DE102008050350A1 - High voltage system for setting a high voltage potential - Google Patents

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Michael Stein
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit (2) zum Einstellen eines Hochspannungspotenzials in einer Hochspannungseinheit (3), umfassend: - eine Einrichtung (22) zum Übermitteln eines Stellwerts insbesondere auf nicht elektrischem Weg; - eine Einrichtung (24) zum Empfangen einer Vergleichsgröße (VS), die in Form eines nicht elektrischen Signals übermittelt wird, - eine Treibereinheit (9) zum Bereitstellen einer Primärspannung abhängig von der Vergleichsgröße; - einen Hochspannungstransformator (10) zum Generieren eines Hochspannungspotenzials aus der Primärspannung als Sekundärspannung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Hochspannungseinheit umfassend: - eine Einrichtung (6, 7) zum Empfangen eines Übertragungssignals, das in Form eines nicht elektrischen Signals bereitgestellt wird, und zum Generieren einer ersten elektrischen Größe aus dem Übertragungssignal; - eine Einrichtung (R1, R2) zum Generieren einer zweiten elektrischen Größe aus einem der Hochspannungseinheit bereitgestellten Hochspannungspotenzial; - einen Vergleicher (8) zum Vergleichen der elektrischen Größen und zum Generieren einer Vergleichsgröße; - eine Einrichtung (23) zum Übermitteln der Vergleichsgröße in Form eines nicht elektrischen Signals.The invention relates to a control unit (2) for setting a high-voltage potential in a high-voltage unit (3), comprising: - means (22) for transmitting a control value, in particular in a non-electrical way; - A device (24) for receiving a comparison variable (VS), which is transmitted in the form of a non-electrical signal, - A driver unit (9) for providing a primary voltage depending on the comparison variable; - A high voltage transformer (10) for generating a high voltage potential from the primary voltage as a secondary voltage. The invention further relates to a high voltage unit comprising: means (6, 7) for receiving a transmission signal provided in the form of a non-electrical signal and for generating a first electrical quantity from the transmission signal; - means (R1, R2) for generating a second electrical quantity from a high voltage potential provided to the high voltage unit; a comparator (8) for comparing the electrical quantities and generating a comparison quantity; - A device (23) for transmitting the comparison variable in the form of a non-electrical signal.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungssystem zum Einstellen eines Hochspannungspotenzials in einer Hochspannungseinheit sowie ein Verfahren hierzu.The The invention relates to a high voltage system for adjusting a High voltage potentials in a high voltage unit as well as a Method for this.

Stand der TechnikState of the art

Um ein Hochspannungspotenzial in einer Hochspannungseinheit, wie z. B. einer Röntgenröhre einzustellen, wird in einer Steuereinheit, die sich auf Erd- oder Netzpotenzial befindet, die Übertragerkurvenform z. B. eines Hochspannungstransformators nachgebildet und eine entsprechende Primärspannung generiert. Eine Überprüfung des tatsächlich so generierten Hochspannungspotenzials findet in der Regel nicht statt.Around a high voltage potential in a high voltage unit, such. B. an X-ray tube, is in a control unit that is based on ground or grid potential located, the transformer waveform z. B. a high voltage transformer and a corresponding primary voltage generated. A review of the indeed thus generated high voltage potentials usually does not find instead of.

Bauteilabweichungen bzw. ungenaue Kenntnis der Parameter des Hochspannungstransformators sowie Störungen auf der Übertragerstrecke zwischen der Seite des Erd- oder Netzpotenzials und der Seite des Hochspannungspotenzials können jedoch zu einer ungenauen Einstellung des Hochspannungspotenzials führen, was bislang weder detektierbar noch kompensierbar ist.component deviations or inaccurate knowledge of the parameters of the high-voltage transformer as well as disorders on the Übertragerstrecke between the side of the earth or net potential and the side of the High voltage potentials can but to an inaccurate adjustment of the high voltage potential to lead, what was neither detectable nor compensable so far.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Einstellen eines Hochspannungspotenzials in einer Hochspannungseinheit zur Verfügung zu stellen.It It is therefore an object of the present invention to provide an improved device for setting a high voltage potential in a high voltage unit to disposal to deliver.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved by the device according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Steuereinheit zum Einstellen eines Hochspannungspotenzials in einer Hochspannungseinheit vorgesehen. Die Steuereinheit umfasst:

