CN204424980U - 具有超级电容器和电池的供电装置、医疗器械和ct机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种供电装置、医疗器械和CT机。该供电装置包括：一电池，其具有一第一正极和一第一负极；一超级电容器，其具有一第二正极和一第二负极，所述第二负极与所述电池的第一负极连接；一二极管，其具有一第三正极和一第三负极，所述第三正极与所述电池的第一正极连接，所述第三负极与所述超级电容器的第二正极连接。本实用新型的供电装置具有使用周期长、功率密度高和能量密度大的优点，并且结构简单。

Description

具有超级电容器和电池的供电装置、医疗器械和CT机

技术领域

本实用新型涉及供电技术，特别是医疗器械的供电。

背景技术

许多电气设备的负载具有脉冲式的短时间高功率需求。以CT机为例，一般待机状态时的功率需求<5kVA，但是在曝光时的瞬态功率需求在70KVA左右，因此就需要三相高功率电力配置。而且由于这个高功率需求，CT上不会设置PFC(三相70kVA等级的PFC造价昂贵，而且现在法律法规并未对此有强行要求，所以CT的供应商们不会设置PFC。)，其功率因数也比较低，仅为0.7左右，会造成了大量的无功损耗。美国专利申请US2005/0281377A1、US2008/0112537A1和中国发明申请CN102611188A分别公开了一种C形臂、CT机和X光机，其具有基于超级电容器的功率缓冲器。中国实用新型专利CN201393172Y公开了一种X光机大功率储能装置，其具有并联的超级电容器组和蓄电池组。美国专利US6169782B1公开了一种基于电池和电容的供电装置，电池通过一升压电路(boost circuit)为电容充电，该供电装置用于一X射线系统。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种供电装置、医疗器械和CT机，用以简化电路。

根据本实用新型的第一方面，提供一种供电装置，包括：一电池，其具有一第一正极和一第一负极；一超级电容器，其具有一第二正极和一第二负极，所述第二负极与所述电池的第一负极连接；一二极管，其具有一第三正极和一第三负极，所述第三正极与所述电池的第一正极连接，所述第三负极与所述超级电容器的第二正极连接。

在一实施例中，所述供电装置还包括一第一充电器和一第二充电器，所述第一充电器连接至所述电池并为其充电，所述第二充电器连接至所述超级电容器并为其充电。

在一实施例中，所述第一充电器具有一第一门限，所述第二充电器(110；210)具有一第二门限，所述第一充电器被设置为在所述电池的电压小于或等于所述第一门限时为所述电池充电，所述第二充电器被设置为在所述超级电容器的电压小于或等于所述第二门限时为所述超级电容器充电，其中所述第一门限小于所述第二门限。

根据本实用新型的第二方面，提供一种医疗器械，包括：一负载，其具有一第一端和一第二端；一如上文所述的供电装置，所述超级电容器的第二正极和第二负极分别连接至所述负载的第一端和第二端。

在一实施例中，所述负载包括一高压发生器和一X射线管，所述高压发生器具有一第三端和一第四端，所述X射线管连接至所述高压发生器的第三端和第四端。

在一实施例中，所述医疗器械还包括一控制单元，所述控制单元接收所述电池、超级电容器的电能信息以及所述负载的电能需求，所述控制单元被设置为在根据所述电池和超级电容器的电能和所述负载的电能需求的关系来控制所述高压发生器的工作时间。

根据本实用新型的第三方面，提供一种CT机，包括：一旋转部分，其具有一高压发生器和一X射线管；一如上文所述的供电装置，所述超级电容器的第二正极和第二负极连接至所述高压发生器，所述供电装置固定于所述旋转部分。

在一实施例中，所述CT机还包括一控制单元，所述控制单元接收所述电池、超级电容器的电能信息以及所述高压发生器与所述X射线管的电能需求，所述控制单元被设置为在根据所述电池和超级电容器的电能和所述电能需求的关系来控制所述高压发生器的工作时间。

从上述方案中可以看出，本实用新型的供电装置具有使用周期长、功率密度高和能量密度大的优点，并且结构简单。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为根据本实用新型的一第一实施例的医疗器械的示意图。

