專利名稱：高壓變壓器及含這種變壓器的用于x射線管的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓變壓器，更具體來說，涉及高壓電源中實(shí)現(xiàn)的那些高壓變壓器，特 別是在醫(yī)療成像裝置中實(shí)現(xiàn)的那些高壓變壓器以及更具體來說涉及用于這類裝置的X射 線管的電源。
背景技術(shù)：
X射線管的電源存在許多限制。這些電源例如在斷層掃描中使用時(shí)特別經(jīng)受數(shù)十G的強(qiáng)加速度(X射線源圍繞待 成像的患者或?qū)ο罂焖傩D(zhuǎn))。另外，這些電源必須能夠極迅速地從第一高壓切換到第二高壓以改變X射線的性 質(zhì)，具體來說以便得到患者或?qū)ο蟮膶?duì)比圖像。X射線管電源中使用的組件必須可靠，并且具有良好性能。在這種電源中，限制組件具體來說是高壓變壓器。實(shí)際上，高壓變壓器由于原邊(primary)繞組和副邊(second)繞組之間的高壓絕 緣而特別復(fù)雜。另外，高壓變壓器必須滿足質(zhì)量和大小限制(它必須能夠集成在醫(yī)療成像裝置 中)，并且價(jià)格不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能夠獲得重量輕且緊湊型高壓變壓器，從而實(shí)現(xiàn)由通用組件組成的小型磁 路和集成整流器電路，因而與已知變壓器相比，價(jià)格不高并且易于生產(chǎn)。另外，本發(fā)明的變壓器具有優(yōu)于已知變壓器的優(yōu)良性能。本發(fā)明的變壓器基于設(shè)置在公共原邊電路的基本(elementary)變壓器的使用以 及基于用于對(duì)各基本變壓器的基本副邊電路所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行平衡的電容器的使用。因此，本發(fā)明涉及包括多個(gè)基本變壓器的高壓變壓器。各基本變壓器包括預(yù)計(jì)由基本原邊電壓供電的基本原邊電路；以及基本副邊電 路。其中各基本副邊電路包括至少一個(gè)副邊繞組；至少一個(gè)電容器，各自連接到副邊繞組的 端子，以便平衡相互的副邊電壓；其中，基本副邊電路預(yù)計(jì)產(chǎn)生平衡的基本副邊電壓。各基本變壓器還包括預(yù)計(jì)耦合基本原邊電路和基本副邊電路的基本磁路。本發(fā)明的變壓器的輸出電壓等于平衡的基本副邊電壓的總和，并且基本原邊電路 相互連接，以便形成具有基本變壓器的公共電路，所述公共電路預(yù)計(jì)由原邊電壓供電，其中 原邊電壓等于基本原邊電壓的總和。可選地，本發(fā)明的變壓器還可具有如下特征中之一-各基本變壓器還包括各自連接到電容器的端子的至少一個(gè)整流器電路，其中在 變壓器的輸出端的電壓等于平衡及整流的基本副邊電壓的總和；-在各基本變壓器中，副邊繞組被交替纏繞，一個(gè)繞組在一個(gè)方向，下一繞組在另
3一方向，以便限制纏繞在基本磁路周圍的兩個(gè)相鄰副邊繞組之間的電壓差；-磁路由納米結(jié)晶鐵(nanocrystallineiron)制成；-各電壓整流器電路在其端子處包括濾波電容器，以便在變壓器的輸出端產(chǎn)生連 續(xù)電壓。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及用于X射線管的電源，所述電源包括根據(jù)本發(fā)明的第 一方面的高壓變壓器。根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及醫(yī)療成像裝置，所述醫(yī)療成像裝置包括根據(jù)本發(fā)明的 第二方面的用于X射線管的電源。


