具体实施方式

如图1-3中所解说，高电压电源10、20和30包括多个平面变压器(即，平面变压器的阵列)。每个平面变压器限定级S。级S可以串联地电耦合。

每个级S可以包括初级电路C_P和次级电路C_S。初级电路C_P可以包括电耦合到初级绕组W_P的交流源11。交流源11可通过初级绕组W_P提供交变电流。

初级绕组W_P和次级绕组W_S可以各自是扁平的线圈绕组。初级绕组W_P和次级绕组W_S可以彼此毗邻。初级绕组W_P和次级绕组W_S可以彼此间隔开。在初级绕组W_P与次级绕组W_S之间可存在固体材料。初级绕组W_P可以紧邻次级绕组W_S定位，使得通过初级绕组W_P的交变电流将感生通过次级绕组W_S的交变电流，从而导致次级绕组W_S中的AC输出O_ac。

整流器电路R可以电耦合至AC输出O_ac，并且可以对来自次级绕组W_S的交流电进行整流以提供DC输出O_dc。除了最高电压级S_H的DC输出O_dc之外，每个级的DC输出O_dc可以电耦合至较高电压级S的次级电路C_S的输入in_s。输入in_s可以在较高电压级S的整流器电路R的外部，诸如在次级绕组W_S与整流器电路R之间。

除了最低电压级S_L之外，所有级S都可以电耦合到较低电压级S的DC输出O_dc。

因而，可以跨级S放大电压。级S的电压上升可以加在一起。

最高电压级S_H的整流器电路R的DC输出O_dc可以电耦合到高电压设备12。X射线管是高电压设备12的一个示例。DC输出O_dc可以电耦合到电子发射器(例如，细丝)或X射线管的阳极。

如图1中所解说，高电压电源10可具有最低电压级S_L和最高电压级S_H。最低电压级S_L的DC输出O_dc可以电耦合到最高电压级S_H的次级电路C_S。

如图2中所解说，高电压电源10可具有最低电压级S_L、中间级S_I和最高电压级S_H。最低电压级S_L的DC输出O_dc可以电耦合到中间级S_I的次级电路C_S。中间级S_I的DC输出O_dc可以电耦合到最高电压级S_H的次级电路C_S。

如图3中所解说，高电压电源30可以包括至少四个级，包括最低电压级S_L、最高电压级S_H、以及在最低电压级S_L与最高电压级S_H之间的两个中间级S_I。可存在不止两个中间级S_I。可基于期望的DC电压增大/减小、尺寸、成本、电压隔离(voltage standoff)和可制造性来选择中间级S_I的数目。

最低电压级S_L的DC输出O_dc可以电耦合到较低电压中间级S_IL的次级电路C_S。较低电压中间级S_IL的DC输出O_dc可以电耦合到较高电压中间级S_IH的次级电路C_S。较高电压中间级S_IH的DC输出O_dc可以电耦合到最高电压级S_H的次级电路C_S。

在高电压电源10、20和30中，最高电压级S_H的DC输出O_dc可以电耦合到高电压设备12。高电压设备12可以是X射线管，并且最高电压级S_H的DC输出O_dc可以电耦合到X射线管的阴极(或阳极)。X射线管的阳极(或阴极)可以电耦合到接地。初级绕组W_P可以电耦合到接地。因而，X射线管的阳极(或阴极)和初级绕组W_P可以具有相同或类似的电势。

整流器电路R可以包括串联的电容器R_C和二极管R_D(参见图2)。较低电压级的整流器电路R的DC输出O_dc可连接在整流器电路R的电容器R_C与二极管R_D之间。具有串联的电容器R_C和二极管R_D的图2的整流器电路R可用于本文所描述的任何整流器电路R中，包括图1、3和12-14中的任一者中所示的那些整流器电路R。图2的整流器电路R可以与图4-11b的级S相组合。

具有多个平面变压器的这些高电压电源10、20和30可以与本文所描述的任何其他高电压电源或级S示例相组合，包括图4-14中的任一者中所示的那些高电压电源或级S示例。

