DE3783170T2

DE3783170T2 - Schaltungsanordnung zur erzeugung von hochspannungen.

Info

Publication number: DE3783170T2
Application number: DE8787305761T
Authority: DE
Inventors: Peer Kuhlmann Hansen; Jens Ulrik Madsen
Original assignee: ANDREX RADIATION PROD AS
Current assignee: ANDREX RADIATION PROD AS
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1987-06-29
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2007-06-30
Also published as: US4789997A; DK336486A; EP0253533B1; DE3783170D1; DK336486D0; EP0253533A2; EP0253533A3; JPS6328273A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Regulieren einer Spannung oder eines Stroms in einem Nutzstromkreis bei hohem Spannungsniveau, wie etwa der Heizstromkreis einer Röntgenröhre, die durch einen von einer Wechselspannungsquelle gespeisten Spannungsmultiplikator, z. B. des Cockcroft-Walton Typs, mit Hochspannung versehen wird, welche Schaltungsanordnung Mittel zum Erzeugen einer Spannung mit schwacher Amplitude im Verhältnis zur erwähnten Hochspannung umfaßt, mit Hilfe der Pulsationsspannung über zumindest einem der Bestandteile des Spannungsmultiplikators, dessen Durchschnittspotential von der Hochspannung nicht wesentlich abweicht, und zur Speisung der Schwach- Amplituden-Spannung an den Nutzstromkreis.
Es ist an und für sich bekannt Hochspannungen für z. B. Entladungsröhren, hierunter Röntgenröhren, mit Hilfe von Spannungsmultiplikatoren der erwähnten Art zu erzeugen.
Wenn es sich um Röntgenröhren handelt, ist es im allgemeinen wünschenswert die Anode zu erden, weil man dadurch leichter die notwendige Wärmeableitung von der Anode erhält. Um extrem hohe Potentiale im Verhältnis zu Erde zu vermeiden, wird mittlerweile oft die Lösung gewählt, die Anode und Kathode der Röntgenröhre von Hochspannungsquellen entgegengesetzter Polaritäten mit der Hälfte der vollen Anoden-Kathoden-Spannung der Röhre zu versehen.
In beiden Fällen wird der Heizfaden der Röhre eine Hochspannung im Verhältnis zu Erde annehmen, und da die Größe des Heizstroms, welcher die Intensität der Röntgenstrahlung bestimmt, ferner normalerweise regulierbar ist, entstehen insbesondere mit Hinblick auf die Einhaltung der Isolationsbestimmungen gewisse Schwierigkeiten,wodurch die Mittel zur Stromversorgung und Regulierung übermäßig umfangreich und schwer werden, was zu einer bedeutenden gesamten Volumen- und Gewichtserhöhung der Röntgenröhre führt. Dies erweist sich insbesondere bei transportablen Röntgenanlagen für radiologische Materialprüfungen als nachteilig.
Dies gilt auch für andere Teile der Röhre, z. B. ein Vorspannungsgitter, dessen Spannung von der Kathodenspannung der Röhre nur gering abweicht.
Ähnliche Probleme entstehen auch in anderen Vorrichtungen als Röntgenröhren, die von einem Spannungsmultiplikator der erwähnten Art beliefert werden, und wo es wünschenswert ist einen auf einem Hochspannungsniveau liegenden Nutzstromkreis mit einer Schwach-Amplituden- Spannung zu versorgen.
Aus der JP-A-56 129 576 ist an sich bekannt elektrischen Hochspannungseffekt mittels eines Mehrstufen- Spannungsmultiplikators an einen Hauptbelastungskreis zu liefern und einen an den Hochspannungsterminal des Spannungsmultiplikators angeschlossenen Hilfsstromkreis mit Schwach-Amplitudenspannung zu versorgen, und ferner einen durch eine große Kapazität der Belastung hervorgerufenen Spannungsabfall im Belastungskreis durch ein Zuführen einer Schwach-Amplitudenspannung zum Belastungskreis über einen Lecktransformator zu kompensieren. Die Schwach-Amplitudenspannung wird von der Pulsationsspannung über die Maximum-Potentialterminale des Spannungsmultiplikators abgeleitet, und mit Hilfe von Ausgleichskapazitäten, die mit den Sekundärwicklungen des Lecktransformators einen Resonanzkreis bilden, wird eine Reihenresonanz hergestellt, die den Spannungsabfall in der Sekundärwicklung verhindert und die Ladecharakteristik verbessert.
Im Gegensatz dazu ist es Aufgabe der Erfindung den vorerwähnten Nachteilen abzuhelfen und eine Schaltungsanordnung zum effektiven Regulieren eines Stroms in einem Nutzstromkreis hervorzubringen, bei der es keiner übermäßig umfangreichen und schweren Kontrollmittel bedarf.
