DE3523622C2 - - Google Patents

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DE3523622C2 DE19853523622 DE3523622A DE3523622C2 DE 3523622 C2 DE3523622 C2 DE 3523622C2 DE 19853523622 DE19853523622 DE 19853523622 DE 3523622 A DE3523622 A DE 3523622A DE 3523622 C2 DE3523622 C2 DE 3523622C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungserzeuger für eine Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Ein derartiger Hochspannungserzeuger ist aus der DE-OS 29 08 767 bekannt.The invention relates to a high voltage generator for an x-ray tube according to the generic term of Claim. Such a high voltage generator is known from DE-OS 29 08 767.

Bei einem Röntgen-Untersuchungsgerät, insbesondere einem rechnergestützten Röntgen-Tomographen oder einem Röntgen-Untersuchungsgerät für Kreislauforgane, ist die Erzeugung einer stabilen Röntgenstrahlung unabdingbar. Eine Möglichkeit zur Erzielung einer solchen stabilen Röntgenstrahlungserzeugung besteht in erster Linie in der Speisung einer Röntgenröhre mit einer stabilen hohen Gleichspannung ohne Welligkeitsanteile.In the case of an X-ray examination device, in particular a computerized x-ray tomograph or one X-ray examination device for circulatory organs, is the Generation of stable X-rays is essential. One way to achieve such a stable X-ray generation is primarily in feeding an x-ray tube with a stable high DC voltage without ripple components.

In der DE-OS 29 08 767 ist ein Hochspannungserzeuger mit einem einem Hochspannungstransformator vorgeschalteten Wechselrichter beschrieben. Dabei ist eine Rückkopplungsschleife vorgesehen, um die Röhrenspannung einer Röntgenröhre auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Außerdem werden Schaltthyristoren für den Wechselrichter mit einem LC-Reihenresonanzglied aus der Primärwicklung des Transformators und einem Kondensator und einem Schaltregler zum Steuern der Phasen der Thyristoren verwendet. In DE-OS 29 08 767 is a high voltage generator with a high voltage transformer upstream Inverter described. Here is a feedback loop provided to the tube voltage of an x-ray tube to keep at a predetermined value. Also be Switching thyristors for the inverter with one LC series resonance element from the primary winding of the transformer and a capacitor and a switching regulator used to control the phases of the thyristors.  

Auf diese Weise soll ein Hochspannungserzeuger so ausgebildet werden, daß zu jedem Sollwert von Röntgenröhrenspannung und Röntgenröhrenstrom der jeweils optimale Wert der Gleichspannung am Wechselrichtereingang automatisch eingestellt wird.In this way, a high voltage generator is said to be formed to any setpoint of x-ray tube voltage and X-ray tube current the optimal Value of the DC voltage at the inverter input is set automatically.

Weiterhin ist in der DE-OS 29 43 794 eine Röntgendiagnostikanlage mit einer Tastschaltung für die Einstellung des Röntgenröhrenstroms beschrieben. Diese Tastschaltung dient als Stellglied für den Röntgenröhrenstrom im Primärkreis eines Hochspannungstransformators. Bei dieser Röntgendiagnostikanlage wird die Zündphase einer Drehstrom-Gleichrichterbrücke mittels eines PI-Reglers so gesteuert, daß einer Röntgenröhre eine durch Dreiphasen-Transformatoren erzeugte Hochspannung zugeführt wird. Damit wird eine Röntgendiagnostikanlage so ausgebildet, daß die Filmdosis unabhängig von dem Verlauf der Primärspannung des Hochspannungstransformators ist.Furthermore, an X-ray diagnostic system is in DE-OS 29 43 794 with a push button for the setting of the X-ray tube current. These Touch switch serves as an actuator for the X-ray tube current in the primary circuit of a high-voltage transformer. In this X-ray diagnostic system, the ignition phase a three-phase rectifier bridge by means of a PI controller controlled so that an X-ray tube high voltage generated by three-phase transformers is fed. This becomes an X-ray diagnostic system designed so that the film dose regardless of the Course of the primary voltage of the high-voltage transformer is.

In der DE-OS 28 31 093 ist ein Röntgendiagnostikgenerator beschrieben, bei dem eine Röntgenröhre 1 mit einem Hochspannungsgleichrichter verbunden ist, der seinerseits an den Sekundärwicklungen von Hochspannungstransformatoren liegt, deren Primärwicklungen mit Wechselrichtern verbunden sind. Bei diesem bekannten Röntgendiagnostikgenerator werden mehrere Einphasen-Transformatoren 4, 5 verwendet, und die Primärwicklung jedes einzelnen Transformators 4, 5 ist direkt mit dem entsprechenden Wechselrichter verbunden. DE-OS 28 31 093 describes an X-ray diagnostic generator in which an X-ray tube 1 is connected to a high-voltage rectifier, which in turn is connected to the secondary windings of high-voltage transformers, the primary windings of which are connected to inverters. In this known X-ray diagnostic generator, several single-phase transformers 4 , 5 are used, and the primary winding of each individual transformer 4 , 5 is connected directly to the corresponding inverter.

