專利名稱：一種醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻高壓發(fā)生器，特別是涉及一種醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
高壓發(fā)生器是X射線設(shè)備中的主要部件之一。高壓發(fā)生器為X射線球管提供高壓，同時(shí)為X射線球管提供燈絲加熱電壓，實(shí)現(xiàn)第一個(gè)功能需將高壓變壓器輸出的交流高壓通過整流元件變?yōu)閄射線球管工作所需的直流高壓，實(shí)現(xiàn)第二功能需要燈絲加熱變壓器。
目前我國醫(yī)療行業(yè)在200mA以上的醫(yī)用X射線診斷設(shè)備中采用以下三種技術(shù)等級的高壓發(fā)生器 1、低端X射線診斷設(shè)備采用50Hz的工頻高壓發(fā)生器，這是早期50年代的技術(shù)產(chǎn)品，它將工頻高壓經(jīng)高發(fā)硅堆整流而獲得125kv的直流高壓，這種方式的高壓發(fā)生器，體積大，耗材耗能，穩(wěn)定度差和直流紋波系數(shù)大，正處于逐步淘汰階段。 2、中端X射線診斷設(shè)備采用近期我國自行研制用脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的中高頻高壓發(fā)生器，其逆變工作頻率在10kHz 40kHz之間，最大輸出電壓為125kV 150kV，產(chǎn)品性能較工頻發(fā)生器提高了一個(gè)性能等級，輸出直流高壓的紋波較小。它的主要工作原理是采用10kHz 40kHz脈寬調(diào)制中高頻電源，經(jīng)多級倍壓整流得到直流高壓，其特點(diǎn)是利用二極管作為開關(guān)，將電容與電源串聯(lián)，不斷地對電容充電，從而得到所需的直流高壓。采用倍壓整流技術(shù)有以下三個(gè)不足之處 (1)會使整個(gè)反饋回路控制延遲，影響控制精度，因此容易在高壓輸出端產(chǎn)生電壓過沖，造成高壓對電纜和球管的沖擊，在嚴(yán)重的情況下甚至?xí)㈦娎|擊穿，威脅到X射線球管的安全； (2)帶載特性不好(輸出內(nèi)阻比較大)，得到的高壓無法提供穩(wěn)定的大電流輸出。
(3)倍壓整流升壓范圍必須為基礎(chǔ)電壓的整數(shù)倍。 3.高端X射線診斷設(shè)備基本上均使用進(jìn)口的高頻高壓發(fā)生器(移相諧振技術(shù))，其逆變工作頻率在100kHz以上，最大輸出電流為500mA以上，最高輸出電壓為150kv。因?yàn)槟孀児ぷ黝l率不小于lOOkHz，直流高壓輸出紋波很小(近似直流)，設(shè)備體積小，重量輕。但是其價(jià)格昂貴，無法適用于我國新農(nóng)村醫(yī)療保障體系的X射線診斷設(shè)備之中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種
輸出直流高壓穩(wěn)定、紋波小、性價(jià)比高的醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置。 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括油箱、高壓主變壓器、小焦燈絲變壓器、大焦燈絲變壓器、與高壓主變壓器的輸出引線相連的高壓整流板、高壓分壓采樣板、外接線座、高壓電纜插座、油孔蓋，所述的油箱的內(nèi)腔中設(shè)有主支架，內(nèi)腔上部設(shè)有上支架，所述的高壓主變壓器設(shè)于主支架的中部，所述的小焦燈絲變壓器、大焦燈絲變壓器設(shè)于上支架上，所述的油箱的上箱面設(shè)有油孔以及呼吸孔，所述的高壓整流板固定于主支架的下部，所述的高壓分壓采樣板位于高壓整流板的外側(cè)并固定于主支架的下部，所述的外接線座、高壓電纜插座均設(shè)于油箱的上箱面上，所述的油孔蓋設(shè)于油孔上。 所述的高壓整流板上設(shè)有數(shù)個(gè)相互串聯(lián)的橋式整流模塊，該橋式整流模塊包括四組整流二極管，每組整流二極管均由一個(gè)或多個(gè)二極管串聯(lián)而成。 所述的高壓主變壓器包括高壓初級線包以及高壓次級線包，所述的高壓初級線包以及高壓次級線包均由多層線圈串聯(lián)而成，每層線圈均包括多個(gè)繞組，各繞組均為Z型繞組結(jié)構(gòu)或錐形繞組結(jié)構(gòu)。 