CN203377798U - 大功率高压发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的大功率高压发生器，包括逆变箱；逆变箱包括高温高频部分、低温工频部分和中隔板；高温高频部分包括IGBT模组、谐振电感的电气装置和出风口；低温工频部分包括进风口和风冷系统；IGBT模组包括两个IGBT和散热器；谐振电感的电气装置包括固定在逆变箱的后侧板上的谐振电感上固定板、固定在散热器上的谐振电感下固定板和设置在谐振电感上固定板与谐振电感下固定板中间的谐振电感；风冷系统包括两个冷却风扇和与两个冷却风扇相对应的设置在中隔板上的两个通风孔；两个冷却风扇固定在中隔板上。本实用新型提供的大功率高压发生器，能够解决高压发生器中逆变器单一散热的问题。

Description

大功率高压发生器

技术领域

本实用新型涉及医疗设备技术领域，更为具体地，涉及一种大功率高压发生器。

背景技术

高压发生器（High Voltage Power Supply，简称：HVPS）又称直流高压发生器，是高压电源的传统称呼，主要是指用于绝缘和漏电检测中的高压电源。

CT高压发生器是CT系统中的重要单元，随着多排CT医疗设备的迅猛发展，对它的功率要求也越来越高，同时，对高压发生器的精度尤其是kv纹波也要求越来越高。然而CT gantry留给高压发生器的空间有限，在高频高压发生器中，高频大功率逆变器和变压器是不可或缺的，起着关键性的作用。

逆变器的输出需要高频变压器升压，然后整流滤波产生60-140KV的直流高压。其中的感应电动势E与工作频率f、线圈匝数N和铁芯截面积S的关系为：E/f·N·S=常数，因此提高工作开关频率可以降低线圈匝数N和铁芯截面积S,从而大大减小变压器的体积，降低变压器的重量。

然而另一方面，由于开关频率的大幅度提升，造成开关电路谐波分量增加，会产生一定的电磁辐射，同时使得逆变器中IGBT的开关损耗急剧上升，如果逆变器的散热结构设计不当，在短时间内IGBT的温升有可能积累超过结温，从而在很短的时间内就会造成器件损坏。

现有的高压发生器逆变系统一般采用单一的散热方式即鼓风或抽风的方式，这种方式由于不能兼顾高热流密度的部件需要集中冷却和低发热器件需要均匀冷却的问题，因此存在一定的不足；同时，高压发生器的内部电磁环境恶劣，既需要保证系统可靠的工作，又需要满足散热的要求。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种大功率高压发生器，以解决高压发生器中逆变器单一散热的问题。

本实用新型提供的大功率高压发生器，包括逆变箱；逆变箱包括高温高频部分、低温工频部分和中隔板，中隔板设置在逆变箱中间位置并把逆变箱分割成高温高频部分和低温工频部分；其中，

高温高频部分包括IGBT模组、谐振电感的电气装置和出风口；其中，

IGBT模组包括散热器和安装固定在散热器上的两个IGBT；

谐振电感的电气装置包括固定在逆变箱的后侧板上的谐振电感上固定板、固定在散热器上的谐振电感下固定板和设置在谐振电感上固定板与谐振电感下固定板中间的谐振电感；

出风口设置在逆变箱后侧板上；并且，

谐振电感设置在散热器和出风口之间；

低温工频部分包括进风口和风冷系统；其中，

进风口设置在逆变箱的低温工频部分的前侧板上；

风冷系统包括两个冷却风扇和与两个冷却风扇相对应的设置在中隔板上的两个通风孔；

两个冷却风扇固定在中隔板上。

此外，优选的结构是，低温工频部分还包括IGBT驱动板、开关电源、接触器、电源控制板、滤波电容、整流桥和滤波器；

IGBT驱动板、开关电源、接触器、电源控制板、滤波电容、整流桥、滤波器和风冷系统为低发热量的部件。

此外，优选的结构是，高温高频部分还包括谐振电容；

IGBT和谐振电感为高发热量的部件。

此外，优选的结构是，两个冷却风扇通过抽风的方式，将冷空气从进风口吸进；

中隔板将逆变箱的高温高频部分封闭为一个密闭的空间，两个冷却风扇将通过密闭的空间的热空气从出风口排出去。

从上面的技术方案可知，本实用新型的大功率高压发生器，采用中隔板将逆变箱内部分割成两部分，安置于中隔板上的两个冷却风扇对两侧分别采用鼓风和抽风的方式，充分利用鼓风与抽风的优点进行冷却；谐振电感的布局能够兼顾分布电感及散热问题，谐振电感电气结构中，位置布局合理，既能保证谐振频率为要求的数值，又能兼顾谐振电感的散热性能良好。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本实用新型实施例的大功率高压发生器的逆变箱俯视图；