Schließlich ist aus "Patent Abstracts of Japan", E-226, 7. Febr. 1984, Bd. 8, Nr. 29, zu Kohai-Nr. 58-190000 (A) ein Röntgenstrahl-Hochspannungsgenerator bekannt, bei dem ein Transformator auf seiner Primärseite eine Sternschaltung und auf seiner Sekundärseite eine Sternschaltung und eine Dreieckschaltung aufweist. Die Primärseite ist über gesteuerte Halbleitergleichrichter mit einer Wechselstromquelle verbunden.Finally, from "Patent Abstracts of Japan", E-226, Feb. 7, 1984, Vol. 8, No. 29, on Kohai No. 58-190000 (A) an X-ray high voltage generator known with a transformer on its primary side a star connection and on its secondary side has a star connection and a delta connection. The primary side is via controlled semiconductor rectifiers connected to an AC power source.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochspannungserzeuger für eine Röntgenröhre zu schaffen, bei dem ein Dreiphasenbetrieb angewendet wird und dessen Bauteile an diesen so angepaßt sind, daß Welligkeiten weitgehend vermieden werden können.It is an object of the present invention to provide a high voltage generator for creating an x-ray tube in which a three-phase operation is used and its Components on this are adjusted so that ripples can be largely avoided.

Diese Aufgabe wird bei einem Hochspannungserzeuger nach dem Oberbegriff des Patentanspruches erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst. This task is carried out at a high voltage generator the preamble of claim according to the invention by those contained in its characteristic part Features solved.  

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe following are preferred embodiments of the Invention explained with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Hochspannungserzeugers, Fig. 1 is a block diagram of a high voltage generator,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Hochspannungserzeugers mit einem Dreiphasen-Thyristorbrückenwechselrichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 is a circuit diagram of a high voltage generator with a three-phase Thyristorbrückenwechselrichter according to an embodiment of the invention,

Fig. 3 eine graphische Darstellung von Ausgangswellenformen des Brückenwechselrichters und eines Schaltreglers gemäß Fig. 2 und Fig. 3 is a graphical representation of output waveforms of the bridge inverter and a switching regulator according to Fig. 2 and

Fig. 4 ein Schaltbild eines anderen Dreiphasen-Brückenwechselrichters gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 is a circuit diagram of another three-phase bridge inverter according to another embodiment of the invention.

Vor der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sei zunächst das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip anhand von Fig. 1 erläutert.Before describing preferred embodiments of the invention, the principle on which the invention is based will first be explained with reference to FIG. 1.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch einen Hochspannungserzeuger. Eine Wechselstrom-Niederspannungsquelle 10 kann entweder aus einer Einphasen- oder Dreiphasenstromversorgung bestehen. Die Ausgangs-Niederspannung der Spannungsquelle 10 wird in einer primären Gleichrichtereinheit 20 gleichgerichtet. Letztere kann entweder als Halbweg- oder als Vollweg-Gleichrichter ausgebildet sein. Die gleichgerichtete niedrige Gleichspannung wird dann einem Dreiphasen-Brückenwechselrichter 54 zugeführt, der der eine Gleichspannung in niedrige Dreiphasen-Wechselspannungen V⌀A, V⌀B und V⌀C unter der Steuerung eines Schaltreglers 64 umrichtet. Die Arbeitsweise des Dreiphasen-Brückenwechselrichters 54 wird später noch näher erläutert werden. Kondensatoren 30A, 30B und 30C sind zwischen die jeweiligen Ausgänge des Brückenwechselrichters 54 und die einzelnen Primärwicklungen eines Dreiphasen-Transformators 84 so geschaltet, daß diese Kondensatoren und die Primärwicklungen Reihenresonanzkreise bilden. Die Resonanzfrequenz jedes Reihenresonanzkreises ist auf die Schaltfrequenz des Schaltreglers 64 abgestimmt. Fig. 1 illustrates schematically a high voltage generator. An AC low voltage source 10 can consist of either a single-phase or three-phase power supply. The output low voltage of the voltage source 10 is rectified in a primary rectifier unit 20 . The latter can be designed either as a half-wave or as a full-wave rectifier. The rectified low DC voltage is then fed to a three-phase bridge inverter 54 , which converts the DC voltage into low three-phase AC voltages V⌀ A , V⌀ B and V⌀ C under the control of a switching regulator 64 . The operation of the three-phase bridge inverter 54 will be explained in more detail later. Capacitors 30 A, 30 B and 30 C are connected between the respective outputs of the bridge inverter 54 and the individual primary windings of a three-phase transformer 84 so that these capacitors and the primary windings form series resonant circuits. The resonant frequency of each series resonant circuit is tuned to the switching frequency of the switching regulator 64 .

Die an die Primärwicklungen angelegte niedrige Dreiphasenspannung wird an den Sekundärwicklungen des Transformators 84 zu einer Dreiphasen-Hochspannung transformiert, die dann in einem sekundären Gleichrichterkreis 70 zur Ausgabe einer an Welligkeit armen Gleichstrom-Hochspannung gleichgerichtet wird. Diese Gleichstrom-Hochspannung ist für die Speisung einer Röntgenröhre vorgesehen.The low three-phase voltage applied to the primary windings is transformed to a three-phase high voltage on the secondary windings of transformer 84 , which is then rectified in a secondary rectifier circuit 70 to output a low ripple DC high voltage. This direct current high voltage is intended for the supply of an X-ray tube.

