專利名稱：發電系統、x 射線發生器系統及發電系統封裝的制作方法
技術領域：
本發明有關一種發電系統，尤其涉及一種用于如X射線發生器系統之類的高壓發電系統。本發明還有關一種用有該發電系統的X射線發生器系統及實現該發電系統的發電系統封裝。
背景技術：
高壓發電系統用于，例如為真空管提供調制高壓直流電，使電子從陰極流到陽極并產生X射線。發電系統一般包括一個次級對初級匝數比高并將較低壓交流電轉換為較高頻高壓交流電的變壓器模塊。發電系統還包括一個倍增器模塊，其可以利用電容器及二極管將變壓器模塊次級繞組的高壓交流電轉換增壓調制為所需要的高壓直流電。在一種傳統的發電系統中，變壓器模塊包括至少兩個變壓器，倍增器模塊包括至少兩個串聯的倍增器，每一個倍增器與對應的變壓器電連接。倍增器的個數太少時，為了輸出高壓直流電，每一個倍增器必須包括串聯的多個二極管和串聯的多個電容器，并且電容器需要有較大的電容量。由于每個二極管不一致的反向恢復過程，因此串聯的二極管受非均壓的影響，二極管容易被損壞。倍增器的個數太多時，倍增器和變壓器需要較大的空間，因此導致封裝體積較大且成本較高。因此，有必要提供一種發電系統、X射線發生器系統及發電系統封裝來解決上面提及的技術問題。

發明內容
本發明的一個方面在于提供一種發電系統。該發電系統包括輸入總線和串聯連接的N個電壓轉換模塊。輸入總線接收低壓交流電。電壓轉換模塊與輸入總線連接。N為4至24之間的一個偶數。每一個電壓轉換模塊包括變壓器及倍增器。變壓器將低壓交流電轉換成高壓交流電，倍增器將高壓交流電轉換成高壓直流電。倍增器包括正倍增器部分和負倍增器部分，正倍增器部分和負倍增器部分分別包括與變壓器并聯的一對輸入端子及至少一個由單個二極管和電容組組成的倍增級。本發明的另一個方面在于提供一種X射線發生器系統。該X射線發生器系統包括電源、X射線管及發電系統。電源用以提供低壓交流電。X射線管具有陽極和陰極。發電系統將低壓交流電轉換成提供給X射線管的高壓直流電。發電系統包括串聯的N個電壓轉換模塊，N為4至24之間的一個偶數。每一個電壓轉換模塊包括變壓器及倍增器。變壓器與電源連接，將低壓交流電轉換成高壓交流電。倍增器將高壓交流電轉換成高壓直流電。倍增器包括正倍增器部分和負倍增器部分，正倍增器部分和負倍增器部分分別包括與變壓器并聯的一對輸入端子及至少一個由單個二極管和電容組組成的倍增級。本發明的再一個方面在于提供一種發電系統封裝。發電系統封裝包括印刷電路板及N個變壓器。印刷電路板承載多個電元件，電元件包括表貼式二極管和表貼式電容器。N為4至24之間的一個偶數，每一變壓器包括磁芯、初級繞組和次級繞組，次級繞組電連接于電元件。本發明的發電系統的電壓轉換模塊的個數為4至24，倍增級具有單個二極管，從而避免二極管因串聯中的非均壓而損壞，而且成本較低，封裝較緊湊。


通過結合附圖對于本發明的實施方式進行描述，可以更好地理解本發明，在附圖中:圖1所不為本發明發電系統的一實施例的原理圖；圖2所示為使用有圖1所示的發電系統的X射線發生器系統的電路圖；圖3所示為本發明發電系統封裝的一實施例的立體圖；圖4所示為本發明發電系統封裝沿圖3中A-A線的剖視圖。
