DE102006011968B4

DE102006011968B4 - X-ray device

Info

Publication number: DE102006011968B4
Application number: DE200610011968
Authority: DE
Inventors: Walter Beyerlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: DE102006011968A1

Abstract

Röntgenvorrichtung (1) mit einer Röntgenquelle (3), mit einem die Röntgenröhre (3) speisenden Hochspannungserzeuger (4) und mit einem Inverter (6) zur ausgangsseitigen Erzeugung einer Eingangswechselspannung für den Hochspannungserzeuger (4), wobei zwischen dem Inverter (6) und dem Hochspannungserzeuger (4) ein Resonanznetzwerk (9) gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanznetzwerk (9) mittels einer wenigstens eine Kapazität (32, 33, 34, 35) umfassenden Vorsatzschaltung (30)
gebildet ist, wobei die oder jede Kapazität (32, 33, 34, 35) derart gewählt ist, dass sich mit den weiteren elektrischen Komponenten der Übertragungsstrecke eine gewünschte resonante Übertragungsfrequenz ergibt.X-ray device (1) with an X-ray source (3), with a high-voltage generator (4) feeding the X-ray tube (3) and with an inverter (6) for output-side generation of an input AC voltage for the high-voltage generator (4), between the inverter (6) and the high voltage generator (4) is formed a resonance network (9),
characterized in that the resonance network (9) by means of at least one capacitance (32, 33, 34, 35) comprising intent circuit (30)
is formed, wherein the or each capacitor (32, 33, 34, 35) is selected such that there is a desired resonant transmission frequency with the other electrical components of the transmission path.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenvorrichtung mit einer Röntgenquelle, mit einem die Röntgenröhre speisenden Hochspannungserzeuger und mit einem Inverter zur ausgangsseitigen Erzeugung einer Eingangswechselspannung für den Hochspannungserzeuger, wobei zwischen dem Inverter und dem Hochspannungserzeuger ein Resonanznetzwerk gebildet ist.The The invention relates to an X-ray device with an X-ray source, with a x-ray tube feeding High voltage generator and with an inverter to the output side Generation of an input AC voltage for the high voltage generator, wherein between the inverter and the high voltage generator, a resonant network is formed.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 10 2004 029 962 A1 bekannt. Das Resonanznetzwerk ist vorgesehen, um den Frequenzgehalt der Ausgangsspannung des Inverters zu begrenzen. Das Resonanznetzwerk ist insbesondere ausgelegt, die schnellen Schalterscheinungen der Bauteile des Inverters zu glätten.Such a device is known from DE 10 2004 029 962 A1 known. The resonant network is provided to limit the frequency content of the output voltage of the inverter. The resonant network is particularly designed to smooth the fast switching phenomena of the components of the inverter.

Bei einer derartigen Röntgenvorrichtung erzeugt der Inverter in der Regel aus einer Netzwechselspannung in einem Zwischenkreis eine Gleichspannung, die mittels eines Wechselrichters in eine hochfrequentere Eingangswechselspannung für den Hochspannungserzeuger umgerichtet wird. Der Hochspannungserzeuger erzeugt beispielsweise mittels eines Transformators und eines Gleichrichters dann die von der Röntgenröhre benötigte Hochspannung der Größenordnung von etwa 100 kV. Die Röntgenröhre der Röntgenvorrichtung wird beispielsweise zur Strahlungserzeugung für medizinische Anwendungen, insbesondere in einem Computertomographen, eingesetzt.at such an X-ray device As a rule, the inverter generates from a mains AC voltage in a DC link, a DC voltage by means of an inverter in a high-frequency input AC voltage for the high voltage generator is reorganized. The high voltage generator generates, for example by means of a transformer and a rectifier then the of the X-ray tube needed high voltage of the order of magnitude of about 100 kV. The X-ray tube of the X-ray device is used, for example, for generating radiation for medical applications, especially in a computed tomography, used.

Insbesondere bei einem medizinischen Röntgengerät ist eine räumliche Trennung des Inverters von dem Hochspannungserzeuger bzw. von der Röntgenquelle wünschenswert, da ein großes Bauvolumen in der Nähe der Röntgenquelle die benötigte Zugänglichkeit, wie sie beispielsweise bei einer Angiographie erforderlich ist, einschränkt. Dies gilt in besonderem Maße auch bei einem Computertomographen, wo die Röntgenquelle um den Patienten rotiert und somit die Energie von einem stationären System zugeführt werden muss.Especially in a medical X-ray machine is a spatial Separation of the inverter from the high voltage generator or from the X-ray source desirable, there a big one Building volume in the vicinity the X-ray source the required accessibility, as required for angiography, for example, limits. This is especially true even with a computed tomograph where the x-ray source around the patient rotated and thus the energy supplied by a stationary system got to.

Wird in bekanntem Maße die vom Hochspannungserzeuger erzeugte Hochspannung über entsprechend lange Leitungen der Röntgenquelle zugeführt, so entstehen hierdurch große Kapazitäten im Hochspannungskreis, die sich bei einem Pulsbetrieb störend auswirken, weil große Energiemengen gespeichert werden. Dies führt nachteiligerweise zu einer unnötigen, weil nicht bildgebenden Strahlenbelastung des Patienten. Weiter führt die gespeicherte Energie im Falle einer Stoßionisation in einer Röntgenröhre zu einer großen Störbeeinflussung der in der Umgebung befindlichen Elektronik. Wird die Hochspannung mittels Schleifringen der rotierenden Gantry eines Computertomographen zugeführt, so ist hierbei der Aufwand für die Isolation der Hochspannung an Luft sehr groß, was mit einem deutlichen Kostennachteil verbunden ist.Becomes to the extent known the high voltage generated by the high voltage generator over accordingly long lines of the X-ray source supplied this creates great capacities in the high-voltage circuit, which have a disruptive effect in pulsed operation, because big Energy quantities are stored. This leads disadvantageously to a unnecessary, because non-imaging radiation exposure of the patient. Further leads the stored energy in the event of impact ionization in an x-ray tube to a huge interference the surrounding electronics. Will the high voltage using slip rings of the rotating gantry of a computer tomograph supplied so here is the effort for the isolation of the high voltage in air is very large, with a significant cost disadvantage connected is.