  • – eine Einrichtung zum Übermitteln eines Stellwerts, insbesondere auf nicht elektrischem Weg;
  • – eine Einrichtung zum Empfangen einer Vergleichsgröße, die, insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals übermittelt wird,
  • – eine Treibereinheit zum Bereitstellen einer Primärspannung abhängig von der Vergleichsgröße;
  • – einen Hochspannungstransformator zum Generieren des Hochspannungspotenzials aus der Primärspannung als Sekundärspannung.
According to a first aspect, a control unit is provided for setting a high voltage potential in a high voltage unit. The control unit comprises:
  • - A device for transmitting a control value, in particular by non-electrical means;
  • A device for receiving a comparison variable, which is transmitted, in particular in the form of a non-electrical signal,
  • A driver unit for providing a primary voltage as a function of the comparison variable;
  • - A high voltage transformer for generating the high voltage potential from the primary voltage as a secondary voltage.

Weiterhin kann die Einrichtung zum Übermitteln eines Stellwerts einen elektrooptischen Wandler und/oder die Einrichtung zum Empfangen der Vergleichsgröße einen opto-elektronischen Wandler umfassen.Farther can the device to submit a control value, an electro-optical converter and / or the device to receive the comparison size one optoelectronic Transducer include.

Es kann eine Gleichrichter- und Glättungseinheit vorgesehen sein, um eine Ausgangsspannung des Hochspannungstransformators in das Hochspannungspotenzial gleichzurichten und zu glätten.It can be a rectifier and smoothing unit be provided to an output voltage of the high voltage transformer to rectify and smooth in the high voltage potential.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Hochspannungseinheit vorgesehen. Die Hochspannungseinheit umfasst:

  • – eine Einrichtung zum Empfangen eines Übertragungssignals, das insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals bereitgestellt wird, und zum Generieren einer ersten elektrischen Größe aus dem Übertragungssignal;
  • – eine Einrichtung zum Generieren einer zweiten elektrischen Größe aus einem der Hochspannungseinheit bereitgestellten Hochspannungspotenzial;
  • – einen Vergleicher zum Vergleichen der elektrischen Größen und zum Generieren einer Vergleichsgröße; und
  • – eine Einrichtung zum Übermitteln der Vergleichsgröße insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals.
According to another aspect, a high voltage unit is provided. The high voltage unit includes:
  • A device for receiving a transmission signal, which is provided in particular in the form of a non-electrical signal, and for generating a first electrical variable from the transmission signal;
  • - means for generating a second electrical quantity from a high voltage potential provided to the high voltage unit;
  • A comparator for comparing the electrical quantities and for generating a comparison variable; and
  • - A device for transmitting the comparison variable, in particular in the form of a non-electrical signal.

Eine Idee der obigen Steuereinheit und der Hochspannungseinheit besteht darin, eine Einstellung eines Hochspannungspotenzials über die Steuereinheit abhängig von dem tatsächlich in der Hochspannungseinheit vorliegenden Hochspannungspotenzial vorzunehmen. Eine direkte Messung des Hochspannungspotenzials in der Hochspannungseinheit ist in der Regel technisch aufwändig zu realisieren, da ein Referenzpotenzial für das Hochspannungspotenzial bereitgestellt werden muss.A Idea of the above control unit and the high voltage unit exists in it, a setting of a high voltage potential over the Control unit dependent from that actually High voltage potential present in the high voltage unit make. A direct measurement of the high voltage potential in The high voltage unit is usually technically complex too realize as a reference potential for the high voltage potential must be provided.

