DE102005052115B4

DE102005052115B4 - Spannungsversorgung für den Röntgengenerator einer mobilen Röntgendiagnostikeinrichtung

Info

Publication number: DE102005052115B4
Application number: DE200510052115
Authority: DE
Inventors: Klaus Hörndler; Peter Schwarzbauer
Original assignee: Ziehm Imaging GmbH
Current assignee: Ziehm Imaging GmbH
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2025-11-03
Also published as: DE102005052115A1

Abstract

Spannungsversorgung für den Röntgengenerator einer mobilen Röntgendiagnostikeinrichtung mit
• einem Netzanschluß 1 zu einem Wechselspannungsnetz,
• einer Gleichrichterschaltung 2,
• einem ersten Spannungswandler 3 mit einer ersten Maximalstromstärke und einem zweiten Spannungswandler 8 mit einer zweiten Maximalstromstärke, deren Ausgänge mit dem Generatoranschluß 4 verbunden sind,
• einer Steuerung 9 und
• einem Energiespeicher 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher 7 über ein von der Gleichrichterschaltung 2 gespeistes Ladegerät 6 immer dann geladen wird, wenn der aktuelle Leistungsbedarf des Röntgengenerators kleiner ist als die maximal dem Wechselspannungsnetz entnehmbare Leistung und daß die Steuerung 9 den von der Gleichrichterschaltung 2 gespeisten Spannungswandler 3 und den vom Energiespeicher 7 gespeisten Spannungswandler 8 derart steuert, daß der erste Spannungswandler 3 eine auf den Generator angepaßte Gleichspannung und der zweite Spannungswandler 8 eine um 1 bis 10 Volt kleinere Ausgangsspannung liefert und daß bei Ansteigen des Generatorstroms über die...