如图4-5中所解说，初级绕组W_P可以是初级电路板41上的初级迹线T_P。初级迹线T_P可以包括螺旋形状。如图6-7中所解说，次级绕组W_S可以是次级电路板61上的次级迹线T_S。次级迹线T_S可以包括螺旋形状。作为初级电路板41上的初级迹线T_P的初级绕组W_P(图4-5)可以与作为次级电路板61上的次级迹线T_S的次级绕组W_S(图6-7)相组合以形成级S。

在电路板41和电路板61上使用迹线T_P和T_S可改进可制造性。这样的设计成本相对较低并且易于重复。可重复的制造允许在所制造的多个单元之间以相同频率谐振。

电路板(41、61或两者)可提供初级迹线T_P与次级迹线T_S之间所需的电绝缘。电路板还可允许初级迹线T_P和次级迹线T_S接近，因而提供绕组W_P和W_S的所需耦合。示例电路板(41、61或两者)可包括聚酰亚胺。迹线T_P、T_S或两者的材料(例如，铜)可沉积在电路板上。迹线形状可被蚀刻到该材料中。

电路板厚度Th₄₁和Th₆₁可以基于初级迹线T_P与次级迹线T_S之间所需的电绝缘(越厚越好)以及初级迹线T_P与次级迹线T_S之间所需的耦合(越薄越好)之间的平衡来选择。初级电路板41的示例厚度Th₄₁包括Th₄₁≥0.05mm、Th₄₁≥0.2mm、Th₄₁≥0.5mm、或Th₄₁≥0.8mm。初级电路板41的其他示例厚度Th₄₁包括Th₄₁≤0.6mm、Th₄₁≤0.8mm、Th₄₁≤2mm、或Th₄₁≤5mm。次级电路板61的示例厚度Th₆₁包括Th₆₁≥0.05mm、Th₆₁≥0.2mm、Th₆₁≥0.5mm、或Th₆₁≥0.8mm。次级电路板61的其他示例厚度Th₆₁包括Th₆₁≤0.6mm、Th₆₁≤0.8mm、Th₆₁≤2mm、或Th₆₁≤5mm。

初级电路板41可以与次级电路板61相同。替换地，另一种材料可在初级迹线T_P与次级迹线T_S之间。

初级迹线T_P与次级迹线T_S之间的最小距离可以≥0.05mm、≥0.2mm、≥0.5mm、或≥0.8mm。初级迹线T_P与次级迹线T_S之间的最大距离可以≤0.6mm、≤0.8mm、≤2mm、或≤5mm。

图4-7的示例迹线、电路板和厚度可以与本文所描述的任何其他高电压电源示例相组合，包括图1-3和8-14中的任一者中所示的那些高电压电源示例。

如图8-11b中所解说，初级绕组W_P(在这些图中被示为初级迹线T_P)可紧邻次级绕组W_S(在这些图中被示为(诸)次级迹线T_S)定位。

在图8中，初级迹线T_P与次级迹线T_S彼此毗邻(紧挨着但不接触)，并且许多次级迹线T_S与初级迹线T_P交叠，如从垂直于螺旋形状的角度查看到的。次级迹线T_S可以沿着次级迹线T_S的长度的至少80％与初级迹线T_P交叠(垂直于且穿过次级电路板61的面来评估该交叠)。这样的交叠可导致初级迹线T_P与次级迹线T_S之间的改进的电耦合。替换地，在降压变压器中，初级迹线T_P可以与次级迹线T_S交叠。为了清楚起见，在图8中示出了初级迹线T_P和次级迹线T_S，而没有示出电路板41和电路板61。

如图8中所解说，初级迹线T_P可具有宽度42，该宽度42比次级迹线T_S的宽度62大至少四倍。平行于初级电路板41的面来测量初级迹线T_P的宽度42。平行于次级电路板61的面来测量次级迹线T_S的宽度62。在测量点处垂直于迹线T_P或T_S的长度来测量这些宽度42和62。

图8的示例迹线T_P和T_S可以与本文所描述的任何其他高电压电源示例相组合，包括图1-7和9a-14中的任一者中所示的那些高电压电源示例。

初级迹线T_P和次级迹线T_S可在分开的电路板41和电路板61上，如图9a-9b中所解说的。作为对比，对于图10中的平面变压器100，单个电路板被用于初级电路板41和次级电路板61两者。可基于可制造性、成本、以及绕组W_P和W_S的所需耦合来在图9a-10的平面变压器之间做出选择。