Da in dem Hochspannungserzeuger der Brückenwechselrichter angeordnet ist, können in der endgültigen hohen Gleichspannung enthaltene Welligkeitsanteile weitgehend ausgeschaltet werden. Since in the high voltage generator Bridge inverters can be arranged in the final high DC voltage contained ripple components largely be turned off.  

Im folgenden ist anhand von Fig. 2 ein Dreiphasen-Hochspannungserzeuger 100 gemäß der Erfindung näher beschrieben.A three-phase high-voltage generator 100 according to the invention is described in more detail below with reference to FIG. 2.

In Fig. 2 und in den folgenden Figuren sind den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet.In FIG. 2 and in the following figures, parts corresponding to the parts of FIG. 1 are designated with the same reference numbers as there.

Eine Wechselstrom-Niederspannungsquelle 10 ist so geschaltet, daß sie eine niedrige Wechselspannung von z. B. 200 V oder 400 V der primären Gleichrichtereinheit 20 einspeist, die in normaler Vollweg-Gleichrichterbrückenschaltung angeordnet ist. An die primäre Gleichrichtereinheit 20 ist ein Filterkondensatorkreis 40 zum Ausfiltern von Welligkeitskomponenten aus der gleichgerichteten Ausgangsspannung angeschlossen. Vom Filterkondensatorkreis 40 kann dann die niedrige Gleichspannung abgenommen werden.An AC low voltage source 10 is connected to provide a low AC voltage of e.g. B. 200 V or 400 V of the primary rectifier unit 20 , which is arranged in a normal full-wave rectifier bridge circuit. A filter capacitor circuit 40 for filtering out ripple components from the rectified output voltage is connected to the primary rectifier unit 20 . The low DC voltage can then be taken from the filter capacitor circuit 40 .

Ein Dreiphasen-Thyristorbrückenwechselrichter 54 ist als Schalteinrichtung an den Filterkondensatorkreis 40 angeschlossen. Die Hauptaufgabe dieses Brückenwechselrichters 54 besteht darin, eine niedrige Gleichspannung zu einer niedrigen Wechselspannung einer vergleichsweise höheren Frequenz umzurichten. Der genaue Schaltungsaufbau des Thyristorbrückenwechselrichters 54 wird später noch näher erläutert werden.A three-phase thyristor bridge inverter 54 is connected to the filter capacitor circuit 40 as a switching device. The main task of this bridge inverter 54 is to convert a low DC voltage to a low AC voltage of a comparatively higher frequency. The exact circuit structure of the thyristor bridge inverter 54 will be explained in more detail later.

Ein Dreiphasen-Transformator 84 enthält Primärwicklungen 84A, 84B und 84C, die in Sternschaltung geschaltet sind, sowie zwei Sätze von Sekundärwicklungen 84Y und 84Z, die in Sternschaltung bzw. Dreiecksschaltung (wie durch Symbole angedeutet) angeordnet sind. Ein Sammelpunkt der Primärwicklungen 84A-84C ist über den Brückenwechselrichter 54 mit dem einen Anschluß des Filterkondensatorkreises 40 verbunden. Die anderen Seiten der Primärwicklungen 84A-84C sind an zugeordneten Kondensatoren 30A, 30B bzw. 30C angeschlossen, so daß im Primärkreis des Dreiphasen-Transformators 84 drei Reihenresonanzkreise gebildet sind.A three-phase transformer 84 contains primary windings 84 A, 84 B and 84 C, which are connected in a star connection, and two sets of secondary windings 84 Y and 84 Z, which are arranged in a star connection or delta connection (as indicated by symbols). A collection point of the primary windings 84 A- 84 C is connected via the bridge inverter 54 to the one connection of the filter capacitor circuit 40 . The other sides of the primary windings 84 A- 84 C are connected to associated capacitors 30 A, 30 B and 30 C, so that three series resonant circuits are formed in the primary circuit of the three-phase transformer 84 .

Da der Sekundärkreis des Dreiphasen-(Aufwärts-)Transformators 84 aus einer Sternschaltung 84Y und einer Deltaschaltung 84Z besteht, vermag er eine Zwölfphasen-Hochspannung zu liefern. Demzufolge besteht die sekundäre Gleichrichtereinheit 70 aus einer Zwölfphasen-Gleichrichterbrückenschaltung. Von der sekundären Gleichrichtereinheit 70 wird eine Gleichstrom-Hochspannung erhalten, die dann mit einem Hochspannungs-Kondensator 93 geglättet wird. Auf diese Weise wird eine von Welligkeit nahezu freie Gleichstrom-Hochspannung über Hochspannungskabel 94 und 95 an eine Röntgenröhre 90 angelegt, die eine Anode 91 und eine Kathode 92 mit den dargestellten Polaritäten aufweist. Zur Röntgenröhre 90 ist ein Spannungsdetektor 96 parallelgeschaltet, der aus ersten und zweiten, in Reihe zueinander geschalteten Widerständen 97 und 98 besteht. Eine Verzweigung 99 dieser Reihenwiderstandsanordnung 96 ist mit dem Schaltregler 64 verbunden.Since the secondary circuit of the three-phase (step-up) transformer 84 consists of a star circuit 84 Y and a delta circuit 84 Z, it can supply a twelve-phase high voltage. Accordingly, the secondary rectifier unit 70 consists of a twelve-phase rectifier bridge circuit. A DC high voltage is obtained from the secondary rectifier unit 70 , which is then smoothed with a high voltage capacitor 93 . In this way, a DC high voltage that is almost free of ripple is applied via high-voltage cables 94 and 95 to an X-ray tube 90 , which has an anode 91 and a cathode 92 with the polarities shown. A voltage detector 96 is connected in parallel to the x-ray tube 90 and consists of first and second resistors 97 and 98 connected in series with one another. A branch 99 of this series resistor arrangement 96 is connected to the switching regulator 64 .