具體實施例方式除非另作定義，此處使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發明專利申請說明書以及權利要求書中使用的“第一”“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。除非另行指出，“前部” “后部” “下部”和/或“上部”等類似詞語只是為了便于說明，而并非限于一個位置或者一種空間定向。“包括”或者“包含”等類似的詞語意指出現在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。請參考圖1，本發明一實施例的發電系統100包括串聯的N個電壓轉換模塊1，將低壓交流電轉換成高壓直流電。N為4至24之間的一個偶數，包括4和24。每一個電壓轉換模塊I包括變壓器11和與變壓器11電連接的倍增器12，變壓器11將低壓交流電轉換成高壓交流電，倍增器12將來自變壓器11的高壓交流電轉換成高壓直流電。請參考圖2，圖示的較佳實施例中，發電系統100用于X射線發生器系統200，用以提供目標高壓直流電給X射線管2。目標高壓直流電是電壓轉換模塊I輸出的高壓直流電的總和。X射線管2具有真空管21、陽極22和陰極23，陽極22和陰極23電連接到發電系統100。從發電系統100輸出的目標高壓直流電推動電子從陰極23流到陽極22，以引起X射線發射。在一些實施例中，施加在陽極22和陰極23上的目標高壓直流電的范圍從40kV至160kV以用于醫學應用，并且X射線強度在20mA到IA之間。然而，目標高壓直流電和X射線強度都可根據實際應用設置為任意值。X射線發生器系統200包括電源3，用以提供低壓交流電給發電系統100的變壓器11。發電系統100包括接收電源3的低壓交流電的輸入總線101，電壓轉換模塊I與輸入總線101連接，變壓器11通過輸入總線101與電源3連接。電源3是可輸出低壓交流電信號的交流電源。在一些實施例中，電源3可以包括直流電源和將直流電源輸出的低壓直流電轉換成低壓交流電的逆變器。在另一些實施例中，電源3可進一步包括濾波電路。在一實施例中，電源3的低壓交流電的電壓幅值大約為幾百伏特，且來自電源3的低壓交流電的開關頻率的范圍為IOOkHz至1MHz。電壓幅值和開關頻率可以根據實際應用的需要設置。
繼續參考圖2，變壓器11包括磁芯111、初級繞組113和次級繞組115。來自電源3的低壓交流電通過初級繞組113輸入。磁芯111為鐵磁芯、納米晶體磁芯或其他類型的磁芯。納米晶體磁芯可以用于低壓交流電的開關頻率約為IOOkHz時。當低壓交流電的開關頻率較高，例如高于300kHz，鐵磁芯更合適。在圖示的實施例中，多個變壓器11的初級繞組113串聯。在一些實施例中，多個變壓器11的初級繞組113并聯到電源3。次級繞組115包括一對輸出端子116、117，高壓交流電通過輸出端子116、117輸出。變壓器11輸出的高壓交流電的范圍為300V至5kV。然而，高壓交流電的電壓可根據應用設置為其他任意值。參考圖1和圖2，倍增器12將來自變壓器11的高壓交流電進一步升壓到更高電壓交流電，并將更高壓交流電轉換成高壓直流電。每一個倍增器12是雙極性倍增器，包括正倍增器部分13和負倍增器部分14。正倍增器部分13和負倍增器部分14分別包括與變壓器11并聯的一對輸入端子131、132、141和142，輸入端子131、132、141和142與次級繞組115的輸出端子116、117并聯連接。正倍增器部分13和負倍增器部分14中每一個是單向倍增器電路，正倍增器部分13和負倍增器部分14分別將變壓器11輸出的高壓交流電整流并放大為在正直流電輸出端133處輸出的高壓正直流電和在負直流電輸出端143處輸出的高壓負直流電。相鄰倍增器12的輸出端子133、143串聯連接，因此發電系統100總的輸出是倍增器12輸出的總和。倍增器12輸出的高壓直流電的范圍為1.5kV至40kV。倍增器12輸出的高壓直流電可根據實際應用設置為任意值。