Alternativ ist es bekannt, die Netzwechselspannung oder eine hierfür für den Zwischenkreis gewonnene Gleichspannung dem rotierenden System mittels Schleifringen zuzuführen. Doch besteht hierbei das bereits eingangs erwähnte Problem, dass die weiteren für die Erzeugung der Hochspannung benötigten Komponenten mit auf dem rotierenden System montiert werden müssen, was aufgrund der Massen und Volumina einen nicht unerheblichen Aufwand zur Beherrschung der mechanischen Stabilität insbesondere bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten zur Folge hat.alternative it is known, the AC line voltage or a purpose for the DC link gained DC voltage to the rotating system by means of slip rings supply. But there is the already mentioned problem that the others for the Generation of high voltage needed Components with what must be mounted on the rotating system due to the masses and volumes a considerable effort for controlling the mechanical stability, especially at high rotational speeds entails.

Aus der US 4,969,171 ist eine Röntgenvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher die ausgangsseitige Eingangswechselspannung des Inverters von der stationären Seite über Schleifringe zu einem rotierenden Hochspannungserzeuger übertragen wird. Nachteiligerweise tritt bei einer derartigen Übertragung der Eingangswechselspannung eine nicht unerhebliche Abstrahlung von elektrischen und magnetischen Feldern durch die Leitungen vom Ausgang des Inverters zum Schleifring auf, die die umliegende Elektronik negativ beeinflussen kann. Dieses Problem wird durch das Resonanznetzwerk gemäß der DE 10 2004 029 962 A1 gelöst.From the US 4,969,171 An X-ray device of the aforementioned type is known in which the output-side input AC voltage of the inverter is transmitted from the stationary side via slip rings to a rotating high-voltage generator. Disadvantageously occurs in such a transmission of the input AC voltage, a significant radiation of electric and magnetic fields through the wires from the output of the inverter to the slip ring, which can adversely affect the surrounding electronics. This problem is solved by the resonant network according to the DE 10 2004 029 962 A1 solved.

Weiter ist bei einer derartigen Übertragung nachteilig, dass durch die Frequenz der Eingangswechselspannung die übertragbare Leistung bzw. die Länge der zulässigen Übertragungsstrecke vom Inverter zum Hochspannungserzeuger begrenzt ist. Denn abhängig von der Frequenz treten aufgrund von in den Leitungen vorhandenen Induktivitäten und Verlustwiderständen Spannungsabfälle bzw. Übertragungsverluste auf.Further is disadvantageous in such a transmission, that by the frequency of the AC input voltage the transferable Performance or the length the permissible transmission distance is limited by the inverter to the high voltage generator. Because dependent on The frequency occur due to existing in the lines inductances and loss resistances voltage drops or transmission losses on.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Röntgenvorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass eine Trennung von Inverter und Hochspannungserzeuger bei möglichst geringen Übertragungsverlusten ermöglicht ist.task The invention is an X-ray device of the type mentioned in such a way that a separation of inverters and high voltage generators with the lowest possible transmission losses allows is.

Diese Aufgabe wird für eine Röntgenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Resonanznetzwerk mittels einer wenigstens eine Kapazität umfassenden Vorsatzschaltung gebildet ist, wobei die oder jede Kapazität derart gewählt ist, dass sich mit den weiteren elektrischen Komponenten der Übertragungsstrecke eine gewünschte resonante Übertragungsfrequenz ergibt.These Task is for an X-ray device according to the generic term of claim 1 according to the invention thereby solved, that the resonant network by means of at least one capacitive Header circuit is formed, wherein the or each capacity such chosen is that with the other electrical components of the transmission line a desired one resonant transmission frequency results.

Dabei wird unter einem Resonanznetzwerk ein solches Netzwerk aus verschiedenen elektrischen Komponenten verstanden, welches derart ausgebildet ist, dass es wenigstens eine resonante Übertragungsfrequenz aufweist. Bei einer resonanten Übertragungsfrequenz tritt entlang der Übertragungsstrecke die geringste Verlustleistung auf. So heben sich beispielsweise im Falle eines als Serienschwingkreis ausgestalteten Resonanznetzwerks im Falle der resonanten Übertragungsfrequenz theoretisch die kapazitiven und induktiven Blindwiderstände auf, so dass ein Übertragungsverlust lediglich infolge von ohmschen Widerständen auftritt. Somit lassen sich mittels eines Resonanznetzwerkes die Übertragungsverluste zwischen dem Inverter und dem Hochspannungserzeuger minimieren.It is under a resonant network such a network of different electrical understood components that is designed such that it has at least one resonant transmission frequency. At a resonant transmission frequency, the lowest power loss occurs along the transmission path. For example, in the case of a resonant network designed as a series resonant circuit, the capacitive and inductive reactances theoretically cancel each other out in the case of the resonant transmission frequency, so that a transmission loss occurs only as a result of ohmic resistances. Thus, by means of a resonant network, the transmission losses between the inverter and the high voltage generator can be minimized.

