TWI795185B - 高電壓直流電源供應器 - Google Patents

Abstract

一種絕緣芯型變壓器(ICT)高電壓直流電源供應器。所 述電源供應器包括多個印刷電路板，所述多個印刷電路板各自包括次級繞組及電壓二倍器電路。這些電壓二倍器電路串聯排列。堆疊的印刷電路板被多個均壓環環繞。最後均壓環電連接到輸出電壓。然後，高電壓電阻器設置在相鄰的均壓環之間以形成分壓器。第一均壓環的電壓可用作回饋系統的一部分來調節交流電源供應器的輸出。通過將高電壓電阻器設置在均壓環上，可實現更均勻的電壓梯度。

Description

高電壓直流電源供應器

本發明的實施例涉及在絕緣芯型變壓器高電壓電源供應器中使電壓沿著高電壓電阻器串均勻地分佈的系統。

本發明主張2021年2月3日提出申請的序號為17/166,413的美國專利申請的優先權，所述美國專利申請的揭露內容全文併入本案供參考。

絕緣芯型變壓器(Insulated Core Transformer，ICT)高電壓電源供應器是從交流(alternating current，AC)電壓生成高電壓直流(direct current，DC)輸出的方法。所輸入的AC電壓與初級繞組連通。

在某些實施例中，存在單個次級繞組，所述單個次級繞組將輸入電壓乘以與次級繞組中的匝數對初級繞組中的匝數的比率相等的因數。使用電壓二倍器電路提供電壓的整流及加倍，所述電壓二倍器電路包括二極體及電容器。通常，電壓二倍器包括兩個電容器及兩個二極體，所述兩個電容器用於存儲電壓，所述 兩個二極體中的每一者使得電流僅在一個方向上流動。電容器串聯排列，從而使得電壓加倍。

在其他實施例中，存在多個次級繞組，所述多個次級繞組各自具有專用的電壓二倍器電路。所述電壓二倍器電路串聯排列以生成所期望的較高DC電壓。

ICT高電壓電源供應器包括多個堆疊的印刷電路板，其中每一印刷電路板包括高電壓電源供應器的一個級。舉例來說，如果旨在使所期望的高電壓輸出為125千伏(kV)，則可存在十個堆疊的印刷電路板，每一印刷電路板產生12.5kV。這些印刷電路板串聯連接以生成高電壓輸出。

此外，在一些實施例中，經由閉環控制來控制AC電壓。對實際的輸出電壓與所期望的輸出電壓進行比較並相應地調整所述AC電壓。此可通過利用分壓器來實現占輸出電壓的預定百分比的低DC電壓來達成。舉例來說，所述分壓器可用於從125kV的輸出電壓實現10伏(V)的輸出。然後，將此10V的輸出用作回饋的一部分來控制AC電壓。

由於高電壓輸出的量值，分壓器通常是使用多個高電壓電阻器以及一個或多個低電壓電阻器來實現。舉例來說，為了實現10V的輸出，可串聯排列五個400兆歐(MΩ)的電阻器以形成高電壓電阻器串。所述高電壓電阻器串的一端可連接到輸出電壓，且所述高電壓電阻器串的第二端可連接到低電壓電阻器，例如160千歐(kΩ)的電阻器。低電壓電阻器的另一端可接地。如 果輸出電壓實際上是125kV，則跨越低電壓電阻器的電壓可以是10V。如果輸出電壓不同於所期望的輸出，則跨越低電壓電阻器的電壓將不同於此電壓。

然而，在某些實施例中，由於雜散電容，跨越所述多個高電壓電阻器的電壓可並不相等，而致使一些電阻器耗散得比理想的電壓少，而其他電阻器被迫耗散比理想的電壓多的電壓。

跨越電阻器的此種電壓不均勻分佈可對這些元件造成電壓應力，此可導致過早的元件故障。除電壓應力之外，由於進入及離開分壓器中的每一電阻器的電流可因雜散電容而不相同，因此還會出現電壓測量誤差。此導致實際的輸出電壓與所測量的輸出電壓之間存在差異。

因此，如果存在改進跨越這些元件的電壓均勻性的系統及方法將是有利的。此外，如果此方法成本低且容易實施，則將是有益的。

揭露一種絕緣芯型變壓器(ICT)高電壓DC電源供應器。所述電源供應器包括多個印刷電路板，所述多個印刷電路板各自包括次級繞組及電壓二倍器電路。這些電壓二倍器電路串聯排列。堆疊的印刷電路板被多個均壓環環繞。最後均壓環電連接到高輸出電壓。然後，高電壓電阻器設置在相鄰的均壓環之間以形成分壓器。第一均壓環的電壓可用作回饋系統的一部分來調節AC 電源供應器的輸出。通過將高電壓電阻器設置在均壓環上，可實現更均勻的電壓梯度。

