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Dokumentenidentifikation DE102005053117A1 24.05.2006
Titel Verfahren zur Potentialsteuerung und Abschirmung für eine Hochspannungskomponente auf einer gedruckten Schaltung und in einem Röntgengerät
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Sundaram, Senthil Kumar, Navi Mumbai, IN
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 08.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005053117
Offenlegungstag 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2006
IPC-Hauptklasse H05K 1/02(2006.01)A, F, I, 20051108, B, H, DE
Zusammenfassung In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Potentialsteuerung und Abschirmung für eine Hochspannungskomponente (10), z. B. einen auf einer gedruckten Schaltung (12) montierten, resistiven Hochspannungsteiler, geschaffen. Das Verfahren umfasst das Anordnen wenigstens einer ersten Leiterbahn (22), die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut ist, an einer durch die Montageposition der Hochspannungskomponente (10) vorbestimmten ersten Stelle und wenigstens einer zweiten Leiterbahn (24), die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut ist, an einer entlang der Länge der Hochspannungskomponente (10) vorbestimmten zweiten Stelle. Die angeordnete wenigstens eine erste Leiterbahn (22) verringert den Streukapazitätseffekt wesentlich, und die wenigstens eine zweite Leiterbahn (24) erzeugt entlang der Länge der Hochspannungskomponente (10) einen im Wesentlichen linearen Spannungsverlauf.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren zur Potentialsteuerung bzw. -beeinflussung und Abschirmung und insbesondere auf ein Potentialsteuerungs- und Abschirmungsverfahren für eine Hochspannungskomponente, z.B. einen resistiven Hochspannungsteiler (Ableitwiederstand bzw. Bleeder) etc., die auf einer gedruckten Schaltung bzw. Printed Circuit Board (PCB), z.B. einer in Röntgengeräten verwendeten Vervielfacher-PCB, montiert ist.

Hintergrund der Erfindung

Bei einem Röntgengerät, das z.B. einen Röntgengenerator enthält, ist zum Betrieb einer Röntgenröhre eine Hochspannungsversorgung erforderlich. Die erzeugte Hochspannung wird gewöhnlich mit einer Hochspannungskomponente, wie z.B. einem resistiven Hochspannungsteiler (Bleeder) gemessen, der auch eine weitere Funktion zum Entladen der in einem Spannungsvervielfacher verwendeten Kondensatoren erfüllt.

Z.B. weisen resisitive Hochspannungsteiler gewöhnlich einen im Wesentlichen langen Aufbau auf, um an ihrer Oberfläche eine ausreichende Isolation sicherzustellen. Eine solche Anordnung, die einen langen Aufbau mit einer hohen Spannung an einem Ende und nahezu elektrischem Massepotential an dem anderen Ende aufweist, wird mit größerer Wahrscheinlichkeit einen nicht gleichförmigen, elektrischen Feldverlauf entlang der Länge des resistiven Hochspannungsteilers erzeugen. Ferner wird das elektrische Feld in Abhängigkeit von den benachbarten Komponenten und ihrem elektrischen Potential verzerrt.

Die beiden oben genannten Aspekte werden in einem zusammengesetzten Modell als eine unterschiedliche Verteilung von Kapazitäten entlang der Länge des resistiven Hochspannungsteilers verstanden. Folglich beeinflussen die nicht gleichförmige Verteilung des elektrischen Potentials entlang der Länge des resistiven Hochspannungsteilers und die Verschiedenheit der Streukapazitäten in Abhängigkeit von der Umgebung das Teilungsverhältnis, den Frequenzgang und die Genauigkeit der Messung.

Ein bekanntes Verfahren zur Potentialbeeinflussung bzw. -steuerung und Abschirmung (Grading and Shielding) einer Hochspannungskomponente, wie z.B. einen resistiven Hochspannungsteiler, enthält das Anordnen des Wiederstands in der Mitte zwischen wenigstens einem Paar von parallelen Platten, die als eine Abschirmung wirken und zur selben Zeit einen linearen Potentialverlauf schaffen. Diese Anordnung erfordert jedoch eine spezielle Packung. Auch weist die Wiederstandsanordnung eine signifikante Kapazität auf, die sich aus den parallelen Platten ergibt. Obwohl die Kapazität an dem Ende mit der niedrigen Spannung kompensiert wird, wird das Ansprechverhalten bzw. der Frequenzbereich (Bandbreite) des Teilersystems gering, was den Teiler bei der Messung schneller, transienter Vorgänge nur begrenzt wirksam macht. Weiterhin wird für die Anforderungen eines kompakten Aufbaus eine getrennte Anordnung des resistiven Hochspannungsteilers mit größerer Wahrscheinlichkeit mehr Raum brauchen und auch teurer werden.