图9a-10的示例迹线和电路板可以与本文所描述的任何其他高电压电源示例相组合，包括图1-8和11-14中的任一者中所示的那些高电压电源示例。

如图11a-11b中所解说，次级电路板61可包括两个次级电路板61a和61b。图11a-11b的设计改进了初级绕组W_P与次级绕组W_S之间的耦合，并且允许紧凑的平面变压器设计。

次级绕组W_S可被划分成两个次级绕组部分W_sa和W_sb。这两个次级电路板61a和61b可以分开并且彼此间隔开。这两个次级电路板61a和61b可以相对于彼此平行。

两个次级绕组部分之一W_sa可以在两个次级电路板之一61a上。两个次级绕组部分中的另一者W_sb可以在两个次级电路板中的另一者61b上。

初级绕组W_P可被夹在两个次级绕组部分W_sa与W_sb之间。初级绕组W_P可被夹在两个次级电路板61a与61b之间。

这两个次级绕组部分W_sa和W_sb可以位于两个次级电路板61a和61b的外表面上。这两个次级电路板61a和61b可被夹在两个次级绕组部分W_sa与W_sb之间。

这两个次级绕组部分W_sa和W_sb可以在螺旋形状的中心处连接，这种连接被称为次级绕组连接W_C。次级绕组连接W_C可以延伸穿过初级电路板41的中心。这两个次级绕组部分W_sa或W_sb之一的螺旋形状可以旋入而另一个可以旋出(螺旋方向被定义为在单个时间点的电流流动方向)。如上所述，将初级绕组W_P夹在这两个次级绕组部分W_sa与W_sb之间并形成螺旋方向可改进电磁耦合。

位于两个次级电路板61a和61b的面上的这两个次级绕组部分W_sa和W_sb可以与这两个次级绕组部分W_sa和W_sb在螺旋形状的中心处的连接相组合。替换地，位于两个次级电路板61a和61b的面上的这两个次级绕组部分W_sa和W_sb可以在除了螺旋形状的中心之外的另一位置处被连接。

如图11b中所解说，初级电路板41可以是与两个次级电路板61a和61b之一相同的电路板。

图11a-11b的示例绕组和电路板可以与本文所描述的任何其他高电压电源示例相组合，包括图1-10和12-14中的任一者中所示的那些高电压电源示例。

较高电压级S可受益于较大电路板厚度。每个附加级S倍增或增大次级迹线T_S的偏置电压。但是，每个附加级S不会倍增或增大初级迹线T_P的偏置电压。因此，次级迹线T_S与初级迹线T_P之间的电压差增加了在平面变压器阵列中的从最低电压级S_L朝最高电压级S_H的向上移动。

较高电压级S可受益于较大厚度(Th₄₁、Th₆₁或两者)电路板。这可避免因电路板过薄而在较高电压级S处所致的电弧。较低电压级S可受益于较小厚度(Th₄₁、Th₆₁或两者)电路板。这可改进较低电压级S处的电耦合。因而，电路板41和电路板61的最大厚度可随着从最低电压级S_L到最高电压级S_H的移动中的每一级而增大。

电路板厚度可因而匹配跨级的电压差，如图12中所解说的。高电压电源120在每个级S中包括电路板(41、61或两者)的相对于其他级S的不同厚度Th_L、Th_I、Th_H。各级之间的电路板厚度的示例关系包括：Th_L<Th_I、Th_I<Th_H、1.1*Th_L<Th_I、1.1*Th_I<Th_H、1.5*Th_L<Th_I、1.5*Th_I<Th_H、2*Th_L<Th_I、2*Th_I<Th_H、或其组合。Th_L是最低电压级S_L的初级电路板41和次级电路板61的最大厚度。Th_I是中间级S_I的初级电路板41和次级电路板61的最大厚度。Th_H是最高电压级S_H的初级电路板41和次级电路板61的最大厚度。

图12的示例级和电路板厚度Th_L、Th_I和Th_H可以与本文所描述的任何其他高电压电源示例相组合，包括图1-11和13-14中的任一者中所示的那些高电压电源示例。