Die der Röntgenröhre 90 zugeführte Gleichstrom-Hochspannung, aus welcher Welligkeitsanteile weitgehend beseitigt worden sind, liegt in der Größenordnung von 75 kV. Der Dreiphasen-Transformator 84, der sekundäre (Hochspannungs-)Gleichrichterkreis 70 und der Spannungsdetektor 96 sind im allgemeinen in einem elektrisch isolierenden Öl angeordnet. The direct current high voltage supplied to the X-ray tube 90 , from which ripple components have largely been eliminated, is of the order of magnitude of 75 kV. The three-phase transformer 84 , the secondary (high voltage) rectifier circuit 70 and the voltage detector 96 are generally arranged in an electrically insulating oil.

Nachstehend ist anhand von Fig. 2 die genaue Schaltungsanordnung des Thyristorbrückenwechselrichters 54 beschrieben.The exact circuit arrangement of the thyristor bridge inverter 54 is described below with reference to FIG. 2.

Wie erwähnt, ist der Thyristorbrückenwechselrichter 54 vom Reihenresonanztyp. Der Thyristorbrückenwechselrichter 54 ist aus sechs Thyristoren 54A-54F und sechs Freilaufdioden 54a-54f aufgebaut.As mentioned, the thyristor bridge inverter 54 is of the series resonance type. The thyristor bridge inverter 54 is constructed from six thyristors 54 A- 54 F and six freewheeling diodes 54 a- 54 f.

Die Gate-Elektroden der Thyristoren 54A-54F sind mit dem Schaltregler 64 verbunden. Eine Verzweigung zwischen der Kathode des Thyristors 54A und der Anode des Thyristors 54B ist über den ersten Kondensator 30A an die erste Primärwicklung 84A angeschlossen. Der erste Kondensator 30A und die erste Primärwicklung 84A bilden den ersten Reihenresonanzkreis. Die restlichen Paare sind auf dieselbe Weise wie das erste Paar geschaltet. Demzufolge sind je zwei Paare miteinander in Reihe geschaltet, und sie bilden einen Einphasenkreis, so daß sich Dreiphasenkreise ergeben, die zueinander parallelgeschaltet sind.The gate electrodes of the thyristors 54 A- 54 F are connected to the switching regulator 64 . A junction between the cathode of the thyristor 54 A and the anode of the thyristor 54 B is connected to the first primary winding 84 A via the first capacitor 30 A. The first capacitor 30 A and the first primary winding 84 A form the first series resonant circuit. The remaining pairs are switched in the same way as the first pair. As a result, two pairs are connected in series with one another, and they form a single-phase circuit, so that three-phase circuits result which are connected in parallel with one another.

Im folgenden ist die Arbeitsweise des Hochspannungserzeugers 100 anhand des Wellenformdiagramms gemäß Fig. 3 beschrieben. The operation of the high voltage generator 100 is described below with reference to the waveform diagram according to FIG. 3.

Die niedrige Gleichspannung vom Filterkondensatorkreis 40 wird an den Thyristorbrückenwechselrichter 54 angelegt. Die Thyristoren 54A-54F werden mit Phasenwinkeln von 120° aufeinanderfolgend in der Weise durchgeschaltet, daß ihre Zündreihenfolge mit A, F, C, B, E und D vorherbestimmt ist. Die Zündintervalle sind gleichmäßig mit 60° gewählt. Das Zünden der Thyristoren 54A-54F erfolgt somit zyklisch.The low DC voltage from the filter capacitor circuit 40 is applied to the thyristor bridge inverter 54 . The thyristors 54 A- 54 F are successively switched through with phase angles of 120 ° in such a way that their firing order with A, F, C, B, E and D is predetermined. The ignition intervals are chosen to be even at 60 °. The firing of the thyristors 54 A- 54 F thus takes place cyclically.

Die Steuerimpulse A bis F werden vom Schaltregler 64 geliefert. Die Zeitperioden dieser Torsteuerimpulse A-F sind so gewählt, daß sie länger sind als die Resonanzperiode der Reihenresonanzkreise (30A/85A; 30B/84B; 30C/84C).The control pulses A to F are supplied by the switching regulator 64 . The time periods of these gate control pulses AF are selected so that they are longer than the resonance period of the series resonant circuits ( 30 A / 85 A; 30 B / 84 B; 30 C / 84 C).

Zum besseren Verständnis ist im folgenden nur der erste Kreis (54A, 54a, 54B und 54b) beschrieben.For better understanding, only the first circle ( 54 A, 54 a, 54 B and 54 b) is described below.