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, indem in dem Niederspannungsteil des Spannungsmultiplikators zum Erzeugen eines Ausgleichssignals ein geerdetes Einstellelement und Übertragungsmittel zum Übertragen des Ausgleichssignals zum Nutzstromkreis vorgesehen sind, und der Nutzstromkreis ein Einstellelement zum Steuern des Stroms auf Anregung des Ausgleichssignals beinhaltet. Obwohl die mit Hilfe des Spannungsmultiplikators erzeugte Hochspannung im Prinzip ein Gleichstrom ist, ist dennoch über den Bestandteilen des Multiplikators eine Pulsationsspannung mit einer Grundfrequenz entsprechend der Wechselstromquelle vorhanden, und diese Pulsationsspannung kann z. B. durch einen Spannungswandler aufgefangen und einem Nutzstromkreis, z. B. dem Heizstromkreis einer Röntgenröhre, zugeführt werden. Der ganze Heizstromkreis kann in diesem Fall annähernd auf der hohen Kathodenspannung liegen, und es müssen deshalb nicht strenge Isolationsbestimmungen, z. B. zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen eines eingesetzten Spannungswandlers, eingehalten werden.
Die bequemsten Isolationsansprüche sind gegeben, wenn die Komponenten des Spannungsmultiplikators, über welchen die Pulsationsspannung aufgefangen wird, auf einem hohen Potentialniveau nahe der Hochspannung liegen. Dies kann z. B. ein Gleichrichter des Multiplikators sein, der das höchste Potential erreicht. Ökonomische Vorteile können jedoch auch erreicht werden, wenn die Potentialen der betreffenden Komponenten nicht ganz unwesentlich von der Hochspannung abweichen, z. B. einem Drittel oder sogar der Hälfte der Hochspannung im Verhältnis zu Erde.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, worin erwähnte Schwach-Amplitudenspannung dem Nutzstromkreis mittels eines Spannungswandlers zugeführt wird, dessen erste Wicklung mit erwähnter Pulsationsspannung versorgt wird, während die zweite Wicklung einen Teil des Nutzstromkreises bildet, kann das geerdete Einstellelement zum Variieren der Frequenz der Wechselstromquelle betätigt werden, und das Einstellelement im Nutzstromkreis umfaßt eine frequenzabhängige variable Impedanz. In diesem Fall kann der Strom im Nutzstromkreis durch Änderung der Frequenz der Spannungsquellen justiert werden. Die frequenzabhängige Impedanz kann von einem Resonanzkreis gebildet werden. Liegt die Resonanzfrequenz nahe beim Bereich der Frequenzvariation der Wechselstrom-Spannungsquelle, erhält man bei einer kleinen Frequenzänderung eine große Stromvariation.
Anderenfalls kann der Strom im Nutzstromkreis auch durch optische Übertragung auf den Nutzstromkreis reguliert werden, wobei das Übertragungsmittel optische Kopplungsmittel zur optischen Übertragung des Ausgleichssignais an das Einstellelement im Nutzstromkreis umfaßt.
Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert,unter Hinweis auf die Zeichnung, die ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Versorgung und Regulierung des Heizstroms einer Röntgenröhre zeigt.
Auf der Zeichnung gibt 1 eine Röntgenröhre mit einer Anode 2 und einer Kathode 3 in Form eines Heizfadens an. Die Hochspannung der Röntgenröhre wird mittels eines durch Gleichrichter 4 und Kondensatoren 5 aufgebauten Spannungsmultiplikators 6 des Cockcroft-Walton Typs erzeugt. Der Spannungsmultiplikator wird von einer Wechselspannungsquelle 7 über einen Kondensator 8 gespeist.
Bei Punkt 9 des Spannungsmultiplikators tritt eine negative Hochspannung auf, die annähernd ein Vielfaches der Gipfelspannung von der Spannungsquelle 7 ist und dem Heizfaden 3 der Röntgenröhre, deren Anode 2 geerdet ist, zugeführt wird.
Mittels der Pulsationsspannung, die über dem Gleichrichter des Spannungsmultiplikators mit der im Verhältnis zu Erde höchsten Spannung auftritt, wird eine niedrige Spannung erzeugt und einem Nutzstromkreis, in dem dargestellten Beispiel dem Heizstromkreis der Röntgenröhre, zugeführt. Diese Pulsationsspannung wird über einen Kondensator 10 zu einer Primärwicklung 11 in einem Spannungswandler geführt, dessen Sekundärwicklung 12 einen Teil des Nutzstromkreises bildet, wobei der Stromkreis außer der Sekundärwicklung 12 und dem Heizfaden 3 eine frequenzabhängige Impedanz 13 umfaßt. Durch eine Änderung der Frequenz der Wechselspannungsquelle 7 wird der Wert der Impedanz 13 geändert, und es ist auf diese Weise möglich den Heizstrom der Röntgenröhre zu steuern.
Die variable Impedanz 13 kann z. B. aus einer Resonanzschaltung bestehen, die entweder eine Reihenresonanzschaltung oder eine Parallelresonanzschaltung sein kann. Wenn die Frequenz der Wechselspannungsquelle nahe bei der Resonanzfrequenz liegt, kann für eine kleine Änderung der Frequenz der Wechselstromquelle eine große Änderung der Impedanz und somit des Heizstroms erzielt werden.