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungsversorgung für den Röntgengenerator einer mobilen Röntgendiagnostikeinrichtung.
Aus der Patentliteratur sind Spannungsversorgungen für Röntgengeneratoren von mobilen Röntgendiagnostikeinrichtungen bekannt.
Die deutsche Patentschrift DE 197 49 944 C2 sieht einen Energiespeicher in Form eines Kondensators vor, der von einer Gleichrichterschaltung geladen wird. Als Nachteil eines derart geschalteten Energiespeichers erweist es sich, daß bei einem Betrieb der Röntgendiagnostikeinrichtung mit niedriger Röntgenleistung die Spannungsregelung unerwünscht lange Regelzeitkonstanten aufweist. Ferner ist bekannt, daß der Wirkungsgrad eines Röntgengenerators bei einer bestimmten Ausgangsleistung von der Höhe der Gleichspannung am Generator abhängt.
Aus der US-Patentschrift US 6 075 331 A ist ein Energiemanagementsystem für eine Spannungsversorgung, beispielsweise eines Röntgengenerators bekannt, bei der ein parallel zur Gleichspannungsversorgung geschalteter Kondensator vorgesehen ist, der gemäß der jeweiligen Leistungsanforderung geladen oder entladen wird.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 946 082 A1 ist ein tragbares Röntgensystem bekannt, bei dem eine Batteriespannungsversorgung und eine Kondensatorspannungsversorgung und ferner Schaltmittel vorgesehen sind, mit denen während einer Röntgenaufnahme selektiv die eine oder die andere Spannungsversorgung mit dem Spannungswandler des Röntgengenerators verbunden wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannungsversorgung für den Röntgengenerator einer mit einem Wechselspannungsnetz verbundenen mobilen Röntgendiagnostikeinrichtung zu schaffen, die den Betrieb des Röntgengenerators mit optimalem Wirkungsgrad sicherstellt und kurzfristig eine Ausgangsleistung zur Verfügung stellt, die höher ist als die Leistung, die dem Wechselspannungsnetz entnommen wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß über eine Verbindung zum Wechselspannungsnetz eine Gleichrichterschaltung betrieben wird, die einen DC/DC-Spannungswandler speist und wahlweise einen elektrischen Energiespeicher auflädt. Der Energiespeicher speist einen zweiten DC/DC-Wandler, dessen Ausgänge mit den Ausgängen des ersten DC/DC-Wandlers zusammen geschlossen sind. Wird von dem Röntgengenerator eine elektrische Leistung benötigt, die größer ist als die aus dem Wechselspannungsnetz entnehmbare Leistung, so wird der zweite DC/DC-Wandler zugeschaltet. Der Energiespeicher wird mit unterschiedlicher Leistung immer dann geladen, wenn der Leistungsbedarf des Röntgengenerators kleiner ist als die aus dem Wechselspannungsnetz entnehmbare Leistung. Dies ist insbesondere in den Strahlpausen der Fall.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Abbildung näher erläutert.
In 1 ist eine Schaltung der erfindungsgemäßen Spannungsversorgung schematisch dargestellt. Eine Gleichrichterschaltung 2 ist über einen Netzanschluß 1 mit einem Wechselspannungsnetz verbunden. Die Ausgangsgleichspannung der Gleichrichterschaltung 2 ist auf den Eingang eines ersten Spannungswandlers 3 geschaltet. Dieser erste Spannungswandler 3 wird über eine Steuerleitung 13 von einer Steuerung 9 angesteuert. Steuergrößen sind die Ausgangsspannung und der maximale Ausgangsstrom. Der Ausgang des ersten Spannungswandlers 3 ist mit dem Hochspannungsgenerator über den Generatoranschluß 4 verbunden. Der Ausgang der Gleichrichterschaltung 2 ist über einen steuerbaren Schalter 5 mit einem Ladegerät 6 verbunden. Der Schalter 5 wird über die Steuerleitung 15 von der Steuerung 9 geschaltet. Das Ladegerät 6 ist mit einem elektrischen Energiespeicher 7 verbunden. Als Energiespeicher 7 wird vorzugsweise eine Kondensatorbank verwendet. Die Ausgangsgleichspannung des Energiespeichers 7 ist auf den Eingang eines zweiten Spannungswandlers 8 geschaltet, dessen Sollwerte für Ausgangsspannung und maximalen Ausgangsstrom von der Steuerung 9 über die Steuerleitung 18 übermittelt werden. Der Ausgang des zweiten Spannungswandlers ist mit dem Ausgang des ersten Spannungswandlers 3 verbunden.
Die Wirkungsweise der Schaltung beruht darauf, daß von einer Anlagensteuerung der mobilen Röntgendiagnostikeinrichtung nach den Erfordernissen der jeweiligen geplanten Röntgen-Untersuchungsprozedur über eine Datenverbindung 10 der Sollwert der Spannung am Generatoranschluß 4 übermittelt wird. Des weiteren werden die Betriebsdaten der Röntgenröhre in Echtzeit an die Steuerung 9 übertragen. In der Steuerung werden ferner die Energiezu- und -abflüsse der Spannungsversorgung bilanziert, woraus ein Prognosewert für die aktuell entnehmbare Energie errechnet und an die Anlagensteuerung übermittelt wird.
Würde im Laufe der geplanten Röntgenuntersuchungsprozedur der Leistungsbedarf des Generators die Leistungsreserven der Spannungsversorgungsschaltung überschreiten, so würde die Anlagensteuerung ein Warnsignal generieren, das den Bediener der Röntgendiagnostikeinrichtung vor zu erwartenden Wartezeiten vor der Freigabe der Untersuchungsprozedur warnt. Die Bedienperson kann gegebenenfalls ein alternatives Untersuchungsprogramm wählen, das bei verringerter Pulsfrequenz Röntgenbilder gleicher Bildqualität liefert.
Die Sollspannung für den Generatoranschluß 4 wird von dem ersten Spannungswandler 3 erzeugt. Bei diesem ersten Spannungswandler 3 handelt es sich wie beim zweiten Spannungswandler 8 um eine variable Spannungsquelle mit einer steuerbaren Ausgangsspannung von etwa 90 V bis 250 V. Beiden Spannungswandlern 3, 8 sind variable Maximalstromstärken vorgebbar; Rückströme in die Spannungswandler 3, 8 werden durch Dioden in den Ausgängen verhindert.
Erfordert beispielsweise eine geplante Röntgen-Untersuchungssituation eine Generatorleistung, die bei einem optimalen Wirkungsgrad des Generators mit einer Eingangsspannung von 200 V erzeugt wird, so werden die Spannungswandler 3, 8 beispielsweise mit folgenden Sollwerten betrieben:

Ausgangsspannung Max. Ausgangsstrom

Erster Spannungswandler 3 205 V 10 A

Zweiter Spannungswandler 8 200 V 100 A
Dabei wurde angenommen, daß es sich bei dem maximalen Ausgangsstrom des ersten Spannungswandlers von 10 A um den Strom handelt, der maximal als Dauerstrom aus dem Netzanschluß 1 entnommen werden kann. Der Generator wird zu Beginn der Röntgenuntersuchung mit einer Spannung von 205 V aus dem ersten Spannungswandler 3 gespeist. Der zweite Spannungswandler 8 liefert keinen Strom, da die Spannung am Ausgang höher ist als die vorgegebene Sollspannung. Steigt der Strombedarf des Generators über einen Wert von 10 A an, so bricht die Ausgangsspannung am ersten Spannungswandler 3 zusammen, wobei der maximale Ausgangsstrom auf 10 A geregelt bleibt. Ist die Ausgangsspannung auf einen Wert von 200 V abgesunken, so liefert der zweite Spannungswandler 8 eine Spannung von 200 V und einen Strom, der zur Aufrechterhaltung der Ausgangsspannung von 200 V erforderlich ist. Die erste Spannungsversorgung liefert bei einer Ausgangsspannung von 200 V einen Strom von 10 A. Sinkt der vom Generator über den Generatoranschluß 4 gezogene Strom unter 10 A, so steigt die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers 3 sukzessive bis auf 205 V an und der zweite Spannungswandler 8 liefert keinen Strom mehr. Die Erfindung sieht vor, daß der Energiespeicher 7 über das Ladegerät 6 und den Schalter 5 immer dann geladen wird, wenn der erste Spannungswandler 3 über die Gleichrichterschaltung 2 eine Leistung aus dem Netzanschluß entnimmt, die kleiner ist als die maximal aus dem Wechselspannungsnetz entnehmbare Leistung. In den Strahlungspausen wird der Energiespeicher 7 mit maximaler Leistung geladen. Diese Leistung ist gleich der maximal aus dem Wechselspannungsnetz entnehmbaren Leistung, verringert um die Leistung die die Steuer- und Bildverarbeitungs- und -anzeigeeinrichtungen der Röntgendiagnostikeinrichtung in der strahlungsfreien Zeit benötigen.

1: Netzanschluß
2: Gleichrichterschaltung
3: erster Spannungswandler
4: Generatoranschluß
5: Schalter
6: Ladegerät
7: Energiespeicher
8: zweiter Spannungswandler
9: Steuerung
10: Datenverbindung
13: Steuerleitung
15: Steuerleitung
18: Steuerleitung

Claims

Spannungsversorgung für den Röntgengenerator einer mobilen Röntgendiagnostikeinrichtung mit • einem Netzanschluß 1 zu einem Wechselspannungsnetz, • einer Gleichrichterschaltung 2, • einem ersten Spannungswandler 3 mit einer ersten Maximalstromstärke und einem zweiten Spannungswandler 8 mit einer zweiten Maximalstromstärke, deren Ausgänge mit dem Generatoranschluß 4 verbunden sind, • einer Steuerung 9 und • einem Energiespeicher 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher 7 über ein von der Gleichrichterschaltung 2 gespeistes Ladegerät 6 immer dann geladen wird, wenn der aktuelle Leistungsbedarf des Röntgengenerators kleiner ist als die maximal dem Wechselspannungsnetz entnehmbare Leistung und daß die Steuerung 9 den von der Gleichrichterschaltung 2 gespeisten Spannungswandler 3 und den vom Energiespeicher 7 gespeisten Spannungswandler 8 derart steuert, daß der erste Spannungswandler 3 eine auf den Generator angepaßte Gleichspannung und der zweite Spannungswandler 8 eine um 1 bis 10 Volt kleinere Ausgangsspannung liefert und daß bei Ansteigen des Generatorstroms über die erste Maximalstromstärke die Ausgangsspannung der ersten Spannungsversorgung 3 sukzessive auf die von der Steuerung eingestellte Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers 8 abfällt und daß bei Erreichen dieser Spannung dem Röntgengenerator ein Strom mit einer Stromstärke zur Verfügung steht, die der Summe aus der ersten und der zweiten Maximalstromstärke entspricht.
Spannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher 7 ein Kondensatorspeicher ist.
Spannungsversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorspeicher aus einer Anzahl von zusammen geschalteten Hochleistungskondensatoren (sogenannten Ultracaps) besteht.
Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung 9 den Ladezustand des Energiespeichers 7 und die Leistungsentnahme aus dem Wechselspannungsnetz überwacht und mit dem zu erwartenden Leistungsbedarf eines von einer Bedienperson der Röntgendiagnostikeinrichtung ausgewählten Untersuchungsprogrammes vergleicht und ein Warnsignal generiert, wenn die verfügbare Leistung zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Untersuchungsprogrammes die benötigte Leistung unterschreiten würde.
Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Gleichrichterschaltung 2 über ein n-tes Ladegerät ein n-ter Energiespeicher geladen wird und dieser über einen n-ten Spannungswandler an den Generatoranschluß 4 angeschlossen ist und daß die Ausgangsspannung des n-ten Spannungswandlers um 1 bis 10 V unter der Ausgangsspannung des (n – 1)-ten Spannungswandlers liegt, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 ist.