Weiter wird bei einer Übertragung der vom Inverter erzeugten Eingangswechselspannung über ein Resonanznetzwerk im Falle der resonanten Übertragungsfrequenz die Kurvenform des Ausgangsstromes des Inverters sinusförmig. Dies bietet einen niedrigstmöglichen Oberwellenanteil, so dass in der Folge die Abstrahlung von magnetischen Feldern minimiert ist.Further will be in a transmission the input AC voltage generated by the inverter via a Resonant network in the case of resonant transmission frequency the waveform the output current of the inverter is sinusoidal. This offers the lowest possible Harmonic content, so that in the consequence the radiation of magnetic Fields is minimized.

Zur Ausbildung des Resonanznetzwerkes werden insbesondere die auftretenden Induktivitäten der zur Übertragung der Eingangswechselspannung eingesetzten elektrischen Komponenten (Verdrahtung, Übertragungsleitung, Streuinduktivität des Hochspannungserzeugers) verwendet. Unter Ausnutzung wenigstens einer zusätzlich eingesetzten Kapazität wird dann unter Einbeziehung der Induktivitäten das Resonanznetzwerk gebildet. Dieses überträgt die Eingangswechselspannung des Inverters bei einer Resonanzfrequenz mit geringer Verlustleistung und mit einer geringen Abstrahlung von elektromagnetischen Feldern, so dass durch die Übertragung keine Störung der umliegenden elektronischen Komponenten auftritt.to Training of the resonant network are in particular the occurring Inductors of for transmission the input AC voltage used electrical components (Wiring, transmission line, leakage inductance of the high voltage generator) is used. Taking advantage of at least one additional used capacity The resonance network is then formed with the inclusion of the inductances. This transmits the AC input voltage of the inverter at a resonant frequency with low power dissipation and with a low emission of electromagnetic fields, so that through the transmission no interference the surrounding electronic components occurs.

Zur Bildung des Resonanznetzwerkes wird eine eine Kapazität umfassende Vorsatzschaltung verwendet. Dabei wird die Kapazität der Vorsatzschaltung derart gewählt, dass sich mit den weiteren Induktivitäten der für die Übertragung verwendeten elektrischen Komponenten eine oder mehrere gewünschte resonante Übertragungsfrequenzen ergeben. Dabei ist die Vorsatzschaltung zweckmäßigerweise so anzuordnen, dass die wenigstens eine Kapazität mit den zwischen dem Inverter und dem Hochspannungserzeuger angeordneten weiteren elektrischen Komponenten einen Serienschwingkreis bildet. Ein derartiger Serienschwingkreis weist genau eine resonante Übertragungsfrequenz mit minimaler Verlustleistung auf. Die Blindwiderstände von Kapazitäten und Induktivitäten sind dabei theoretisch aufgehoben.to Formation of the resonant network becomes one capacity Used intent circuit. At this time, the capacity of the header circuit becomes chosen so that with the other inductances of the electrical used for the transmission Components one or more desired resonant transmission frequencies result. The intent circuit is expediently to be arranged so that the at least one capacity arranged with the between the inverter and the high voltage generator further electrical components forms a series resonant circuit. Such a series resonant circuit has exactly one resonant transmission frequency with minimal power dissipation. The reactances of capacities and inductors are theoretically suspended.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Resonanznetzwerk ein Multiresonanznetzwerk. Dabei wird unter einem Multiresonanznetzwerk ein solches Resonanznetzwerk verstanden, welches mehrere resonante Übertragungsfrequenzen aufweist. Dies kann durch eine entsprechende Beschaltung mit Kapazitäten und/oder Induktivitäten unter Einbeziehung der Kapazitäten und Induktivitäten der zur Übertragung eingesetzten elektrischen Komponenten verwirklicht werden. Ein Multiresonanznetzwerk bietet den Vorteil, die Steuerbarkeit der Wechselrichter des Inverters zu verbessern.In An advantageous embodiment of the invention is the resonance network a multi-resonance network. It is under a multi-resonance network Such a resonant network understood, which has several resonant transmission frequencies having. This can be done by an appropriate circuit with capacities and / or inductors including the capacities and inductors the one for transmission used electrical components can be realized. A multi-resonance network offers the advantage of controllability of the inverters of the inverter to improve.

