30KW～80KW。由于整流桥电路的性质，由储能设备10提供的直流电压经过整流桥电路210后，可得到与输入的额定交流电压一致的直流电压；使得本申请可将输入的小功率市电转换成直流大功率电源输入至医用成像设备，满足医用成像设备曝光时的短时间大功率的电源要求，从而可降低医用成像设备对电源的严格要求。
可参照图2，由于现有的维持CT设备高压发生器工作所需的电压为三相交流电源，故，经由整流桥电路210输出的直流电压会经过常规的滤波、高频高压逆变等处理后送入CT用X射线管；也就是说，本申请的CT设备除了具有整流桥电路210外，还具有滤波电路(图2未示)和高频高压逆变电路220，高频高压逆变电路220与CT设备的高压X射线管M连接，所述高频高压逆变电路220根据所述CT设备的高压X射线管M工作所需的功率要求将经所述整流桥电路210后的直流电压转换成交流电压后输出至所述CT设备的CT用X射线管M，从而实现利用直流电源供电到交流输入端口CT正常工作。
传统的整流桥电路主要是将交流变为直流，而本申请创造性的在整流桥电路210的交流输入端接入直流电压，使其输出也为直流电，并且保证输入电压和输出电压的数值之间基本一致；使得本申请一方面可以最大限度的保留现有CT设备本身的电路器件，降低改造成本，另一方面，可满足医用成像设备曝光时的短时间大功率的电源要求，降低医用成像设备(例如CT设备)对电源的严格要求。
具体地，可参照图3，本申请的整流桥电路210可以为三相桥式整流电路(图3未示)，储能设备10可以包括第一储能单元B1和第二储能单元B2；所述第一储能单元B1的火线端L、零线端N分别与所述市电(AC220V)的火线端L、零线端N电连接；所述第二储能单元B2的火线端L、零线端N分别与所述市电(AC220V)的火线端L、零线端N电连接。所述第一储能单元B1的正极BAT+与所述三相桥式整流电路的第一输入端Lx连接，所述第一储能单元B1的负极BAT-与所述三相桥式整流电路的第三输入端Lz连接；所述第二储能单元B2的正极BAT+与所述三相桥式整流电路的第二输入端Ly连接，所述第二储能单元B2的负极BAT-与所述三相桥式整流电路的第三输入端Lz连接。其中，端口Lx、Ly和Lz为CT机架的三相输入端，后面连接的电路为三相桥式整流电路的三个相线输入。
进一步地，也可以将上述的第一储能单元B1和第二储能单元B2按需要依次错位连接。具体地，可辅助参阅4，所述第一储能单元B1的正极BAT+与所述三相桥式整流电路的第二输入端Ly连接，所述第一储能单元B1的负极BAT-与所述三相桥式整流电路的第一输入端Lx连接；所述第二储能单元B2的正极BAT+与所述三相桥式整流电路的第三输入端Lz连接，所述第二储能单元B2的负极BAT-与所述三相桥式整流电路的第一输入端Lx连接。
更进一步地，还可以将上述的第一储能单元B1和第二储能单元B2按需要进一步依次错位连接。具体地，可辅助参阅图5，所述第一储能单元B1的正极BAT+与所述三相桥式整流电路的第三输入端Lz连接，所述第一储能单元B1的负极BAT-与所述三相桥式整流电路的第二输入端Ly连接；所述第二储能单元B2的正极BAT+与所述三相桥式整流电路的第一输入端Lx连接，所述第二储能单元B2的负极BAT-与所述三相桥式整流电路的第二输入端Ly连接。
进一步地，本具体实施例中的第一储能单元B1和第二储能单元B2可以均由若干电池串联而成，其中，电池可以为蓄电池，并且，每一个蓄电池的工作电压为12V，也可以为3.2V，更可以为3.7V～3.8V；可以理解，根据实际产品的电压要求，可以选择串联的电池数量，可以理解，本申请中，应当保证串联后形成的第一储能单元B1和第二储能单元B2最终能够满足直流电压输出范围在240V～680V内，可选地，串联后形成的第一储能单元B1和第二储能单元B2最终能够满足直流电压输出范围在450V～580V内，也可选地，串联后形成的第一储能单元B1和第二储能单元B2最终能够满足直流电压输出范围在240V～450V，更可选地，串联后形成的第一储能单元B1和第二储能单元B2最终能够满足直流电压输出范围在580V～680V。
另外，由于储能设备B1的容量大小直接决定了能否为CT设备提供工作所需的短时间高功率，所以，本具体实施例中，储能设备B1中电池的容量和放电倍率还可以根据CT设备的功率要求进行选择和调整。
进一步地，由于本申请降低了CT设备对于电源的要求，使得通过单相220V的市电即可对CT设备进行供电，使得本申请的CT设备可以应用至车载CT设备或移动式CT设备。
一些实施例中，可参照图5，所述电能转换电路还可以包括辅助供电单元(图5未示)，与所述医用成像设备(CT设备CT1)连接，用于为所述医用成像设备提供额外辅助电源。以医用成像设备为CT设备为例，此处的额外辅助电源是指除供给CT设备高压发生器和旋转电机以外的电源，例如，供给CT设备的风扇、逻辑控制部分的电源；如图5所示，该辅助供电电源可以为市电交流220V电源，该电源为市电，也就是说，改进后的CT设备的高压发生器和旋转电机的供电和CT设备的风扇、逻辑控制部分的供电可以接在同一电源上；具体地，当需要辅助电源时，该辅助电源的火线端L1、零线端N1分别与市电的火线端L1、零线端N1电连接。
