DE3536736C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Hochspannungserzeuger für eine Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2. Aus der US-PS 42 25 788 ist ein derartiger Hochspannungserzeuger für eine Röntgenröhre bekannt.

Bei dem bekannten Hochspannungserzeuger kann eine Gleichspannung durch Gleichrichten und Glätten eines Wechselstrom- Eingangssignals von einer Stromquelle (im allgemeinen einer Netzstromquelle) in einer Gleichspannungsversorgung an deren Mittelabgriff erhalten werden. Die Gleichspannung wird durch das abwechselnde Schalten zweier in Reihe geschalteter Schaltelemente, z. B. Thyristoren, intermittierend einem Resonanzkreis zugeführt, der die Primärwicklung des Hochspannungstransformators und einen Resonanzkondensator enthält. Dabei wird in der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators eine Wechselspannung induziert, die nach Gleichrichtung an die Röntgenröhre angelegt wird. Eine Diode ist als Freilaufdiode antiparallel zu den beiden Schaltelementen geschaltet.

Wenn bei diesem Hochspannungserzeuger die beiden in Reihe geschalteten Schaltelemente aus irgendeinem Grund in Überlappung leiten, fließt ein Kurzschluß-Überstrom durch die Schaltelemente, was eine Zerstörung der letzteren zur Folge hat.

In der US-PS 42 95 049 ist ein ähnlicher Hochspannungserzeuger für eine Röntgenröhre beschrieben, der jedoch ohne einen Mittelabgriff in der Gleichspannungsversorgung auskommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungserzeuger zu schaffen, bei dem auch bei unmittelbar aufeinander folgenden Einschaltvorgängen der Schaltelemente, wie dies bei maximaler Spannungserzeugung vorliegt, ein Kurzschluß der Gleichspannungsversorgung mit Sicherheit vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei Hochspannungserzeugern nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2 erfindungsgemäß durch die in dessen jeweiligem kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben.

Die Erfindung hat den zusätzlichen Vorteil, daß das EIN/AUS-Verhältnis pro Schaltelement wesentlich kleiner als bei den bekannten Hochspannungserzeugern ist. Dies ermöglicht die Verwendung von kostengünstigen, langsam arbeitenden Schaltelementen und damit die Erzielung eines kostengünstigen Hochspannungserzeugers.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines Hochspannungserzeugers gemäß der Erfindung,

Fig. 2A den Verlauf des Primärstroms des Hochspannungstransformators beim Hochspannungserzeuger gemäß Fig. 1 bei maximaler Hochspannungserzeugung,

Fig. 2B ein Zeitdiagramm der Steuerimpulse die beim Hochspannungserzeuger nach Fig. 1 dem an die Schaltelemente angelegt werden, und

Fig. 3 ein Schaltbild eines Hochspannungserzeugers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Hochspannungserzeuger eine Stromquelle 1, einen Hochspannungstransformator 6, ein Hochspannungs-Gleichrichterteil 7, einen Kondensator 8, eine Röntgenröhre 9, Hochspannungs-Kabel 10a, 10b, einen Spannungsdetektor 11, einen Stromdetektor 16, einen Strom/Spannung- bzw. I/V-Wandler 17, eine Steuereinheit 19, eine Schalteinheit 20 und eine Gleichspannungsversorgung 22.

Die Stromquelle 1 liefert eine Wechselspannung; hierfür wird normalerweise eine Netzstromquelle verwendet. Die Gleichspannungsversorgung 22 besteht aus Gleichrichtern 2a, 2b und Glättungskondensatoren 3, 4.

Ein Resonanzkreis RLC besteht aus einer Primärwicklung 6a und Resonanzkondensatoren 5a, 5b und 5c, die jeweils an einer Seite an der Primärwicklung 6a zusammengeschaltet sind.