Folglich liefert das oben beschriebene Verfahren keine Anordnung zum Aufbau einer Hochspannungskomponente, z.B. eines Hochspannungsteilers, die kompakt ist. Eine sehr kompakte Anordnung kann sich aus dem Anbringen des Teilers auf der PCB ergeben, die zur Hochspannungserzeugung verwendet wird, z.B. einer Vervielfacher-PCB in einem Röntgengerät.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Es wird sich hierin den oben genannten Unzulänglichkeiten, Nachteilen und Problemen zugewandt, wie es durch Lesen und Studieren der folgenden Beschreibung verstanden wird.

In einer Ausführungsform wird ein Potentialsteuerungs- und Abschirmungsverfahren für eine Hochspannungskomponente, z.B. einen auf einer PCB montierten resistiven Hochspannungsteiler geschaffen. Das Verfahren enthält das Anordnen bzw. Ausbilden wenigstens einer ersten Leiterbahn, die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut ist, an einer durch die Montageposition der Hochspannungskomponente vorbestimmten ersten Position und wenigstens einer zweiten Leiterbahn, die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut ist , an einer entlang der Länge der Hochspannungskomponente vorbestimmten zweiten Position. Die wenigstens eine angeordnete erste Leiterbahn verringert die Streukapazitätswirkung wesentlich, und die wenigstens eine zweite Leiterbahn erzeugt einen im Wesentlichen linearen Potentialverlauf entlang der Länge der Hochspannungskomponente.

In einer anderen Ausführungsform wird ein Röntgengerät geschaffen. Das Röntgengerät enthält eine PCB und eine Hochspannungskomponente mit einer vorbestimmten Länge, die auf der PCB angebracht ist. Die PCB weist wenigstens eine erste Leiterbahn und wenigstens eine zweite Leiterbahn auf, die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut sind. Die Hochspannungskomponente weist wenigstens einen ersten Anschluss und wenigstens einen zweiten Anschluss auf, die eine vorbestimmte elektrische Potentialdifferenz aufweisen. Die erste Leiterbahn befindet sich in einem durch wenigstens einen der Anschlüsse vorbestimmten Abstand, und die zweite Leiterbahn befindet sich an einer durch den elektrischen Potentialgradienten entlang der Länge der Hochspannungskomponente festgelegten Stelle.

Vorrichtungen und Verfahren in verschiedenem Rahmen werden hierin beschrieben. Zusätzlich zu den verschiedenen, in dieser Zusammenfassung beschriebenen Aspekten und Vorteilen werden weitere Aspekte und Vorteile unter Bezug auf die Zeichnungen und durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 stellt ein Potentialsteuerungs- und Abschirmungsverfahren für eine Hochspannungskomponente auf einer PCB gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung dar.

2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Abschirmung auf dem halben elektrischen Maximalpotential gehalten wird.

3 zeigt die Seitenansicht von 2.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen zum Zweck der Darstellung spezielle Ausführungsbeispiele gezeigt werden, die in die Praxis umgesetzt werden können. Diese Ausführungsbeispiele sind mit ausreichender Genauigkeit beschrieben, um Fachleute in die Lage zu versetzen, die Ausführungsbeispiele in die Praxis umzusetzen, und es muss erkannt werden, dass Ausführungsformen verwendet und logische, mechanische, elektrische oder andere Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Ausführungsformen zu verlassen. Die folgende detaillierte Beschreibung darf daher nicht in einem beschränkenden Sinne verstanden werden.

Verschiedene Ausführungsformen dieser Erfindung schaffen ein Potentialsteuerungs- und Abschirmungsverfahren für eine Hochspannungskomponente, wie z.B. einen resistiven Hochspannungsteiler oder einen kapazitiven Hochspannungsteiler, die auf einer gedruckten Schaltung bzw. PCB, z.B. einer in einem Röntgengerät verwendeten Vervielfacher-PCB, montiert sind. Die Ausführungsformen sind jedoch nicht in dieser Weise beschränkt, sondern können auch in Verbindung mit anderen Systemen, wie z.B. medizinischen Bildgebungssystemen, industriellen Prüfsystemen, Security-Scannern, Sicherheitsüberprüfungsystemen, Teilchenbeschleunigern etc. zur Anwendung gebracht werden.