Bei dem hier dargestellten Hochspannungssystem kann eine Angabe über das einzustellende Hochspannungspotenzial durch einen Stellwert vorgegeben werden. Die Einstellung des Hochspannungspotenzials auf den vorgegebenen Wert erfolgt durch Einstellen der Primärspannung abhängig von einer von der Hochspannungseinheit bereitgestellten Vergleichsgröße, die ein Ergebnis eines Vergleichs einer von dem Stellwert abhängigen Größe und einer entsprechenden aus dem anliegenden Hochspannungspotenzial abhängigen Größe angibt.at The high voltage system shown here can be an indication of the to be set high-voltage potential specified by a manipulated variable become. The setting of the high voltage potential to the specified Value is made by adjusting the primary voltage depending on one from the high voltage unit provided comparison quantity, the a result of a comparison of a variable dependent on the manipulated variable and a corresponding one indicates size dependent on the applied high voltage potential.

Weiterhin kann die Einrichtung zum Generieren der zweiten elektrischen Größe einen Spannungsteiler aufweisen.Farther For example, the means for generating the second electrical quantity may be one Have voltage divider.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Hochspannungseinheit als Röntgenröhre ausgebildet sein und eine Heizeinheit aufweisen, wobei weiterhin ein Stromwandler, z. B. in Form eines Transformators, vorgesehen ist, um eine Versorgungsspannung aus einem durch die Heizeinheit geführten Heizstrom zu generieren.According to one embodiment, the high voltage unit may be formed as an X-ray tube and having a heating unit, wherein further comprises a current transformer, for. B. in the form of a transfor mators, is provided to generate a supply voltage from a guided through the heating heater.

Insbesondere kann die Einrichtung zum Generieren der ersten elektrischen Größe einen opto-elektronischen Wandler und einen Tiefpassfilter umfassen, um ein geglättetes Steuersignal bereitzustellen.Especially For example, the means for generating the first electrical quantity may be one opto-electronic converter and a low pass filter include a smoothed one To provide control signal.

Es kann eine Referenzspannungseinheit vorgesehen sein, um eine Referenzspannung aus der Versorgungsspannung zu generieren, mit der der opto-elektronische Wandler versorgt wird.It a reference voltage unit may be provided to provide a reference voltage to generate from the supply voltage with which the opto-electronic Converter is supplied.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Hochspannungssystem zum Einstellen eines Hochspannungspotenzials vorgesehen. Das Hochspannungssystem umfasst die obige Hochspannungseinheit und die obige Steuereinheit.According to one Another aspect is a high voltage system for adjusting a High voltage potentials provided. The high voltage system includes the above high voltage unit and the above control unit.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Einstellen einer Spannung in einer Hochspannungseinheit vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • – Übertragen eines Übertragungssignals, das insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals bereitgestellt wird,
  • – Generieren einer ersten elektrischen Größe aus dem Übertragungssignal;
  • – Generieren einer zweiten elektrischen Größe aus einem in der Hochspannungseinheit bereitgestellten Hochspannungspotenzial;
  • – Vergleichen der elektrischen Größen und zum Generieren einer Vergleichsgröße abhängig von den elektrischen Größen;
  • – Übertragen der Vergleichsgröße insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals;
  • – Einstellen einer Primärspannung zum Erzeugen des Hochspannungspotenzials abhängig von der Vergleichsgröße.
In another aspect, a method of adjusting a voltage in a high voltage unit is provided. The method comprises the following steps:
  • Transmitting a transmission signal, which is provided in particular in the form of a non-electrical signal,
  • Generating a first electrical quantity from the transmission signal;
  • Generating a second electrical quantity from a high voltage potential provided in the high voltage unit;
  • Comparing the electrical quantities and generating a comparison quantity depending on the electrical quantities;
  • - transmitting the comparison variable, in particular in the form of a non-electrical signal;
  • - Setting a primary voltage for generating the high voltage potential depending on the comparison variable.

Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zum Einstellen einer Gitterspannung in einer Röntgenröhre.The single figure shows a device for adjusting a grid voltage in an x-ray tube.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt ein Röntgenröhrensystem 1 mit einer Steuereinheit 2, die mit der Röntgenröhre 3 über einen nicht elektrisch leitenden Übertragungsweg 4, z. B. in Form eines ersten und zweiten Lichtwellenleiters 20, 21 verbunden ist. Weiterhin erzeugt die Steuereinheit 2 ein Gitterpotenzial, das als Hochspannungspotenzial US der Röntgenröhre 3 zur Verfügung gestellt wird. Die Steuereinheit stellt den Niederspannungsabschnitt des Röntgenröhrensystems 1 dar. 1 shows an x-ray tube system 1 with a control unit 2 that with the x-ray tube 3 via a non-electrically conductive transmission path 4 , z. B. in the form of a first and second optical waveguide 20 . 21 connected is. Furthermore, the control unit generates 2 a grid potential, the high-voltage potential U S of the X-ray tube 3 is made available. The control unit provides the low voltage section of the X-ray tube system 1 represents.

Die Steuereinheit 2 umfasst eine Stellwertübertragungseinheit 5, die einen Stellwert S, der eine Führungsgröße darstellt, als Angabe für die einzustellende Gitterspannung UG in analoger oder digitaler Form empfängt und diesen in ein geeignetes Übertragungssignal S' zum Übertragen über den ersten Lichtwellenleiter 20 an die Röntgenröhre 3 wandelt. Das Übertragungssignal S' wird auf nicht elektrischem Wege an die Röntgenröhre 3 übertragen, um die Steuereinheit 2 und die Röntgenröhre 3 galvanisch voneinander zu trennen.The control unit 2 includes a manipulated variable transmission unit 5 which receives a manipulated variable S, which represents a reference variable, as an indication of the grating voltage U G to be set in analog or digital form and this in a suitable transmission signal S 'for transmission via the first optical waveguide 20 to the x-ray tube 3 converts. The transmission signal S 'is not electrically connected to the X-ray tube 3 transferred to the control unit 2 and the x-ray tube 3 to be galvanically separated from each other.

Die Übertragung des Übertragungssignals S' erfolgt beispielsweise mithilfe des Lichtwellenleiters 20, wobei der Ausgang der Stellwertübermittlungseinheit 5 mit einem elektro-optischen Wandler 22 gekoppelt ist. In dem elektro-optischen Wandler 22 wird das Übertragungssignal S' zu einem optischen Übertragungssignal gewandelt und über den ersten Lichtwellenleiter 20 an die Röntgenröhre 3 gesendet, wo das Steuersignal in einem opto-elektronischen Wandler 6 in der Röntgenröhre 3 empfangen wird. Der opto-elektronische Wandler 6 wandelt das empfangene optische Übertragungssignal in ein entsprechendes elektrisches Stellgrößensignal SE um.The transmission of the transmission signal S ', for example, using the optical waveguide 20 , wherein the output of the manipulated variable transmission unit 5 with an electro-optical converter 22 is coupled. In the electro-optical converter 22 the transmission signal S 'is converted to an optical transmission signal and transmitted via the first optical waveguide 20 to the x-ray tube 3 sent where the control signal in an opto-electronic converter 6 in the x-ray tube 3 Will be received. The opto-electronic converter 6 converts the received optical transmission signal into a corresponding electrical manipulated variable signal S E.

Das Übertragungssignal S' wird vorzugsweise durch Pulsweitenmodulation aus dem Stellwert S als digitales Signal erzeugt, wobei die zu übertragende Information in einem Tastverhältnis des Signals codiert sein kann.The transmission signal S 'is preferably generated by pulse width modulation from the manipulated variable S as a digital signal, the ones to be transferred Information in a duty cycle of the signal can be coded.