通過應(yīng)當(dāng)參照附圖閱讀的只用于說明目的而不是限制目的所提供的以下描述，本 發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，附圖中-圖1示出根據(jù)本發(fā)明的高壓變壓器；-圖2示出根據(jù)本發(fā)明的變壓器的基本變壓器的第一實(shí)施例；-圖3示出根據(jù)本發(fā)明的變壓器的基本變壓器的第二實(shí)施例；-圖4示出具有相同方向的繞組的第二實(shí)施例的基本變壓器；-圖5示出具有交替繞組的第二實(shí)施例的基本變壓器；-圖6示出基本變壓器的兩個(gè)繞組之間的電壓的時(shí)序圖；-圖7示出其中輸出電壓經(jīng)過整流和濾波的第二實(shí)施例的變壓器；-圖8示出連接到X射線管的高壓電源。
具體實(shí)施例方式圖1示出包括數(shù)量為N彡2個(gè)基本變壓器的高壓變壓器。圖2和圖3示出分別根據(jù)第一和第二實(shí)施例的基本變壓器凡。各基本變壓器包括基本磁路10、基本原邊電路11和基本副邊電路20。對(duì)于各基本變壓器1\，基本磁路10預(yù)計(jì)耦合到基本原邊電路11和基本副邊電路 20。各基本原邊電路11由基本原邊電壓Vli供電?；驹呺娐?1相互串聯(lián)連接，以便形成所有基本變壓器共同的原邊電路 100。公共電路100由原邊電壓\供電，并且如前面所述，各基本原邊電路11由基本原 N邊電壓vii供電，以使原邊電壓VI等于基本原邊電壓vii的總和，即v1=∑v1i 。
i=l注意，在基本原邊電路11中循環(huán)的電流I從一個(gè)基本變壓器到另一個(gè)是相同 的。優(yōu)選地，公共原邊電路100由一圈用于高功率應(yīng)用或者兩圈或更多圈用于低功率 應(yīng)用的繞組組成。優(yōu)選地，各基本變壓器1\的基本磁路10為環(huán)形，并且設(shè)置在優(yōu)選為矩形環(huán)形狀的 公共電路100上。
各基本副邊電路20包括繞在磁路10周圍的至少一個(gè)副邊繞組22i、222。各基本副邊電路20預(yù)計(jì)產(chǎn)生基本副邊電壓V20i，所述基本副邊電壓V20i從一個(gè) 基本變壓器到另一個(gè)經(jīng)過平衡。換言之，各基本變壓器所產(chǎn)生的電壓相互平衡。為此，基本副邊電路20包括具有已知設(shè)置值的至少一個(gè)電容器C’，每個(gè)電容器連 接到副邊繞組22i、222 &端子。實(shí)際上，磁路11可具有偏差(dispersion)，并且從一個(gè)磁路到另一個(gè)磁路的副邊 電壓可能并不都相同。這些偏差主要是由于磁導(dǎo)率和截面的差異引起。它們是明顯的，通 常大約30%，并且例如通過屏蔽(screening)將其消除的費(fèi)用很高。應(yīng)當(dāng)注意，為了使損耗最小，電容器比(為了得到相同結(jié)果的)電阻器更優(yōu)選。實(shí) 際上，電阻器會(huì)添加耗散因素(其會(huì)產(chǎn)生損耗)；電感(具有已知設(shè)置值)也可能確保平衡 功能但使用復(fù)雜(并且昂貴且體積大)。在變壓器輸出端的電壓V等于基本副邊電路20所產(chǎn)生的基本平衡副邊電壓V20i 的總和。實(shí)際上，各基本變壓器產(chǎn)生相同的電壓V2i，并且正是基本副邊電路20的串聯(lián) 布置使得能夠在變壓器的出口得到高壓V。應(yīng)當(dāng)注意，變壓器的端子處的總?cè)萘慨a(chǎn)生于N個(gè)基本變壓器的端子處的電容器的 串聯(lián)關(guān)聯(lián)，在基本變壓器的數(shù)量N增加時(shí)減小。當(dāng)基本變壓器的數(shù)量N很高時(shí)，變壓器則具 有使其能夠非?？焖俚貜牡谝桓邏呵袚Q到第二高壓的低輸出容量。此外，這種性能在副邊 繞組的數(shù)量很高時(shí)被進(jìn)一步增強(qiáng)，因?yàn)楦骰咀儔浩鞯亩俗犹幍娜萘勘旧頊p小。根據(jù)第一實(shí)施例，變壓器可起作用，以便產(chǎn)生交流電壓(參見圖2)。根據(jù)第二實(shí)施例，變壓器可起作用，以便產(chǎn)生整流電壓(參見圖3)。