DE4334592C1

DE4334592C1 - Hochfrequenz-Generator

Info

Publication number: DE4334592C1
Application number: DE4334592A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Beyerlein; Norbert Blank
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-10-11
Filing date: 1993-10-11
Publication date: 1994-07-21
Anticipated expiration: 2013-10-12
Also published as: JP3009984U; US5504668A

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Generator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches. Ein solcher Hochfrequenz- Generator ist beispielsweise in EP 231 756 A1 und in der Zeitschrift IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 7, Nr. 3, Juli 1992, Seiten 462-468, beschrieben. Die Last kann dabei von einer Röntgenröhre gebildet sein. Der Generator ist auch zur Speisung anderer Hochspannungsverbraucher (z. B. Laser, Radarröhren, Staubfilter) geeignet.

Der Wechselrichter hat die Aufgabe, eine aus dem Netz gewonnene Gleichspannung in eine hochfrequente Wechselspannung umzusetzen, die dann hochtransformiert werden kann. Weiter ist der Wechselrichter ein Stellglied zur Steuerung der Lastspannung. Dazu wird die Last über einen Serienschwingkreis an den Wechselrichter angekoppelt. Die Steuerung geschieht durch die Variation der Ansteuerfrequenz des Wechselrichters im Verhältnis zur Resonanzfrequenz des Schwingkreises.

Diese bekannte Technik wird gewählt wegen der folgenden Vorteile:

- Selbständiges Ausklingen des Schwingstromes.
- Vorteile wegen des sinusförmigen Stromes bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit und geringerer Bauteilbelastung (Hochspannungsdioden).
- Geringe Schaltverluste der Leistungsschalter.

Dem stehen folgende Nachteile gegenüber, da der Lastbereich der Röntgenröhre in der Regel 0,1 mA bis 1 A und 40 kV bis 150 kV beträgt:

- Sehr großer Variationsbereich der Ansteuerfrequenz, ca. 1 : 10 000 (z. B. 2 Hz bis 20 kHz).
- Der Hochspannungstransformator muß für einen sehr großen Frequenzbereich ausgelegt sein.
- Die Welligkeit der Hochspannung nimmt mit abnehmender Ansteuerfrequenz zu.
- Das Verhältnis Laststrom zu Trafoverluste wird mit abnehmender Frequenz ungünstiger.
- Der Arbeitsbereich liegt größtenteils im Hörbereich.

Diese Nachteile konnten bisher nur durch die Verwendung einer zusätzlichen Induktivität gemäß den beiden eingangs genannten Schriften oder einer Vorregelung der Versorgungsspannung des Wechselrichters umgangen werden. Dies ist mit erheblichem Aufwand verbunden: Netzdrosseln, aktive Bauelemente (Thyristoren), Zündstufen, Regelung, erhöhter Aufwand für die Siebung der Wechselrichter- Versorgungsspannung.

Zur Steuerung der Leistung kann die Ansteuerfrequenz des Wechselrichters im Verhältnis zur Resonanzfrequenz des Koppelnetzwerkes variiert werden. Für die Leistungssteuerung kann ein Spannungs-/Frequenzwandler eingesetzt werden. Dieser dient zur Umsetzung der Reglerausgangsspannung (Stellgröße) in eine Ansteuerfrequenz.

Hierbei ergeben sich verschiedene Probleme. Die Schwingkreisfrequenz verändert sich stark bei großen Laststromänderungen, wie sie bei der Anwendung in der Röntgentechnik auftreten. Das hat zur Folge, daß die Pulsbreite des Spannungs-/ Frequenzwandlers jeweils dem Arbeitspunkt angepaßt werden muß. Weiter sind die Resonanzfrequenzen toleranzbehaftet (L, C, der Schwingkreisbauelemente). Um eine monotone Steuerkennlinie des Wechselrichters zu garantieren, müßte deshalb ein Abgleich durchgeführt werden, der sicherstellt, daß ein Überschreiten des Maximums bzw. ein Unterschreiten des Minimums ausgeschlossen ist.