Mit der Ausbildung eines Resonanznetzwerkes zwischen dem Inverter und dem Hochspannungserzeuger kann bei einer geringen Verlustleistung die Eingangswechselspannung des Inverters auf den Hochspannungserzeuger übertragen werden. Insbesondere kann der Inverter räumlich von dem Hochspannungserzeuger entkoppelt werden, wie dies insbesondere bei medizinischen Anwendungen der Röntgenquelle wünschenswert ist. Insbesondere kann der Hochspannungserzeuger und die Röntgenquelle auf der rotierenden Gantry eines Computertomographen angeordnet sein, während der Inverter stationär und räumlich entfernt vom Computertomographen aufgestellt ist.With the formation of a resonant network between the inverter and the high voltage generator can at a low power loss transmit the AC input voltage of the inverter to the high voltage generator become. In particular, the inverter may be spatially from the high voltage generator be decoupled, as in particular in medical applications the X-ray source desirable is. In particular, the high voltage generator and the X-ray source arranged on the rotating gantry of a computer tomograph be while the Inverter stationary and spatially placed away from the computer tomograph.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn zwischen dem Inverter und dem Hochspannungserzeuger zur Potenzialtrennung ein Trenntransformator angeordnet ist. Ein solcher Trenntransformator dient der Potenzialtrennung der Übertragungsstrecke vom Wechselrichter auf den Hochspannungserzeuger. Eine solche Potenzialtrennung bewirkt eine Dämpfung von Wechselrichterstörungen in Richtung zur Übertragungsstrecke und gewährleistet eine höhere elektrische Sicherheit.It has proven to be advantageous when between the inverter and the high voltage generator for potential separation, an isolating transformer is arranged. Such an isolating transformer is used for electrical isolation the transmission line from the inverter to the high voltage generator. Such a potential separation causes a damping of inverter faults in Direction to the transmission line and guaranteed a higher one electric security.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Trenntransformator einen erdsymmetrischen Ausgang auf. Hierdurch wird die Spannungsbelastung gegenüber dem Erdpotenzial auf die Hälfte der Ausgangsspannung reduziert. Weiter dient der erdsymmetri sche Aufbau dazu, dass die Spannungen auf den Ausgangsleitungen stets ein exakt gegenläufiges Potenzial aufweisen, wodurch sich elektrische Felder in weiter Entfernung von der Übertragungsstrecke aufheben, wodurch eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit der Röntgenvorrichtung auch bezüglich der elektrischen Felder sichergestellt wird.In an advantageous embodiment, the isolation transformer has a unbalanced output. As a result, the voltage load against the Earth potential in half the output voltage is reduced. Next serves the erdsymmetri cal Structure to ensure that the voltages on the output lines always an exactly opposite Potential, causing electric fields far away from the transmission line cancel, creating a high electromagnetic compatibility the X-ray device also regarding the electric fields is ensured.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Trenntransformator geerdete Potenzialbleche. Derartige geerdete Potenzialbleche befinden sich zwischen den Spulen des Trenntransformators, wodurch eine Hochfrequenz-Abschirmung des Einganges des Hochspannungserzeugers gegenüber dem Ausgang des Inverters gebildet ist. Die Potenzialbleche halten zusätzlich im Inverter entstandenen elektromagnetischen Störungen von der Eingangsseite des Hochspannungserzeugers und der Übertragungsstrecke fern.In a further advantageous embodiment, the isolation transformer comprises grounded potential plates. Such grounded potential sheets are located between the coils of the isolation transformer, thereby forming a high frequency shield of the input of the high voltage generator opposite the output of the inverter. The potential plates additionally contain electromagnetic interference generated in the inverter from the input side of the high voltage generator and the transformer long distance.

Das Übersetzungsverhältnis der Spulen des Trenntransformators wird idealerweise so gewählt, dass bei einer vertretbaren Spannungsbelastung der Übertragungsstrecke die Ströme zur Verringerung der Verluste in den Serienwiderständen der Übertragungsstrecke erniedrigt werden. Hierzu wird die Spannung durch den Trenntransformator entsprechend hoch transformiert. Dies dient maßgeblich dazu, auch bei hohen Arbeitsfrequenzen die gewünschten Leitungslängen bei geringen Verlusten zu ermöglichen.The gear ratio of Coils of the isolation transformer is ideally chosen so that at a reasonable voltage load of the transmission line, the currents to reduce the Losses in series resistances the transmission line be lowered. For this purpose, the voltage through the isolation transformer correspondingly highly transformed. This is crucial, even at high Working frequencies the desired cable lengths to allow for low losses.

In einer Weiterführung der Röntgenvorrichtung umfasst die Vorsatzschaltung mehrere Kapazitäten sowie gegebenenfalls eine oder mehrere Induktivitäten. Durch eine entsprechende schaltungstechnische Anordnung der Kapazitäten und/oder Induktivitäten kann mit den weiteren elektrischen Komponenten der Übertragungsstrecke ein gewünschtes Resonanznetzwerk gebildet werden, welches insbesondere bei einer gewünschten resonanten Übertragungsfrequenz die geringste Verlustleistung zeigt.In a continuation the X-ray device For example, the header circuit comprises a plurality of capacities and possibly one or more inductors. By a corresponding circuit arrangement of the capacitances and / or inductors can with the other electrical components of the transmission path a desired resonant network be formed, which in particular at a desired resonant transmission frequency shows the lowest power loss.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Kapazitäten und/oder Induktivitäten der Vorsatzschaltung derart angeordnet und/oder ausgewählt sind, dass eine Resonanzfrequenz des Resonanznetzwerkes mit der Inverterausgangsfrequenz im Arbeitspunkt für maximale Leistung übereinstimmt. In diesem Fall zeigt das Gesamtsystem den geringsten Energieaufwand zur Erzeugung der für die Röntgenquelle benötigten Hochspannung.Especially it is advantageous if the capacitances and / or inductances of the Attached circuit arranged and / or selected such that a resonant frequency of the resonant network with the inverter output frequency at the working point for maximum performance matches. In this case, the overall system shows the least energy expenditure to generate the for the X-ray source required High voltage.

Die Übertragung der Eingangswechselspannung kann in an sich bekannter Weise mit einer geschirmten Übertragungsleitung vorgesehen werden. Die Übertragungsleitung kann z. B. eine Zweidrahtleitung sein, oder als eine kreuzweise beschaltete vieradrige Leitung ausgebildet sein. Auch Koaxialleitungen sind verwendbar.The transfer the input AC voltage can in a conventional manner with a shielded transmission line be provided. The transmission line can z. B. be a two-wire line, or as a crosswise be formed wired four-wire line. Also coaxial cables are usable.