根據一個實施例，揭露一種生成DC電壓的高電壓DC電源供應器。所述高電壓DC電源供應器包括：初級繞組；多個堆疊的印刷電路板，包括第一印刷電路板及最後印刷電路板，每一印刷電路板包括次級繞組及電壓倍增器電路，所述次級繞組具有第一端及第二端，所述電壓倍增器電路與所述次級繞組連通且具有高電壓輸出及較低電壓；其中第一印刷電路板的所述高電壓輸出與相鄰的第二印刷電路板的較低電壓連通，且最後印刷電路板的所述高電壓輸出包括DC電壓；以及多個均壓環，環繞所述多個堆疊的印刷電路板，其中所述多個均壓環中的最後均壓環與所述DC電壓連通；以及高電壓電阻器，設置在相鄰的均壓環之間以形成分壓器，其中所述多個均壓環中的第一均壓環連接到低電壓電阻器的一個端子且低電壓電阻器的第二端子連接到接地，其中跨越所述低電壓電阻器的電壓指示所述DC電壓。

在某些實施例中，所述第一印刷電路板與所述最後印刷電路板之間設置有至少一個附加印刷電路板。在一些實施例中，所述多個均壓環中的第一均壓環與所述多個均壓環中的最後均壓環之間設置有至少一個附加均壓環。在一些實施例中，由每一電壓倍增器電路生成的電壓是相同的。在一些實施例中，所述高電壓DC電源供應器包括：AC電源供應器，與所述初級繞組連通；以及回饋系統，與所述AC電源供應器連通。在某些實施例中，所 述回饋系統使用跨越所述低電壓電阻器的所述電壓來控制所述AC電源供應器的輸出。在某些實施例中，與其中不採用均壓環的實施例相比，與跨越所述低電壓電阻器的電壓相關聯的測量誤差減小至少3倍。在一些實施例中，所述多個堆疊的印刷電路板中的至少一者包括一個以上電壓倍增器電路。在某些實施例中，所述電壓倍增器電路包括電壓二倍器電路。在某些其他實施例中，所述電壓二倍器電路包括：電容器串，包括串聯排列的多個電容器，其中電容器串中的第一電容器的負端處於低電壓下且所述電容器串中的最後電容器的正端處於所述高電壓輸出下；以及二極體串，包括串聯排列的多個二極體，其中所述二極體串中的第一二極體的陽極連接到較低電壓且所述二極體串中的最後二極體的陰極連接到所述高電壓輸出；其中所述次級繞組的第一端電連接到所述電容器串的中點且所述次級繞組的第二端電連接到所述二極體串的中點。在一些實施例中，每一印刷電路板包括至少一個附加次級繞組，所述至少一個附加次級繞組具有第一端及第二端；且其中所述電壓倍增器電路包括多個低電壓二倍器電路，所述多個低電壓二倍器電路排列串聯以形成在第一端處具有較低電壓且在第二端處具有高電壓輸出的電壓倍增器電路，其中每一低電壓二倍器電路包括正端及負端且包括串聯排列的第一電容器及第二電容器以及串聯排列的第一二極體及第二二極體，其中所述第一電容器的正端電連接到第一二極體的陰極且包括低電壓二倍器電路的正端，且所述第二電容器的負端電連接到第二二極體的 陽極且包括低電壓二倍器電路的負端，其中相應的次級繞組的第一端電連接到連接第一電容器與第二電容器的跡線，且相應的次級繞組的第二端電連接到連接第一二極體與第二二極體的跡線。

