Brevet FR2985620A1 — publié le 20130712

Système générateur d'électricité et boîtier L'invention concerne les systèmes de génération d'électricité à haute tension. On utilise des systèmes générateurs d'électricité à haute tension, par exemple, pour fournir à un tube électronique à vide un courant continu (c.c.) à haute tension régulée qui pousse des électrons pour les faire passer d'un cathode à une anode et provoque une émission de rayons X. Ordinairement, le système générateur d'électricité comporte un module de transformateurs qui a un rapport de transformation élevé entre les spires du primaire et celles du secondaire et convertit en courant alternatif (c.a.) à relativement haute tension un c.a. à relativement basse tension. Le système générateur d'électricité peut comporter en outre un module de multiplicateurs de tension qui utilise des diodes et des condensateurs pour renforcer encore le c.a. à haute tension issu de l'enroulement secondaire du module de transformateur, ainsi que pour convertir le c.a. haute tension en c.c. haute tension voulu. Dans un système générateur d'électricité selon la technique antérieure, le module de transformateurs comprend au moins deux transformateurs et le module de multiplicateurs comprend au moins deux multiplicateurs électriquement en série et couplés chacun à un transformateur correspondant. Lorsque les multiplicateurs sont en trop petit nombre, afin de produire un c.c. à haute tension, chaque multiplicateur doit comprendre de nombreuses diodes d'un seul type montées en série et des condensateurs en série, et les condensateurs doivent avoir une grande capacité. Les diodes en série présentent un effet de déséquilibre de tension dû à un processus de recouvrement inverse des diodes incompatibles en série et provoquent des dégâts par surtension. S'il y a trop de multiplicateurs, les multiplicateurs et les transformateurs occupent beaucoup de place, ce qui aboutit alors à un boîtier volumineux et un coût plus élevé. Selon une forme de réalisation de la présente invention, il est proposé un système générateur d'électricité comportant une entrée destinée à recevoir un courant alternatif à basse tension et un certain nombre N de modules de conversion de tension couplés à l'entrée et montés électriquement chacun en série. Chaque module de conversion de tension comprend un transformateur pour convertir le courant alternatif basse tension en courant alternatif haute tension. Chaque module de conversion de tension comprend un multiplicateur pour convertir en courant continu haute tension le courant alternatif haute tension issu du transformateur. Le multiplicateur comprend une partie positive de multiplicateur et une partie négative de multiplicateur. La partie positive de multiplicateur et la partie négative de multiplicateur comprennent chacune une paire de bornes d'entrée en parallèle avec le transformateur et au moins un étage multiplicateur comprenant une seule diode et un ensemble de condensateurs. Le nombre N est un nombre pair compris entre 4 et 24. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique d'un système générateur d'électricité selon un exemple de forme de réalisation ; - la figure 2 est un schéma de circuit d'un système de production de rayons X à l'aide du système générateur d'électricité de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un boîtier de production d'électricité selon un exemple de forme de réalisation ; et - la figure 4 est une vue en coupe du boîtier de production d'électricité, prise suivant la ligne 3-3 de la figure 3. Considérant la figure 1, un système générateur d'électricité 100 selon une forme de réalisation de l'invention comporte un certain nombre N de modules de conversion de tension 1 montés chacun électriquement en série pour convertir un courant alternatif (c.a.) basse tension en courant continu (c.c.) haute tension. Selon un exemple de forme de réalisation, le nombre N est un nombre pair compris entre 4 et 24 inclusivement. Cependant, on peut utiliser n'importe quel nombre nécessaire de modules de conversion de tension 1. Chaque mode de conversion de tension 1 comprend un transformateur 11 pour convertir le c.a. basse tension en c.a. haute tension et un multiplicateur 12 couplé électriquement au transformateur 11 pour renforcer encore le c.a. haute tension issu du transformateur 11 et produire un c.a. à tension encore plus haute, ainsi que pour convertir le c.a. à tension accrue en c.c. haute tension. Considérant la figure 2, il y est représenté un exemple de forme de réalisation où le système générateur d'électricité 100 est employé dans un système de production de rayons X 200 pour fournir un c.c. haute tension voulu à un tube radiogène 2. Le c.c. haute tension voulu est une somme des c.c. haute tension issus des modules de conversion de tension 1. Le tube radiogène 2 a un tube électronique à vide 21, une anode 22 et une cathode 23 couplés électriquement au système générateur d'électricité 100. Le c.c. haute tension voulu issu du système