在整流操作中，各基本變壓器還包括連接到基本副邊電路20各繞組的端子的 整流器電路30i、302。因此，各整流器電路30i、302與對(duì)應(yīng)電容器C’并聯(lián)安裝。整流器電路3(V302還相互連接。因此，基本副邊電路20經(jīng)由這些電壓整流器電 路3(^302相互連接。例如，這類整流器電路30i、302是已知的二極管電橋(即，單整流器、倍壓器 (doubler)或乘法器(multiplier))。在整流器電路的情況下，變壓器的輸出電壓等于從一個(gè)變壓器到下一個(gè)的且由各 基本變壓器整流、產(chǎn)生的基本平衡副邊電壓的總和。如前面所述，各基本副邊電路可包括一個(gè)或多個(gè)繞組。因此，基本副邊電路再分為多個(gè)繞組，從而在平衡電容器的端子以及在整流器的 端子使交流電壓減小。這有助于生產(chǎn)成本的降低以及變壓器可靠性的提高，并且，對(duì)于多種應(yīng)用并采用 經(jīng)證實(shí)的技術(shù)(具體為600V或1200V電容器和二極管)，能夠?qū)崿F(xiàn)大量的通用組件。通用組件具體為整流器電路的電容器和元件。對(duì)于各基本變壓器1\，這些繞組分布在基本磁路10周圍。在整流操作的情況下，電壓的限制使磁芯繞組的絕緣材料中的介電損失受到限制 (這些損失與交流電壓的平方成比例)。
如果基本副邊電路包括多個(gè)副邊繞組22”222，則后者被交替纏繞在對(duì)應(yīng)基本磁路 10上，一個(gè)繞組在一個(gè)方向而另一個(gè)繞組在另一個(gè)方向。這種纏繞這些段的方法通過交替改變繞組中電流的方向，使兩個(gè)相鄰繞組之間的 最大電壓減小，從而有助于它們之間的絕緣。在圖4所示的其中副邊繞組全部在相同方向的情況下，在電壓Vli的正交替期間， 二極管Dn、D13、D21和D23導(dǎo)通，并且兩個(gè)繞組22:與222之間的電壓U為0 ；在電壓V^的負(fù) 交替期間，二極管D12、D14、D22和D24導(dǎo)通，并且兩個(gè)繞組22:和222之間的電壓U等于電壓 乂2込和V22i的總和。在圖5所示的其中副邊繞組一個(gè)在一個(gè)方向而另一個(gè)在其它方向的情況下，在電 壓Vli的正交替期間，二極管Dn、D13、D22和D24導(dǎo)通，并且兩個(gè)繞組22i與222之間的電壓UA 等于V22i ；在電壓Vli的負(fù)交替期間，二極管D12、D14、D21和D23導(dǎo)通，并且兩個(gè)繞組22i和222 之間的電壓隊(duì)等于電壓在最普遍的實(shí)施例中，繞組22i和222具有相同的圈數(shù)，并且因此電壓V2、和V22t 相等；交替繞組之間電壓UA的最大值則等于非交替繞組之間電壓U的最大值的一半，這表 示顯著的增益(參見圖6)。如以上針對(duì)單整流器電路所述，這個(gè)結(jié)果對(duì)于倍壓器-整流器以及對(duì)于乘法 器-整流器也有效。注意，具有兩個(gè)或更多繞組的各基本變壓器1\所產(chǎn)生的電壓與具有一個(gè)繞組的基 本變壓器所產(chǎn)生的電壓相等。在變壓器的生產(chǎn)中，基本變壓器、對(duì)應(yīng)電容器和對(duì)應(yīng)整流器電路在印刷電路上 成對(duì)設(shè)置?；咀儔浩鲗?duì)于靜態(tài)系統(tǒng)(變壓器沒有經(jīng)受加速度)按照其主軸線水平安置， 而對(duì)于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(旋轉(zhuǎn)變壓器經(jīng)受離心加速度)成切線安置。這使通過各基本電路的對(duì)流 (convection)的冷卻得到明顯改進(jìn)。然后，包括基本變壓器對(duì)的印刷電路被纏繞在公共原邊電路上。得到圖1所示的布置?；敬怕愤€由納米結(jié)晶鐵組成。這種材料在功率密度和磁耦合方面具有良好性 能。由于其高磁導(dǎo)率，這種材料使原邊繞組100的圈數(shù)受到限制，并且采用低值平衡 容量進(jìn)行管理，因而不太昂貴并且更緊湊。由于材料的結(jié)構(gòu)，以可接受的損耗等級(jí)工作在高頻是可能的。為了在變壓器的輸出端產(chǎn)生連續(xù)電壓V，按照?qǐng)D7將濾波電容器Cf添加到各整流 器30i、302的端子。以上所述的變壓器使X射線管能夠被供電。連接到X射線管40的變壓器如圖8 所示。