示例性地，假如CT设备每5分钟检查一个人，曝光时间是8秒钟。60kW的CT设备采用三相380V电源供电进线要求25mm2以上，曝光时的市电实际电流在120A以上，市电输入60kW以上，不难看出，CT设备对于电源的要求是非常高的。在此情况下，CT设备8秒钟曝光所消耗的电能＝60,000W×8s/3600s/h＝134Wh，此时，储能设备的理论充电功率为134Wh/(5分钟/60分钟/小时)＝1656W，考虑到转换效率后，相当于单相电源只需要2kW的功率(与1台2P的空调，或2台1P的空调接近)给储能设备充电5分钟充储备的电能，就可以满足CT设备曝光一次所消耗的电能，从而实现能量平衡。再加上其他辅助电源设备的功率消耗，4kW的单相市电电源即可满足CT的供电要求，不小于2.5mm2的进线就能满足布线要求，也就意味着，能用空调的电源就能使用CT设备。可以看出，采用本申请后，CT设备对三相高功率电源的要求已经不复存在。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种电源系统，用于为医用成像设备提供电能，该电源系统可以包括前述任一所述的电能转换电路。可以理解，由于本具体实施例包括前述的电能转换电路，所以对于与前述电能转换电路相同的有益效果部分可以参照前述的描述，在此不作进一步地赘述。实际应用时，可将该电源系统直接集成在医用成像设备上，也可以置于安装有医用成像设备的移动CT装置其他位置，更可以置于安装有医用成像设备的医疗车其他位置。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电能转换电路，其特征在于，所述电能转换电路包括一储能设备；
所述储能设备的交流输入端与市电连接，所述储能设备的直流输出端与医用成像设备内部整流桥电路的交流输入端连接；
所述储能设备用于储存所述市电提供的交流电能、并为所述整流桥电路提供所述医用成像设备工作所需的预设阈值的直流电压。
2.根据权利要求1所述的电能转换电路，其特征在于，所述整流桥电路为三相桥式整流电路。
3.根据权利要求2所述的电能转换电路，其特征在于，所述储能设备包括第一储能单元和第二储能单元；
所述第一储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第二储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第一储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第一输入端连接，所述第一储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第三输入端连接；所述第二储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第二输入端连接，所述第二储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第三输入端连接。
4.根据权利要求2所述的电能转换电路，其特征在于，所述储能设备包括第一储能单元和第二储能单元；
所述第一储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第二储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第一储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第二输入端连接，所述第一储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第一输入端连接；所述第二储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第三输入端连接，所述第二储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第一输入端连接。
5.根据权利要求2所述的电能转换电路，其特征在于，所述储能设备包括第一储能单元和第二储能单元；
所述第一储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第二储能单元的火线端、零线端分别与所述市电的火线端、零线端电连接；所述第一储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第三输入端连接，所述第一储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第二输入端连接；所述第二储能单元的正极与所述三相桥式整流电路的第一输入端连接，所述第二储能单元的负极与所述三相桥式整流电路的第二输入端连接。
6.根据权利要求3所述的电能转换电路，其特征在于，所述第一储能单元和所述第二储能单元均由若干电池串联而成，且每一电池的工作电压为12V。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电能转换电路，其特征在于，所述医用成像设备包括CT设备或MRI设备。
8.根据权利要求7所述的电能转换电路，其特征在于，所述医用成像设备为CT设备时，所述CT设备包括车载CT设备或移动式CT设备。
9.根据权利要求8所述的电能转换电路，其特征在于，还包括：
辅助供电单元，与所述医用成像设备连接，用于为所述医用成像设备提供额外辅助电源。
10.一种电源系统，用于为医用成像设备提供电能；其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电能转换电路。
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