In Abhängigkeit von dem vom Schaltregler 64 gelieferten Steuerimpuls A beginnt der erste Thyristor 54A zu leiten (EIN). Ein Primärstrom I fließt von der Anoden-Kathodenstrecke dieses Thyristors 54A über die Verzweigung 51, den Resonanzkondensator 30A, die Primärwicklung 84A und den Sammelpunkt des Transformators 84 zum anderen Anschluß (negative Polarität) des Filterkondensatorkreises 40. Amplitude und Dauer dieses Primärstroms I sind in Fig. 3 dargestellt. Zu einem Zeitpunkt to wird der Torsteuerimpuls A der Gate-Elektrode dieses Thyristors 54A zugeführt. Zum Zeitpunkt t1 fällt sodann der Primärstrom I auf Null zurück; die Zeitdauer oder Periode to-t1 entspricht der halben Periode des Primärstroms. Wenn daher der Primärstrom I zum Zeitpunkt t1 (am Ende der Halbperiode) wieder auf Null übergeht, geht er auf die negative Polarität über, wobei er die genannte Dämpfungsschwingung aufgrund der in der Primärwicklung 84A gespeicherten magnetischen Energie besitzt. Infolgedessen fließt bis zum Zeitpunkt t2 der Primärstrom -I über die Diode 54a in einer Richtung entgegengesetzt zum genannten Strom I. Während dieser Periode wird der Resonanzkondensator 30A mit der entgegengesetzten Polarität aufgeladen, und da der genannte Gegen- oder Rückstrom -I sich auf weniger als den Haltestrom des Thyristors 54A verringert, sperrt letzterer sodann.Depending on the control pulse A supplied by the switching regulator 64 , the first thyristor 54 A begins to conduct (ON). A primary current I flows from the anode-cathode path of this thyristor 54 A via the branch 51 , the resonance capacitor 30 A, the primary winding 84 A and the collecting point of the transformer 84 to the other connection (negative polarity) of the filter capacitor circuit 40 . The amplitude and duration of this primary current I are shown in FIG. 3. At a time to the gating pulse A is supplied to the gate of this thyristor 54 A. At time t1, the primary current I then drops back to zero; the period or period to-t1 corresponds to half the period of the primary current. Therefore, when the primary current I (at the end of the half period) goes to zero at time t1, it is transferred to the negative polarity, it has the said damping vibration due to the data stored in the primary winding 84 A magnetic energy. As a result, flows until time t2, the primary current -I through the diode 54 a in a direction opposite to said current I. During this period is charged, the resonant capacitor 30 A with the opposite polarity, and since the said counter or return current -I to less than the holding current of the thyristor 54 A reduced, the latter then blocks.

Zum Zeitpunkt t2 nach dem Abschalten oder Sperren des ersten Thyristors 54A wird der zweite Steuerimpuls B vom Schaltregler 64 zur Gate-Elektrode des zweiten Thyristors 54B geliefert. Infolgedessen beginnt der zweite Thyristor 54B zu leiten. Ein weiterer Primärstrom -I fließt von der Primärwicklung 84A über den Resonanzkondensator 30A und die Verzweigung 51 zur Anoden-Kathodenstromstrecke dieses Thyristors 54B. Sobald die restliche Halbperiode (t1-t3) der ersten Periode abgeschlossen ist, beginnt der Primärstrom I über die Diode 54b entgegengesetzt zur Richtung in der vorhergehenden Halbperiode zu fließen, und zwar aufgrund der im Kondensator 30A gespeicherten Magnetenergie.At the time t2 after the switching off or blocking of the first thyristor 54 A of the second control pulse B from the switching regulator 64 to the gate electrode of the second thyristor is supplied 54 B. As a result, the second thyristor 54 B begins to conduct. Another primary current -I flows from the primary winding 84 A via the resonance capacitor 30 A and the branch 51 to the anode-cathode current path of this thyristor 54 B. As soon as the remaining half-period (t1-t3) of the first period has ended, the primary current I begins over the Diode 54 b to flow opposite to the direction in the previous half period, due to the magnetic energy stored in the capacitor 30 A.

Es ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn der zweite Thyristor 54B zum Zeitpunkt t2 nicht durchschalten könnte, der Strom -I auf die durch die gestrichelte Linie 54a angedeutete Weise über die Diode 54a fließen würde; die gilt auch für die Diode 54b (vgl. Fig. 3).It should be noted that if the second thyristor 54 B could not switch through at time t2, the current -I would flow via diode 54 a in the manner indicated by dashed line 54 a; this also applies to the diode 54 b (see FIG. 3).

Die dritte Halbperiode des ersten Primärkreises ist zum Zeitpunkt t5 beendet. Bei zweitem und drittem Wechselrichterkreis laufen entsprechende Durchschaltvorgänge mit einer Phasenverschiebung von 120° bzw. 240° ab. Dies bedeutet, daß der zweite Wechselrichterkreis 54C und 54D mit einer Verzögerung von 120° relativ zum ersten Wechselrichterkreis 54A und 54B betätigt wird. Weiterhin wird die Betätigung des dritten Wechselrichterkreises 54E und 54F mit einer Verzögerung von 120° gegenüber dem zweiten Wechselrichterkreis 54C und 54D gesteuert. Alle über die drei Wechselrichterkreise 54A-54F fließenden Primärströme können somit durch die drei Primärwicklungen 84A, 84B und 84C des Dreiphasen-Transformators 84 mit Phasenverschiebungen von 120° zueinander fließen.The third half period of the first primary circuit ends at time t5. In the second and third inverter circuits, corresponding switching operations take place with a phase shift of 120 ° or 240 °. This means that the second inverter circuit 54 C and 54 D is actuated with a delay of 120 ° relative to the first inverter circuit 54 A and 54 B. Furthermore, the actuation of the third inverter circuit 54 E and 54F is controlled with a delay of 120 ° with respect to the second inverter circuit 54 C and 54 D. All primary currents flowing through the three inverter circuits 54 A- 54 F can thus flow through the three primary windings 84 A, 84 B and 84 C of the three-phase transformer 84 with phase shifts of 120 ° to one another.