Wie bereits erwähnt, kann für den Fall des Einsatzes der Röntgenquelle für einen Computertomographen vorteilhafterweise vorgesehen sein, die Eingangswechselspannung dem Hochspannungserzeuger mittels Schleifringen zuzuführen. Problemlos kann dabei die Eingangswechselspannung von einem statio nären System auf den rotierenden Hochspannungserzeuger übertragen werden.As already mentioned, can for the case of using the X-ray source for one Computer tomography advantageously be provided, the AC input voltage supply the high voltage generator by means of slip rings. Can be problem free while the AC input voltage from a statio nary system be transferred to the rotating high voltage generator.

In einer alternativen Ausgestaltung der Röntgenvorrichtung erfolgt die Zuführung der Eingangswechselspannung an den Hochspannungserzeuger mittels einer induktiven Kopplung.In an alternative embodiment of the x-ray device is the feed the AC input voltage to the high voltage generator by means of an inductive coupling.

Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil einer möglichst verlustfreien Übertragung einer Eingangswechselspannung des Inverters auf einen Hochspannungserzeuger. Insbesondere erlaubt die Röntgenvorrichtung problemlos eine räumliche Trennung des Inverters vom Hochspannungserzeuger. Aufgrund der niedrigen Verlustleistung kann die Eingangswechselspannung insbesondere auch mit einer abgeschirmten Übertragungsleitung vorgesehen werden, die direkt in den Hochspannungserzeuger mündet. Vorteilhafterweise eignet sich die Röntgenvorrichtung jedoch für einen Computertomographen, bei dem der Hochspannungserzeuger und die Röntgenquelle auf einer rotierenden Gantry angeordnet sind. Die Eingangswechselspannung des Inverters kann mittels Schleifringen dem Hochspannungserzeuger zugeführt werden.The In particular, the invention offers the advantage of being as possible lossless transmission an input AC voltage of the inverter to a high voltage generator. In particular, the X-ray device allows easily a spatial Separation of the inverter from the high voltage generator. Because of the low Power loss can be the AC input voltage in particular also with a shielded transmission line be provided, which opens directly into the high voltage generator. advantageously, the X-ray device is suitable however for a computed tomography in which the high voltage generator and the X-ray source are arranged on a rotating gantry. The input AC voltage of the inverter can by means of slip rings the high voltage generator supplied become.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:embodiments The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Showing:

1 schematisch in einer Röntgenvorrichtung die Energieversorgung einer Röntgenquelle, wobei zwischen einem Inverter und einem Hochspannungserzeuger ein Resonanznetzwerk gebildet ist und 1 schematically in an X-ray device, the power supply of an X-ray source, wherein between an inverter and a high voltage generator, a resonant network is formed, and

2 ein Ersatzschaltbild für die in 1 gezeigte Röntgenvorrichtung. 2 an equivalent circuit for the in 1 shown X-ray device.

In 1 ist schematisch eine Röntgenvorrichtung 1 dargestellt, die eine Röntgenquelle 3 umfasst, welche von einem Hochspannungserzeuger 4 mit der benötigten Hochspannung bzw. Energie versorgt wird. Zur Erzeugung der Hochspannung ist der Hochspannungserzeuger 4 eingangsseitig mit dem Ausgang eines Inverters 6 verbunden, welcher die vom Hochspannungserzeuger 4 benötigte Eingangswechselspannung ausgangsseitig erzeugt. Der Inverter 6 ist an eine übliche Netzversorgung, hier dargestellt durch die Wechselspannungsquelle 11, angeschlossen.In 1 is schematically an x-ray device 1 represented, which is an x-ray source 3 comprising which of a high voltage generator 4 is supplied with the required high voltage or energy. To generate the high voltage is the high voltage generator 4 on the input side with the output of an inverter 6 connected, which from the high voltage generator 4 required AC input voltage generated on the output side. The inverter 6 is to a standard power supply, shown here by the AC voltage source 11 , connected.

Die Übertragungsstrecke zwischen dem Inverter 6 und dem Hochspannungserzeuger 4 ist insgesamt als ein Resonanznetzwerk 9 ausgebildet, welches eine resonante Übertragungsfrequenz aufweist, die auf den Arbeitspunkt des Inverters 6 mit maximaler Leistung eingestellt ist. Bei einer Übertragung einer Eingangswechselspannung mit der resonanten Übertragungsfrequenz des Resonanznetzwerks 9 tritt eine geringe Verlustleistung sowie eine geringe Abstrahlung von magnetischen Feldern auf.The transmission path between the inverter 6 and the high voltage generator 4 is overall as a resonant network 9 formed, which has a resonant transmission frequency, the operating point of the inverter 6 is set to maximum power. In a transmission of an input AC voltage with the resonant transmission frequency of the resonant network 9 occurs low power loss and low radiation of magnetic fields.