Der opto-elektronische Wandler 6 wird durch eine im Hochspannungsabschnitt der Röntgenröhre 3 erzeugten Referenzpotenzial VRef und ein entsprechendes Hilfs-Massepotential V0 betrieben, so dass am Ausgang des opto-elektronischen Wandlers 6 ein dem Übertragungssignal S' entsprechendes digitales Signal mit den Pegeln VRef und V0 gemäß dem Tastverhältnis anliegt.The opto-electronic converter 6 is by a high-voltage section of the X-ray tube 3 generated reference potential V Ref and a corresponding auxiliary ground potential V 0 , so that at the output of the opto-electronic converter 6 a digital signal corresponding to the transmission signal S 'with the levels V Ref and V 0 is applied according to the duty cycle.

Der Ausgang des opto-elektronischen Wandlers 6 wird einen Tiefpassfilter 7 in der Röntgenröhre 3 zugeführt, um ein geglättetes bzw. gefiltertes Steuersignal SF' zu erhalten. Das geglättete Steuersignal SF' entspricht einem Vergleichsspannungspegel und wird einem nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 8 in der Röntgenröhre 3 zugeführt. Der Tiefpassfilter 7 ist im vorliegenden Beispiel als Tiefpassfilter erster Ordnung ausgebildet und umfasst einen Serienwiderstand und eine Parallelkapazität.The output of the opto-electronic converter 6 becomes a low pass filter 7 in the x-ray tube 3 supplied to obtain a filtered control signal S F '. The smoothed control signal S F 'corresponds to a reference voltage level and becomes a non-inverting input of an operational amplifier 8th in the x-ray tube 3 fed. The low pass filter 7 is formed in the present example as a low-pass filter of the first order and includes a series resistor and a parallel capacitance.

Die Steuereinheit 2 umfasst weiterhin eine Treiberschaltung 9, die eine in ihrer Amplitude einstellbare Primärspannung UP auf Erd- bzw. Netzpotenzial erzeugt, die über einen entsprechenden Hochspannungstransformator 10 sekundärseitig in eine Hochspannung US umgewandelt wird. Der sekundärseitige Ausgang des Hochspannungstransformators 10 wird einer Gleichrichter- und Glättungseinheit 11 zugeführt, der ein von der Primärspannung UP der Treiberschaltung 9 abhängiges Sekundärpotenzial als der Röntgenröhre 3 bereitzustellendes Hochspannungspotenzial VS ausgibt.The control unit 2 further comprises a driver circuit 9 , which generates an amplitude-adjustable primary voltage U P at ground or mains potential, via a corresponding high-voltage transformer 10 secondary side is converted into a high voltage U S. The secondary-side output of Hochspannungstransfor mators 10 becomes a rectifier and smoothing unit 11 supplied, one of the primary voltage U P of the driver circuit 9 dependent secondary potential than the x-ray tube 3 to be provided high voltage potential V S.

Das Hochspannungspotenzial VS wird über einen ersten Widerstand R1 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8 angelegt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 8 ist weiterhin über einen Widerstand R2 mit dem Hilfs-Massepotenzial V0 verbunden. Ein Ausgang des Operationsverstärkers 8 ist weiterhin über eine Impedanz Z mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8 rückgekoppelt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 8 gibt eine Vergleichsgröße VS in Form eines Spannungspotenzials aus, die ein Ergebnis des Vergleichs der Spannungen an dem nicht invertierenden bzw. invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8 angibt.The high voltage potential V S is applied via a first resistor R 1 to the inverting input of the operational amplifier 8th created. The inverting input of the operational amplifier 8th is further connected via a resistor R 2 to the auxiliary ground potential V 0 . An output of the operational amplifier 8th is also via an impedance Z to the inverting input of the operational amplifier 8th fed back. The output of the operational amplifier 8th outputs a comparison quantity VS in the form of a voltage potential, which is a result of the comparison of the voltages at the noninverting or inverting input of the operational amplifier 8th indicates.