图2为根据本实用新型实施例的大功率高压发生器的逆变箱侧视图；

图3为根据本实用新型实施例的IGBT模组示意图；

图4为根据本实用新型实施例的谐振电感的电气装置示意图；

图5为根据本实用新型实施例的大功率高压发生器的逆变箱外观图。

其中的附图标记包括：中置板1、低温工频部分2、高温高频部分3、冷却风扇4、冷却风扇4’、进风口5、出风口6、谐振电感的电器装置7、IGBT8、IGBT8’、散热器9、IGBT驱动板10、谐振电感上固定板11、谐振电感下固定板12、谐振电感13、逆变箱后侧板14。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

本实用新型的大功率高压发生器包括逆变箱（PIU，Power Inverter Unit）和坦克箱控制单元(TCU，Tank Control Unit)，PIU和TCU是组成50kw CT高频高压发生器的两个重要的单元。这两个具有相互连接关系的单元，主要用于将三相工频电压整流和滤波为较平滑的正负母线电压，然后经过逆变器变为高频交流，最后输入高频变压器，经过倍压整流产生提供球管阴阳极之间电子加速所需要的直流高压。

因此，本实用新型采用新颖的散热结构，并与风扇强迫风冷方式相结合，这种相互结合的优化结构，确保大功率高压发生器能够安全可靠的工作。

以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。

图1和图2分别为根据本实用新型实施例的大功率高压发生器的逆变箱俯视图和侧视图。

如图1所示，本实用新型提供的大功率高压发生器包括逆变箱，逆变箱由高温高频部分3、低温工频部分2和中隔板1组成。中隔板1设置在逆变箱中间位置并把逆变箱分割成高温高频部分3和低温工频部分2。

其中，高温高频部分3为高温和高频电磁场环境，低温工频部分2为低温和工频的环境。

如图2所示，高温高频部分3主要由IGBT模组、谐振电感的电气装置7、出风口6和谐振电容（未在图2标出）组成。其中，IGBT模组包括IGBT8、IGBT8’和散热器9，IGBT模组、谐振电感的电气装置7均为高发热量的部件，并且，两个IGBT的发热量最高，其次是谐振电感的电气装置的发热量也比较高。

低温工频部分2主要由进风口5和风冷系统组成。风冷系统包括两个冷却风扇、与两个冷却风扇相对应的两个通风孔。两个冷却风扇分别为冷却风扇4和冷却风扇4’，冷却风扇4和冷却风扇4’分别固定在中隔板1上，两个通风孔也设置在中隔板1上，并且两个通风孔的直径与两个冷却风扇的直径大小相等。

其中，低温工频部分2还包括IGBT驱动板10、开关电源、接触器、电源控制板、滤波电容、整流桥、滤波器；低温工频部分2的零部件没有发热量过大的部件。

从图2中可以看出，风路为冷空气从逆变箱的低温工频部分2的前侧板进风口5吸入，将接触器、滤波电容、滤波器和开关电源等产生的较低热量的部件进行冷却，然后经过冷却风扇4’的抽吸，吹向IGBT8、IGBT8’和散热器9组成的IGBT模块，并对谐振电感进行冷却后由逆变箱的高温高频部分3的后侧板的出风口6排出。即：冷却风扇4’通过抽风的方式，将冷空气从进风口5吸进；由于中隔板1与高温高频部分3形成一个密闭的空间，因此就可以使得另一个冷却风扇4通过鼓风的方式将冷却过高热量的部件的热空气从出风口6排出去。

实际上，冷却风扇4’和冷却风扇4是同时作用的，且方式相同，两个冷却风扇其实等同于一个冷却风扇。之所以用两个冷却风扇有两个原因，第一：风场更均匀，能够使各发热部件均匀冷却；第二：相对于一个大冷却风扇，两个机械尺寸小一些的冷却风扇使用更灵活，安装更方便。风冷系统的冷却风扇从低温工频部分2通过中隔板1（在中隔板上设置有两个与冷却风扇直径相当的通风孔）吹向高温高频部分3的散热器9，其中，中隔板1的作用有三个。

第一，中隔板将PIU内部左右分开，分为高温高频部分3和低温工频部分2。并且，中隔板防止高温高频部分3的高温部分对低温工频部分2低温部分造成影响。对于低温工频部分2，通过中隔板1形成一个密闭的腔体，冷却风扇4通过鼓风的方式将已经冷却过部件的热空气从低温工频部分2的出风口6排出去，对于高温高频部分3，冷却风扇4’工作于抽风方式，将冷空气从低温工频部分2的进风口5吸进，由于进风口较大，风场均匀，以使各发热部件均匀冷却。

第二，中隔板将高温高频部分3电磁干扰较大的高频磁场与相对电磁干扰较小低温工频部分2分隔开来，防止低温工频部分2的电磁干扰影响高温高频部分3的IGBT驱动板等电磁敏感部件。