如图13中所解说，高电压电源130可以包括或包含在一些或所有级S之间的密封131。密封131可邻接毗邻级S。高电压电源130包括在最低电压级S_L与中间级S_I之间并邻接最低电压级S_L与中间级S_I的密封131；以及在中间级S_I与最高电压级S_H之间并邻接中间级S_I与最高电压级S_H的密封131。密封131可以是电阻性的，并且可以在各级S之间提供电弧保护。

图13的示例密封可以与本文所描述的任何其他高电压电源示例相组合，包括图1-12和14中的任一者中所示的那些高电压电源示例。

可以基于电弧保护(越大越好)与平面变压器阵列的整体尺寸(越小越好)之间的平衡来选择毗邻级S之间的距离D_S。该距离D_S在图12-13中解说，但是适用于本文所描述的任何其他高电压电源示例，包括在图1-11b和14中的任一者中示出的那些高电压电源示例。

平面变压器阵列的所有毗邻级S之间的示例最小距离D_S包括：D_S≥0.05mm、D_S≥0.2mm、D_S≥0.5mm、或D_S≥0.8mm。平面变压器阵列的所有毗邻级S之间的示例最大距离D_S包括：D_S≤0.6mm、D_S≤0.8mm、D_S≤2mm、或D_S≤5mm。

如果毗邻级S之间的绝缘材料与初级绕组W_P和次级绕组W_S之间的电路板41或电路板61的材料相同，则距离D_S可以与电路板41厚度Th₄₁、电路板61厚度Th₆₁或两者相同。

在图14中解说了级S中的电容器141和142。初级电路C_P可以包括与初级绕组W_P并联地电耦合的初级电容器141。可选择初级电容器141的电容以与磁化电感(即，与初级绕组W_P的开路电感)谐振。

次级电路C_S可以包括与次级绕组W_S并联地电耦合的次级电容器142。可选择次级电容器142以与级S的漏电感谐振。可选择初级电容器141和次级电容器142以供初级电路C_P与次级电路C_S之间的谐振。

磁化电感/初级电容组合的谐振频率与漏电感/次级电容组合的谐振频率可以相同。

图14的示例电容器可以与本文所描述的任何其他高电压电源示例相组合，包括图1-13中的任一者中所示的那些高电压电源示例。

以下是示例级S的规格。初级绕组W_P电感为563nH。次级绕组W_S电感为36.03μH。漏电感为493nH。整流器电路R的电容器R_C的电容为10pF。初级电容器141的电容为45μF。次级电容器142的电容为210pF。整流器电路R的这些电容器R_C 141和142以及二极管R_D的额定电压为8kV。初级对次级匝数比为4:40。高电压设备12的电阻为1兆欧。

本文所描述的高电压电源可以以比Cockcroft-Walton乘法器高得多的频率提供高电压快速脉冲。如本文中所使用的，高电压脉冲意指指定量(例如，10kV)的电压上升，继之以该指定量的下降。例如，本文所描述的高电压电源可以提供在≤20微秒、≤50微秒、或≤100微秒内重复的≥10kV的脉冲。本文所描述的高电压电源可以提供具有≤20微秒、≤50微秒、或≤100微秒的周期的≥10kV、≥40kV、或≥80kV的脉冲。每个脉冲的示例最大电压包括≤100kV、≤250kV、或≤1000kV。跨X射线管施加的这些电压脉冲可导致从X射线管发射的X射线脉冲。

与其他或毗邻脉冲相比，每个相继脉冲可具有不同幅度。毗邻脉冲之间可存在大的幅度差，诸如举例而言，≥50V、≥1kV、≥10kV、或≥40kV和≤1kV、≤40kV、或≤100kV。毗邻脉冲之间的该幅度差可以在所有毗邻脉冲之间或至少两个毗邻脉冲之间。各脉冲之间的这些电压幅度差可导致每个脉冲发射不同的X射线频谱，这可被用于在X射线荧光分析中对由不同X射线曝光的材料进行分析。

本文所描述的高电压电源可以比其他高电压电源更轻且更小(例如，与铁芯变压器相比)。

可将最高电压级S_H的整流器电路R的DC输出O_dc控制到高准确度和高精度水平，即使没有电压传感器和反馈回路。因此，具有本文所描述的高电压电源之一的X射线源可被制成为不带有电压传感器(用于感测X射线管的阴极与阳极之间的偏置电压)。