Bei verschiedenen Ausführungsformen wird ein Potentialsteuerungs- und Abschirmungsverfahren für eine auf einer PCB montierte Hochspannungskomponente geschaffen, wobei das Verfahren das Anordnen wenigstens einer aus einem Metall oder einer Legierung aufgebauten ersten Leiterbahn an einem ersten Ort, um die Wirkung der Streukapazitäten wesentlich zu verringern, und wenigstens einer aus einem Metall oder einer Legierung aufgebauten zweiten Leiterbahn an einem zweiten Ort enthält, um einen im Wesentlichen linearen Spannungsverlauf entlang der Länge der Hochspannungskomponente zu erzeugen.

1 zeigt eine beispielhafte Ansicht eines Potentialsteuerungs- und Abschirmungsverfahren für eine auf einer PCB angebrachte Hochspannungskomponente gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Hochspannungskomponente 10 auf einer PCB 12 montiert, wie z.B. einer Vervielfacher-PCB, die an ein Röntgengerät (nicht gezeigt) angeschlossen ist. Die Hochspannungskomponente 10 enthält einen ersten Anschluss 14, der auf einem vorbestimmten hohen Potential liegt, und wenigstens einen zweiten Anschluss 16, der auf einem vorbestimmten niedrigen Potential liegt. Die Hochspannungskomponente 10 ist auf der Komponentenseite 18 der PCB 12 angebracht und auf der Lötseite 20 der PCB 12 verlötet.

In einem Ausführungsbeispiel enthält die Hochspannungskomponente 10 einen resistiven Hochspannungsteiler, der einen im Wesentlichen hohen ohmschen Wiederstandswert und/oder flache und dünne Abmessungen aufweist.

Der Hochspannungswiderstand ist z.B. aus einem Isolationssubstrat aufgebaut, das entweder eine im Wesentlichen dicke oder eine dünne metallisierte Filmbeschichtung auf der Oberfläche aufweist.

In einem Beispiel weist der erste Anschluss 14 eine Spannung von etwa 42 kV und der zweite Anschluss nahezu das elektrische Massepotential auf.

In anderen Beispielen können der erste Anschluss 14 und der zweite Anschluss 16 andere oder sich ändernde Spannungen aufweisen, wobei die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Anschluss 14 und dem zweiten Anschluss 16 im Wesentlichen hoch ist.

In einer Ausführungsform wird wenigstens eine erste Leiterbahn 22 auf der Lötseite 20 der PCB 12 geschaffen, wobei die erste Leiterbahn 22 im Wesentlichen auf dem elektrischen Massepotential gehalten wird.

Es sollte erkannt werden, dass die erste Leiterbahn 22 in einer zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Kriechstrecke vorbestimmten Entfernung von dem ersten Anschluss 14 geschaffen wird.

Es sollte auch erkannt werden, dass die Fläche der ersten Leiterbahn 22 maximal gehalten wird, um eine effiziente Kontrolle der Wirkung der Streukapazität sicherzustellen.

In einem Beispiel ist die erste Leiterbahn 22 aus einer geätzten Kupferschicht auf der PCB 12 ausgebildet.

In einem anderen Beispiel kann die erste Leiterbahn 22 aus einem Metall oder einer Metalllegierung, wie z.B. einer Kupfer-, Zinn- oder Aluminiumschicht bzw. -folie aufgebaut sein, die an der PCB 12 befestigt und zur wesentlichen Verringerung des Streukapazitätseffekts eingerichtet sind.

Die 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform, bei der die erste Leiterbahn 22 auf einem erhöhten elektrischen Potential, z.B. einem elektrischen Potential, das im Wesentlichen gleich der Hälfte des maximalen elektrischen Potentials der Hochspannungskomponente 10 ist, gehalten wird und gegenüber den Anschlüssen 14 und 16 ausreichend isoliert ist.

Es sollte erkannt werden, dass das Halten der ersten Leiterbahn 22 auf einem elektrischen Potential, das im Wesentlichen gleich der Hälfte des maximalen elektrischen Potentials ist, die elektrische Beanspruchung der PCB 12 , z.B. einer dünnen PCB, signifikant verringert und auch das dynamische Ansprechen der Hochspannungskomponente 10 erhöht, indem zwischen dem ersten Anschluss 14 und dem zweiten Anschluss 16 die Streukapazitätswirkung ausgeglichen wird.

In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die erste Leiterbahn 22 auf der auf der Lot- (26) bzw. Lötseite 20 der PCB 12 angeordnet.

In einer Ausführungsform ist die wenigstens eine zweite Leiterbahn 24 auf der Komponentenseite der PCB 12 angeordnet.

Die zweite Leiterbahn 24 ist z.B. an einer Vielzahl von entlang der Länge der Hochspannungskomponente 10 vorbestimmten Stellen angeordnet.