Die soeben beschriebene Methode zur Regulierung des Heizstroms hat den Vorteil, daß es keiner leitenden Verbindungen zwischen dem auf einem hohen Spannungsniveau liegenden Heizstromkreis und dem im Niederspannungsteil des Spannungsmultiplikators liegenden geerdeten Einstellelements bedarf.
Eine andere Lösung zur Vermeidung solcher leitender Verbindungen könnte die Anwendung von optischer Signalübertragung zwischen den geerdeten Einstellelementen und einem Einstellelement, wie etwa einer einstellbaren, einen Teil des Heizstromkreises bildenden Impedanz sein.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Anode der Röntgenröhre geerdet, während die Kathode 3 eine negative Hochspannung aufweist. Die Erfindung kann jedoch auch in dem Fall Anwendung finden, wo eine bipolare Hochspannungsversorgung benutzt wird, wo der Heizfaden und die Anode entgegengesetzte Polaritäten im Verhältnis zu Erde aufweisen. Die Hochspannung kann in diesem Fall mittels zwei mehr oder weniger kombinierter Spannungsmultiplikatoren, die Spannungen entgegengesetzter Polarität erzeugen, hergestellt werden.
Der Spannungsmultiplikator muß nicht vom Cockcroft-Walton Typ sein, wenn er bloß einen Komponenten mit verhältnismäßig hoher Spannung enthält, über welchen eine Pulsationsspannung entsteht.
Die Pulsationsspannung muß auch nicht, wie auf der Zeichnung gezeigt, über dem auf der höchsten Spannung im Verhältnis zu Erde liegenden Komponenten im Spannungsmultiplikator entnommen werden, sondern kann über einem anderen, auf einer verhältnismäßig hohen Spannung liegenden Komponenten oder über einer Kombination von mehreren Komponenten entnommen werden.
Die Pulsationsspannung kann anstelle von Erzeugung und Regulierung des Heizstroms einer Röntgenröhre auch für andere Zwecke verwendet werden. Sie kann z. B. zu einer Schaltungsanordnung zur Herstellung einer Spannung für ein Vorspannungsgitter, das den Emissionsstrom einer Röntgenröhre steuert, geleitet werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Röntgenröhren. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist in jedem Fall anwendbar, wo mittels eine Spannungsmultiplikators eine hohe Spannung erzeugt wird, und wo man wünscht eine Schwach-Amplitudenspannung zu erzeugen, die auf dem hohen Potentialniveau der Hochspannung mit Bezug auf Erde liegt, und die für ein Einstellen des Stroms im Nutzstromkreis sorgt.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung gezeigten und vorstehend erläuterten Ausführungsformen begrenzt, sondern kann auf verschiedene, für einen Fachmann naheliegende Art und Weise innerhalb des Bereichs der nachfolgenden Patentansprüche geändert werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Regulieren einer Spannung oder eines Stroms in einem Nutzstromkreis bei hohem Spannungsniveau, wie etwa der Heizstromkreis (3) oder der Gitterstromkreis einer Röntgenröhre (1), die durch einen von einer Wechselspannungsquelle (7) gespeisten Spannungsmultiplikator (6), z. B. des Cockcroft-Walton Typs, mit Hochspannung versehen wird, welche Schaltungsanordnung Mittel zum Erzeugen einer Spannung mit schwacher Amplitude im Verhältnis zur erwähnten Hochspannung umfaßt, mit Hilfe der Pulsationsspannung über zumindest einem der Bestandteile (4) des Spannungsmultiplikators, dessen Durchschnittspotential von der Hochspannung nicht wesentlich abweicht, und zur Speisung der Schwach-Amplituden-Spannung an den Nutzstromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Niederspannungsteil des Spannungsmultiplikators (6) zum Erzeugen eines Einstellsignals ein geerdetes Einstellelement und Übertragungsmittel zum Übertragen des Einstellsignals zum Nutzstromkreis vorgesehen sind, und daß der Nutzstromkreis ein Einstellelement zum Steuern des Stroms auf Anregung des Einstellsignals beinhaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, worin erwähnte schwache Amplitudenspannung dem Nutzstromkreis mittels eines Spannungswandlers zugeführt wird, dessen Primärwicklung (11) mit erwähnter Pulsationsspannung versorgt wird, während die Sekundärwicklung (12) einen Teil des Nutzstromkreises bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das geerdete Einstellelement zur Änderung der Frequenz der Wechselspannungsquelle (7) betätigt werden kann, und das Einstellelement im Nutzstromkreis eine frequenzabhängige variable Impedanz (13) umfaßt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erwähnte Übertragungsmittel optische Kopplungsmittel zur optischen Übertragung des Einstellsignals an das Einstellelement im Nutzstromkreis umfaßt.