CN108292888A - 具有切换设备的x射线*** - Google Patents

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P·吕尔肯斯
A·加西亚托尔莫
B·阿克曼
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Abstract

本发明涉及一种用于具有对称电源的X射线***(86)的NPC切换设备(10)，其中，所述切换设备由高电压轨道(24、28)中的额外的阻尼电阻器(13、18)修正。这些电阻器充当阻尼电阻器。因此，其可以结合电容主导的负载(100)提供特定阻尼。此外，可以在允许谐振过渡的NPC切换设备的输出(48)处提供额外的电感器(77)。在NPC切换设备与包括阴极(90)和栅极(92)的X射线***的栅极电容连接的情况下，其中，所述阴极和所述栅极形成栅极电容，所述切换设备中的过冲和建立时间可以被控制并且减小，尤其是减小到最小值。

Description

具有切换设备的X射线***
技术领域
本发明涉及切换设备、X射线***、用于控制切换设备和/或X射线***的方法、计算机程序单元和计算机可读介质。
背景技术
在如X射线成像设备的高功率设备中，来自电源的DC输入电压可以被转换为可以具有特定频率和幅度的脉冲输出电压。脉冲输出电压可以用于对负载(尤其是电容主导负载)进行供电。例如，脉冲输出电压可以用于操作X射线管。
中点钳位(NPC)逆变器过去已经接收到工业驱动区域和电力***区域中的广泛关注。鉴于满足对具有高操作频率的NPC逆变器的增长的需求，软切换变为要实现的目标。
文档US 2014/0241507 A1涉及具有NPC逆变器的电源***。
文档WO 2013026179A1描述了一种切换设备，包括：DC电源；串联切换电路；以及第一阻尼电阻器和第二阻尼电阻器，其中，DC电源包括正轨道、中性轨道和负轨道；其中，第一阻尼电阻器被连接在正轨道与串联切换电路的第一输入节点之间；其中，第二阻尼电阻器至少间接地被连接在串联切换电路的第二输入节点与负轨道之间；并且其中，输出被配置为被连接到用于提供负载电流的负载。
发明内容
当以高切换频率操作具有电容主导负载的NPC逆变器时，损耗可以增长非常高。此外，过冲或者振荡可以在具有增长的切换频率的NPC电路中发生。具体地，过冲可以作为振铃的初始部分发生，其可以由于NPC的开关的最后接通处的不完整的ZVT而发生。
因此，需要当电容主导负载***作时减少NPC的电路中的过冲或者振荡。因此，本发明的目标可以是提供用于利用所述电路中的低过冲以高频率操作电容主导负载的切换设备。
本发明的目标由独立权利要求的主题解决，其中，其他实施例被并入在从属权利要求中。
应当注意，本发明的以下所描述的特征还适用于***、方法、计算机程序单元和计算机可读介质。
根据本发明的第一方面，提供了一种切换设备，包括DC电源、串联切换电路、第一阻尼电阻器和第二阻尼电阻器以及第一二极管和第二二极管。所述DC电源包括正轨道、中性轨道和负轨道。所述串联切换电路包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。所述第一阻尼电阻器被连接在所述正轨道与所述串联切换电路的第一输入节点之间。所述第一开关至少间接地被连接在所述第一输入节点与所述串联切换电路的第一节点之间。所述第二开关至少间接地被连接在所述第一节点与所述串联切换电路的第二节点之间。所述第三开关至少间接地被连接在所述第二节点与所述串联切换电路的第三节点之间。所述第四开关至少间接地被连接在所述第三节点与所述串联切换电路的第二输入节点之间。所述第二阻尼电阻器至少间接地被连接在所述第二输入节点与所述负轨道之间。所述第一二极管至少间接地被连接在所述中性轨道与所述第一节点之间，使得当正向偏置时，所述第一二极管使电流从所述中性轨道流到所述第一节点。所述第二二极管至少间接地被连接在所述中性轨道与所述第三节点之间，使得当正向偏置时，所述第二二极管使电流从所述第三节点流到所述中性轨道。所述第二节点至少间接地被连接到所述串联切换电路的输出节点。所述输出节点被配置为被连接到用于提供负载电流的负载。所述切换设备包括第三二极管和第四二极管。所述第三二极管与所述第一阻尼电阻器并联耦合，使得当正向偏置时，所述第三二极管允许电流从所述第一输入节点流到所述正轨道。所述第四二极管与所述第二阻尼电阻器并联耦合，使得当正向偏置时，所述第四二极管使电流从所述负轨道流到所述第二输入节点。
作为效应，所述第一阻尼电阻器和所述第二阻尼电阻器可以结合负载提供阻尼，尤其是临界阻尼，其可以具有高电容部分或者可以是电容主导的。因此，第一阻尼电阻器和第二阻尼电阻器可以消除或者阻尼当打开所述第一开关或者所述第四开关时的时刻处的振荡。
作为效应，第三二极管和第四二极管可以通过在轻微脉冲定时误差和/或电弧的情况下分别将反向电流阻尼到正轨道或者负轨道中来消除跨所述串联切换电路的过电压。
在范例中，第三二极管和/或第四二极管被配置为高压二极管。具体地，第三二极管和/或第四二极管被配置用于所述正轨道与所述负轨道之间的电压差的至少近似一半。
在范例中，DC电源可以由其轨道形成。