Die Position jeder zweiten Leiterbahn 24 ist z.B. in Abhängigkeit von dem gewünschten elektrischen Potentialgradienten entlang der Länge der Hochspannungskomponente 10 vorbestimmt.

Wie in der in 1 gezeigten Ausführungsform dargestellt, sollte erkannt werden, dass jede der zweiten Leiterbahnen 24 an wenigstens eine aus einer Vielzahl von Spannungsquellen (nicht gezeigt) angeschlossen ist, die innerhalb der PCB 12 angeordnet sind. Diese Anordnung zwingt das elektrische Potential an bestimmten Stellen entlang der Länge der Hochspannungskomponente 10, im Wesentlichen gleich den elektrischen Potentialen der zweiten Leiterbahnen 24 zu werden, die zu den jeweiligen Stellen gehören, und dadurch (wie in 1 gezeigt) einen im Wesentlichen linearen Spannungsverlauf (Grading) entlang der Länge der Hochspannungskomponente 10 zu erzeugen.

Es sollte auch erkannt werden, dass die Anordnung mit ersten und zweiten Leiterbahnen 22, 24 eine lineare Potentialverteilung entlang der oberen Oberfläche der Hochspannungskomponente 10 erzeugt.

Es sollte erkannt werden, dass die Anzahl der einzurichtenden zweiten Leiterbahnen 24 von der Länge der Hochspannungskomponente 10 abhängt.

In einer Ausführungsform ist wenigstens eine zweite Leiterbahn 24 aus einer geätzten Kupferschicht auf der Komponentenseite der PCB 12 gebildet worden.

In einer anderen Ausführungsform kann die zweite Leiterbahn 24 aus einem Metall oder einer Metalllegierung aufgebaut und an der Komponentenseite der PCB 12 befestigt sein.

In einer weiteren Ausführungsform sind eine Vielzahl von Potentialsteuerungs- bzw. Gradingelementen (nicht gezeigt), wie z.B. metallischen Ringen oder metallischen Stangen, die im Wesentlichen eine Halbkreisform und/oder Quadratform aufweisen, um die Hochspannungskomponente 10 herum angebracht und mit den zweiten Leiterbahnen 24 verbunden.

Es sollte erkannt werden, dass diese Anordnung die Wirkung der Potentialsteuerung entlang der oberen und seitlichen Oberflächen der Hochspannungskomponente 10 wesentlich verstärkt. Die Streukapazität wird wesentlich verringert, so dass die erste Leiterbahn 22 an der Lötseite 20 entfernt werden kann.

Es sollte auch erkannt werden, dass eine Hochspannungskomponente 10, die eine im Wesentlichen zylindrische Anordnung und eine große Dicke und einen großen Durchmesser aufweist, entlang der gesamten Umfangsoberfläche der Hochspannungskomponente einen verbesserten Potentialsteuerungs- und Abschirmungseffekt aufweist.

Folglich schaffen die verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung ein Potentialsteuerungs- und Abschirmungsverfahren für eine auf einer PCB montierte Hochspannungskomponente. Weitere Ausführungsformen dieser Erfindung schaffen ein Röntgengerät, das eine kompakte Anordnung zur Potentialsteuerung und Abschirmung einer Hochspannungskomponente auf einer PCB aufweist.

Demnach schaffen das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung eine gleichförmige Verteilung der Beanspruchung entlang der Länge der Hochspannungskomponente, wodurch eine verkürzte Länge der Hochspannungskomponente ermöglicht wird, was für die PCB zu einem signifikant kompakten Aufbau führt.

In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Potentialsteuerung und Abschirmung für eine Hochspannungskomponente 10, z.B. einen auf einer gedruckten Schaltung 12 montierten, resistiven Hochspannungsteiler geschaffen. Das Verfahren umfasst das Anordnen wenigstens einer ersten Leiterbahn 22, die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut ist, an einer durch die Montageposition der Hochspannungskomponente 10 vorbestimmten ersten Stelle und wenigstens einer zweiten Leiterbahn 24, die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut ist, an einer entlang der Länge der Hochspannungskomponente 10 vorbestimmten zweiten Stelle. Die angeordnete wenigstens eine erste Leiterbahn 22 verringert den Streukapazitätseffekt wesentlich, und die wenigstens eine zweite Leiterbahn 24 erzeugt entlang der Länge der Hochspannungskomponente 10 einen im Wesentlichen linearen Spannungsverlauf.