所述的高壓次級線包各繞組的輸出引線分別與高壓整流板的整流模塊連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的逆變工作頻率為100kHz以上，最大輸出電流200mA以上，最高輸出電壓為150kV，該技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到進(jìn)口產(chǎn)品的水平，與國內(nèi)同類產(chǎn)品比較，首先它能夠有效防止在高壓輸出端產(chǎn)生高壓過沖，保護(hù)電纜不被高壓擊穿，更不會損壞X射線球管；輸出阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于多級倍壓整流電路的阻抗，所以負(fù)載特性好；由于工作產(chǎn)生頻率高，所以產(chǎn)生的紋波系數(shù)相對較小，從而能提高成像的清晰度，對病人的損傷度降低。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為"]"型接法層間電容分布情況示意圖；圖4為"Z"型接法層間電容分布情況示意圖；圖5為"Z"型接法層間電容分布情況示意圖；圖6為高壓次級線包的整流逐級串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的Z型繞組結(jié)構(gòu)的高壓次級線包示意圖；圖8為T型等效電路示意圖；圖9為高頻升壓變壓器的等效電路示意圖；圖10為傳統(tǒng)繞法變壓器高壓線包等效分布電容示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 如圖1 IO所示，一種醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置，包括油箱1、高壓主變壓器2、小焦燈絲變壓器3、大焦燈絲變壓器4、與高壓主變壓器2的輸出引線相連的高壓整流板5、高壓分壓采樣板6、外接線座7、高壓電纜插座8、油孔蓋9，所述的油箱1的內(nèi)腔中設(shè)有主支架10，內(nèi)腔上部設(shè)有上支架ll，所述的高壓主變壓器2設(shè)于主支架10的中部，所述的小焦燈絲變壓器3、大焦燈絲變壓器4設(shè)于上支架11上，所述的油箱1的上箱面設(shè)有油孔以及呼吸孔12，所述的高壓整流板5固定于主支架10的下部，所述的高壓分壓采樣板6位于高壓整流板5的外側(cè)并固定于主支架10的下部，所述的外接線座7、高壓電纜插座8均設(shè)于油箱的上箱面上，所述的油孔蓋9設(shè)于油孔上。 所述的高壓整流板5上設(shè)有數(shù)個(gè)相互串聯(lián)的橋式整流模塊13，該橋式整流模塊13包括四組整流二極管，每組整流二極管均由一個(gè)或多個(gè)二極管14串聯(lián)而成；所述的高壓主變壓器2包括高壓初級線包以及高壓次級線包，所述的高壓初級線包以及高壓次級線包均由多層線圈串聯(lián)而成，每層線圈均包括多個(gè)繞組，各繞組均為Z型繞組結(jié)構(gòu)或錐形繞組結(jié)構(gòu)；所述的高壓次級線包各繞組的輸出引線15分別與高壓整流板的整流模塊13連接。
本發(fā)明的方案為 1.采用"Z"型繞組結(jié)構(gòu)，減小高頻變壓器繞組間的層間分布電容 在工頻變壓器中可以不考慮波形的畸變和工作頻帶的問題，因而可以基本忽略分
布電容的影響。在高頻高壓變壓器中，由于匝數(shù)增多，尤其是次級匝數(shù)增多，當(dāng)變壓器工作
頻率比較高和電壓變化率比較大時(shí)，即便是微小的分布電容，對變壓器或帶有變壓器的高
頻高壓電源的性能都有著重要影響。此外，分布電容還會加大變壓器的損耗，降低了變換器
的功率因數(shù)和效率，這對高頻高壓電源的特性和運(yùn)行十分不利。所以，高頻變壓器的分布電
容是不能被忽略的。故高頻工作時(shí)變壓器等效模型就不能采用工頻時(shí)等效模型(其模型忽