在范例中，开关(尤其是所述切换设备的所述开关之一或者所述切换设备的多个开关或者所述切换设备的所述开关中的每个)可以由包括串联和/或并联连接的多个开关子电路形成。这样的子电路的开关可以被配置为同步地执行切换动作，并且因此如具体地具有较高电压能力的单个开关那样动作。
在范例中，开关中的至少一个、多个开关或者每个开关可以是半导体开关，尤其是MOSFET开关、FET开关或者IGBT。
根据切换设备的示范性实施例，切换设备包括分别与所述第一、第二、第三、和第四开关并联耦合的第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管。
结果，第五、第六、第七和第八二极管允许来自所述负载的反向电流旁路所述开关并且将能量安全返回到电源而不管开关状态。二极管可以由MOSFET开关的本征体二极管或者由额外部件(例如，在IGBT的情况下)形成。
根据切换设备的另一示范性实施例，所述切换设备包括第一并联电路和第二并联电路。所述第一并联电路包括第三电阻器和并联耦合的第一电感。所述第二并联电路包括第四电阻器和并联耦合的第二电感。所述第二开关被连接在所述第一节点与所述串联切换电路的第四节点之间。所述第一并联电路被连接在所述第四节点与所述第二节点之间。所述第二并联电路被连接在所述第二节点与所述串联切换电路的第五节点之间。所述第三开关被连接在所述第五节点与所述第三节点之间。
作为效应，所述第一并联电路和所述第二并联电路可以消除在所述开关处(尤其是在第二和第三开关处)的电压尖峰。
作为另一效应，所述第一并联电路和所述第二并联电路可以限制在所述开关处(尤其是在所述第二开关和所述第三开关处)的切换损耗。
根据所述切换设备的另一示范性实施例，所述切换设备包括第三电感，其中，所述第三电感至少间接地被连接在所述第二节点与所述输出节点之间。
作为效应，在所述输出节点处的所述负载是电容主导的情况下，所述负载与所述DC电源之间的切换动作的干扰可以被减少，并且具体地可以是很少的，因为过渡电流可以主要地由所述第三电感提供。此外，仅用于所述开关链的再充电部分的小剩余的非再生电流必须由DC电源供电。因此，可以提供将所述第二节点处的小剩余的过渡电流提供到所述DC电源的正轨道或负轨道中。
根据所述切换设备的另一示范性实施例，所述切换设备包括第五电阻器，其中，所述第五电阻器至少间接地被连接在所述第二节点与所述输出节点之间。
在范例中，所述第三电感和所述第五电阻器串联或者并联连接在所述第二节点与所述输出节点之间。
作为效应，所述第五电阻器可以形成阻尼元件以便减少所述输出节点处的振荡。
根据本发明的第二方面，提供了X射线成像***。根据前述范例中的任一个，所述X射线***包括X射线阳极、X射线阴极、栅极和切换设备。所述栅极被布置在所述X射线阳极与所述X射线阴极之间。所述栅极至少间接地被连接到所述切换设备的所述输出节点。
在范例中，所述栅极由X射线栅极和/或另一电极形成。
在范例中，所述X射线阴极和所述栅极可以形成栅极电感。
在范例中，所述X射线***包括X射线管，其中，所述X射线管包括所述X射线阴极、所述X射线阳极和所述栅极。
在范例中，对于所述X射线***的快速控制而言，能够需要调节所述栅极与所述X射线阴极之间的电压。如果所述栅极电感是大的和/或用于所述栅极电感的切换频率是高的，则损耗可能增长高。使用用于操作所述栅极电感的所述X射线***的所述切换设备，因此形成电容负载提供已经相对于所述切换设备描述的优点和效应。因此，类似的优点和效应适用于所述X射线***。
根据所述X射线***的示范性实施例，所述X射线***包括控制单元，其中，所述控制单元被配置为控制所述第一、第二、第三和第四开关。
作为效应，所述控制单元可以控制所述切换设备的所述开关(尤其是以预定义顺序)，使得可以实现最小过冲和短建立时间。此外，基于所述切换设备的拓扑结构，所述X射线***的所述切换设备(并且具体地所述阻尼电阻器)可以结合所述栅极电感提供阻尼。
作为另一效应，所述阻尼电阻器可以消除当接通要么所述第一开关要么所述第四开关时的时刻处的振荡。
作为另一效应，所述切换设备的所述第三电感可以提供以下优点：所述栅极电感与所述DC电源之间的切换动作的干扰是低的，因为过渡电流可以主要地由所述第三电感提供并且仅用于所述开关链的充电部分的小剩余的非再生电流必须由所述DC电源供电。因此，可以提供到所述DC电源的正或负轨道中的第二节点和/或输出节点处的小剩余的过渡电流。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制根据本发明的第一方面的切换设备和/或根据本发明的第二方面的X射线***的方法。所述方法包括以下步骤：
a)在所述串联切换电路的第一状态处切断所述第一开关并且接通所述第三开关，以便将所述串联切换电路转换到第二状态，在所述第一状态中，所述第一开关和所述第二开关打开并且所述第三开关和所述第四开关关闭；
b)测量在将所述串联切换电路转换到所述第二状态之后的时间作为第一时间；并且
c)当在所述串联切换电路的所述第二状态处所述第一时间达到预定义第一阈值时间时切断所述第二开关并且接通所述第四开关，以便将所述串联切换电路转换到第三状态。
结果，在谐振过渡的末端之前所述第二开关可以关闭并且所述第四开关可以打开，这在被连接到所述切换设备的所述输出节点的所述负载尤其是由所述X射线***的栅极电容电容主导的情况下，减少或者消除过冲并且实现最小建立时间。