在一些實施例中，變壓器11的輸出電壓相等，倍增器12的輸出電壓相等。正倍增器部分13和負倍增器部分14分別包括至少一個由單個二極管151和電容組152組成的倍增級15。二極管151不容易因非均壓而損壞。二極管151可以是表貼式二極管，其額定電壓范圍為600V至10kV，例如，600V、1200V、3300V、6500V、10kV等。電容組152包括一個或多個串聯的電容器，每一個電容器可以是表貼式電容器，電容器的額定電壓范圍為600V至10kV，例如，600V、1200V、3300V、6500V、10kV等。然而，二極管151和電容器也可以是其他類型的并且可以根據實際應用選擇任意值的額定電壓。在一些實施例中，每一正倍增器部分13和負倍增器部分14分別具有2至8個倍增級15。倍增級15的個數也可以根據實際應用設置為其他值。圖3和圖4圖示了發電系統100的一較佳的發電系統封裝300。參考圖3和圖4所示，發電系統封裝300包括承載多個電元件151、152的印刷電路板4和由N個變壓器11組裝而成的變壓器模組5。電元件151、152包括組成圖2所示的倍增器12的表貼式二極管151和表貼式電容器152。在圖示的實施例中，多個變壓器11的初級繞組113串聯連接。變壓器11還包括包覆初級繞組113的絕緣體114,絕緣體114由聚丙烯或其他絕緣材料制成，以絕緣隔離初級繞組113和次級繞組115。每一個磁芯111為環形，且每一次級繞組115纏繞一個磁芯111，磁芯111套設于絕緣體114。變壓器模組5位于印刷電路板4的一側。次級繞組115的一對輸出端子116、117向印刷電路板4延伸并與表貼式二極管151和表貼式電容器152電性連接。電壓轉換模塊I的個數N主要根據X射線管2的工作電壓、X射線管2的工作電流、來自電源3的低壓直流電的開關頻率、高壓直流電的上升和下降速度及二極管151和電容組152的電容器的額定電壓來決定。隨著電壓轉換模塊I的個數的增加，二極管151和電容器的額定電壓可減小。然而，結構的復雜程度和工作性能也需要衡量。N為4至24之間的一個偶數，所以X射線發生器系統200可使用低額定電壓的二極管和電容器，而且成本較低，封裝較緊湊。因為低額定電壓的二極管可以被使用，所以倍增級15可以使用一個二極管來實現所需要的性能，避免二極管因非均壓而損壞。低壓交流電的開關頻率越高，越低電容值的電容器被使用。因此，X射線發生器系統200可使用較低電容值的電容器。表貼式二極管具有低額定電壓，表貼式電容器具有低額定電壓和低電容值，因此表貼式二極管和表貼式電容器可使用在X射線發生器系統200中，以使得封裝較薄。另外高開關頻率使得高壓直流電的上升和下降速度加快從而減少對患者的X射線福射。雖然結合特定的實施方式對本發明進行了說明，但本領域的技術人員可以理解，對本發明可以作出許多修改和變型。因此，要認識到，權利要求書的意圖在于涵蓋在本發明真正構思和范圍內的所有這些修改和變型。
權利要求
1.一種發電系統，其特征在于:該發電系統包括: 輸入總線，接收低壓交流電 '及 串聯連接的N個電壓轉換模塊，與所述輸入總線連接，N為4至24之間的一個偶數，每一個所述電壓轉換模塊包括: 變壓器，將所述低壓交流電轉換成高壓交流電 '及 倍增器，將所述高壓交流電轉換成高壓直流電，所述倍增器包括正倍增器部分和負倍增器部分，所述正倍增器部分和所述負倍增器部分分別包括與所述變壓器并聯的一對輸入端子及至少一個由單個二極管和電容組組成的倍增級。
2.如權利要求1所述的發電系統，其特征在于:所述變壓器輸出的所述高壓交流電的范圍為300V至5kV，所述倍增器輸出的所述高壓直流電的范圍為1.5kV至40kV。