根據另一實施例，揭露一種用於生成DC電壓的高電壓DC電源供應器。所述高電壓DC電源供應器包括：初級繞組；多個堆疊的印刷電路板，包括第一印刷電路板及最後印刷電路板，每一印刷電路板包括次級繞組及電壓倍增器電路，所述次級繞組具有第一端及第二端，所述電壓倍增器電路與所述次級繞組連通且具有高電壓輸出及較低電壓；其中第一印刷電路板的所述高電壓輸出與相鄰的第二印刷電路板的所述較低電壓連通且最後印刷電路板的所述高電壓輸出包括DC電壓；以及多個均壓環，環繞所述多個堆疊的印刷電路板，其中所述多個均壓環中的最後均壓環與所述DC電壓連通；且所述高電壓電阻器設置在相鄰的均壓環之間以形成分壓器，其中所述均壓環中的第一均壓環連接到接地。在某些實施例中，所述第一印刷電路板與所述最後印刷電路板之間設置有至少一個附加印刷電路板。在一些實施例中，所述多個均壓環中的第一均壓環與所述多個均壓環中的最後均壓環之間設置有至少一個附加均壓環。在一些實施例中，由每一電壓倍增器電路生成的電壓是相同的。在一些實施例中，所述多個堆疊的印刷電路板中的至少一者包括一個以上電壓倍增器電路。在某些實施例中，所述電壓倍增器電路包括電壓二倍器電路。在某些其他實施例中，所述電壓二倍器電路包括：電容器串，包括串聯排列 的多個電容器，其中所述電容器串中的第一電容器的負端處於所述較低電壓下且所述電容器串中的最後電容器的正端處於所述高電壓輸出下；以及二極體串，包括串聯排列的多個二極體，其中所述二極體串中的第一二極體的陽極連接到所述較低電壓且所述二極體串中的最後二極體的陰極連接到所述高電壓輸出；其中所述次級繞組的第一端電連接到電容器串的中點且所述次級繞組的第二端電連接到所述二極體串的中點。在一些實施例中，每一印刷電路板包括至少一個附加次級繞組，所述至少一個附加次級繞組具有第一端及第二端；且其中所述電壓倍增器電路包括多個低電壓二倍器電路，所述多個低電壓二倍器電路串聯排列以形成在第一端處具有較低電壓及在第二端處具有高電壓輸出的所述電壓倍增器電路，其中每一低電壓二倍器電路包括正端及負端且包括串聯排列的第一電容器及第二電容器以及串聯排列的第一二極體及第二二極體，其中第一電容器的正端電連接到第一二極體的陰極且包括所述低電壓二倍器電路的正端，且第二電容器的負端電連接到第二二極體的陽極且包括低電壓二倍器電路的負端，其中相應的次級繞組的第一端電連接到連接所述第一電容器與所述第二電容器的跡線，且相應的次級繞組的所述第二端電連接到連接第一二極體與第二二極體的跡線。

1:絕緣芯型變壓器(ICT)高電壓直流(DC)電源供應器

10:交流(AC)電壓電源供應器

20:初級繞組

30:堆疊的印刷電路板/印刷電路板

30a:最後印刷電路板

30b:第一印刷電路板

31:次級繞組

32:電壓二倍器電路

34:較低電壓

35:較高電壓

38:低電壓電阻器

40:均壓環

40a:最後均壓環

40b:第一均壓環

50:高電壓電阻器

100:電容器

110:二極體

301:高電壓二倍器電路

350:低電壓二倍器電路

360a、360b:電容器

370a、370b:二極體

500:回饋系統

700、710:線

為了更好地理解本揭露，參考附圖，所述附圖併入本案 供參考且在附圖中：

圖1示出示出根據一個實施例的電壓不均勻性已得到補償的高電壓電源供應器的代表示意圖。

圖2示出設置在根據一個實施例的圖1所示高電壓電源供應器中的印刷電路板中的每一者上的電壓二倍器的佈局。

圖3示出設置在根據另一實施例的圖1所示高電壓電源供應器中的印刷電路板中的每一者上的電壓二倍器的佈局。

圖4示出用於根據一個實施例的圖1所示高電壓電源供應器的電阻器串的特寫圖。

圖5示出根據一個實施例的設置在均壓環上的電阻器分壓器。

圖6示出根據另一實施例的設置在均壓環上的電阻器分壓器。

圖7示出與現有技術相比跨越高電壓電源供應器中的電阻器分壓器的電壓分佈。

本揭露闡述用於在ICT高電壓DC電源供應器中跨越分壓器實現更均勻的電壓分佈且減小電壓測量誤差的系統及方法。另外，本揭露闡述用於跨越環繞ICT高電壓DC電源供應器的多個均壓環實現更均勻的電壓分佈的系統。