在范例中，所述第一阈值时间被预定义，使得所述第一阈值时间小于所述谐振过渡的过渡时间，其可以尤其是利用其电阻元件、电容性元件和/或电感元件由所述电容性负载和所述切换设备定义。
根据所述方法的另一示范性实施例，所述方法还包括以下步骤：
d)在所述第三状态处切断所述第四开关并且接通所述第二开关以便将所述串联切换电路转换到第四状态；
e)测量在将所述串联切换电路转换到所述第四状态之后的时间作为第二时间；并且
f)当在所述串联切换电路的所述第四状态处所述第二时间达到预定义第二阈值时间时切断所述第三开关并且接通所述第一开关，以便将所述串联切换电路转换到第一状态。
结果，在另一谐振过渡的末端之前所述第三开关可以被切断并且所述第一开关可以被接通，其在被连接到所述切换设备的所述输出节点的所述负载尤其是由所述X射线***的栅极电容电容主导的情况下，减少或者消除过冲并且实现最小建立时间。
在范例中，所述第二阈值时间被预定义，使得所述第二阈值时间小于所述谐振过渡的过渡时间，其可以尤其是利用其电阻元件、电容性元件和/或电感元件由所述电容性负载和所述切换设备定义。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于控制根据本发明的第一方面的切换设备和/或根据本发明的第二方面的X射线***的方法。所述方法包括以下步骤：
a’)在所述串联切换电路的第一状态处切断所述第一开关和所述第二开关并且接通所述第三开关，以便将所述串联切换电路转换到第二状态，在所述第一状态中，所述第一开关和所述第二开关打开并且所述第三开关和所述第四开关关闭；
b’)测量在将所述串联切换电路转换到所述第二状态之后的时间作为第一时间；并且
c’)当在所述串联切换电路的所述第二状态处所述第一时间达到预定义第一阈值时间时，切断所述第二接通所述第四开关，以便将所述串联关电路为第三状态。
结果，在谐振过渡的末端之前所述第四开关可以打开，这在所述切换设备的负载(尤其是所述***的栅极电容)***作的情况下，减少或者消除过冲并且实现最小建立时间。
在范例中，所述第一阈值时间被预定义，使得所述第一阈值时间小于所述谐振过渡的过渡时间，其可以尤其是利用其电阻元件、电容性元件和/或电感元件由所述电容性负载和所述切换设备定义。
根据依据第四方面的方法的示范性实施例，所述方法还包括以下步骤：
d’)在所述第三状态处切断所述第三开关和第四开关并且接通所述第二开关以便将所述串联切换电路转换到第四状态；
e’)测量在将所述串联切换电路转换到所述第四状态之后的时间作为第二时间；并且
f’)当在所述串联切换电路的所述第四状态处所述第二时间达到预定义第二阈值时间时接通所述第一开关，以便将所述串联关电路转换到所述第一状态。
结果，在谐振过渡的末端之前所述第一开关可以被打开，这在由所述切换电路操作的所述负载例如由所述X射线***的所述栅极电容电容主导的情况下，减少或者消除过冲并且实现最小建立时间。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于控制根据前述范例之一的装置的计算机程序单元，所述计算机程序单元当由处理单元运行时，适于执行根据前述范例中的至少一个的方法的步骤。
根据本发明的第六方面，提供了存储有所述计算机程序单元的计算机可读介质。
根据本发明的方面，提供了具有对称电源的NPC切换设备，其由高电压轨道中的额外阻尼电阻器修正。这些电阻器充当阻尼电阻器。因此，其可以结合电容主导的负载提供特定阻尼。此外，可以在允许谐振过渡的NPC切换设备的输出处提供额外的电感器。在NPC切换设备与包括阴极和栅极的X射线***的栅极电容连接的情况下，其中，所述阴极和所述栅极形成栅极电容，所述切换设备中的过冲和建立时间可以被控制并且减少尤其是到最小值。
本发明的这些和其他方面将参考在下文中描述的实施例而显而易见并且得到阐述。
附图说明
将参考以下附图在以下中描述本发明的示范性实施例:
图1示意性地图示了根据本发明的切换设备的电路图的第一范例；
图2示意性地图示了根据本发明的切换设备的电路图的第二范例；
图3示意性地图示了根据本发明的切换设备的电路图的第三范例；
图4示意性地图示了根据本发明的切换设备的电路图的第四范例；
图5示意性地图示了根据本发明的X射线***的电路图的范例；
图6示意性地图示了根据本发明的方法的第一状态流程图；
图7示意性地图示了根据本发明的切换设备的电流的第一波形图；
图8示意性地图示了根据本发明的切换设备的电压的第二波形图；
图9示意性地图示了根据本发明的切换设备的开关的切换状态的第三波形图；
图10示意性地图示了根据本发明的方法的第二状态流程图；
图11示意性地图示了根据本发明的方法的第三状态流程图；
图12示意性地图示了根据本发明的切换设备的电流的第四波形图；
图13示意性地图示了根据本发明的切换设备的电压的第五波形图；
图14示意性地图示了根据本发明的切换设备的开关的切换状态的第六波形图；并且
图15示意性地图示了根据本发明的方法的第四状态流程图。
具体实施方式