图2A为根据本实用新型的一第二实施例的CT机的示意图。

图2B为图2A所示的CT机的供电装置的示意图。

在上述附图中，所采用的附图标记如下：

100           医疗器械       112；212       供电装置

200           CT机           114            单相电源

101；201      第一正极       115；215       第一端

102；202       电池           116；216       高压发生器

103；203       第一负极       117；217       第二端

104；204       超级电容器     118；218       X射线管

105；205       第三正极       119；219       第三端

106；206       二极管         120；220       控制单元

107；207       第三负极       121；221       第四端

108；208       第一充电器     122；222       操作者

109；209       第二正极       123；223       负载

110；210       第二充电器     224            旋转部分

111；211       第二负极

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。

图1为根据本实用新型的一实施例的医疗器械100的示意图，图中仅示出了与本实用新型密切相关的部分。如图1所示，医疗器械100包括一负载123和一供电装置112。负载123具有一第一端115和一第二端117。在本实施例中，负载123包括一高压发生器116和一X射线管118，负载123还具有一第三端119和一第四端121。X射线管118连接至高压发生器116的第三端119和第四端121。

供电装置112包括一电池102、一超级电容器104和一二极管106。电池102具有一第一正极101和一第一负极103。超级电容器104具有一第二正极109和一第二负极111，第二负极111与电池102的第一负极103连接。超级电容器104的第二正极109和第二负极111分别连接至负载123的第一端115和第二端117。二极管106具有一第三正极105和一第三负极107，第三正极105与电池102的第一正极101连接，第三负极107与超级电容器104的第二正极109连接。在电池102与超级电容器104的电压差使二极管107导通时，电池102与超级电容器104共同为负载123供电。在电池102与超级电容器104的电压差使二极管107截止时，仅超级电容器104为负载123供电。

在其他实施例中，二极管107也可以用其他电路替代。

与电解电容器相比，超级电容器具有寿命长，功率密度高的特点。相比于电池，超级电容器在给定的体积下能提供更高的峰值功率，并且可具有百万次以上的深度充放电周期。而电池通常只有1000至10,000充放电周期。但相比于超级电容器，电池的能量密度更大。

因此，供电装置112具有使用周期长、功率密度高和能量密度大的优点。

采用供电装置112后，医疗器械100的峰值功率可大大降低，因此可采用单相电源114。而且，由于供电装置112能提供全范围的线电压，因此在遭遇电压波动时，医疗器械100也是稳健的。优选地，第一充电器108和第二充电器110可集成PFC，以提高功率因子。

供电装置112还可包括一第一充电器108和一第二充电器110。第一充电器108连接至电池102并为其充电，第二充电器110连接至超级电容器104并为其充电。

第一充电器108和第二充电器110分别具有一第一门限A和一第二门限B，第一充电器108被设置为在电池102的电压小于或等于第一门限A时为电池102充电，第二充电器110被设置为在超级电容器104的电压小于或等于第二门限B时为超级电容器104充电。在本实施例中，第一门限A小于第二门限B。也即，在电池102与超级电容器104均充满的情况下，超级电容器104的电压大于电池102的电压，此时二极管106截止，仅超级电容器104为负载123供电。若超级电容器104的电压因负载123的消耗而降低到某一值而使二极管106导通时，电池102也开始供电。

电池102与超级电容器104可分别具有一保护电压C和一保护电压D。在电池102与超级电容器104的电压低于各自的保护电压时，电池102和/或超级电容器104停止供电。在本实施例中，B>A>D>C。

医疗器械100还可包括一控制单元120，控制单元120接收电池102、超级电容器104的电能信息以及负载123的电能需求。假设系统所需能量是W1，超级电容器上的电量是Wc1，超级电容器上电量的上限是Wc2，电池的电量是Wb1，电池电量的上限是Wb2。设计要求是系统最大一次曝光所需的能量W1_max<Wc2+Wb2(高压发生器116可近似为不耗能)。控制单元120被设置为根据在电池102和超级电容器104的电能和负载123所需电能的关系来控制高压发生器116的工作时间，具体描述如下：