圖1示出ICT高電壓DC電源供應器1的第一實施例。ICT 高電壓DC電源供應器1包括初級繞組20。初級繞組20可連接到AC電壓電源供應器10。初級繞組20穿過多個堆疊的印刷電路板30中的每一者中的一個或多個開口。舉例來說，如圖1中所示，初級繞組20安置在鐵素體底部柱上。印刷電路板(PCB)30中的每一者包括一個或多個次級繞組31，所述一個或多個次級繞組31靠近與磁通量相關的鐵素體底部柱。每一PCB上的次級繞組31與設置在所述印刷電路板30上的電壓倍增器電路連通，如下文更詳細地闡述。此外，在某些實施例中，每一印刷電路板30可具有兩個電壓倍增器電路，所述兩個電壓倍增器電路中的每一者與一個或多個次級繞組31連通。另外，一個PCB上的電壓倍增器電路的輸出可用作設置在相鄰的PCB上的電壓倍增器電路的輸入電壓。換句話說，一個印刷電路板30上的電壓倍增器電路的輸出與形成在堆疊中的其他印刷電路板上的電壓倍增器電路串聯級聯，以形成高電壓輸出。每一印刷電路板產生獨立的電壓且串聯級聯以生成高電壓輸出。在某些實施例中，電壓倍增器電路包括電壓二倍器電路。

圖2示出可設置在每一印刷電路板30上的電壓二倍器電路32的第一實施例。印刷電路板30可以是具有多個層的傳統印刷電路板，其中導電層藉由絕緣材料(例如FR4)彼此分離。在某些實施例中，印刷電路板30可包括兩個導電層：頂表面及底表面。電跡線可設置在印刷電路板的這些層上。可使用通路(via)將頂表面上的跡線連接到底表面上的跡線。這些電跡線用於電連 接設置在印刷電路板上的各種元件。在其他實施例中，可存在多於兩個的導電層。

電壓二倍器電路32還包括電容器串。所述串包括串聯排列的多個電容器100。電容器可各自具有相同的電容及電壓額定值。電容器串的第一端連接到較低電壓34，且電容器串的第二端連接到較高電壓35。電壓二倍器電路32還包括二極體串。所述二極體串包括也串聯排列的多個二極體110。二極體串的第一端連接到較低電壓34，且二極體串的第二端連接到較高電壓35。二極體串中的一個二極體的陰極連接到所述二極體串中的相鄰二極體的陽極。因此，二極體串中的第一二極體的陽極連接到較低電壓34，且所述二極體串中的最後二極體的陰極連接到較高電壓35。在AC迴圈的正部分期間，設置在中點與較高電壓35之間的二極體傳導電流且給設置在中點與較高電壓35之間的電容器充電。在AC迴圈的負部分期間，設置在中點與較低電壓34之間的二極體傳導電流且給設置在中點與較低電壓34之間的電容器充電。因此，每一二極體的陰極具有比所述二極體的陽極高的電壓。

在某些實施例中，二極體110的數目與電容器100的數目是相等的。在其他實施例中，二極體110的數目與電容器100的數目可不同。電容器100的數目及二極體110的數目可以是偶數，以使得在中點的每一側上二極體及電容器的數目是相等的。次級繞組31的第一端電連接到電容器串的中點。次級繞組31的第二端電連接到二極體串的中點。中點表示設置在第一端與所述 中點之間的電容器100(及二極體110)與設置在所述中點與第二端之間的電容器100(及二極體110)數目相同。

雖然圖2示出十二個電容器100及十二個二極體110，但本揭露並不僅限於此實施例。更確切地說，電容器100的數目及二極體110的數目不受本揭露限制。此外，電容器100的數目及二極體110的數目無需相同。

圖3示出可設置在每一印刷電路板30上的高電壓二倍器電路301的第二實施例。在此實施例中，存在多個次級繞組31。每一次級繞組31與相關聯的低電壓二倍器電路350連通。每一低電壓二倍器電路350包括串聯排列的兩個電容器360a、360b及串聯排列的兩個二極體370a、370b。次級繞組31的第一端與連接兩個電容器360a、360b的跡線電接觸。次級繞組31的第二端與將二極體370a的陽極連接至二極體370b的陰極的跡線電接觸。電容器360a的正端電連接到二極體370a的陰極。電容器360b的負端電連接到二極體370b的陽極。

低電壓二倍器電路350串聯連接以實現高電壓二倍器電路301。換句話說，一個低電壓二倍器電路350中的二極體370a的陰極與相鄰的低電壓二倍器電路350中的二極體370b的陽極電接觸。每一低電壓二倍器電路350串聯電連接到至少一個其他的低電壓二倍器電路350以形成高電壓二倍器電路301。