图1示意性地图示了根据本发明的切换设备10的电路图的第一范例。切换设备10包括：DC电源12、串联切换电路14、第一阻尼电阻器16和第二阻尼电阻器18以及第一二极管20和第二二极管22。DC电源12包括正轨道24、中性轨道26和负轨道28。串联切换电路14包括第一开关30、第二开关32、第三开关34和第四开关36。第一阻尼电阻器16被连接在正轨道24与串联切换电路14的第一输入节点38之间。第一开关30至少间接地被连接在第一输入节点38与串联切换电路14的第一节点40之间。第二开关32至少间接地被连接在第一节点40与串联切换电路14的第二节点42之间。第三开关34至少间接地被连接在第二节点42与串联切换电路14的第三节点44之间。第四开关36至少间接地被连接在第三节点44与串联切换电路14的第二输入节点46之间。第二阻尼电阻器18至少间接地被连接在第二输入节点46与负轨道28之间。第一二极管20至少间接地被连接在中性轨道26与第一节点40之间，使得当正向偏置时，第一二极管20使电流从中性轨道26流到第一节点40。第二二极管22至少间接地被连接在中性轨道26与第三节点44之间，使得当正向偏置时，第二二极管22使电流从第三节点44流到中性轨道26。第二节点42至少间接地被连接到串联切换电路14的输出节点48。输出节点48被配置为被连接到用于提供负载电流的负载。
DC电源12可以由其轨道24、26、28形成。中性轨道26可以具有0v的电压。正轨道24可以具有大于0V的电压。负轨道28可以具有小于0V的电压。
在范例中，开关30、32、34、36中的每一个可以由包括串联和/或并联连接的多个开关的子电路形成。每个子电路的开关中的每个可以同步地切换，因此如单个开关那样动作。
在范例中，可连接到切换电路10的输出节点48的负载可以是电容性主导的。
作为效应，电阻器16、18可以形成阻尼电阻器。具体地，其可以结合电容主导负载提供临界阻尼。因此，电阻器16、18可以消除当切换第一开关30或者第四开关36时的时刻处的额外振荡。因此，最后充电电流必须流过电阻器16、18。这消除了所述额外振荡。
图2示意性地图示了根据本发明的切换设备的电路图10的第二范例。电路图基本上对应于图1中所示的电路图。切换设备10还包括第五二极管50、第六二极管52、第七二极管54和第八二极管56，其分别地与第一、第二、第三和第四开关30、32、34、36并联耦合。
结果，第三、第四、第五和第八二极管允许来自负载的反向电流旁路开关并且将能量安全返回到电源而不管开关状态。二极管可以由MOSFET开关的本征体二极管或者由额外部件(例如，在IGBT的情况下)形成。
图3示意性地图示了根据本发明的切换设备10的电路图的第三范例。
根据示范性实施例，切换设备10包括第三二极管58和第四二极管60。第三二极管58与第一阻尼电阻器16并联耦合，使得当正向偏置时，第三二极管58使电流从第一输入节点38流到正轨道24。第四二极管60与第二阻尼电阻器18并联耦合，使得当正向偏置时，第四二极管60使电流从负轨道28流到第二输入节点46。
作为效应，第七和第四二极管58、60被配置为通过在轻微脉冲定时误差或电弧发生的情况下分别地将反向电流阻尼到正轨道24或者负轨道28中来消除跨串联切换电路14的过电压。根据切换设备10的另一示范性实施例，切换设备10包括第三电感77，其中，第三电感77至少间接地被连接在第二节点42与输出节点48之间。
作为效应，在输出节点48处的负载100(例如，在图4中所示的)为电容性主导的情况下，负载100与DC电源12之间的切换动作的干扰是很少的，因为过渡电流可以主要地由第三电感77提供并且仅用于切换链的再充电部分的小剩余的非再生电流必须由DC电源12供电，并且因此将第二节点42处的小剩余的过渡电流提供到DC电源12的正或负轨道24、28中。
图4示意性地图示了切换设备10的电路图的第四范例。
根据切换设备10的另一示范性实施例，切换设备10包括第一并联电路62和第二并联电路64。第一并联电路62包括第三电阻器68和并联耦合的第一电感66。第二并联电路包括第四电阻器72和并联耦合的第二电感70。第二开关32被连接在串联切换电路14的第一节点40与第四节点74之间。第一并联电路62被连接在第四节点74与第二节点42之间。第二并联电路64被连接在串联切换电路14的第二节点42与第五节点76之间。第三开关34被连接在第五节点76与第三节点44之间。
作为效应，并联电路62、64可以消除开关30、32、34、36处的电压尖峰。
作为另一效应，并联电路62、64可以限制开关30、32、34、36处的切换损耗。
根据切换设备10的另一示范性实施例，切换设备10包括第五电阻器94，其中，第五电阻器至少间接地被连接在第二节点42与输出节点48之间。
在范例中，第三电感77和第五电阻器94被串联连接在第二节点42与输出节点48之间。
图5示意性地图示了根据本发明的X射线***86的电路图的范例。根据切换设备10的前述示范性实施例中的任一个，X射线***86包括X射线阳极88、X射线阴极90、栅极92和切换设备10。栅极92被布置在X射线阳极88与X射线阴极90之间。栅极92至少间接被连接到输出节点48。
X射线图像的曝光取决于X射线管的发射电流，所述X射线管可以包括X射线阳极88和X射线阴极90。X射线管可以通过利用灯丝将X射线阴极90加热来控制。加热X射线阴极90可以是具有缓慢时间常量的过程。具体地，当减少发射电流时，这可以经受缓慢阴极温度衰变，因为“负”加热常常是不可能的。
代替地，对于快速控制而言，X射线管可以包括栅极92。X射线***86(并且特别地X射线管)的栅极92可以由栅极电极形成。栅极92可以被配置为将X射线管从二极管转换为三极管，其可以通过调节栅极92与X射线阴极90之间的电压允许快速发射电流调制。电流的控制可以由控制单元96执行。