Zur Generierung der von der Röntgenquelle 3 benötigten Hochspannung umfasst der Inverter 6 zunächst einen Gleichrichter, hier symbolisch durch die eingezeichnete Diode dargestellt, der aus der Netzwechselspannung der Wechselspannungsquelle 11 eine Gleichspannung für einen Zwischenkreis 12 erzeugt. Die Gleichspannung wird kapazitiv geglättet, wozu symbolisch ein Kondensator eingezeichnet ist. Die geglättete Gleichspannung des Zwischenkreises 12 wird im Inverter 6 als Eingangsspannung für einen Wechselrichter 13 verwendet, der beispielsweise mittels getaktet angesteuerten Halbleiterbauelementen ausgangsseitig die von dem Hochspannungsgenerator 4 benötigte Eingangswechselspannung erzeugt.To generate the from the X-ray source 3 required high voltage includes the inverter 6 First, a rectifier, symbolically represented here by the drawn diode, from the mains AC voltage of the AC voltage source 11 a DC voltage for a DC link 12 generated. The DC voltage is capacitively smoothed, what symbolically a capacitor turned on is drawing. The smoothed DC voltage of the DC link 12 will be in the inverter 6 as input voltage for an inverter 13 used, for example, by means of clocked driven semiconductor devices on the output side of the high voltage generator 4 required input AC voltage generated.

Die von dem Inverter 6 mittels des Wechselrichters 13 erzeugte Eingangswechselspannung wird mittels des Resonanznetzwerks 9 auf einen Transformator 14 des Hochspannungserzeugers 4 übertragen. Der Transformator 14 transformiert die Eingangswechselspannung des Inverters 6 hoch in eine Wechselspannung, die mittels eines Gleichrichters 15, dargestellt durch eine Diode und eine Kapazität, in die von der Röntgenquelle 13 benötigte Hochspannung in der Größenordnung von 100 kV gleichgerichtet wird.The from the inverter 6 by means of the inverter 13 generated AC input voltage is through the resonant network 9 on a transformer 14 of the high voltage generator 4 transfer. The transformer 14 transforms the input AC voltage of the inverter 6 high in an AC voltage by means of a rectifier 15 represented by a diode and a capacitor in which from the X-ray source 13 required high voltage of the order of 100 kV is rectified.

Das Resonanznetzwerk 9, über welches die Übertragung der Eingangswechselspannung von dem Inverter 6 auf den Hochspannungserzeuger 4 stattfindet, umfasst einen Trenntransformator 18, welcher zur Verringerung der Verluste die vom Wechselrichter 13 erzeugte Eingangswechselspannung hochtransformiert. Dabei sind zwischen den Spulen des Trenntransformators 18 geerdete Potenzialbleche 19 angeordnet. Diese Potenzialbleche 19 stellen eine Hochfrequenz-Abschirmung dar, wodurch die Abstrahlcharakteristik der Übertragungsstrecke insgesamt verbessert wird. Mittels einer Erdung 21 wird ein erdsymmetrischer Ausgangs des Trenntransformators 18 sichergestellt, so dass sich die Spannungen auf den Ausgangsleitungen stets auf exakt gegenläufigem Potenzial befinden. Damit heben sich elektrische Felder in weiterer Entfernung von der Übertragungsstrecke auf, wodurch Störeffekte auf umgebende elektronische Komponenten minimiert und somit die elektromagnetische Kompatibilität verbessert wird.The resonant network 9 , via which the transmission of the AC input voltage from the inverter 6 on the high voltage generator 4 takes place, includes an isolation transformer 18 which reduces the losses from the inverter 13 generated input AC voltage transformed up. Here are between the coils of the isolation transformer 18 earthed potential plates 19 arranged. These potential sheets 19 represent a high-frequency shield, whereby the radiation characteristic of the transmission path is improved overall. By means of a grounding 21 becomes a balanced output of the isolation transformer 18 ensured, so that the voltages on the output lines are always at exactly opposite potential. This eliminates electric fields further away from the transmission path, thereby minimizing parasitic effects on surrounding electronic components, thus improving electromagnetic compatibility.

Die Übertragung zwischen dem Trenntransformator 18 und dem Hochspannungserzeuger 4 wird mittels einer Übertragungsleitung 23 vorgenommen, die als eine vieradrige kreuzweise beschaltete Leitung 24 mit einer geerdeten Schirmung 25 ausgeführt ist. Alternativ kann die Übertragungsleitung 23 auch aus Koaxialleitungen mit einer oder mehreren Leitungen gebildet werden.The transmission between the isolation transformer 18 and the high voltage generator 4 is by means of a transmission line 23 made as a four-wire crosswise wired line 24 with a grounded shield 25 is executed. Alternatively, the transmission line 23 also be formed of coaxial lines with one or more lines.

Zur Ausbildung des Resonanznetzwerks 9 umfasst die Übertragungsstrecke weiter eine Vorsatzschaltung 30, die im einfachsten Fall durch eine in eine Übertragungsleitung eingeschaltete Kapazität 32 ausgebildet ist. Die Kapazität 32 bildet mit den Induktivitäten des Trenntransformators 18, der Übertragungsleitung 23 und der Streuinduktivität des Hochspannungserzeugers 4 einen Serienschwingkreis. Die Impedanz des Serienschwingkreises weist bei einer Abstimmung auf die resonante Übertragungsfrequenz ein Minimum auf, das nur durch die Summe der Serienwiderstände gebildet wird. Somit kann theoretisch die Auswirkung der Induktivitäten, die zu einer Verlustleistung führen, kompensiert werden. Die Kapazität 32 ist nun derart gewählt, dass die resonante Übertragungsfrequenz des das Resonanznetzwerk 9 bildenden Serienschwingkreises mit dem Arbeitspunkt der maximalen Leistung des Inverters 6 übereinstimmt. Somit wird insgesamt eine Übertragung der Eingangswechselspannung vom Inverter 6 auf den Hochspannungserzeuger 4 bewirkt, die eine minimierte Verlustleistung und eine minimierte Abstrahlcharakteristik aufweist. Umliegende elektronische Komponenten sind optimal vor Störungen durch elektromagnetische Felder bewahrt.To form the resonance network 9 the transmission link further comprises a header circuit 30 , which in the simplest case by a switched on a transmission line capacity 32 is trained. The capacity 32 forms with the inductances of the isolation transformer 18 , the transmission line 23 and the leakage inductance of the high voltage generator 4 a series resonant circuit. The impedance of the series resonant circuit, when tuned to the resonant transmission frequency, has a minimum, which is formed only by the sum of the series resistances. Thus, theoretically, the effect of the inductances leading to power dissipation can be compensated. The capacity 32 is now chosen such that the resonant transmission frequency of the resonance network 9 forming series resonant circuit with the operating point of maximum power of the inverter 6 matches. Thus, a total of one transmission of AC input voltage from the inverter 6 on the high voltage generator 4 causes, which has a minimized power loss and a minimized radiation characteristic. Surrounding electronic components are optimally protected against disturbances caused by electromagnetic fields.