若W1<Wc1，则即刻可以开始曝光。

若Wc1<W1<Wc2，则打开第二充电器110，待超级电容器104后开始曝光。

若Wc2<W1<Wc2+Wb1，则打开第二充电器110，待超级电容器104充满后开始曝光，前提是超级电容器104和电池102并联能满足负载123的功率要求。

若Wc2+Wb1<W1<Wc2+Wb2，则闭合第一充电器108和第二充电器110，待电池102和超级电容器104充满后开始曝光，前提是电容102和超级电容器104并联能满足负载123的功率要求。

控制单元120还可接收一操作者122的指令，该指令例如是对扫描协议的选择，其决定着X射线管118的电能需求。

图2A为根据本实用新型的一第二实施例的CT机200的示意图，图中仅示出了与本实用新型密切相关的部分。图2B为图2A所示的CT机200的供电装置212的示意图。如图2A所示，CT机200包括一旋转部分224和供电装置212。旋转部分224具有一高压发生器216和一X射线管218。高压发生器216和X射线管218构成一负载223。供电装置212固定于旋转部分224。

高压发生器216具有一第一端215、一第二端217、一第三端219和一第四端221。X射线管218连接至高压发生器216的第三端219和第四端221。

供电装置212包括一电池202、一超级电容器204和一二极管206。电池202具有一第一正极201和一第一负极203。超级电容器204具有一第二正极209和一第二负极211，第二负极211与电池202的第一负极203连接。超级电容器204的第二正极209和第二负极211分别连接至高压发生器216的第一端215和第二端217。二极管206具有一第三正极205和一第三负极207，第三正极205与电池202的第一正极201连接，第三负极207与超级电容器204的第二正极209连接。在电池202与超级电容器204的电压差使二极管207导通时，电池202与超级电容器204共同为高压发生器216供电。在电池202与超级电容器204的电压差使二极管207截止时，仅超级电容器204为高压发生器216供电。

在其他实施例中，二极管207也可以用其他电路替代。

与电解电容器相比，超级电容器具有高能量密度。相比于电池，超级电容器在给定的体积下能提供更高的峰值功率，并且可具有百万次以上的深度充放电周期。而电池通常只有1000至10,000充放电周期。但相比于超级电容器，电池的能量密度更大。

因此，供电装置212具有使用周期长、功率密度高和能量密度大的优点。

可预先给供电装置212的电池202与超级电容器204充电，以使CT机200不再通过滑环给X射线管218供电，即省去功率部分的滑环。若CT机200的旋转部分224能通过某种手段发送或存储原始数据，发送或接收各种指令，CT机200可省略滑环。在其他实施例中，也可以只固定超级电容器204于旋转部分224。在这种情况下，需要保留功率滑环。优选地，第一充电器208和第二充电器210可集成PFC，以提高功率因子。

供电装置212还可包括一第一充电器208和一第二充电器210。第一充电器208连接至电池202并为其充电，第二充电器210连接至超级电容器204并为其充电。

第一充电器208和第二充电器210分别具有一第一门限A和一第二门限B，第一充电器208被设置为在电池202的电压小于或等于第一门限A时为电池202充电，第二充电器210被设置为在超级电容器204的电压小于或等于第二门限B时为超级电容器204充电。在本实施例中，第一门限A小于第二门限B。也即，在电池202与超级电容器204均充满的情况下，超级电容器204的电压大于电池202的电压，此时二极管206截止，仅超级电容器204为高压发生器216供电。若超级电容器204的电压因高压发生器216的消耗而降低到某一值而使二极管206导通时，电池202也开始供电。

电池202与超级电容器204可分别具有一保护电压C和一保护电压D。在电池202与超级电容器204的电压低于各自的保护电压时，电池202和/或超级电容器204停止供电。在本实施例中，B>D>A>C。

CT机200还可包括一控制单元220，控制单元220接收电池202、超级电容器204的电能信息以及X射线管218的电能需求。假设系统所需能量是W1，超级电容器上的电量是Wc1，超级电容器上电量的上限是Wc2，电池的电量是Wb1，电池电量的上限是Wb2。设计要求是系统最大一次曝光所需的能量W1_max<Wc2+Wb2(高压发生器216可近似为不耗能)。控制单元220被设置为根据在电池202和超级电容器204的电能和负载223所需电能的关系来控制高压发生器216的工作时间，具体描述如下：