In der EP 448 165 A2 ist ein Hochfrequenz-Generator mit einem Reihenschwingkreis-Wechselrichter zur Speisung einer Röntgenröhre beschrieben, bei dem die Stromnulldurchgänge im Reihenschwingkreis erfaßt werden, damit ein Betrieb auch bei kleinen Rückschwingströmen nicht unterbrochen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochfrequenz- Generator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die genannten Nachteile vermieden werden, wobei eine automatische Anpassung an alle Lastfälle erfolgt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines Hochfrequenz-Röntgengenerators zur Erläuterung des Erfindungsgedankens,

Fig. 2 eine Schaltung zur Ansteuerung des Wechselrichters bei dem Hochfrequenz-Röntgengenerator gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 Kurven zur Erläuterung der Fig. 2.

In der Fig. 1 ist ein Drehstrom-Netzgleichrichter 1 dargestellt, dem ein Zwischenkreis 2, ein Wechselrichter 3, ein Koppelnetzwerk 4, ein Hochspannungstransformator 5, ein Hochspannungsgleichrichter 6, ein Hochspannungssiebglied 7 und schließlich eine Röntgenröhre 8 nachgeschaltet sind.

Das Koppelnetzwerk 4 enthält einen LC-Serienschwingkreis 9, 10. Der Kapazität 9 dieses LC-Serienschwingkreises 9, 10 ist eine Induktivität 11 parallel geschaltet.

Zunächst werden gemäß Fig. 2 der Strom i_par im Parallelzweig 9, 11 und der Strom i_ser im Reihenschwingkreis 9, 10 durch Sensoren 12, 13 erfaßt und die Stromnulldurchgänge durch die daran angeschlossene Schaltung bestimmt. Über die Zeitverzögerung t_delay zwischen den Nulldurchgängen von i_par und dem Startzeitpunkt von i_ser (Schließen der Schalter des Wechselrichters 3) wird die Schwingstromamplitude von i_ser und damit die übertragene Leistung bestimmt. Bei t_delay=0 wird die maximale Leistung erreicht, bei t_delay(0,5 _* 1/ f_res-par) ist die Leistung =0. Die Steuerspannung (Reglerausgangssignal) wird deshalb in eine umgekehrt proportionale Zeitverzögerung umgesetzt, die die Einschaltzeitpunkte der entsprechenden Schalterdiagonalen festlegt. Abgeschaltet wird nach Abschluß der Schwingung (Nulldurchgang von i_ser). Um sicherzustellen, daß der Wechselrichter 3 unter allen Betriebsbedingungen (z. B. Einschwingvorgang, sehr kleine Leistung) voll monoton steuerbar bleibt, wird spätestens beim Nulldurchgang von i_par wieder abgeschaltet. Die entsprechende Übertragungskennlinie zeigt Fig. 3. Zum Start der Anordnung sind zwei Initialisierungspulse nötig, die erst einmal den Strom i_par in Gang setzen.

In der Fig. 3 ist auf der waagrechten Achse die Ansteuerspannung des Wechselrichters 3, die der Zeitverzögerung t_delay umgekehrt proportional ist, und auf der senkrechten Achse des Wechselrichters 3 für vier verschiedene Lastströme dargestellt.

Die beschriebene Anordnung paßt sich automatisch an alle Lastfälle und an das Koppelnetzwerk an. Weiter ergibt sich eine monotone Steuerkennlinie. Die eingangs genannten Nachteile werden vermieden.

Claims

Hochfrequenz-Generator mit einer Gleichspannungsquelle (1), einem an die Gleichspannungsquelle (1) angeschlossenen Wechselsrichter (3) und einem diesem nachgeschalteten Transformator (5) für die Speisung einer Last, bei dem zwischen dem Ausgang des Wechselrichters (3) und dem Transformator (5) ein LC-Reihenschwingkreis (9, 10) liegt, wobei parallel zur Kapazität (9) dieses Schwingkreises (9, 10) eine zusätzliche Induktivität (11) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (12, 13) zur Erfassung der Ströme im Parallelzweig (9, 11) und im Reihenschwingkreis (9, 10) vorhanden sind, daß eine Einrichtung (Fig. 2) zur Bestimmung der Nulldurchgänge dieser Ströme vorhanden ist, und daß aus der Zeitverzögerung (t_delay) zwischen diesen Nulldurchgängen eine der Zeitverzögerung (t_delay) umgekehrt proportionale Steuerspannung für die Schaltzeitpunkte der Schalter des Wechselrichters (3) gewonnen wird.