出于实际的原因，使用DC电源12是优选的。此外，可以优选的是，使用正轨道24处的电压和负轨道28处的电压，从而允许释放X射线阴极90的全发射电流，或者完全地将其关闭。对于尤其是由控制单元96所执行的快速控制而言，电压电平之间的转换必须是快速的。电荷可以在电压电平的改变期间与栅极92交换，这可能导致损耗。如果可以由X射线阴极90和栅极92形成的对应的栅极电容是小的，则损耗可以是小或可接受的。然而，如果栅极电容是大的和/或栅极92处的切换频率是高的，则损耗能够高增长。
被用于X射线***86的切换设备10可以包括对称电源12，其优选地由阻尼电阻器16和18修正。阻尼电阻器16和18可以限制切换设备10中的电压过冲和振铃。因此，可以实现小建立时间。此外，电感77可以被连接在切换设备10的串联切换电路14的第二节点42与输出节点48之间，从而允许谐振过渡。
还提供的第三二极管58和第四二极管60可以通过在轻微脉冲定时误差和/或电弧的情况下分别地将反向电流阻尼到正轨道24或者负轨道28中来消除跨串联切换电路14的过电压。
根据X射线***86的示范性实施例，X射线***86包括控制单元96，其中，控制单元96被配置为控制切换设备10的第一、第二、第三和第四开关30、32、34、36。
在范例中，栅极92可以被形成为栅极电极，尤其是提供网状形式。
图6示意性地图示了根据本发明的第三方面的方法的第一状态流程图。该方法包括以下操作：
在步骤a)中，在串联切换电路14的第一状态处切断第一开关30并且接通第三开关34，以便将串联切换电路14转换到第二状态，在所述第一状态中，第一开关30和第二开关32打开并且第三开关34和第四开关36关闭，
在步骤b)中，测量在将串联切换电路14转换到第二状态之后的时间作为第一时间t1，并且
在步骤c)中，当在串联切换电路14的第二状态处第一时间t1达到预定义第一阈值时间t1,th时，切断第二开关32并且接通第四开关36，以便将串联切换电路14转换到第三状态。
图7示意性地图示了切换设备10的电流的第一波形图。
图8示意性地图示了针对切换设备10的电压的第二波形图。
在范例中，第一阈值时间t1,th小于针对输出节点48处的电流i输出或者电压v输出的谐振过渡时间ttrans。因此，取决于负载100和切换设备10的元件，可以确定第一阈值时间t1,th。
图9示意性地图示了针对开关30、32、34、36的开关状态的第三波形图。
鉴于图7、8和9中示意性地示出的波形图，可以看到谐振过渡在时间Ta处开始，因此当步骤a)被执行时。因此，谐振过渡从关闭第一开关30并且打开第三开关34开始。具体地由X射线阴极90和栅极92形成的电容主导负载100可以通过电感77、第三开关34和第二二极管22被放电到DC电源12的中性轨道26中。从而，在输出节点48处的电流i输出增长直达到到最大值(尤其地当在输出节点48处的电压V输出是0时)。由电感77驱动，电流i输出继续在相同的方向上流动并且开始将电容主导负载100充电到电压V输出的负电压，同时电流i输出衰变。
谐振过渡时间ttrans可以通过电容主导负载100(尤其是通过由X射线阴极90和栅极92形成的电容)、切换设备10的元件(尤其是通过第五电阻器)和/或电感77(更具体地通过还分别地考虑第一并联电路62和第二并联电路64的电阻68、72和电感66、70)来预定。如从图7至9可以看到，第一阈值时间t1,th被预定义为小于谐振过渡时间ttrans。
此外，图7至9示意性地示出了步骤a)在时间Ta处被执行。因此，第一时间t1的测量从时间Ta开始。如果第一时间t1达到预定义第一阈值时间t1,th，则步骤c)被执行并且第二开关32被切断以及第四开关36被接通。接通第四开关36允许对电容主导负载100进行充电。优选地，所述电容完全充电到由DC电源12的负轨道28供应的负电压。
因此，在谐振过渡的末端之前第二开关32被切断并且第四开关36被接通，并且尤其是在第一时间t1达到过渡时间ttrans的末端之前，但是通过达到小于谐振过渡时间ttrans的预定义第一阈值时间t1,th。通过在谐振过渡的末端之前关闭第二开关32并且打开第四开关36，过冲被消除并且最小建立时间可以达到。
图7还示意性地图示了正轨道24处的电流I42。图8还示意性地图示了第二节点42处的电压V42、第二开关32的端子之间的电压V32(具体地第一节点40与第四节点74之间的电压)以及第一开关30的端子之间的电压V30(具体地在第一输入节点38与第一节点40之间的电压)。
图9分别地示意性地示出了开关30、32、34、36的开关状态S30、S32、S34、S36。
在范例中，代替于在步骤b)中“测量在将串联切换电路14转换到第二状态之后的时间作为第一时间t1”，步骤b)可以被定义为“确定串联切换电路14的第二状态处的输出节点48处的输出电流i输出”。此外，可以对步骤c)的文本通道“第一时间t1达到预定义第一阈值时间t1,th以便将串联切换电路14转换到第三状态”进行调整，使得步骤c)可以由文本通道“输出电流i输出的幅度达到预定义阈值电流以便将串联切换电路14转换到第三状态”指定。因此，从第二状态到第三状态的改变可以基于输出节点48处的输出电流i输出和对应的预定义阈值电流来执行。
在范例中，确定输出节点48处的输出电流i输出可以通过至少间接地感测输出节点48处的输出电流i输出来执行。