Die Schalteinheit 20 enthält in drei Paaren aus jeweils zwei Zweigen geschaltete Thyristoren als Schaltelemente, wobei die Mitten-Verbindungen A, B und C der Zweige jeweils eines Paares über einen der Kondensatoren 5a, 5b und 5c an die Primärwicklung 6a angeschlossen sind.

Eine Sekundärwicklung 6b des Transformators 6 ist mit dem Hochspannungs-Gleichrichterteil 7 verbunden, der aus vier in Brückenkonfiguration geschalteten Gleichrichterelementen besteht.

Die Ausgangsgleichspannung des Hochspannungs-Gleichrichterteils 7 wird durch den Kondensator 8 geglättet und dann über die Hochspannungs-Kabel 10a und 10b an eine Anode 9a und einen Heizfaden 9b der Röntgenröhre 9 angelegt. Gleichzeitig wird die an der Röntgenröhre 9 anliegende Spannung durch den Spannungsdetektor 11 erfaßt, der seinerseits an die Ausgangsseite des Hochspannungs-Gleichrichterteils 7 angeschlossene Spannungsteiler-Widerstände 11a und 11b umfaßt.

Die Schalteinheit 20 besteht aus drei Paaren von in Reihe geschalteten Thyristoren, denen jeweils eine Diode antiparallel geschaltet ist. In Fig. 1 sind die Thyristoren mit den Symbolen Ta-Tf und die Dioden mit den Symbolen Da-Df bezeichnet.

Die Steuereinheit 19 zündet die jeweiligen Thyristoren Ta-Tf. Der Stromdetektor 16, z. B. ein Stromtransformator, ist zwischen die Kondensatoren 5a-5c und die Primärwicklung 6a geschaltet und sein Meßstrom kann durch den I/V-Wandler 17 in ein Spannungssignal umgewandelt werden. Die Ausgangssignale vom I/V-Wandler 17 und vom Spannungsdetektor 11 gelangen zur Steuereinheit 19. Der Zündimpuls wird mit einem vorbestimmten Takt (Periode) der jeweiligen Gate-Elektrode des betreffenden Thyristors Ta-Tf zugeführt. Die Steuereinheit 19 steuert den Takt mit welchem die Zündimpulse zur Gate-Elektrode der jeweiligen Thyristoren Ta-Tf geliefert werden nach Maßgabe des vom I/V-Wandler 17 und vom Spannungsdetektor 11 gelieferten Signals.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Hochspannungserzeugers wird nachstehend anhand der Fig. 2A und 2B erläutert. Fig. 2A zeigt den Verlauf des Primärstroms des Transformators 6, während Fig. 2B ein Zeitdiagramm der Zündimpulse ist, die von der Steuereinheit 19 zur Schalteinheit 20 geliefert werden.

Von der Stromquelle 1 wird eine Wechselspannung zur Gleichspannungsversorgung 22 geliefert, in welcher die Wechselspannung einer Doppelgleichrichtung durch die Gleichrichter 2a, 2b und einer Glättung durch die Kondensatoren 3 und 4 unterworfen wird. Die Ausgangsgleichspannung der Gleichspannungsversorgung 22 wird der Schalteinheit 20 zugeführt. Die Thyristoren Ta-Tf werden nacheinander in der Reihenfolge Ta, Tf, Tc, Tb, Te, Td gezündet. Für die Resonanzperiode T des Serienresonanzkreises gilt allgemein:

Wenn z. B. der Thyristor Ta leitet, fließt ein Strom über den Thyristor Ta, die Verbindung A, den Resonanzkondensator 5a und die Primärwicklung 6a. Nach Ablauf einer Halbperiode des Primärstroms fließt ein in seiner Richtung dem vorherigen Strom entgegengesetzter Primärstrom über die Diode Da, sobald der Durchlaßstrom des Thyristors Ta unter dessen Haltestrom gesunken ist und der Thyristor Ta sperrt.