若W1<Wc1，则即刻可以开始曝光。

若Wc1<W1<Wc2，则打开第二充电器210，待超级电容器204后开始曝光。

若Wc2<W1<Wc2+Wb1，则打开第二充电器210，待超级电容器204充满后开始曝光，前提是超级电容器204和电池202并联能满足负载的功率要求。

若Wc2+Wb1<W1<Wc2+Wb2，则闭合第一充电器208和第二充电器210，待电池202和超级电容器204充满后开始曝光，前提是电容202和超级电容器204并联能满足负载223的功率要求。

控制单元220还可接收一操作者222的指令，该指令例如是对扫描协议的选择，其决定着X射线管218的电能需求。

本实用新型的供电装置具有使用周期长、功率密度高和能量密度大的优点，并且结构简单。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种供电装置，包括：

一电池(102；202)，其具有一第一正极(101；201)和一第一负极(103；203)；

一超级电容器(104；204)，其具有一第二正极(109；209)和一第二负极(111；211)，所述第二负极(111；211)与所述电池(102；202)的第一负极(103；203)连接；

一二极管(106；206)，其具有一第三正极(105；205)和一第三负极(107；207)，所述第三正极(105；205)与所述电池(102；202)的第一正极(101；201)连接，所述第三负极(107；207)与所述超级电容器(104；204)的第二正极(109；209)连接。

2.如权利要求1所述的供电装置，其特征是，所述供电装置还包括一第一充电器(108；208)和一第二充电器(110；210)，所述第一充电器(108；208)连接至所述电池(102；202)并为其充电，所述第二充电器(110；210)连接至所述超级电容器(104；204)并为其充电。

3.如权利要求2所述的供电装置，其特征是，所述第一充电器(108；208)具有一第一门限，所述第二充电器(110；210)具有一第二门限，所述第一充电器(108；208)被设置为在所述电池(102；202)的电压小于或等于所述第一门限时为所述电池(102；202)充电，所述第二充电器(110；210)被设置为在所述超级电容器(104；204)的电压小于或等于所述第二门限时为所述超级电容器(104；204)充电，其中所述第一门限小于所述第二门限。

4.一种医疗器械，包括：

一负载(123)，其具有一第一端(115)和一第二端(117)；

一如权利要求1至3中任一项所述的供电装置(112)，所述超级电容器(104)的第二正极(109)和第二负极(111)分别连接至所述负载(123)的第一端(115)和第二端(117)。

5.如权利要求4所述的供电装置，其特征是，所述负载(123)包括一高压发生器(116)和一X射线管(118)，所述高压发生器(116)具有一第三端(119)和一第四端(121)，所述X射线管(118)连接至所述高压发生器(116)的第三端(119)和第四端(121)。

6.如权利要求5所述的供电装置，其特征是，所述医疗器械还包括一控制单元(120)，所述控制单元(120)接收所述电池(102)、超级电容器(104)的电能信息以及所述负载(123)的电能需求，所述控制单元(120)被设置为在根据所述电池(102)和超级电容器(104)的电能和所述负载(123)的电能需求的关系来控制所述高压发生器(116)的工作时间。

7.一种CT机，包括：

一旋转部分(224)，其具有一高压发生器(216)和一X射线管(218)；

一如权利要求1至3中任一项所述的供电装置(212)，所述超级电容器(204)的第二正极(209)和第二负极(211)连接至所述高压发生器(216)，所述供电装置(212)固定于所述旋转部分(224)。

8.如权利要求7所述的CT机，其特征是，所述CT机还包括一控制单元(220)，所述控制单元(220)接收所述电池(202)、超级电容器(204)的电能信息以及所述高压发生器(216)与所述X射线管(218)的电能需求，所述控制单元(220)被设置为在根据所述电池(202)和超级电容器(204)的电能和所述电能需求的关系来控制所述高压发生器(216)的工作时间。