在另一范例中，确定输出节点48处的输出电流i输出可以通过基于从第一状态到第二状态的改变和切换设备10和/或电容主导负载100的预定义电路参数计算输出节点48处的输出电流i输出来执行。因此，输出节点48处的输出电流i输出可以通过在其处期望电流已经建立的对应的电流波形的离线预先计算来确定。
图10示意性地图示了根据本发明的第三方面的方法的第二状态流程图，其中，步骤a)、b)和c)指代如先前地所解释的步骤。
根据依据本发明的第三方面的方法的范例，该方法包括以下各项：
步骤d)，在第三状态处切断第四开关36并且接通第二开关32以便将串联切换电路转换到第四状态；
在步骤e)中，测量在将串联切换电路转换到第四状态之后的时间作为第二时间t2；并且
在步骤f)中，当在串联切换电路14的第四状态处第二时间t2达到预定义第二阈值时间t2,th时，切断第三开关34并且接通第一开关30，以便将串联切换电路14转换到第一状态。
图9示意性地图示了在时间Tc处第四开关36被切断并且第二开关32被接通。通过切断第四开关36和接通第二开关32，另一谐振过渡开始。电容主导负载100(尤其是由X射线阴极90和栅极92形成的电容)通过DC电源12的中性轨道26在切换设备10上(特别地在第五电阻94、电感77和第一二极管20上)充电。在输出节点48处的电流i输出增长直达到到最大值，尤其是当在输出节点处的电压V输出是0v时。由电感77驱动，电流i输出可以在相同的方向上继续流动并且开始将电容主导负载100充电到正电压，同时电流i输出衰变。
在范例中，预定义第二阈值时间t2对应于预定义第一阈值时间t1,th。结果，在谐振过渡ttrans的末端之前第三开关34被切断并且第一开关30被接通，这消除过冲和/或可以达到最小建立时间。
当过渡电流可以至少主要地流动到中性轨道26中，同时针对切换的再充电部分的小剩余的非再生电流能够必须由DC电源12供电时，关于所描述的方法步骤(尤其是关于电容主导负载100和DC电源12)的切换动作的干扰是很少的。
在范例中，在步骤e)中代替于“测量在将串联切换电路14转换到第二状态之后的时间作为第二时间t2”，执行“确定串联切换电路14的第四状态处的输出节点48处的输出电流i输出”。此外，步骤f)的特征“第二时间t2达到预定义第二阈值时间t2以便将串联切换电路14转换到第一状态”可以由特征“输出节点48处的输出电流i输出的幅度达到预定义第二阈值电流以便将串联切换电路14转换到第一状态”替换。
在范例中，确定输出节点48处的输出电流i输出可以通过至少间接地感测输出节点48处的输出电流来执行。
在另一范例中，输出节点48处的输出电流i输出可以通过在其处期望电流已经建立的电流波形的离线预先计算来确定。
在另一范例中，确定输出节点48处的输出电流i输出可以通过基于从第三状态到第四状态的改变和切换设备10和/或电容主导负载100的预定义电路参数计算输出节点48处的输出电流i输出来执行。
关于图11至15的以下解释涉及根据本发明的第四方面的方法的备选实施例。由于其类似性，因而在适当的情况下，对根据本发明的第三方面的方法的以上解释进行参考。
图11示意性地图示了根据本发明的第四方面的方法的第三状态流程图。方法包括以下步骤：
a’)在串联切换电路14的第一状态处切断第一开关30和第二开关34，以便将串联切换电路14转换到第二状态，在第一状态中，第一开关30和第二开关32打开并且第三开关34和第四开关36关闭，
b’)测量在将串联切换电路14转换到第二状态之后的时间作为第一时间t’1,并且
c’)当在串联切换电路14的第二状态处第一时间t’1达到预定义第一阈值时间以便将串联关电路14转换到第三状态时，接通第四开关36。
图12示意性地图示了对应于根据本发明的第四方面的方法的电流的第四波形图。
图13示意性地图示了对应于根据本发明的第四方面的方法的电压的第五波形图。
图14示意性地图示了根据本发明的第四方面的方法的开关的切换状态的第六波形图。
关于图12、图12和图14，在时间T’a处，串联切换电路14处于其第一状态中。尤其是在图14中，信号线S30、S32、S34和S36分别对应于开关30、32、34和36的切换状态。
从串联切换电路14的第一状态到串联切换电路14的第二状态的转换在时间T’a处发生。同时，谐振过渡从将第一开关30切断，将第二开关32切断并且将第三开关34接通开始。电容主导负载100(尤其是由X射线阴极90和栅极92形成的电容)通过电感77、第三开关34和第二二极管22被放电到DC电源12的中性轨道26中。由电感77驱动，电流可以在相同的方向上继续流动并且开始将电容主导负载100充电到负电压，同时电流衰变。
电流的谐振过渡优选地对应于过渡时间ttrans。过渡时间可以由电容主导负载100和切换设备的元件预定，尤其是由第五电阻器94和/或电感77预定。优选地，预定义第一阈值时间t’1,th小于过渡时间ttrans。
结果，在谐振过渡(其已经在步骤a’)中开始)的末端之前第四开关36被接通，以便减少或者消除过冲和/或达到最小建立时间。
接通第四开关36允许将电容主导负载100进一步充电(尤其是将其完全地充电)到DC电源12的负轨道28的负电压。