第一低電壓二倍器電路350的輸入與較低電壓34電接觸，而最後低電壓二倍器電路350的輸出與較高電壓35電接觸。

無論採用哪一電壓二倍器電路，堆疊中的一個印刷電路板30的較高電壓35均會電連接到所述堆疊中的相鄰印刷電路板的較低電壓34。在一些實施例中，由每一印刷電路板上的電壓二倍器電路生成的電壓是相同的。

因此，每一PCB的電壓二倍器電路的輸出與相鄰PCB的電壓二倍器電路串聯，以將電壓二倍器電路級聯。舉例來說，如果將十個PCB堆疊在一起，其中每一PCB上的電壓二倍器電路生成12.5kV，則輸出電壓可為125kV。當然，可使用不同數目的PCB，且由每一電壓二倍器電路生成的電壓可與上文所提供的實例不同。生成輸出電壓的PCB可被稱為最後印刷電路板。此最後印刷電路板是串聯中的最後PCB。串聯中的第一印刷電路板可被稱為第一印刷電路板。如果如圖1中所示在垂直方向上堆疊印刷電路板，則第一PCB可以是最底部印刷電路板，而最後PCB可以是最頂部印刷電路板。當然，可將所述堆疊倒置以使得最後PCB成為最底部印刷電路板。

雖然以上說明參考電壓二倍器電路，但應理解，這些電壓倍增器電路可不使電壓加倍。舉例來說，可使用電壓三倍器電路、電壓四倍器電路或整流器電路。

再次參考圖1，多個均壓環40環繞堆疊的印刷電路板30。均壓環40用於減小由ICT高電壓DC電源供應器1所致的電暈效應。均壓環40也用於沿著堆疊的印刷電路板30實現更均一的電勢。均壓環40由例如金屬等導電材料製成。均壓環可以是圓 環且具有比印刷電路板30的尺寸大的內徑。

所述多個均壓環40的最後均壓環與可由最後印刷電路板生成的輸出電壓連通。因此，施加到最後均壓環的電壓等於ICT高電壓DC電源供應器1的輸出電壓。第一均壓環可與第一印刷電路板連通，所述第一印刷電路板可以是最底部印刷電路板，如下文更詳細地闡述。在某些實施例中，最後均壓環與第一均壓環之間設置有至少一個均壓環。在一些實施例中，最後均壓環與第一均壓環之間設置有多個均壓環。

均壓環40的數目可不同於印刷電路板30的數目。

使用高電壓電阻器50來電連接相鄰的均壓環40。舉例來說，如果存在六個均壓環40，則存在串聯排列的五個高電壓電阻器50，所述五個高電壓電阻器50用於實現均壓環40上的分壓器。每一高電壓電阻器50的電阻可相同。這些高電壓電阻器50形成高電壓電阻器串。

這些高電壓電阻器50可直接附接到均壓環40，如在圖4中最好地看到。舉例來說，每一高電壓電阻器50的端子可夾持或以其他方式貼附到兩個相鄰的均壓環40。均壓環40及高電壓電阻器50用作遮罩電容以補償雜散電容。高電壓電阻器50放置在均壓環40上以使得來自雜散電容的洩漏幾乎或完全由均壓環40中和，從而使得沿著分壓器的電壓差是幾乎均勻的。

圖5示出示出十個堆疊的印刷電路板30及六個均壓環40的框圖。最後均壓環40a與由最後印刷電路板30a生成的輸出電 壓電連通。高電壓電阻器50用於連接相鄰的均壓環，以使得每一對相鄰的均壓環40之間存在高電壓電阻器。第一均壓環40b與第一印刷電路板30b電連通。注意，其他均壓環40均不與其他印刷電路板中的任一者產生的電壓連通。在某些實施例中，最後印刷電路板30a與第一印刷電路板30b之間設置有至少一個印刷電路板。在一些實施例中，最後印刷電路板30a與第一印刷電路板30b之間設置有多個印刷電路板。

第一均壓環40b電連接到可設置在第一印刷電路板30b上的低電壓電阻器38。舉例來說，第一印刷電路板30b上的低電壓電阻器的一個端子可與第一均壓環40b連通，而低電壓電阻器的第二端子可與接地連通。作為另外一種選擇，低電壓電阻器38的一個端子可設置在第一均壓環40b上或被設置成接近第一均壓環40b，而低電壓電阻器的第二端子可連接到接地。在這些實施例中，第一均壓環40b不接地，但處於由分壓器實現的電壓下，所述分壓器包括設置在均壓環40上的高電壓電阻器50及與第一均壓環40b連通的低電壓電阻器38。舉例來說，如果設置在均壓環40上的高電壓電阻器50各自是400MΩ且低電壓電阻器38是160kΩ，則第一均壓環40b的電壓可為10.000V。