Es ist darauf hinzuweisen, daß deshalb, weil insgesamt sechs Thyristoren zur Erzeugung der Dreiphasen-Wechselspannung im Brückenwechselrichter 54 angeordnet sind, die vom Schaltregler 64 gelieferten Steuerimpulse eine Phasenverschiebung von 60° gegeneinander haben.It should be noted that because a total of six thyristors for generating the three-phase AC voltage are arranged in the bridge inverter 54 , the control pulses supplied by the switching regulator 64 have a phase shift of 60 ° with respect to one another.

Da die Perioden der Steuerimpulse A-F die Schaltzeitpunkte oder -takte der Thyristoren 54A-54F bestimmen können, hängt die Frequenz der umgerichteten Wechselspannung ebenfalls von den genannten Steuerperioden ab.Since the periods of the control pulses AF can determine the switching times or clock cycles of the thyristors 54 A- 54 F, the frequency of the converted AC voltage also depends on the control periods mentioned.

Bei einem Primärstromfluß über die drei Primärwicklungen 84A-84C des Dreiphasen-Transformators 84 werden in den Sekundärwicklungen 84Y und 84Z, die in Stern- bzw. Dreieckschaltung angeordnet sind, hohe Wechselspannungen induziert.With a primary current flow through the three primary windings 84 A- 84 C of the three-phase transformer 84 , high AC voltages are induced in the secondary windings 84 Y and 84 Z, which are arranged in a star or delta connection.

Die Gleichstrom-Hochspannung des Hochspannungserzeugers 100 ist entweder durch Änderung der Zündphasen der Thyristoren 54A-54F oder durch Änderung der niedrigen Wechselspannung der Stromquelle 10 einstellbar. Eine andere Möglichkeit besteht in der Einführung einer Phasenverschiebungssteuerung durch Verwendung von Thyristoren in der primären Gleichrichtereinheit 20. The DC high voltage of the high voltage generator 100 can be adjusted either by changing the ignition phases of the thyristors 54 A- 54 F or by changing the low AC voltage of the current source 10 . Another possibility is to introduce phase shift control by using thyristors in the primary rectifier unit 20 .

Die Größe der hohen Gleichspannung kann durch Steuerung der Zündzeitpunkte der Thyristoren 54A-54F auf der Grundlage der am Spannungsdetektor 96 erscheinenden Meßspannung geregelt werden.The magnitude of the high DC voltage can be regulated by controlling the ignition times of the thyristors 54 A- 54 F on the basis of the measurement voltage appearing at the voltage detector 96 .

Da der Reihenresonanzkreis in Verbindung mit dem Brückenwechselrichter verwendet wird, ist kein Zwangsabschaltkreis für die Thyristoren erforderlich. Da der Primärstrom infolge der Reihenresonanzerscheinung einer Sinuswelle folgt, können im Primärstrom enthaltene Hochfrequenz-Störsignale im Vergleich zum Rechteck-Schaltstrom beträchtlich unterdrückt bzw. verringert werden.Since the series resonant circuit in connection with the Bridge inverter is used is not a forced shutdown required for the thyristors. There the primary current due to the Series resonance phenomenon follows a sine wave, can contain high-frequency interference signals in the primary current compared to the square-wave switching current considerable suppressed or reduced.

Im folgenden ist anhand von Fig. 4 ein Gleichstrom-Hochspannungserzeuger mit einem anderen Dreiphasen-Brückenwechselrichter 54 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Da ein wesentlicher Teil der Schaltungsanordnung dieser beiden Ausführungsformen derjenigen bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht, sind diese gleichen Schaltungsteile der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.A DC high-voltage generator with another three-phase bridge inverter 54 according to another embodiment of the invention is described below with reference to FIG. 4. Since an essential part of the circuit arrangement of these two embodiments corresponds to that in the first embodiment according to FIG. 2, these same circuit parts are not shown for the sake of clarity.

Symbole 58A-58L bezeichnen die betreffenden, an sich bekannten Paare einer Parallelkombination aus den Thyristoren und den Dioden (nicht dargestellt).Symbols 58 A- 58 L denote the relevant, known pairs of a parallel combination of the thyristors and the diodes (not shown).