在范例中，在步骤b’)中代替于“测量在将串联切换电路14转换到第二状态之后的时间作为第一时间t’1”，执行“确定串联切换电路14的第二状态处的输出节点48处的输出电流i输出”。此外，在步骤c’)中，特征“第一时间t’1达到预定义第一阈值时间t’1以便将串联切换电路14转换到第三状态”由特征“在输出节点48处的输出电流i输出的幅度达到预定义阈值电流以便将串联切换电路14转换到第三状态”替换。关于效应和优点，以类似的方式对根据本发明的第三方面的方法的第一实施例进行参考。
图15示意性地图示了根据本发明的第四方面的方法的另一范例的第四状态流程图。
根据本发明的第四方面的方法的另一范例，方法包括以下其他步骤：
d’)在第三状态处切断第三和第四开关并且接通第二开关以便将串联切换电路转换到第四状态；
e’)测量在将串联切换电路转换到第四状态之后的时间作为第二时间t’2；并且
f’)当在串联切换电路14的第四状态处第二时间t’2达到预定义第二阈值时间时接通第一开关30，以便将串联切换电路转换到第一状态。
切断第三开关34和第四开关36并且接通第二开关32将引起在时间T’c处开始的另一谐振过渡。电容主导负载100在电感77、第二开关32和第一二极管20上被充电到DC电源12的中性轨道26。从而，在输出节点48处的输出电流i输出增长直达到到最大值，尤其是当在输出节点48处的外部容量V输出是0v时。由电感77驱动，输出电流i输出继续在相同的方向上流动并且开始将电容主导负载100充电到正电压，同时输出电流i输出衰变。
当第二时间t’2达到预定义第二阈值时间t’2,th(其具体对应于预定义第一阈值时间t’1,th)时，第一开关30被接通。
结果，在对应的谐振过渡的末端之前第一开关30被接通，这消除过冲和/或达到最小建立时间。
在范例中，在步骤e’)中，特征“测量在将串联切换电路转换到第四状态之后的时间作为第二时间t’2”由特征“确定串联切换电路14的第四状态处的输出节点48处的输出电流i输出”替换。此外，在步骤f’)中，特征“第二时间t’2达到预定义第二阈值时间t’2,th”优选地由特征“输出节点48处的输出电流i输出的幅度达到预定义阈值电流”替换。
由于针对本发明的第三方面的本发明的第四方面的类似的优选的配置(尤其是其范例)，因此以与相应的范例和优选特征类似的方式进行参考。
根据本发明的另一范例，提供了计算机程序单元，其当由处理单元运行时，适于执行根据本发明的方法的优选的实施例中的至少一个。
根据本发明的另一范例，提供了在其上存储有程序单元的计算机可读介质，其当由处理单元运行时，适于执行本发明的方法的至少一个范例或实施例。
计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，其还可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或者引起上文所描述的方法的步骤的执行。而且，其可以适于操作上文所描述的装置的部件。计算单元可以适于自动地操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。数据处理器可以因此被装备为执行本发明的方法。
必须指出，参考不同的主题描述本发明的实施例。具体地，参***描述一些实施例，而参考方法描述其他实施例。然而，本领域的技术人员将从上文知悉，除非另外通知，否则除属于一个主题的特征的任何组合之外，与不同的主题有关的特征之间的任何组合还被认为是利用本申请公开。然而，所有特征可以被提供以提供超过特征的简单加和的协同效应。
尽管已经在附图和前述描述中详细图示和描述本发明，但是这样的图示和描述将被认为是说明性或者示范性而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。开关或者其他单元可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。互不相同的从属权利要求中记载了特定措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种切换设备(10)，包括：
-DC电源(12)；
-串联切换电路(14)；
-第一阻尼电阻器(16)和第二阻尼电阻器(18)；以及
-第一二极管(20)和第二二极管(22)；
其中，所述DC电源包括正轨道(24)、中性轨道(26)和负轨道(28)；其中，所述串联切换电路包括第一开关(30)、第二开关(32)、第三开关(34)和第四开关(36)；其中，所述第一阻尼电阻器被连接在所述正轨道与所述串联切换电路的第一输入节点(38)之间；其中，所述第一开关至少间接地被连接在所述第一输入节点与所述串联切换电路的第一节点(40)之间；其中，所述第二开关至少间接地被连接在所述第一节点与所述串联切换电路的第二节点(42)之间；其中，所述第三开关至少间接地被连接在所述第二节点与所述串联切换电路的第三节点(44)之间；其中，所述第四开关至少间接地被连接在所述第三节点与所述串联切换电路的第二输入节点(46)之间；其中，所述第二阻尼电阻器至少间接地被连接在所述第二输入节点与所述负轨道之间；其中，所述第一二极管至少间接地被连接在所述中性轨道与所述第一节点之间，使得所述第一二极管当正向偏置时使电流从所述中性轨道流到所述第一节点；其中，所述第二二极管至少间接地被连接在所述中性轨道与所述第三节点之间，使得所述第二二极管当正向偏置时使电流从所述第三节点流到所述中性轨道；其中，所述第二节点至少间接地被连接到所述串联切换电路的输出节点(48)；并且其中，所述输出被配置为被连接到负载以提供负载电流；