générateur d'électricité 100 pousse des électrons pour qu'ils passent de la cathode 23 à l'anode 22 afin de provoquer une émission de rayons X. Dans certaines formes de réalisation, le c.c. haute tension voulu appliqué à l'anode 22 et à la cathode 23 est par exemple de 40 kV à 160 kV, pour une application médicale, et une intensité des rayons X est par exemple de 20 mA à 1 A. Cependant, le c.c. haute tension voulu peut être établi à toute valeur requise par l'application. Il en va de même pour l'intensité des rayons X. Le système de production de rayons X 200 comporte une source d'électricité 3 pour fournir le c.a. basse tension aux transformateurs 11 du système générateur d'électricité 100. Le système générateur d'électricité 100 comporte une entrée 101 destinée à recevoir le courant alternatif basse tension de la source d'électricité 3. La source d'électricité 3 est une source de c.a. apte à délivrer un signal de c.a. à tension réduite. Dans une autre forme de réalisation, la source d'électricité 3 peut comprendre une source de c.c. et un onduleur convertissant en c.a. basse tension un c.c. basse tension issu de la source de c.c. Dans certaines formes de réalisation, la source d'électricité 3 peut comprendre en outre un circuit de filtrage (non représenté). Dans une forme de réalisation, une amplitude de tension du c.a. basse tension de la source d'électricité 3 peut être de l'ordre de quelques centaines de volts, et une fréquence de commutation du c.a. basse tension issu de la source d'électricité 3 est, par exemple, de 100 kHz à 1 MHz. L'amplitude de tension et la fréquence de commutation peuvent être établies comme nécessité par l'application. Toujours en référence à la figure 2, dans certaines formes de réalisation, le transformateur 11 comprend un noyau 111, un enroulement primaire 113 et un enroulement secondaire 115. Le c.a. basse tension issu de la source d'électricité 3 est appliqué via l'enroulement primaire 113. Le noyau 111 est un noyau de ferrite, un noyau nanocristallin ou un autre type de noyau. Le noyau nanocristallin peut servir si la fréquence de commutation du c.a. basse tension est d'environ 100 kHz. Si la fréquence de commutation du c.a. basse tension est élevée, notamment supérieure à 300 kHz, on préfèrera le noyau de ferrite. Dans la forme de réalisation illustrée, les enroulements primaires 113 des transformateurs 11 sont montés électriquement en série. Dans certaines formes de réalisation, les enroulements primaires 113 des transformateurs 11 sont montés électriquement en parallèle avec la source d'électricité 3. L'enroulement secondaire 115 comprend une paire de bornes d'entrée 116, 117 par l'intermédiaire desquelles est délivré le c.a. haute tension. Le c.a. haute tension issu du transformateur 11 est, par exemple, de 300 V à 5000 V. Cependant, le c.a. haute tension peut être établi à toute valeur requise par l'application. Considérant les figures 1 et 2, chaque multiplicateur 12 est un multiplicateur bipolaire et comprend une partie positive 13 de multiplicateur et une partie négative 14 de multiplicateur. La partie positive 13 de multiplicateur et la partie négative 14 de multiplicateur comprennent chacune une paire de bornes d'entrée 131, 132, 141 et 142 montées en parallèle avec les bornes de sortie 116, 117 de l'enroulement secondaire 115. La partie positive 13 de multiplicateur et la partie négative 14 de multiplicateur sont chacune un circuit multiplicateur unidirectionnel et, respectivement, redressent et amplifient le c.a. haute tension de sortie du transformateur 11 pour délivrer un c.c. positif haute tension à une sortie 133 de c.c. positif et un c.c. négatif haute tension à une sortie de c.c. négatif 143. Les bornes de sortie 133, 143 des multiplicateurs 12 peuvent être montées en série, aussi une production totale du système générateur d'électricité 100 peut-elle être représentée comme une somme des tensions de sortie des multiplicateurs 12 des modules de conversion de tension 1. Le c.c. haute tension produit par le multiplicateur 12 est, par exemple, de 1,5 kV à 40 kV. Cependant, le c.c. haute tension délivré par le multiplicateur 12 peut être établi à toute valeur requise par l'application. Dans certaines formes de réalisation, les multiplicateurs 12 reçoivent la même tension des transformateurs 11 et produisent le même c.c. La partie positive 13 de multiplicateur et la partie négative 14 de multiplicateur comprennent chacune au moins un étage multiplicateur 15 ayant une seule diode 151 et un ensemble de condensateurs 152. La diode 151 n'est pas facilement endommagée par une tension inégale. La diode 151 peut être une diode montée en surface, avec une tension nominale de 600 V à 10 kV, notamment 600 V, 1200 V, 3300 V, 6500 V, 10 kV, etc. L'ensemble de condensateurs 152 comprend un ou plusieurs condensateurs en série et chaque condensateur est un condensateur monté en surface, avec une tension nominale de 600 V à 10 kV, notamment 600 V, 1200 V, 3300 V, 6500 V, 10 kV, etc. Cependant, les diodes 151 et les condensateurs peuvent être d'autres types et réglés à toute valeur requise par l'application. Dans certaines formes de réalisation, le nombre des étages multiplicateurs 15 dans chacune des partie positive 13 de multiplicateur et partie négative 14 de multiplicateur est de 2 à 8 inclusivement. Cependant, le nombre des étages multiplicateurs 15 peut être fixé à toute valeur requise par l'application. Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de boîtier de production d'électricité 300 du système générateur d'électricité 100 décrit en référence aux figures 1 et 2. Considérant les figures 3 et 4, le boîtier de production d'électricité illustré 300 comporte une carte de circuit imprimé 4 portant des composants électroniques 151, 152 et un module 5 de transformateurs composé du nombre N de transformateurs 11. Les composants électroniques 151, 152 comprennent des diodes 151 montées en surface et des condensateurs 152 montés en surface constituant le multiplicateur 12 décrit en référence à la figure 2. Dans la forme de réalisation illustrée, les enroulements primaires 113 des transformateurs 11 sont montés électriquement en série et sont revêtus d'un corps d'isolation 114. Le corps d'isolation 114 est en polypropylène (PP) ou autre matériau isolant afin d'isoler les enroulements primaires 113 par rapport aux enroulements secondaires 115. Chaque noyau 111 a une forme annulaire et chaque enroulement secondaire 115 des transformateurs 11 s'enroule autour de chaque noyau 111. Les noyaux 111 entourent respectivement le corps d'isolation 114. Le module 5 de transformateurs est situé sur une face de la carte de circuit imprimé 4. La paire de bornes de sortie 116, 117 de l'enroulement secondaire 115 s'étendent vers la carte de circuit imprimé 4 et sont connectées électriquement aux diodes 151 montées en surface et aux condensateurs 152 montés en surface sur la carte de circuit imprimé 4. Le nombre optimal N des modules de conversion de tension 1 est déterminé en fonction d'une tension du tube radiogène 2, savoir le c.c. haute tension voulu délivré par le système générateur d'électricité 100, d'une intensité du tube radiogène 2, de la fréquence de commutation du c.a. basse tension issu de la source d'électricité 3, de la vitesse de croissance et de décroissance du c.c. haute tension, ainsi que de la tension nominale des diodes 151 et des condensateurs 152. Plus le nombre de modules de conversion de tension 1 est grand, plus il est possible de réduire la tension nominale de la diode et du condensateur. Cependant, il faut également prendre en considération la complexité et les performances. Le nombre N est un nombre pair allant de 4 à 24, si bien que le système de production de rayons X 200 peut utiliser des diodes et des condensateurs à tension nominale basse et constitue également un boîtier peu coûteux et compact. Puisque la diode a une tension nominale basse, l'étage multiplicateur 15 peut n'utiliser qu'une seule diode pour atteindre les performes recherchées et éviter l'endommagement de la diode résultant d'une tension déséquilibrée. Plus la fréquence de commutation est élevée, plus la capacité nécessaire du condensateur 152 est basse. De la sorte, le système de production de rayons X 200 peut utiliser des condensateurs à capacité réduite. Les diodes et les condensateurs à montage en surface ont une tension nominale basse. Ainsi, les diodes et les condensateurs à montage en surface peuvent servir dans le système de production de rayons X 200 pour boîtier mince. De plus, la fréquence de commutation élevée favorise également une vitesse de croissance et de décroissance élevée du c.c. haute tension permettant de réduire l'exposition des patients aux rayons X. REVENDICATIONS1. Système générateur d'électricité (100), comportant : une entrée (101) destinée à recevoir un courant alternatif basse tension ; un nombre N de modules de conversion de tension (1), couplés à l'entrée (101), et montés chacun électriquement en série et comprenant chacun : un transformateur (11) pour convertir le courant alternatif basse tension en courant alternatif haute tension ; et un multiplicateur (12) pour convertir en courant continu haute tension le courant alternatif haute tension issu du transformateur (11), le multiplicateur (12) comprenant une partie positive (13) de multiplicateur et une partie négative (14) de multiplicateur, la partie positive (13) de multiplicateur et la partie négative (14) de multiplicateur comprenant chacune une paire de bornes d'entrée (131, 132, 141, 142) montées en parallèle avec le transformateur (11), et au moins un étage multiplicateur (15) comprenant une diode unique (151) et un ensemble de condensateurs (152) ; le nombre N étant un nombre pair compris entre 4 et 24. 