Der Dreiphasen-Brückenwechselrichter 54 ist aus zwölf parallelen Paaren von zwölf Thyristoren und zwölf Dioden gebildet. Beispielsweise ist ein erster Reihenresonanzkreis zwischen eine erste Verzweigung 59A und eine zweite Verzweigung 59B geschaltet. Die erste Verzweigung 59A besteht zwischen einer Kathode eines ersten Thyristors 58A und einer Anode eines zweiten Thyristors 58B, während die zweite Verzweigung 59B zwischen einer Kathode eines siebten Thyristors 58G und einer Anode eines achten Thyristors 58H besteht. Obgleich tatsächlich eine nicht im einzelnen gezeigte Diode jeweils antiparallel zu den betreffenden Thyristoren geschaltet ist, wird hierfür vorliegend einfach der Ausdruck "Thyristor" benutzt. Dieser Reihenresonanzkreis ist auf ähnliche Weise durch einen Kondensator 30A und die Primärwicklung 84A des Dreiphasen-Transformators 84 gebildet. Ein zweiter Reihenresonanzkreis ist zwischen eine dritte Verzweigung 59C und eine vierte Verzweigung 59D geschaltet. Dieser zweite Reihenresonanzkreis besteht aus einem Kondensator 30B und der Primärwicklung 84B. Ein dritter Reihenresonanzkreis ist schließlich zwischen eine fünfte Verzweigung 59E und eine sechste Verzweigung 59F geschaltet und aus einem Kondensator 30C sowie der Primärwicklung 84C gebildet.The three-phase bridge inverter 54 is formed from twelve parallel pairs of twelve thyristors and twelve diodes. For example, a first series resonant circuit is connected between a first branch 59 A and a second branch 59 B. The first branch 59 A is between a cathode of a first thyristor 58 A and an anode of a second thyristor 58 B, while the second branch 59 B is between a cathode of a seventh thyristor 58 G and an anode of an eighth thyristor 58 H. Although a diode, which is not shown in detail, is in each case connected antiparallel to the thyristors in question, the term "thyristor" is simply used here for this. This series resonant circuit is similarly formed by a capacitor 30 A and the primary winding 84 A of the three-phase transformer 84 . A second series resonant circuit is connected between a third branch 59 C and a fourth branch 59 D. This second series resonance circuit consists of a capacitor 30 B and the primary winding 84 B. A third series resonance circuit is finally connected between a fifth branch 59 E and a sixth branch 59 F and is formed from a capacitor 30 C and the primary winding 84 C.

Die Sekundärwicklungen 84Z und 84Y dieses Dreiphasen-Transformators 84 sind in Stern- bzw. Dreieckschaltung angeordnet.The secondary windings 84 Z and 84 Y of this three-phase transformer 84 are arranged in a star or delta connection.

Nachstehend ist die Arbeitsweise des Dreiphasen-Thyristorbrückenwechselrichters 54 erläutert. The operation of the three-phase thyristor bridge inverter 54 is explained below.

Es ist darauf hinzuweisen, daß ein nicht dargestellter Schaltregler an die betreffenden Gate-Elektroden der Thyristoren 58A-58L angeschlossen ist, um an diese Gate-Elektroden unter Aufrechterhaltung einwandfreier Phasenwinkel Steuerimpulse anzulegen.It should be noted that a switching regulator, not shown, is connected to the relevant gate electrodes of the thyristors 58 A- 58 L in order to apply control pulses to these gate electrodes while maintaining a perfect phase angle.

Zunächst wird vom Schaltregler ein Steuerimpuls an den ersten Thyristor 58A angelegt, worauf dieser Thyristor 58A durchschaltet. Infolgedessen fließt der Primärstrom von der Plus-Klemme 57P über eine Anoden-Kathodenstromstrecke des ersten Thyristors 58A, den ersten Reihenresonanzkreis (30A, 84A) und eine Anoden-Kathodenstromstrecke des achten Thyristors 58H, der gleichzeitig durchschaltet, zur Minus-Klemme 57N. Ersichtlicherweise wird ein weiterer Torsteuerimpuls in Synchronismus mit dem anderen Torsteuerimpuls für den ersten Thyristor 58A an den achten Thyristor 58H angelegt.First of all, the switching regulator applies a control pulse to the first thyristor 58 A, whereupon this thyristor 58 A switches through. As a result, the primary current flows from the plus terminal 57 P via an anode-cathode current path of the first thyristor 58 A, the first series resonant circuit ( 30 A, 84 A) and an anode-cathode current path of the eighth thyristor 58 H, which switches through at the same time, to the minus Terminal 57 N. Obviously, another gate control pulse in synchronism with the other gate control pulse for the first thyristor 58 A is applied to the eighth thyristor 58 H.

Unter Einhaltung einer 120°-Phasenverschiebung gegenüber dem obigen, ersten Zünden werden dritter und zehnter Thyristor 58C bzw. 58J gezündet. Infolgedessen fließt der zweite Primärstrom über den zweiten Reihenkreis (30B, 84B) und den zehnten Thyristor 58J zur Minus-Klemme 57N.The third and tenth thyristors 58 C and 58 J are fired while maintaining a 120 ° phase shift compared to the above first firing. As a result, the second primary current flows through the second series circuit ( 30 B, 84 B) and the tenth thyristor 58 J to the negative terminal 57 N.

Nach dem Fließen dieses zweiten Primärstroms beginnen fünfter Thyristor 58E und zwölfter Thyristor 58L mit einer 120°-Verzögerung gegenüber dem ersten Primärstrom zu zünden. Der dritte Primärstrom fließt im dritten Reihenresonanzkreis (30C, 84C).After this second primary current has flowed, the fifth thyristor 58 E and the twelfth thyristor 58 L start firing with a 120 ° delay with respect to the first primary current. The third primary current flows in the third series resonant circuit ( 30 C, 84 C).