Schon beim Nulldurchgang kann man jedoch den Thyristor Tf einschalten, ohne das Sperren des Thyristors Ta abzuwarten. Wenn der Thyristor Tf durchgeschaltet ist, fließt ein Strom über den Thyristor Tf, die Verbindung C, den Resonanzkondensator 5c und die Primärwicklung 6a. Nach Ablauf einer Halbperiode des Primärstroms fließt wiederum der Schwingstrom in einer dem vorherigen Strom entgegengesetzten Richtung, während er ausschwingt, über die Diode Df aufgrund der in der Primärwicklung 6a gespeicherten elektromagnetischen Energie.

Wenn der Primärstrom durch die Primärwicklung 6a fließt, wird in der Sekundärwicklung 6b des Transformators 6 eine Hochspannung induziert. Nach dem Gleichrichten und Glätten durch Hochspannungs-Gleichrichterteil 7 bzw. Kondensator 8 wird die Hochspannung an Heizfaden 9b und Anode 9a der Röntgenröhre 9 angelegt.

Während der Röntgenbelichtung mittels der Röntgenröhre 9 wird ein großer Strom von mehreren 100 A an der Primärwicklung des Transformators 6 als Spitzenwert erreicht.

Die Ausgangsspannung des Hochspannungserzeugers kann durch Änderung der Zündphase der Thyristoren Ta-Tf variiert werden.

Fig. 3 zeigt einen Hochspannungserzeuger gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 veranschaulicht die für die Erläuterung des Unterschieds zur Anordnung nach Fig. 1 nötigen Bauteile des Hochspannungserzeugers, nämlich die Stromquelle 1, den Transformator 6, eine Gleichspannungsversorgung 31, Schaltteile 32a, 32b sowie Resonanzkondensatoren 33a-33c und 34a-34c.

Die Gleichspannungsversorgung 31 umfaßt einen an die Stromquelle 1 angeschlossenen Gleichrichterkreis 31a und einen mit letzterem verbundenen Glättungskondensator 31b.

Die beiden Schaltteile 32a und 32b bilden zusammen die Schalteinheit. Sie sind beide mit dem Ausgang der Gleichspannungsversorgung 31 verbunden.

Die Resonanzkondensatoren 33a-33c sind an der einen Seite mit den jeweiligen Mitten-Verbindungen des Schaltteils 32a und an der anderen Seite mit der Primärwicklung 6a des Transformators 6 verbunden. Die Resonanzkondensatoren 34a-34c sind an der einen Seite mit den jeweiligen Mitten-Verbindungen des Schaltteils 32b und an der anderen Seite mit der Primärwicklung 6a des Transformators 6 verbunden.

Hierbei werden die jeweiligen Schaltelemente der Schaltteile 32a, 32b durch eine nicht dargestellte Steuereinheit wie folgt angesteuert:

Der Betrieb eines Schaltteils, z. B. des Schaltteils 32a, wird auf dieselbe Weise wie bei der Schalteinheit 20 nach Fig. 1 gesteuert. Der andere Schaltteil 32b wird so angesteuert, daß das Zünden der in ihm enthaltenen Schaltelemente mit dem Zünden der Schaltelemente im Schaltteil 32a synchronisiert ist und dann, wenn das von der einen Ausgangsklemme der Gleichspannungsversorgung 31 entfernt angeordnete Schaltelement des Schaltteils 32a durchgeschaltet oder leitend gemacht wird, das nahe dieser einen Ausgangsklemme der Gleichspannungsversorgung 31 angeordnete Schaltelement des Schaltteils 32b durchgeschaltet oder leitend gemacht wird. Die einzelnen Schaltelemente des Schaltteils 32b werden in der gleichen Reihenfolge gezündet wie im Fall der Schalteinheit 20.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 kann ein Stromdetektor zwischen die Primärwicklung 6a und die Resonanzkondensatoren 33a-33c und/oder die Resonanzkondensatoren 34a-34c geschaltet werden.

Als Schaltelement kann neben einem gewöhnlichen Thyristor auch ein Abschaltthyristor (GTO) oder ein Großtransistor (GTR) verwendet werden.