第三，中隔板支撑两个冷却风扇，起到安装固定冷却风扇的作用。

图3为根据本实用新型实施例的IGBT模组示意图。

如图3所示，IGBT模组包括IGBT8、IGBT8’和散热器9。两个IGBT工作时产生的热量经过厚基板将热量均匀的传递给散热器9的肋片，再由风冷系统把热量带走。

厚基板的作用有两个，一个是将IGBT工作时产生的热量吸收储存起来，在IGBT不工作时再由冷却系统把热量散掉；二是将IGBT所产生的热量均匀的传递给肋片。

图4为根据本实用新型实施例的谐振电感的电气装置示意图。

如图4所示，谐振电感的电气装置包括固定在逆变箱的后侧板14上的谐振电感上固定板11、固定在散热器9上的谐振电感下固定板12和设置在谐振电感上固定板11与谐振电感下固定板12中间的谐振电感13；出风口6设置在逆变箱的后侧板14上。

谐振电感13的空间位置对于电感量的影响很大，电感量的微小变化都影响逆变系统的谐振频率。

谐振电感的电气装置的特点在于将谐振电感13置于散热器9与出风口6之间，利用风路的中后段对谐振电感进行散热，并且该位置对于谐振电感13的电感量影响最低。

图5为根据本实用新型实施例的大功率高压发生器的逆变箱外观图。

如图5所示，本实用新型的大功率高压发生器的逆变箱的开关工作频率为22kHZ，在一定范围内，开关频率越高，系统效率越高，但频率过高对逆变系统的核心功率器件IGBT的要求越高，开关的开通和关断过程伴随电压和电流的剧烈变化，开关频率过高会使IGBT开关损耗迅速增加，损耗风险增大；同时受开关器件自身半导体特性以及工艺水平的限制，在大功率逆变器应用场合，开关频率也不可能无限提高。

相对低的开关频率可以降低对IGBT的应力要求，系统的安全性也会增加，但人耳听觉的声音频率范围是20Hz～20KHz，系统若在此频率范围内工作，其所产生的音频振动会被人耳听到，从而产生噪音，如果将开关频率提高到20kHZ以上，就能够避开这个敏感范围达到降低甚至消除噪声的目的。所以，综合各种因素，系统的开关频率选择在22KHz左右。

为了保证谐振频率的准确，必须保证谐振电感13的电感量的稳定，在本实用新型中，充分利用了一个变压器的漏感作为谐振电感13，但该电感量对逆变箱内部周围环境较敏感，谐振电感13与之距离的变化会导致电感量的数值发生变化，同时谐振电感13在工作时的电流可达320A左右，谐振电感13是整个逆变箱中温度较高的部件之一，所以需要保证谐振电感13的充分散热，避免温升过高，因此，谐振电感的电气安装位置极为重要，经过试验测试。在本实用新型目前的电气结构中，该位置比较合理，既能保证谐振频率为要求的数值，又能兼顾谐振电感的散热性能良好。

通过上述实施方式可以看出，本实用新型的大功率高压发生器，在散热方面采用抽风与鼓风相结合的方式，充分发挥抽风的风场均匀与鼓风的风场集中高效的特点，同时对于谐振电感的电气结构进行全面优化，并且采用适合CT高压发生器工作特性的散热器设计，使得高压逆变系统电磁兼容性提高，散热性能进一步改善。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型提出的大功率高压发生器。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的大功率高压发生器，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (4)

1.一种大功率高压发生器，包括逆变箱，所述逆变箱包括高温高频部分、低温工频部分和中隔板，所述中隔板设置在所述逆变箱中间位置并把所述逆变箱分割成所述高温高频部分和低温工频部分；其特征在于，

所述高温高频部分包括IGBT模组、谐振电感的电气装置和出风口；其中，

所述IGBT模组包括散热器和安装固定在所述散热器上的两个IGBT；

所述谐振电感的电气装置包括固定在所述逆变箱的后侧板上的谐振电感上固定板、固定在所述散热器上的谐振电感下固定板和设置在所述谐振电感上固定板与所述谐振电感下固定板中间的谐振电感；

所述出风口设置在所述逆变箱后侧板上，并且，所述谐振电感设置在所述散热器和所述出风口之间；

所述低温工频部分包括进风口和风冷系统；其中，

所述进风口设置在所述逆变箱的低温工频部分的前侧板上；

所述风冷系统包括两个冷却风扇和与所述两个冷却风扇相对应的设置在所述中隔板上的两个通风孔，

所述两个冷却风扇固定在所述中隔板上。

2.如权利要求1所述的大功率高压发生器，其特征在于，

所述低温工频部分还包括IGBT驱动板、开关电源、接触器、电源控制板、滤波电容、整流桥和滤波器；并且，

所述IGBT驱动板、开关电源、接触器、电源控制板、滤波电容、整流桥、滤波器和所述风冷系统均为低发热量部件。

3.如权利要求1所述的大功率高压发生器，其特征在于，

所述高温高频部分还包括谐振电容；

其中，所述IGBT和所述谐振电感均为为高发热量部件。

4.如权利要求1所述的大功率高压发生器，其特征在于，

所述两个冷却风扇通过抽风的方式，将冷空气从所述进风口吸进；

所述中隔板将所述逆变箱的所述高温高频部分封闭为一个密闭的空间，所述两个冷却风扇通过鼓风的方式将通过所述密闭的空间的热空气从所述出风口排出去。

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