CN215378756U - 医疗设备及其配电系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及了一种医疗设备及其配电系统。配电系统包括：交流‑直流转换单元，配置为接收第一交流电以转换为第一直流电；功率因数校正电路，配置为接收所述第一直流电以通过所述功率因数校正电路的输出端输出直流母线电压；逆变单元，配置为接收所述直流母线电压以输出用于供电的第二交流电；直流‑直流转换单元，配置为接收所述直流母线电压以提供经电压调节的第二直流电；以及直流‑直流隔离变压器，连接于所述功率因数校正电路的输出端与所述直流‑直流转换单元、逆变单元之间以用于电气隔离。本申请的配电系统降低了供电时交流‑直流的转换次数，提高了供电时的电能转换效率。

Description

医疗设备及其配电系统
技术领域
本实用新型涉及配电技术领域，特别涉及为医疗设备提供电力的配电系统。
背景技术
在医疗设备的配电系统中通常会应用到不间断电源(UPS-UninterruptiblePower Supply)以满足医疗设备在各种供电条件下正常运作。传统的不间断电源有赖于交流市电输入，经过交流-直流整流变压器转换得到直流电，并存储于储能模块的电池中。当配电系统的输入端掉电时，UPS可快速切换成电池或储能模块供电的模式。通过电池或储能模块输出的直流电可经过直流-交流逆变单元再输出交流电以为如医疗设备的供电。市电在UPS内涉及两次直流-电流转换，若配电系统中还涉及直流电的用电单元，该UPS输出的交流电还需要使用如直流-交流转换器转换成直流电使用，多次电能转换对电能的转换率有较大的影响。
实用新型内容
有鉴于此，本公开一方面提出了一种配电系统，该配电系统用于为医疗设备提供配电，应用功率因数校正电路和分别提供输出直流电和交流电有效降低交流-直流电的转换次数，提高配电系统在供电时的电能转换效率。该配电系统包括：交流-直流转换单元，配置为接收第一交流电以转换为第一直流电；功率因数校正电路，配置为接收所述第一直流电以通过所述功率因数校正电路的输出端输出直流母线电压；逆变单元，配置为接收所述直流母线电压以输出用于供电的第二交流电；直流-直流转换单元，配置为接收所述直流母线电压以提供经电压调节的第二直流电；以及直流-直流隔离变压器，连接于所述功率因数校正电路的输出端与所述直流-直流转换单元、逆变单元之间以用于电气隔离。
本公开的另一个方面提供了一种医疗设备，该医疗设备包括如前所述的配电系统，所述配电系统至少包括一逆变单元，通过接收一直流母线电压以输出用于供电的交流电。
本公开所提供的一个或多个实施例的配电系统及医疗设备的一个优势在于，不再使用传统的工频变压器实现隔离变压功能，而是应用功率因数校正电路(PFC)将市电交流电转换成直流母线电压输出，并在PFC的输出端分别通过逆变单元和直流-直流转换单元转换成对医疗设备和储能单元的供电，在整体的配电系统中减少了直流-交流转换的次数，例如在储能单元中仅可涉及一次直流-交流转换，并且应用功率因数校正电路可实现配电系统的变压和隔离，其效率和转换速度皆优于传统的工频变压器的方案。
本公开所提供的一个或多个实施例的配电系统及医疗设备的另一个优势在于，该配电系统的逻辑控制并不有赖于外部的继电器或控制器实现，而是通过例如电气管理单元设定的使能信号控制与不间断电源(UPS)相关的储能或供电的通断。另外，在储能单元体积更小，响应速度更快，且基于一双向直流-直流转换单元在一个接口上依据储能单元的储能状况选择即充电，又可向外供电，使得配电系统的架构更简单。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本公开的实施例，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为示出根据一个示例性实施例的配电系统的功能结构示意图；
图2为示出根据一个示例性实施例的交流-直流转换单元的功能结构示意图。
其中，附图标记如下：
10：配电系统
101：交流-直流转换单元
1011：电磁干扰滤波器
1013：整流器
103：功率因数校正电路
105：直流-直流隔离变压器
106：直流母线电压
107：逆变单元
109：直流-直流转换单元
111：电气管理单元
113：不间断电源
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
功率因数校正电路(PFC-Power Factor Correction)是一种可以改善交流电源端功率因数的电路，是一种开关模式电源。可以分为被动功率因数修正、主动功率因数修正以及动态功率因数修正。以基于升压转换器(Boost转换器)的主动功率因数修正电路为例，升压转换器会在输入电流和电压同相位的及相同频率的条件下，维持其输出是恒值的直流电压。在应用升压转换器需要相应增加半导体开关及控制电路(线路)，使得PFC电路可以通过接收使能信号来控制器通断。