Für die dargestellte Röntgenvorrichtung 1 können verschiedene Vorsatzschaltungen 30 verwendet werden. Insgesamt sind drei Alternativen untereinander dargestellt. Die einfachste Alternative umfasst – wie beschrieben – eine in eine Ausgangsleitung eingeschaltete Kapazität 32. Ebenso gut ist es auch möglich, die Kapazitäten symmetrisch auszuführen, so dass neben der in einer Ausgangsleitung eingeschalteten Kapazität 32 eine weitere Kapazität 33 in der anderen Ausgangsleitung integriert wird. Dies hat den Vorteil, dass die Ausgangsspannungen symmetrisch zum Erdpotenzial werden.For the illustrated X-ray device 1 can use different intent circuits 30 be used. Overall, three alternatives are shown below each other. The simplest alternative, as described, comprises a capacitance switched into an output line 32 , As well, it is also possible to perform the capacitances symmetrically, so that in addition to the switched-on in an output line capacity 32 another capacity 33 is integrated in the other output line. This has the advantage that the output voltages become symmetrical to ground potential.

In einer weiteren Alternative ist das Resonanznetzwerk 9 mittels der Vorsatzschaltung 30 zu einem Multiresonanznetzwerk erweitert. Hierzu umfasst die Vorsatzschaltung 30 beispielsweise eine in einer Ausgangsleitung eingeschaltete Kapazität 35, die von einer Induktivität 37 überbrückt wird, sowie eine Kapazität 34, die zwischen die Ausgangsleitungen geschaltet ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung weist das Resonanznetzwerk 9 mehrere resonante Übertragungsfrequenzen auf, so dass die Steuerbarkeit der Wechselrichter verbessert ist.In another alternative is the resonant network 9 by means of the intent circuit 30 extended to a multi-resonance network. This includes the intent circuit 30 For example, a switched on in an output line capacity 35 that of an inductance 37 is bridged, as well as a capacity 34 which is connected between the output lines. In such an embodiment, the resonant network 9 several resonant transmission frequencies, so that the controllability of the inverter is improved.

Die in 1 gezeigte Übertragungsleitung 23 in Form einer vieradrigen kreuzweise beschalteten Leitung 24 mit Schirmung 25 ermöglicht eine Übertragung der Eingangswechselspannung des Inverters 6 zu dem Hochspannungserzeuger 4 auch über größere Entfernungen, so dass eine räumliche Trennung des Inverters 1 von dem Hochspannungserzeuger 4 und der Röntgenquelle 3 vorgenommen werden kann. Das Ende der Übertragungs leitung 23 kann insbesondere, wie dargestellt, direkt mit dem Hochspannungserzeuger 4 verbunden sein, so dass eine räumlich vom Inverter 6 getrennte, stationäre Röntgenquelle 3 ermöglicht ist, wie sie beispielsweise für ein Angiosystem benötigt wird.In the 1 shown transmission line 23 in the form of a four-wire crosswise wired line 24 with shielding 25 allows a transmission of the input AC voltage of the inverter 6 to the high voltage generator 4 even over long distances, allowing a spatial separation of the inverter 1 from the high voltage generator 4 and the X-ray source 3 can be made. The end of the transmission line 23 in particular, as shown, directly to the high voltage generator 4 be connected so that a spatially from the inverter 6 separate, stationary X-ray source 3 is possible, as required for example for an angiosystem.

Im Falle eines Einsatzes der Röntgenquelle 3 in einem rotierenden System, wie beispielsweise in der Gantry eines Computertomographen, kann die Übertragung der Eingangswechselspannung aber ebenso gut mittels Schleifringen 27 vorgenommen werden. Ebenso gut ist eine Übertragung durch eine induktive Kopplung 28 möglich.In case of use of the X-ray source 3 in a rotating system, such as in the gantry of a computer tomograph, the Transmission of the input AC voltage but equally well using slip rings 27 be made. Equally good is a transmission through an inductive coupling 28 possible.

In 2 ist ein Ersatzschaltbild für die Röntgenvorrichtung 1 gemäß 1 dargestellt, wobei das Resonanznetzwerk 9 mittels einer in eine Ausgangsleitung eingeschaltete Kapazität 32 gebildet ist.In 2 is an equivalent circuit diagram for the X-ray device 1 according to 1 shown, the resonance network 9 by means of a capacitor connected in an output line 32 is formed.