Auf ähnliche Weise können die betreffenden Thyristoren 58A-58L durch die Resonanzfunktionen dieser Reihenresonanzkreise zwangsläufig abgeschaltet oder gesperrt werden. Die Rückströme fließen während der entsprechenden Halbrückperioden der Zündperioden über die jeweiligen Dioden.In a similar manner, the relevant thyristors 58 A- 58 L can inevitably be switched off or blocked by the resonance functions of these series resonance circuits. The reverse currents flow through the respective diodes during the corresponding half-back periods of the ignition periods.

Da diese Leit- oder Zündvorgänge sequentiell erfolgen, können an den Sekundärwicklungen 84Z und 84Y Wechselstrom-Hochspannungen in Form einer symmetrischen Dreiphasen-Wechselspannung induziert werden.Since these routing or ignition processes take place sequentially, alternating current high voltages in the form of a symmetrical three-phase alternating voltage can be induced on the secondary windings 84 Z and 84 Y.

Bei der zweiten Ausführungsform kann die Wirksamkeit der Welligkeitsbeseitigung auf ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform verbessert werden.In the second embodiment, the effectiveness the ripple removal in a similar way as in of the first embodiment can be improved.

Claims (2)

Hochspannungserzeuger für eine Röntgenröhre
  • - mit einer primären Gleichrichtereinheit (20) zum Gleichrichten einer Wechselstrom-Netzspannung in eine Gleichstrom-Niederspannung,
  • - mit einem Brückenwechselrichter (54), der Thyristoreinheiten aufweist, deren jede aus einer Reihenschaltung von zwei Thyristoren (54A-54F; 58A-58L) mit je einer antiparallel zu den Thyristoren liegenden Diode (54a-54f) besteht und die parallel zueinander an der Gleichstrom-Niederspannung liegen,
  • - mit einem Schaltregler (64) zum Einschalten der Thyristoren (54A-54F; 58A-58L),
  • - mit einem Transformator (84) mit Primär- und Sekundärwicklungen (84A-84C; 84Z, 84Y), der eine Wechselstrom-Hochspannung liefert,
  • - mit einer Resonanzkondensatoreinrichtung mit mindestens einem Kondensator (30A-30C), der zur Bildung einer Reihenresonanzschaltung zwischen einer Primärwicklung (84A-84C) des Transformators (84) und einem Verbindungspunkt der beiden Thyristoren (54A-54F; 58A-58L) einer der Thyristorreihenschaltungen liegt,
  • - und mit einer sekundären Gleichrichtereinheit (70) zum Gleichrichten der Wechselstrom-Hochspannung in eine Gleichstrom-Hochspannung für die Röntgenröhre (90),
High voltage generator for an X-ray tube
  • with a primary rectifier unit ( 20 ) for rectifying an AC mains voltage into a DC low voltage,
  • - With a bridge inverter ( 54 ) having thyristor units, each of which consists of a series connection of two thyristors ( 54 A- 54 F; 58 A- 58 L), each with a diode ( 54 a- 54 f) antiparallel to the thyristors and which are parallel to each other on the DC low voltage,
  • - With a switching regulator ( 64 ) for switching on the thyristors ( 54 A- 54 F; 58 A- 58 L),
  • - With a transformer ( 84 ) with primary and secondary windings ( 84 A- 84 C; 84 Z, 84 Y), which supplies an AC high voltage,
  • - With a resonance capacitor device with at least one capacitor ( 30 A- 30 C), which to form a series resonance circuit between a primary winding ( 84 A- 84 C) of the transformer ( 84 ) and a connection point of the two thyristors ( 54 A- 54 F; 58 A- 58 L) one of the thyristor series connections,
  • and with a secondary rectifier unit ( 70 ) for rectifying the high-voltage alternating current into a high-voltage direct current for the x-ray tube ( 90 ),
dadurch gekennzeichnet,characterized,
  • - daß der Transformator (84) ein Dreiphasen-Transformator ist, dessen drei Primärwicklungen (84A-84C) in Sternschaltung und dessen Sekundärwicklungen (84Z, 84Y) in Sternschaltung und Dreieckschaltung geschaltet sind,- That the transformer ( 84 ) is a three-phase transformer, the three primary windings ( 84 A- 84 C) in star connection and the secondary windings ( 84 Z, 84 Y) are connected in star connection and delta connection,
  • - daß die Resonanzkondensatoreinrichtung aus drei mit den drei Primärwicklungen (84A-84C) verbundenen Kondensatoren (30A-30C) besteht und- That the resonance capacitor device consists of three with the three primary windings ( 84 A- 84 C) connected capacitors ( 30 A- 30 C) and
  • - daß der Schaltregler (64) drei gegeneinander phasenverschobene Einschaltimpulse zum Laden der entsprechenden Kondensatoren (30A-30C) mit der Gleichstrom-Niederspannung liefert.- That the switching regulator ( 64 ) supplies three phase-shifted switch-on pulses for charging the corresponding capacitors ( 30 A- 30 C) with the DC low voltage.
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