根据本公开实施例的一个方面，启发于应用PFC电路可实现变压和隔离的优势，提供了一种基于功率因数校正电路(PFC)的配电系统，并在PFC的输出端分别连接逆变单元和直流-直流转换单元可分别对医疗设备和储能单元供电，该配电系统可有效减少直流-交流的电能转换次数，使得效率、转换速度皆优于基于传统的工频变压器的配电系统。下面结合附图详细描述本公开的示例性实施例。
参看图1示出了根据本公开实施例的配电系统的功能结构示意图。
如图1所示，该配电系统10包括：交流-直流转换单元101(AC/DC)，配置为接收第一交流电以转换为第一直流电；功率因数校正电路103(PFC)，配置为接收第一直流电以通过功率因数校正电路103的输出端输出直流母线电压106；逆变单元107(DC/AC)，配置为接收直流母线电压106以输出用于供电的第二交流电，例如逆变单元107的输出端可与一医疗设备连接以向其提供第二交流电；直流-直流转换单元109(DC/DC)，配置为接收直流母线电压106以提供经电压调节的第二直流电；以及直流-直流隔离变压器109，连接于功率因数校正电路103的输出端与逆变单元107、直流-直流转换单元109之间以用于电气隔离，其中，第二直流电的电压不同于直流母线电压106。在此，为了匹配例如医疗配电中的隔离要求，在功率因数校正电路103的输出端需接入直流-直流隔离变压器109，使直流母线电压106可经隔离后分别供电给逆变单元107和直流-直流转换单元109。
在此，第一交流电可以是交流-直流转换单元101接收的市电，市电交流电可以提供电压幅值在100V至240V之间的交流电。交流-直流转换单元101可将市电交流电转换为第一直流电。
另外，功率因数校正电路103可将接收的第一直流电输出为直流电压幅值约在400V左右的直流母线电压106，即通过一直流母线承载直流母线电压106。
另外，需要说明的是，直流-直流转换单元109用于提供经电压调节的第二直流电是出于其接收的直流母线电压106的电压幅值约在400V左右，而其后端所连接的储能单元，或不间断电源(UPS)所提供的电池通常低于400V的直流电压幅值下接收充电。因此，需利用直流-直流转换单元109对直流母线电压106作电压调节，以降低其电压至可被应用的第二直流电。
根据一些示出的实施例，该配电系统10的直流-直流转换单元109的输出端还与一个储能单元连接，储能单元配置为接收第二直流电以存储电能，储能单元可包括电池，即由电池接收第二直流电进行充电。在一些示出的实施例，储能单元还设置为与一不间断电源113(UPS)连接，并配置为向不间断电源113供电，以使不间断电源113可向外供电。容易理解的是，例如当市电掉电时，储能单元中所存储的电能可通过不间断电源113向外供电。
根据一些示出的实施例，为使直流-直流转换单元109可实现充电和放电的功能，即考虑例如储能单元在与直流-直流转换单元109连接使可根据不同的状态，例如储能单元在亏电状态时配置为经直流-直流转换单元109向储能单元充电，以及在例如市电掉电时可使储能单元经不间断电源113通过直流-直流转换单元109向(交流)逆变单元107提供适当的直流母线电压106，以保障向逆变单元107后端的用电设备，例如医用设备供电，为此该配电系统10的直流-直流转换单元109包括一个双向直流-直流变换器，以分别实现向储能单元提供合适的电压进行充电，以及在如市电掉电时利用储能单元经不间断电源113对向外供电的逆变单元107提供适当的直流母线电压106而由储能单元释放其存储的电能。需要说明的是，传统上UPS的输入输出电压通常是230V交流电，而在本公开中的配电系统10，不间断电源113的输入、输出的电能要与直流母线电压106向适配。
根据一些示出的实施例，为检测储能单元的电能存储状态实现控制储能单元的充电、放电过程，为此配电系统10还包括：电气管理单元111(EMS-Energy ManagementSystem)，设置为与直流-直流转换单元109连接以监测储能单元的电能存储状态，电气管理单元111被配置为当监测到储能单元处于亏电状态时，控制直流-直流转换单元109向储能单元提供第二直流电，以向储能单元充电；当电气管理单元111监测到储能单元处于满电状态时，控制直流-直流转换单元109处于待机状态，切断向储能单元提供第二直流电。