在此實施例中，第一均壓環40b的電壓可用作回饋系統500的一部分，回饋系統500控制AC電壓電源供應器10的量值。回饋系統500可包括控制器，例如比例控制器、比例-微分(proportional-derivation，PD)控制器、比例-積分-微分 (proportional-integral-derivative，PID)控制器或其他類型的控制器。舉例來說，如果第一均壓環40b的電壓小於預期值，則回饋系統500可增大從AC電壓電源供應器10輸出的電壓。反之，如果第一均壓環40b的電壓大於預期值，則回饋系統500可減小從AC電壓電源供應器10輸出的電壓。

根據圖6中所示的另一實施例，第一均壓環40b電連接到接地。此可經由通向第一印刷電路板30b的連接來達成。如此一來，每一均壓環40的電壓大約等於N×(輸出電壓)/M-1，其中M是串聯中的均壓環40的數目且N是串聯中的均壓環的位置。具體來說，第一均壓環40b的N的值是0；且最後均壓環40a的N的值是M-1。此外，如上文關於圖4所述，僅最後均壓環40a與印刷電路板30的輸出電壓連通。其餘的均壓環僅經由高電壓電阻器50與相鄰的均壓環連通，唯第一均壓環40b除外，第一均壓環40b還與接地連通。

舉例而言，如果輸出電壓是125kV且存在6個均壓環，則均壓環40的電壓可分別為0、25kV、50kV、75kV、100kV及125kV。在此實施例中，均壓環40不向AC電壓電源供應器10提供回饋。更確切地說，在此實施例中，高電壓電阻器50用於跨越堆疊的印刷電路板30實現更均勻的電壓梯度。

本文中所述的系統具有諸多優點。對具有125kV的輸出的高電壓電源供應器執行類比。採用各自包括電壓二倍器電路的十個印刷電路板。在一個實施例中，不採用均壓環40，且上文所 述的高電壓電阻器50設置在印刷電路板中的一者或多者上。存在五個高電壓電阻器50，所述五個高電壓電阻器50各自具有400MΩ的電阻。另外，印刷電路板中的一者上還設置有具有160kΩ的電阻的低電壓電阻器38。如上文所述，這六個電阻器形成分壓器。由於雜散電容，跨越高電壓電阻器串中的每一高電壓電阻器50的電壓是不均勻的。更確切地說，由於更多的電流穿過最接近高電壓輸出的高電壓電阻器50，因此跨越此高電壓電阻器50的電壓降是最大的。跨越高電壓電阻器串中的每一高電壓電阻器50的電壓可從高電壓輸出減小。舉例來說，每一電阻器處的類比電壓如下： 125.0kV；85.21kV；57.34kV；32.10kV；14.837kV；及9.394V。

圖7的線700上示出每一高電壓電阻器處的此電壓。此表明接近高電壓輸出的高電壓電阻器上存在更大的電壓應力，此可導致過早的故障。

此外，使用此實施例，在低電壓電阻器38處測量的電壓小於理論值。舉例來說，如果輸出電壓是125kV，則在低電壓電阻器38處測量的電壓在理論上可為10.000V。然而，在此實施例中，類比電壓僅為9.4V，如上文所述。此電壓差可影響準確地實現所期望的高電壓輸出的能力。

然而，當如圖5中所述地引入均壓環40且在均壓環40上設置高電壓電阻器50時，電壓均勻性得到極大的改進。舉例來說，跨越分壓器的類比電壓可為： 125.0kV；98.960kV；75.340kV；48.66kV；24.34kV；及9.876V。

圖7的線710中示出跨越高電壓電阻器50的電壓。具體來說，誤差並非0.6V，當使用均壓環40時測量誤差小於0.125V。即測量誤差減小四倍。在其他實施例中，測量誤差可減小至少3倍。

另外，跨越高電壓電阻器50中的每一者的電壓現在更均勻且低電壓電阻器38處的電壓更接近理論值。因此，元件可靠性可得以改進且對高電壓輸出的控制可更精確。此是由於由均壓環40實現的遮罩電容的效果。