Obwohl die Erfindung im Hinblick auf vielfältige spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung auch mit Abwandlungen in die Praxis umgesetzt werden kann und z.B. die Leiterbahnen zur Erfüllung weiterer elektrischer Funktionen zusätzlich zu der Potentialsteuerung und Abschirmung eingerichtet sein können. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass alle derartigen Abwandlungen vom Bereich der beigefügten Ansprüche abgedeckt sind.

10Hochspannungskomponente 12Gedruckte Schaltung, PCB 14Erster Anschluss 16Zweiter Anschluss 18Komponentenseite 20Lötseite 22Erste Leiterbahn 24Zweite Leiterbahn 26Lot

Anspruch[de]
  1. Potentialsteuerungs- und Abschirmungsverfahren für eine Hochspannungskomponente (10) auf einer gedruckten Schaltung (12), das aufweist:

    Anordnen wenigstens einer ersten Leiterbahn (22), die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut ist, an einem durch die Montageposition der Hochspannungskomponente (10) auf der gedruckten Schaltung (12) vorbestimmten ersten Ort,

    Anordnen wenigstens einer zweiten Leiterbahn (24), die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut ist, an einem entlang der Länge der Hochspannungskomponente (10) vorbestimmten zweiten Ort, wobei:

    die wenigstens eine angeordnete erste Leiterbahn (22) die Streukapazitätswirkung wesentlich verringert und

    die wenigstens eine angeordnete zweite Leiterbahn (24) entlang der Länge der Hochspannungskomponente (10) einen im Wesentlichen linearen Potentialverlauf erzeugt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 das weiterhin enthält, die Hochspannungskomponente (10) mit einem ersten Anschluss (14), der ein vorbestimmtes hohes Potential aufweist, und einem zweiten Anschluss (16) zu versehen, der ein vorbestimmtes niedriges Potential aufweist, wobei die wenigstens eine erste Leiterbahn (22) in einem zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Kriechstrecke vorbestimmten Abstand von dem ersten Anschluss (14) angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin das Halten der wenigstens einen ersten Leiterbahn (22) auf einem Massepotential enthält.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin das Halten der wenigstens einen ersten Leiterbahn (22) auf einem Potential enthält, das im Wesentlichen gleich der Hälfte des maximalen Potentials der Hochspannungskomponente (10) ist, wobei zu dem ersten Anschluss (14) eine vorbestimmte Kriechstrecke aufrecht erhalten wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin das Anordnen der wenigstens einen zweiten Leiterbahn (24) an einem Ort enthält, der durch einen gewünschten Potentialgradienten entlang der Länge der Hochspannungskomponente (10) festgelegt ist.
  6. Röntgengerät, das aufweist:

    eine gedruckte Schaltung (12),

    eine Hochspannungskomponente (10) mit einer vorbestimmten Länge, die auf der gedruckten Schaltung (12) montiert ist, wobei die gedruckte Schaltung (12) wenigstens eine erste Leiterbahn (22) und wenigstens eine zweite Leiterbahn (24) aufweist, die aus einem Metall oder einer Legierung aufgebaut sind, und wobei

    die Hochspannungskomponente (10) wenigstens einen ersten Anschluss (14) und wenigstens einen zweiten Anschluss (16) aufweist, die eine vorbestimmte Potentialdifferenz aufweisen, wobei:

    die erste Leiterbahn (22) sich in einem durch wenigstens einen der Anschlüsse vorbestimmten Abstand befindet und

    die zweite Leiterbahn (24) sich an einem durch einen Potentialgradienten entlang der Länge der Hochspannungskomponente (10) festgelegten Ort befindet.
  7. Röntgengerät nach Anspruch 6, bei dem die erste Leiterbahn (22) ein Potential aufweist, das im Wesentlichen gleich der Hälfte des maximalen Potentials der Hochspannungskomponente (10) ist.
  8. Röntgengerät nach Anspruch 6, bei dem die erste Leiterbahn (22) in einem zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Kriechstrecke vorbestimmten Abstand von dem ersten Anschluss (14) angeordnet ist.
  9. Röntgengerät nach Anspruch 6, das weiterhin eine Vielzahl von Potentialsteuerungs- und Abschirmungselementen um die Hochspannungskomponente (10) herum enthält, wobei die Potentialsteuerungs- und Abschirmungselemente mit der wenigstens einen zweiten Leiterbahn (24) verbunden sind.
  10. Röntgengerät nach Anspruch 6, bei dem die Hochspannungskomponente (10) einen resitiven Hochspannungsteiler enthält, wobei der resistive Hochspannungsteiler dazu eingerichtet ist, ein vorbestimmtes, schnelles Ansprechverhalten für transiente und Hochfrequenzripplemessungen aufzuweisen.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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