2. Système générateur d'électricité (100) selon la revendication 1, dans lequel le courant alternatif haute tension délivré par le transformateur (11) est de 300 V à 5000 V. 3. Système générateur d'électricité (100) selon la revendication 1, dans lequel le courant continu haute tension délivré par le multiplicateur (12) est de 1,5 kV à 40 kV. 4. Système générateur d'électricité (100) selon la revendication 1, dans lequel la diode (151) est une diode montée en surface avec une tension nominale de 600 V à 10 kV. 5. Système générateur d'électricité (100) selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble de condensateurs (152) comprend un ou plusieurs condensateurs en série et chaque condensateur (152) est un condensateur monté en surface avec une tension nominale de 600 V à 10 kV. 6. Système générateur d'électricité (100) selon la revendication 1, dans lequel une fréquence de commutation du courant alternatif basse tension est de 100 kHz à 1 MHz. 7. Système générateur d'électricité (100) selon la revendication 1, dans lequel un nombre du/des étages multiplicateurs (15) dans chacune des partie positive (13) de multiplicateur et partie négative (14) de multiplicateur est de 2 à 8. 8. Système de production de rayons X (200), comportant : une source d'électricité (3) pour produire un courant alternatif basse tension ; un tube radiogène (2) ayant une anode (22) et une anode (23) ; et un système générateur d'électricité (100) pour convertir le courant alternatif basse tension issu de la source d'électricité (3) en courant continu haute tension fourni au tube radiogène (2), le système générateur d'électricité (200) comportant un certain nombre N de modules de conversion de tension (1) montés électriquement en série, les modules de conversion de tension (1) comprenant chacun : un transformateur (11) couplé à la source d'électricité (3) pour convertir le courant alternatif basse tension en courant alternatif haute tension ; etun multiplicateur (12) pour convertir en courant continu haute tension le courant alternatif haute tension issu du transformateur (11), le multiplicateur (12) comprenant une partie positive (13) de multiplicateur et une partie négative (14) de multiplicateur, la partie positive (13) de multiplicateur et la partie négative (14) de multiplicateur comprenant chacune une paire de bornes d'entrée (131, 132, 141, 142) montées en parallèle avec le transformateur (11), et au moins un étage multiplicateur (15) comprenant une diode unique (151) et un ensemble de condensateurs (152) ; le nombre N étant un nombre pair compris entre 4 et 24. 9. Système de production de rayons X (200) selon la revendication 8, dans lequel le courant alternatif haute tension délivré par le transformateur (11) est de 300 V à 5000 V. 10. Système de production de rayons X (200) selon la revendication 8, dans lequel le courant continu haute tension délivré par le multiplicateur (12) est de 1,5 kV à 40 kV. 11. Système de production de rayons X (200) selon la revendication 8, dans lequel la diode (151) est une diode montée en surface avec une tension nominale de 600 V à 10 kV. 12. Système de production de rayons X (200) selon la revendication 8, dans lequel l'ensemble de condensateurs (152) comprend un ou plusieurs condensateurs en série et chaque condensateur (152) est un condensateur monté en surface avec une tension nominale de 600 V à 10 kV. 13. Système de production de rayons X (200) selon la revendication 8, dans lequel une fréquence de commutation du courant alternatif basse tension issu de la source d'électricité (3) est de 100 kHz à 1 MHz. 14. Système de production de rayons X (200) selon la revendication 8, dans lequel un nombre du ou des étages multiplicateurs (15) dans chacune des partie positive (13) de multiplicateur et partie négative (14) de multiplicateur est de 2 à 8. 15. Boîtier de production d'électricité (300), comportant : une carte de circuit imprimé (4) portant une pluralité de composants électroniques (151, 152) comprenant des diodes (151) montées en surface et des condensateurs (152) montés en surface ; et un certain nombre N de transformateurs (11) comprenant chacun un noyau (111), un enroulement primaire (113) et un enroulement secondaire (115), l'enroulement secondaire étant couplé électriquement aux composants électroniques (151, 152) ; le nombre N étant un nombre pair allant de 4 à 24. 16. Boîtier de production d'électricité (300) selon la revendication 15, dans lequel chaque diode (151) montée en surface a une tension nominale de 600 V à 10 kV. 17. Boîtier de production d'électricité (300) selon la revendication 15, dans lequel chaque condensateur (152) monté en surface a une tension nominale de 600 V à 10 kV. 18. Boîtier de production d'électricité (300) selon la revendication 15, dans lequel les enroulements primaires (113) des transformateurs (11) sont montés électriquement en série et revêtus d'un corps d'isolation (114), chaque enroulement secondaire (115) des transformateurs (111) s'enroulant autour d'un dit noyau (111), et les noyaux (111) des transformateurs (11) entourent respectivement le corps d'isolation (114). 19. Boîtier de production d'électricité (300) selon la revendication 15, dans lequel le noyau (111) est un noyau de ferrite ou un noyau nanocristallin.