此外，在相鄰的均壓環40之間放置高電壓電阻器50也能沿著均壓環實現更均勻的電勢梯度。舉例來說，在某些實施例中，每一電壓二倍器電路的電壓可根據設計、負載或其他參數而有所不同。通過僅使用高電壓輸出且使用多個高電壓電阻器連接均壓環，可在均壓環40上實現比原本可實現的電壓梯度更均勻的電壓梯度。

本揭露的範圍不受本文中所述的具體實施例限制。實際上，除本文中所述的實施例及修改之外，所屬領域的技術人員從前述說明及附圖將明白本揭露的其他各種實施例及修改。因此，這些其他實施例及修改旨在處於本揭露的範圍內。此外，儘管本文中已在特定實施方案的上下文中在特定環境中出於特定的目的闡述了本揭露，但所屬領域的技術人員將認識到其有用性並不僅 限於此，且可在任何數目個環境中出於任何數目個目的有益地實施本揭露。因此，應鑒於本文中所述的本揭露的全範疇及精神來解釋上文所述的權利要求書。

1:絕緣芯型變壓器(ICT)高電壓直流(DC)電源供應器

10:交流(AC)電壓電源供應器

20:初級繞組

30:堆疊的印刷電路板/印刷電路板

31:次級繞組

40:均壓環

50:高電壓電阻器

Claims (19)