Claims (5)

1. Hochspannungserzeuger für eine Röntgenröhre mit

• - einem Einphasen-Hochspannungstransformator (6) mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung (6a, 6b),
• - einer Resonanzkondensatoreinheit (5a, 5b, 5c), die zusammen mit der Primärwicklung (6a) einen Serienresonanzkreis bildet, und
• - einer Schalteinheit (20) zur gesteuerten Verbindung des Serienresonanzkreises mit einer Gleichspannungsversorgung (22), wobei die Schalteinheit (20) mindestens eine parallel zur Gleichspannungsversorgung liegende Reihenschaltung zweier Schaltelemente (Ta, Tb; Tc, Td; Te, Tf), denen Freilaufdioden (Da, Db; Dc, Dd; De, Df) parallel liegen, aufweist und wobei der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Schaltelemente mit einem Kondensator der Resonanzkondensatoreinheit (5a, 5b, 5c) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Schalteinheit (20) drei Reihenschaltungen mit jeweils einem zugeordneten Kondensator umfaßt, die parallel zueinander und zu der Gleichspannungsversorgung (22) liegen,
• - daß die drei Kondensatoren alle mit dem einen Anschluß der Primärwicklung (5a) verbunden sind,
• - daß der andere Anschluß der Primärwicklung (5a) mit einem Mittelabgriff der Gleichspannungsversorgung (22) verbunden ist
• - und daß die Schaltelemente (Ta, Tb; Tc, Td; Te, Tf) der drei Reihenschaltungen in zyklischer Reihenfolge geschaltet werden.

2. Hochspannungserzeuger für eine Röntgenröhre mit

• - einem Einphasen-Hochspannungstransformator (6) mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung (6a, 6b),
• - einer Resonanzkondensatoreinheit (33a, 33b, 33c; 34a, 34b, 34c), die zusammen mit der Primärwicklung (6a) einen Serienresonanzkreis bildet, und
• - einer Schalteinheit (32a, 32b) zur gesteuerten Verbindung des Serienresonanzkreises mit einer Gleichspannungsversorgung (31), wobei die Schalteinheit (32a, 32b) mindestens eine parallel zur Gleichspannungsversorgung (31) liegende Reihenschaltung zweier Schaltelemente, denen Freilaufdioden parallel liegen, aufweist und wobei der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Schaltelemente mit einem Kondensator der Resonanzkondensatoreinheit (33a, 33b, 33c; 34a, 34b, 34c) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Schalteinheit (32a, 32b) zwei Gruppen von je drei Reihenschaltungen mit jeweils einem zugeordneten Kondensator umfaßt, die alle parallel zu einander und zu der Gleichspannungsversorgung (31) liegen,
• - daß die drei Kondensatoren der einen Gruppe mit dem einen Anschluß der Primärwicklung (6a) und die drei Kondensatoren der anderen Gruppe mit dem anderen Anschluß der Primärwicklung (6a) verbunden sind,
• - daß gleichzeitig jeweils ein Schaltelement der einen Gruppe und ein Schaltelement der anderen Gruppe eingeschaltet ist und
• - daß die Schaltelemente beider Gruppen in zyklischer Reihenfolge geschaltet werden.

3. Hochspannungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Gleichrichterteil (7) zum Gleichrichten der in der Sekundärwicklung (6b) des Hochspannungstransformators (6) induzierten Wechselspannung, mit einem Spannungsdetektor (11) zum Erfassen der Ausgangsspannung des Gleichrichterteils (7) und mit einer Steuereinheit (19) zum Steuern der Schalteinheit (20) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Spannungsdetektors (11),
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Kondensatoren und der Primärwicklung (6a) des Transformators (6) ein Stromdetektor (16) liegt, daß ein Strom/Spannungs-Wandler (17) den durch den Stromdetektor (16) erfaßten Strom in ein Spannungssignal umsetzt und daß dieses Spannungssignal ebenfalls der Steuereinheit (19) zugeführt wird.