-第三二极管(58)和第四二极管(60)，其中，所述第三二极管与所述第一阻尼电阻器并联耦合，使得所述第三二极管当正向偏置时使电流从所述第一输入节点流到所述负轨道，并且其中，所述第四二极管与所述第二阻尼电阻器并联耦合，使得所述第四二极管当正向偏置时使电流从所述负轨道流到所述第二输入节点。
2.根据权利要求1所述的切换设备，包括分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关并联耦合的第五二极管(50)、第六二极管(52)、第七二极管(54)和第八二极管(56)。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的切换设备，包括第一并联电路(62)和第二并联电路(64)，其中，所述第一并联电路包括第三电阻器(68)和并联耦合的第一电感(66)，其中，所述第二并联电路包括第四电阻器(72)和并联耦合的第二电感(70)，其中，所述第二开关被连接在所述第一节点与所述串联切换电路的第四节点(74)之间，其中，所述第一并联电路被连接在所述第四节点与所述第二节点之间，其中，所述第二并联电路被连接在所述第二节点与所述串联切换电路的第五节点(76)之间，并且其中，所述第三开关被连接在所述第五节点与所述第三节点之间。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的切换设备，包括第三电感(77)，其中，所述第三电感至少间接地被连接在所述第三节点与所述输出节点之间。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的切换设备，包括第五电阻器(94)，其中，所述第五电阻器至少间接地被连接在所述第二节点与所述输出节点之间。
6.一种X射线***(86)，包括：
-X射线阳极(88)；
-X射线阴极(90)；
-栅极(92)；以及
-根据权利要求1至5中的任一项所述的切换设备(10)；
其中，所述栅极被布置在所述X射线阳极与所述X射线阴极之间；其中，所述栅极至少间接地被连接到所述输出节点。
7.根据权利要求6所述的X射线***，包括控制单元(96)，其中，所述控制单元被配置为控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关。
8.根据权利要求6至7中的任一项所述的X射线***，其中，所述控制单元被配置为执行根据权利要求9至12中的任一项所述的步骤。
9.一种用于控制根据权利要求1至5中的任一项所述的切换设备和/或根据权利要求6至8中的任一项所述的***的方法，包括以下步骤：
a)在所述串联切换电路的第一状态处切断所述第一开关并且接通所述第三开关，以便将所述串联切换电路转换到第二状态，在所述第一状态中，所述第一开关和所述第二开关打开并且所述第三开关和所述第四开关关闭；
b)测量在将所述串联切换电路转换到所述第二状态之后的时间作为第一时间；并且
c)当在所述串联切换电路的所述第二状态处所述第一时间达到预定义第一阈值时间时切断所述第二开关并且接通所述第四开关，以便将所述串联切换电路转换到第三状态。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：
d)在所述第三状态处切断所述第四开关并且接通所述第二开关，以便将所述串联切换电路转换到第四状态；
e)测量在将所述串联切换电路转换到所述第四状态之后的时间作为第二时间；并且
f)当在所述串联切换电路的所述第四状态处所述第二时间达到预定义第二阈值时间时切断所述第三开关并且接通所述第一开关，以便将所述串联切换电路转换到所述第一状态。
11.一种用于控制根据权利要求1至5中的任一项所述的切换设备和/或根据权利要求6至8中的任一项所述的***的方法，包括以下步骤：
a’)在所述串联切换电路的第一状态处切断所述第一开关和所述第二开关并且接通所述第三开关，以便将所述串联切换电路转换到第二状态，在所述第一状态中，所述第一开关和所述第二开关打开并且所述第三开关和所述第四开关关闭；
b’)测量在将所述串联切换电路转换到所述第二状态之后的时间作为第一时间；并且
c’)当在所述串联切换电路的所述第二状态处所述第一时间达到预定义第一阈值时间时接通所述第四开关，以便将所述串联切换电路转换到第三状态。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
d’)在所述第三状态处切断所述第三开关和所述第四开关并且接通所述第二开关，以便将所述串联切换电路转换到第四状态；
e’)测量在将所述串联切换电路转换到所述第四状态之后的时间作为第二时间；并且
f’)当在所述串联切换电路的所述第四状态处所述第二时间达到预定义第二阈值时间时接通所述第一开关，以便将所述串联关电路转换到所述第一状态。
13.一种用于控制根据权利要求1至9中的一项所述的设备的计算机程序单元，所述计算机程序单元当由处理单元运行时适于执行权利要求9至12中的任一项所述的方法的步骤。
14.一种存储有根据权利要求13所述的程序单元的计算机可读介质。
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