1. 一種用於生成直流電壓的高電壓直流電源供應器，包括：初級繞組；多個堆疊的印刷電路板，包括第一印刷電路板及最後印刷電路板，所述多個堆疊的印刷電路板中的每一印刷電路板包括：次級繞組，具有第一端及第二端；以及電壓倍增器電路，與所述次級繞組連通且具有高電壓輸出及較低電壓；其中第一印刷電路板的所述高電壓輸出與相鄰的第二印刷電路板的所述較低電壓連通，且所述最後印刷電路板的所述高電壓輸出包括所述直流電壓；以及多個均壓環，環繞所述多個堆疊的印刷電路板，其中所述多個均壓環中的最後均壓環與所述直流電壓連通；以及高電壓電阻器，設置在所述多個均壓環中的相鄰的均壓環之間以形成分壓器，其中所述多個均壓環中的第一均壓環連接到低電壓電阻器的一個端子，且所述低電壓電阻器的第二端子連接到接地，其中跨越所述低電壓電阻器的電壓指示所述直流電壓。
2. 如請求項1所述的高電壓直流電源供應器，包括至少一個附加印刷電路板，所述至少一個附加印刷電路板設置在所述第一印刷電路板與所述最後印刷電路板之間。
3. 如請求項1所述的高電壓直流電源供應器，包括至少一個附加均壓環，所述至少一個附加均壓環設置在所述多個均壓 環中的所述第一均壓環與所述多個均壓環中的所述最後均壓環之間。
4. 如請求項1所述的高電壓直流電源供應器，其中由每一電壓倍增器電路生成的電壓是相同的。
5. 如請求項1所述的高電壓直流電源供應器，還包括與所述初級繞組連通的交流電源供應器及與所述交流電源供應器連通的回饋系統。
6. 如請求項5所述的高電壓直流電源供應器，其中所述回饋系統使用跨越所述低電壓電阻器的所述電壓來控制所述交流電源供應器的輸出。
7. 如請求項6所述的高電壓直流電源供應器，其中與其中不採用所述多個均壓環的實施例相比，與跨越所述低電壓電阻器的所述電壓相關聯的測量誤差減小至少3倍。
8. 如請求項1所述的高電壓直流電源供應器，其中所述多個堆疊的印刷電路板中的至少一者包括一個以上的電壓倍增器電路。
9. 如請求項1所述的高電壓直流電源供應器，其中所述電壓倍增器電路包括電壓二倍器電路。
10. 如請求項9所述的高電壓直流電源供應器，其中所述電壓二倍器電路包括：電容器串，包括串聯排列的多個電容器，其中所述電容器串中的第一電容器的負端處於所述較低電壓下，且所述電容器串中 的最後電容器的正端處於所述高電壓輸出下；以及二極體串，包括串聯排列的多個二極體，其中所述二極體串中的第一二極體的陽極連接到所述較低電壓，且所述二極體串中的最後二極體的陰極連接到所述高電壓輸出；其中所述次級繞組的所述第一端電連接到所述電容器串的中點，且所述次級繞組的所述第二端電連接到所述二極體串的中點。
11. 如請求項1所述的高電壓直流電源供應器，其中所述多個堆疊的印刷電路板中的每一印刷電路板包括至少一個附加次級繞組，所述至少一個附加次級繞組具有第一端及第二端；且其中所述電壓倍增器電路包括：多個低電壓二倍器電路，串聯排列以形成在第一端處具有所述較低電壓且在第二端處具有所述高電壓輸出的所述電壓倍增器電路，其中所述多個低電壓二倍器電路中的每一低電壓二倍器電路包括正端及負端且包括串聯排列的第一電容器及第二電容器以及串聯排列的第一二極體及第二二極體，其中所述第一電容器的正端電連接到所述第一二極體的陰極且包括所述低電壓二倍器電路的所述正端，且第二電容器的負端電連接到所述第二二極體的陽極且包括所述低電壓二倍器電路的所述負端，其中所述次級繞組中的相應次級繞組的第一端電連接到連接所述第一電容器與所述第二電容器的跡線，且所述相應次級繞組的所述第二端電連接到連接所述第一二極體與所述第二二極體的跡線。
12. 一種用於生成直流電壓的高電壓直流電源供應器，包括：初級繞組；多個堆疊的印刷電路板，包括第一印刷電路板及最後印刷電路板，所述多個堆疊的印刷電路板中的每一印刷電路板包括：次級繞組，具有第一端及第二端；以及電壓倍增器電路，與所述次級繞組連通且具有高電壓輸出及較低電壓；其中第一印刷電路板的所述高電壓輸出與相鄰的第二印刷電路板的所述較低電壓連通，且所述最後印刷電路板的所述高電壓輸出包括所述直流電壓；以及多個均壓環，環繞所述多個堆疊的印刷電路板，其中所述多個均壓環中的最後均壓環與所述直流電壓連通；且高電壓電阻器設置在所述多個均壓環中的相鄰的均壓環之間以形成分壓器，其中所述多個均壓環中的第一均壓環連接到接地。
13. 如請求項12所述的高電壓直流電源供應器，包括至少一個附加印刷電路板，所述至少一個附加印刷電路板設置在所述第一印刷電路板與所述最後印刷電路板之間。
14. 如請求項12所述的高電壓直流電源供應器，包括至少一個附加均壓環，所述至少一個附加均壓環設置在所述多個均壓環中的所述第一均壓環與所述多個均壓環中的所述最後均壓環之間。
15. 如請求項12所述的高電壓直流電源供應器，其中由每一電壓倍增器電路生成的電壓是相同的。
16. 如請求項12所述的高電壓直流電源供應器，其中所述多個堆疊的印刷電路板中的至少一者包括一個以上的電壓倍增器電路。
17. 如請求項12所述的高電壓直流電源供應器，其中所述電壓倍增器電路包括電壓二倍器電路。
18. 如請求項17所述的高電壓直流電源供應器，其中所述電壓二倍器電路包括：電容器串，包括串聯排列的多個電容器，其中所述電容器串中的第一電容器的負端處於所述較低電壓下，且所述電容器串中的最後電容器的正端處於所述高電壓輸出下；以及二極體串，包括串聯排列的多個二極體，其中所述二極體串中的第一二極體的陽極連接到所述較低電壓，且所述二極體串中的最後二極體的陰極連接到所述高電壓輸出；其中所述次級繞組的所述第一端電連接到所述電容器串的中點，且所述次級繞組的所述第二端電連接到所述二極體串的中點。
19. 如請求項12所述的高電壓直流電源供應器，其中所述多個堆疊的印刷電路板中的每一印刷電路板包括至少一個附加次級繞組，所述至少一個附加次級繞組具有第一端及第二端；且其中所述電壓倍增器電路包括： 多個低電壓二倍器電路，串聯排列以形成在第一端處具有所述較低電壓且在第二端處具有所述高電壓輸出的所述電壓倍增器電路，其中所述多個低電壓二倍器電路中的每一低電壓二倍器電路包括正端及負端且包括串聯排列的第一電容器及第二電容器以及串聯排列的第一二極體及第二二極體，其中所述第一電容器的正端電連接到所述第一二極體的陰極且包括所述低電壓二倍器電路的所述正端，且第二電容器的負端電連接到所述第二二極體的陽極且包括所述低電壓二倍器電路的所述負端，其中所述次級繞組中的相應次級繞組的第一端電連接到連接所述第一電容器與所述第二電容器的跡線，且所述相應次級繞組的所述第二端電連接到連接所述第一二極體與所述第二二極體的跡線。

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