略了分布電容)。 對于高頻升壓變壓器(忽略銅耗和鐵耗，其等效電路如圖8所示)，為減小變壓器體積，減少漏抗，往往采用高導(dǎo)磁率鐵磁材料，因此，變壓器原邊匝數(shù)相對較少，且通常為單層，原邊匝間距離較大，故原邊分布電容往往可以忽略。同時(shí)，為消除變壓器原邊和副邊電容耦合而產(chǎn)生電磁干擾，高頻高壓變壓器還設(shè)有屏蔽繞組，由于屏蔽層的存在，大大減小了原副邊耦合電容，其影響可以忽略。但由于升壓比較大，高壓側(cè)分布電容卻是不能被忽略的。忽略銅耗和鐵耗以及變壓器的激磁電抗，實(shí)際的高頻升壓變壓器的等效電路如圖9所示。 變壓器的分布參數(shù)主要是漏感和分布電容，由于高頻變壓器壓器采用絕緣性能好的軟磁材料作磁路，分布電容主要是匝間電容和層間電容。傳統(tǒng)繞法變壓器高壓線包等效分布電容如圖10所示 由以上可以看出，繞組匝數(shù)越多，匝間分布等效電容就越小，層數(shù)越多，層間等效分布電容就越小。但變壓器的漏感隨著匝數(shù)和層數(shù)的增多而加大。因此減小漏感和減小等效分布電容是不可能兼得的。減小分布電容的同時(shí)增大了變壓器漏感，減小漏感的同時(shí)卻增大了等效匝間分布電容。 本發(fā)明是通過對繞組電壓分布和繞組結(jié)構(gòu)對分布電容的影響的分析，給出了減小分布電容的措施。 由于高頻高壓變壓器高壓側(cè)的副邊繞組匝數(shù)較多，繞組通常由多層線圈串聯(lián)而成，因此必然存在層間電容。層間電容的大小不僅與單層匝數(shù)的多少和層間絕緣距離及絕緣材料有關(guān)，還與繞組結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 層間電容由兩層之間的對應(yīng)匝的電容并聯(lián)而成。為分析方便，將層間的匝間電容近似等效為平板電容，故其大小與它們的距離成反比。相鄰兩層的電氣連接方式主要有"]"型、"Z"型、"Z"型三種。假設(shè)層間絕緣材料相同，平均絕緣厚度相等，三種電氣連接方式下
的層間分布電容情況如下
(1)"]"型"]"型接法層間電容分布情況如圖3所示，n為單層匝數(shù)，dl為層間絕緣距離。CZ1為AB端入口兩層繞組匝間電容，由于層間匝與匝間距離相等，故層間匝與匝之間的電容相等，對于AB端的交流輸入電壓，層間電容CAB1可等效為
CAB1="^^C
zi， (2) "Z"型 "Z"型接法層間電容分布情況如圖4所示，n為單層匝數(shù)，d2為層間絕緣距離，d2=24。 "Z"型接法即為常說的錐形繞法。CZ2為AB端人口兩層繞組匝間電容，Cz2 = Czl/2。該繞法層間匝與匝之間的等效電容是不等的，對于AB端的交流輸入電壓，層間電容C^可等效為CAB2= nCz2=~^~Czi; (3) "Z"型 "Z"型接法層間電容分布情況如圖5所示，n為單層匝數(shù)，為層間絕緣距離。CZ3為AB端人口兩層繞組匝間電容，CZ3 = CZ1。由于層間匝與匝間距離相等，故層間匝與匝之間的電容相等，對于AB端的交流輸入電壓，層間電容可等效為 CAB3=~^~ Cz3 = "^"Cz]. 通過以上分析可以看出，在相同線包厚度和絕緣材料情況下，當(dāng)單層匝數(shù)較少時(shí)，采用"Z"型禾P"Z"型繞組結(jié)構(gòu)，其層間分布電容比"]"型繞組結(jié)構(gòu)的小的多。匝數(shù)越多，其層間等效分布電容差別就越小，且層間絕緣強(qiáng)度提高了一倍。因此，采用"Z "型或"Z"型繞組結(jié)構(gòu)能夠有效降低等效分布電容，在單層匝數(shù)不多時(shí)這種效果更明顯，而且提高了變壓器的絕緣等級。 所以本發(fā)明的高頻高壓變壓器繞制采用了 "Z"型繞組結(jié)構(gòu)或"Z"型繞組結(jié)構(gòu)，以
便有效減小高頻高壓變壓器的分布電容，提高變壓器的頻率特性和絕緣水平。 2、次級高壓采用整流后逐級串聯(lián)疊加方法來獲得所需的直流高壓 如前所述，由于倍壓整流存在一些缺陷和不足，而如果次級采用變壓器輸出直接
整流濾波，又會遇到輸出電壓太高(> 80kV)而沒有合適整流器件等因素的限制，特別是在
高頻100kHz)高壓情況下，對器件的要求更為苛刻，普通的高速整流二級管無論在耐壓
上還是速度上都是無法滿足要求的，所以在高壓產(chǎn)生裝置中采用了多繞組逐級整流串聯(lián)的
方法來獲得直流高壓輸出，如圖6所示。 高壓次級線包采取多繞組分層串聯(lián)結(jié)構(gòu)，是因?yàn)楫?dāng)變壓器高壓側(cè)繞組匝數(shù)N2 —定時(shí)，設(shè)單層匝數(shù)為nl，單個(gè)繞組層數(shù)為n2，繞組個(gè)數(shù)為n3。<formula>formula see original document page 6</formula> 繞組總層間電容的等效為
<formula>formula see original document page 6</formula>