根据一些示出的实施例，为判断市电的供电状态，已实现据市电的供电转台控制储能单元是否输出供电，以进一步控制与储能单元关联的不间断电源113的工作状态。为此配电系统10的电气管理单元111被进一步配置为监测直流母线电压106，并配置为在判断第一交流电，例如市电断开时，电气管理单元111控制储能单元输出供电。根据如前所示出的实施例，储能单元可以通过双向直流-直流变换器分别实现接收直流母线电压106以转换得到适于向储能单元充电的合适电压的第二直流电，以及储能单元释放的电能通过双向直流-直流变压器向直流母线电压106提供适当电压的直流电，以进一步通过逆变单元107向外部用电设备供电。
根据一些实施例，在储能单元与不间断电源113连接关联时，电气管理单元111监测直流母线单元106以判断市电提供状状态，当判断市电断开时，电气管理单元111控制储能单元通过不间断电源113向外输出电能，例如通过所述的双向直流-直流变换器向直流母线电压106提供适当电源的直流电，以在市电掉电的情况下通过逆变单元107向外部用电设备供电。例如，电气管理单元111可实时监测直流母线电压106的电压状态，在判断市电断开或掉电时，可在约150ms内，切换到由不间断电源113继续向外供电。
参考图2示出根据一个示例性实施例的交流-直流转换单元的功能结构示意图。
根据一些示出的实施例，如图2所示，配电系统10的交流-直流转换单元101包括：电磁干扰滤波器1011(EMI-Electromagnetic Interference)，配置为接收第一交流电，例如对单相的市电交流电滤波；以及整流器1013，设置为与电磁干扰滤波器1011的输出端连接，接收第一交流电以转换为第一直流电。该交流-直流转换单元101通过上述架构将单相的市电交流电转换为第一直流电。
根据本公开的另一个实施例，提供了一种医疗设备，该医疗设备包括前述的任一种配电系统，其中，配电系统通过逆变单元接收直流母线电压的供电并与相关医疗设备连接向其提供适合的第二交流电。在此，医疗设备例如是CT设备、MRI设备、血管造影机、X射线成像设备等。医疗设备通常包括机关，配电系统可安装在机柜中。
以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本公开的保护范围。

Claims (8)

1.一种配电系统，其特征在于，包括：
交流-直流转换单元(101)，配置为接收第一交流电以转换为第一直流电；
功率因数校正电路(103)，配置为接收所述第一直流电以通过所述功率因数校正电路的输出端输出直流母线电压(106)；
逆变单元(107)，配置为接收所述直流母线电压(106)以输出用于供电的第二交流电；
直流-直流转换单元(109)，配置为接收所述直流母线电压(106)以提供经电压调节的第二直流电；以及
直流-直流隔离变压器(105)，连接于所述功率因数校正电路(103)的输出端与所述直流-直流转换单元(109)、逆变单元(107)之间以用于电气隔离。
2.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述直流-直流转换单元(109)的输出端还与一个储能单元连接，所述储能单元配置为接收所述第二直流电以存储电能。
3.根据权利要求2所述的配电系统，其中，还包括：
电气管理单元(111)，设置为监测所述储能单元的电能存储状态并与所述直流-直流转换单元(109)连接，所述电气管理单元被配置为当监测到所述储能单元处于亏电状态时，控制所述直流-直流转换单元(109)向所述储能单元提供第二直流电；
当所述电气管理单元(111)监测到所述储能单元处于满电状态时，控制所述直流-直流转换单元(109)处于待机状态，切断向所述储能单元提供第二直流电。
4.根据权利要求3所述的配电系统，其中，所述电气管理单元(111)被进一步配置为监测所述直流母线电压(106)的电压状态，并配置为在判断所述第一交流电断开时，所述电气管理单元(111)控制所述储能单元输出供电。
5.根据权利要求2所述的配电系统，其中，所述储能单元还设置为与一不间断电源连接(113)，并配置为向所述不间断电源(113)供电，使得所述不间断电源(113)能够输出供电。
6.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述交流-直流转换单元(101)包括：
电磁干扰滤波器(1011)，配置为接收第一交流电并对其滤波；以及
整流器(1013)，设置为与所述电磁干扰滤波器(1011)的输出端连接，并配置为接收第一交流电以转换为第一直流电。
7.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述直流-直流转换单元(109)包括一个双向直流-直流变换器。
8.一种医疗设备，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的配电系统。
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