權(quán)利要求
一種高壓變壓器，包括-多個(gè)基本變壓器(Ti)，其中各基本變壓器(Ti)包括-預(yù)計(jì)由基本原邊電壓(V1i)供電的基本原邊電路(11)；-基本副邊電路(20)，包括-至少一個(gè)副邊繞組(221，222)；-至少一個(gè)電容器(C’)，各自連接到副邊繞組(221，222)的端子，以便相互平衡副邊電壓(V21i，V22i)；其中，所述基本副邊電路(20)預(yù)計(jì)產(chǎn)生基本平衡副邊電壓(V20i)；-預(yù)計(jì)耦合所述基本原邊電路(11)和所述基本副邊電路(20)的基本磁路(10)；其中，所述變壓器的輸出電壓(V)等于所述基本平衡副邊電壓(V20i)的總和，并且所述基本原邊電路(11)相互連接以便形成具有所述基本變壓器(Ti)的公共電路(100)，其中所述公共電路(100)預(yù)計(jì)由原邊電壓(V1)供電，所述原邊電壓(V1)等于基本原邊電壓(V1i)的總和。
2.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其中，各基本變壓器還包括各自連接到電容器(C’)的 端子的至少一個(gè)電壓整流器電路(3(^30》，其中所述變壓器的輸出電壓(V)等于經(jīng)平衡及 整流的基本副邊電壓的總和。
3.如權(quán)利要求2所述的變壓器，其中，在各基本變壓器中，所述副邊繞組被交替纏 繞，一個(gè)繞組在一個(gè)方向，下一個(gè)繞組在另一方向，以便限制纏繞在所述基本磁路(10)周 圍的兩個(gè)相鄰副邊繞組之間的電壓差。
4.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變壓器，其中，所述磁路由納米結(jié)晶鐵制成。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的變壓器，其中，各電壓整流器電路(30i，302)在其 端子處包括濾波電容器(cf)，以便在所述變壓器的出口產(chǎn)生連續(xù)電壓(V)。
6.一種用于X射線管的電源，包括如權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的高壓變壓器。
7.—種醫(yī)療成像裝置，包括如權(quán)利要求6所述的X射線管電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括多個(gè)基本變壓器的高壓變壓器。各基本變壓器包括預(yù)計(jì)由基本原邊電壓供電的基本原邊電路；基本副邊電路，包括至少一個(gè)副邊繞組；至少一個(gè)電容器，各自連接到副邊繞組的端子，以便相互平衡副邊電壓；其中，基本副邊電路預(yù)計(jì)產(chǎn)生基本平衡副邊電壓；預(yù)計(jì)耦合基本原邊電路和基本副邊電路的基本磁路；其中變壓器的輸出電壓等于基本平衡副邊電壓的總和，且基本原邊電路相互連接，以便形成具有基本變壓器的公共電路，其中所述公共電路預(yù)計(jì)由原邊電壓供電，所述原邊電壓等于基本原邊電壓的總和。
文檔編號(hào)H05G1/10GK101860224SQ20101015959
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者D·佩里拉-阿梅德, G·-W·巴普蒂斯特, P·埃爾內(nèi)斯特, P·費(fèi)特 申請(qǐng)人:通用電氣公司