Man erkennt im Ersatzschaltbild die Wechselspannungsquelle 11 sowie den einen Zwischenkreis 12 und einen Wechselrichter 13 umfassenden Inverter 6. Weiter ist der Hochspannungserzeuger 4 mit dem Transformator 14 und dem Gleichrichter 15 sichtbar, der ausgangsseitig an die Röntgenquelle 3 angeschlossen ist.In the equivalent circuit diagram one recognizes the alternating voltage source 11 as well as the one DC link 12 and an inverter 13 comprehensive inverter 6 , Next is the high voltage generator 4 with the transformer 14 and the rectifier 15 visible, the output side to the X-ray source 3 connected.

Da die Kapazität 32 zusammen mit den Induktivitäten des Trenntransformators 18 und der Übertragungsleitung 23 sowie der Streuinduktivität des Hochspannungserzeugers einen Serienschwingkreis bildet, können die einzelnen Komponenten der Übertragungsstrecke vereinfacht als Induktivitäten und ohmsche Widerstände dargestellt werden. So wird der Trenntransformator 18 durch eine Induktivität 40 und einen ohmschen Widerstand 41 repräsentiert. Die Übertragungsleitung 23 und der Transformator 14 des Hochspannungserzeugers 4 werden jeweils durch die Induktivitäten 40' bzw. 40'' sowie durch die ohmschen Widerstände 41' bzw. 41'' repräsentiert.Because the capacity 32 together with the inductances of the isolation transformer 18 and the transmission line 23 As well as the stray inductance of the high voltage generator forms a series resonant circuit, the individual components of the transmission path can be simplified as inductances and ohmic resistances. This is how the isolation transformer works 18 through an inductance 40 and an ohmic resistance 41 represents. The transmission line 23 and the transformer 14 of the high voltage generator 4 are each through the inductors 40 ' respectively. 40 '' as well as the ohmic resistances 41 ' respectively. 41 '' represents.

Im Ersatzschaltbild gemäß 2 wird sofort der aus der Kapazität 32 und den Induktivitäten 40, 40' und 40'' der elektri schen Komponenten der Übertragungsstrecke gebildete Serienschwingkreis erkennbar. Bei der resonanten Übertragungsfrequenz sind die Blindwiderstände der Kapazität 32 sowie der Induktivitäten 40, 40' und 40'' entgegengesetzt gleich groß. Somit wird die Verlustleistung alleine durch die ohmschen Widerstände 41, 41' und 41'' verursacht. Die Verlustleistung der Übertragungsstrecke insgesamt ist minimiert. Ebenfalls wird durch den Serienschwingkreis sichergestellt, dass der Ausgangsstrom des Inverters 6 sinusförmig ist, wodurch die Abstrahlcharakteristik verringert wird. Oberflächenwellenanteile treten nicht auf.In the equivalent circuit diagram according to 2 Immediately gets out of capacity 32 and the inductors 40 . 40 ' and 40 '' the electrical components of the transmission link formed series resonant circuit recognizable. At the resonant transmission frequency, the reactances are the capacitance 32 as well as the inductors 40 . 40 ' and 40 '' opposite the same size. Thus, the power loss alone by the ohmic resistances 41 . 41 ' and 41 '' caused. The power loss of the transmission path as a whole is minimized. Also, the series resonant circuit ensures that the output current of the inverter 6 sinusoidal, whereby the radiation characteristic is reduced. Surface wave components do not occur.

Claims

X-ray device ( 1 ) with an X-ray source ( 3 ), with an X-ray tube ( 3 ) supplying high voltage generators ( 4 ) and with an inverter ( 6 ) for the output-side generation of an input AC voltage for the high-voltage generator ( 4 ), between the inverter ( 6 ) and the high voltage generator ( 4 ) a resonant network ( 9 ), characterized in that the resonance network ( 9 ) by means of at least one capacity ( 32 . 33 . 34 . 35 ) comprehensive header circuit ( 30 ), the or each capacity ( 32 . 33 . 34 . 35 ) is selected such that there is a desired resonant transmission frequency with the other electrical components of the transmission path.

X-ray device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the resonance network ( 9 ) is a multi-resonance network.

X-ray device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that between the inverter ( 6 ) and the high voltage generator ( 4 ) for isolating an isolating transformer ( 18 ) is arranged.

X-ray device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the isolating transformer ( 18 ) has a gear ratio for minimizing transmission losses.

X-ray device ( 1 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the isolating transformer ( 18 ) has a balanced output.

X-ray device ( 1 ) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the isolating transformer ( 18 ) earthed potential sheets ( 19 ).

X-ray device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one capacity ( 32 ) with the between the inverter ( 6 ) and the high voltage generator ( 4 ) arranged further electrical components forms a series resonant circuit.

X-ray device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the header circuit has a plurality of capacities ( 32 . 33 . 34 . 35 ).

X-ray device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the header circuit ( 30 ) an inductance ( 37 ).

X-ray device ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the capacities ( 32 . 33 . 34 . 35 ) and / or inductors ( 37 ) of the header circuit ( 30 ) are arranged and / or selected such that a resonance frequency of the resonance network ( 9 ) matches the inverter output frequency at the operating point for maximum power.

X-ray device ( 1 ) after one of the above hergehen claims, characterized in that for transmitting the AC input voltage, a shielded transmission line ( 23 ) is provided.

X-ray device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the input AC voltage to the high voltage generator ( 4 ) by means of slip rings ( 27 ) is supplied.

X-ray device ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the input AC voltage to the high voltage generator ( 4 ) by means of an inductive coupling ( 28 ) is supplied.

Use of an X-ray device ( 1 ) according to one of the preceding claims in a computer tomograph.