3.如權利要求1所述的發電系統，其特征在于:所述二極管是額定電壓范圍為600V至IOkV的表貼式二極管，所述電容組包括一個或多個串聯的電容器，每一個所述電容器是額定電壓范圍為600V至IOkV的表貼式電容器。
4.如權利要求1所述的發電系統，其特征在于:所述低壓交流電的開關頻率的范圍為IOOkHz 至 IMHz。
5.如權利要求1所述的發電系統，其特征在于:每一所述正倍增器部分和所述負倍增器部分分別具有2至8個所述倍增級。
6.—種X射線發生器系統,包括: 電源，用以提供低壓交流電； X射線管，具有陽極和陰極；及 發電系統，將所述低壓交流電轉換成提供給所述X射線管的高壓直流電，其特征在于:所述發電系統包括串聯的N個電壓轉換模塊，N為4至24之間的一個偶數，每一個所述電壓轉換模塊包括: 變壓器，與所述電源連接，將所述低壓交流電轉換成高壓交流電；及 倍增器，將所述高壓交流電轉換成所述高壓直流電，所述倍增器包括正倍增器部分和負倍增器部分，所述正倍增器部分和所述負倍增器部分分別包括與所述變壓器并聯的一對輸入端子及至少一個由單個二極管和電容組組成的倍增級。
7.如權利要求6所述的X射線發生器系統，其特征在于:所述變壓器輸出的所述高壓交流電的范圍為300V至5kV，所述倍增器輸出的所述高壓直流電的范圍為1.5kV至40kV。
8.如權利要求6所述的X射線發生器系統，其特征在于:所述二極管是額定電壓范圍為600V至IOkV的表貼式二極管，所述電容組包括一個或多個串聯的電容器，每一個所述電容器是額定電壓范圍為600V至IOkV的表貼式電容器。
9.如權利要求6所述的X射線發生器系統，其特征在于:所述低壓交流電的開關頻率的范圍為IOOkHz至IMHz。
10.如權利要求6所述的X射線發生器系統，其特征在于:每一所述正倍增器部分和所述負倍增器部分分別具有2至8個所述倍增級。
11.一種發電系統封裝，其特征在于:所述發電系統封裝包括: 印刷電路板，承載多個電元件，電元件包括表貼式二極管和表貼式電容器；及 N個變壓器，N為4至24之間的一個偶數，每一所述變壓器包括磁芯、初級繞組和次級繞組，所述次級繞組電連接于所述電元件。
12.如權利要求11所述的發電系統封裝，其特征在于:所述表貼式二極管的額定電壓范圍為600V至IOkV,所述表貼式電容器的額定電壓范圍為600V至10kV。
13.如權利要求11所述的發電系統封裝，其特征在于:多個所述變壓器的初級繞組串聯，所述變壓器還包括包覆所述初級繞組的絕緣體，每一所述次級繞組纏繞一個所述磁芯，所述磁芯套設于所述絕緣體。
14.如權利要求11所 述的發電系統封裝，其特征在于:所述磁芯為鐵磁芯或納米晶體磁芯。
全文摘要
本發明揭示一種發電系統、X射線發生器系統及發電系統封裝。該發電系統包括輸入總線和串聯連接的N個電壓轉換模塊。輸入總線接收低壓交流電。電壓轉換模塊與輸入總線連接。N為4至24之間的一個偶數。每一個電壓轉換模塊包括變壓器及倍增器。變壓器將低壓交流電轉換成高壓交流電，倍增器將高壓交流電轉換成高壓直流電。倍增器包括正倍增器部分和負倍增器部分，正倍增器部分和負倍增器部分分別包括與變壓器并聯的一對輸入端子及至少一個由單個二極管和電容組組成的倍增級。
文檔編號H02M3/07GK103200755SQ201210003660
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者毛賽君, D.佩里拉-阿梅德, P.埃爾內斯特, N.庫馬爾, 褚旭 申請人:通用電氣公司