由上式可知，層數(shù)112越多，等效層間電容就越?。粏螌釉褦?shù)r^越少，層間電容也越小。當(dāng)層數(shù)n2—定時(shí)，減少單層匝數(shù)r^即增加繞組個(gè)數(shù)，也能減小等效分布電容。如圖7所示，該圖為高壓次級多繞組"Z"型繞制方法示意圖，大、小寫字母表示繞組的引出線同名端，如大寫A和大寫B(tài)，就表示這兩個(gè)繞組的同名端是A和B，其余以此類推。并且，變壓器次級線包繞組的兩個(gè)輸出引線按照字母或數(shù)字順序由里到外由上到下連接到高壓功率負(fù)載二極管串裝置上。 同時(shí)，由于高壓電源是由多個(gè)相對較低電壓的繞組串聯(lián)疊加獲得，因此，每個(gè)繞組的電壓相對而言不是很高，可以采用反壓較低的整流二極管，從而較容易地獲得高的反向恢復(fù)速度，實(shí)現(xiàn)并滿足100kHz的工作頻率要求。并且通過二極管整流串聯(lián)獲得x射線球管所需的直流高壓。 通過在高頻變壓器繞制中采用"Z"型多層繞組結(jié)構(gòu)和次級高壓采用整流后逐級串聯(lián)疊加技術(shù)方案后，在減小高頻高壓變壓器分布電容同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了高壓高頻的整流，保證了本高壓產(chǎn)生裝置輸出內(nèi)阻較小，在滿載、空載的情況下輸出電壓相對更加穩(wěn)定，提高X射線波譜單純度，使雜散射線進(jìn)一步減少，成像更加清晰，同時(shí)突破了高頻高壓發(fā)生器逆變工作頻率在100kHz以上的成本和技術(shù)瓶頸。
權(quán)利要求
一種醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括油箱、高壓主變壓器、小焦燈絲變壓器、大焦燈絲變壓器、與高壓主變壓器的輸出引線相連的高壓整流板、高壓分壓采樣板、外接線座、高壓電纜插座、油孔蓋，所述的油箱的內(nèi)腔中設(shè)有主支架，內(nèi)腔上部設(shè)有上支架，所述的高壓主變壓器設(shè)于主支架的中部，所述的小焦燈絲變壓器、大焦燈絲變壓器設(shè)于上支架上，所述的油箱的上箱面設(shè)有油孔以及呼吸孔，所述的高壓整流板固定于主支架的下部，所述的高壓分壓采樣板位于高壓整流板的外側(cè)并固定于主支架的下部，所述的外接線座、高壓電纜插座均設(shè)于油箱的上箱面上，所述的油孔蓋設(shè)于油孔上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述的高壓整流板上設(shè)有數(shù)個(gè)相互串聯(lián)的橋式整流模塊，該橋式整流模塊包括四組整流二極管，每組整流二極管均由一個(gè)或多個(gè)二極管串聯(lián)而成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述的高壓主變壓器包括高壓初級線包以及高壓次級線包，所述的高壓初級線包以及高壓次級線包均由多層線圈串聯(lián)而成，每層線圈均包括多個(gè)繞組，各繞組均為Z型繞組結(jié)構(gòu)或錐形繞組結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述的高壓次級線包各繞組的輸出引線分別與高壓整流板的整流模塊連接。
全文摘要
一種醫(yī)用高頻高壓發(fā)生器的高壓產(chǎn)生裝置，包括油箱、高壓主變壓器、小焦燈絲變壓器、大焦燈絲變壓器、與高壓主變壓器的輸出引線相連的高壓整流板、高壓分壓采樣板、外接線座、高壓電纜插座、油孔蓋，所述的油箱的內(nèi)腔中設(shè)有主支架，內(nèi)腔上部設(shè)有上支架，所述的高壓主變壓器設(shè)于主支架的中部，所述的小焦燈絲變壓器、大焦燈絲變壓器設(shè)于上支架上，所述的油箱的上箱面設(shè)有油孔以及呼吸孔，所述的高壓整流板固定于主支架的下部，所述的高壓分壓采樣板位于高壓整流板的外側(cè)并固定于主支架的下部，所述的外接線座、高壓電纜插座均設(shè)于油箱的上箱面上，所述的油孔蓋設(shè)于油孔上。本發(fā)明輸出直流高壓穩(wěn)定、紋波小、性價(jià)比高。
文檔編號H02M7/04GK101753037SQ20091019560
公開日2010年6月23日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者嚴(yán)智淵, 張家榕 申請人:上海東滬醫(yī)用設(shè)備有限公司