Die Vergleichsgröße VS wird über einen weiteren elektrooptischen Wandler 23 (entsprechend dem elektrooptischen Wandler 22) in ein optisches (vorzugsweise pulsweitenmoduliertes) Signal gewandelt, das über den zweiten Lichtwellenleiter 21 und über einen opto-elektronischen Wandler 24 der Steuereinheit 2 an die Treiberschaltung 9 der Steuereinheit 2 übermittelt wird. Zur einfachsten Fall ist die Vergleichsgröße eine Angabe darüber, ob eine positive oder negative Abweichung an den Eingängen des Operationsverstärkers 8 anliegt. Die mit Hilfe des weiteren elektrooptischen Wandlers 23 übertragene optische Vergleichsgröße VS gibt dann an, ob die einstellbare Primärspannung VP erhöht oder vermindert werden muss.The comparison variable VS is via a further electro-optical converter 23 (corresponding to the electro-optical converter 22 ) converted into an optical (preferably pulse width modulated) signal via the second optical waveguide 21 and via an opto-electronic converter 24 the control unit 2 to the driver circuit 9 the control unit 2 is transmitted. For the simplest case, the comparison quantity is an indication as to whether there is a positive or negative deviation at the inputs of the operational amplifier 8th is applied. The with the help of the further electro-optical converter 23 transmitted optical comparison variable VS then indicates whether the adjustable primary voltage V P must be increased or decreased.

Ist die Vergleichsgröße VS eine quantitative Angabe der Abweichung zwischen dem gefilterten Steuersignals SF' und des aus dem Hochspannungspotenzial VS gebildeten Spannungspotenzials VT, so kann in dem weiteren elektrooptischen Wandler 23 ein pulsweitenmoduliertes Lichtsignal generiert werden, dass die Angabe über die Höhe der Abweichung an die Steuereinheit übermittelt.If the comparison variable VS is a quantitative indication of the deviation between the filtered control signal S F 'and the voltage potential V T formed from the high-voltage potential V S , then in the further electro-optical converter 23 a pulse width modulated light signal are generated that transmits the indication of the amount of deviation to the control unit.

Die Treiberschaltung 9 generiert die Primärspannung UP zum Anlegen an den Hochspannungstransformator 10 abhängig von der über den zweiten Lichtwellenleiter 21 übermittelten Vergleichsgröße VS, d. h. die Amplitude der Primärspannung UP wird abhängig von US eingestellt.The driver circuit 9 generates the primary voltage U P for application to the high voltage transformer 10 depending on the over the second optical fiber 21 transmitted comparison variable VS, ie, the amplitude of the primary voltage U P is set depending on U S.

Die Vergleichsgröße VS kann in digitaler Weise an die Treiberschaltung 9 übertragen werden. Alternativ könnte die Vergleichsgröße VS durch geeignete Mittel auch in ein analoges Signal gewandelt oder in eine pulsweitenmodulierte Form gebracht werden, bevor es an die Steuereinheit 2 übertragen wird.The comparison variable VS can be sent to the driver circuit in a digital manner 9 be transmitted. Alternatively, the comparison variable VS could also be converted into an analog signal or brought into a pulse-width-modulated form by suitable means, before it is sent to the control unit 2 is transmitted.

Der erste Widerstand R1 und der zweite Widerstand R2 bilden einen Spannungsteiler, mit dem das sekundärseitige Hochspannungspotenzial VS geteilt wird, so dass die an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8 anliegende Spannung in dem von dem Hilfs-Massepotenzial V0 und dem Referenzpotenzial VRef gebildeten Spannungsbereich liegt. Üblicherweise beträgt die Spannung zwischen der Referenzspannung VRef und dem Hilfs-Massepotenzial V0 nur wenige Volt, wie z. B. 10 V. Bei einem Hochspannungspotenzial VS, das in einem Hochspannungsbereich von beispielsweise 5 kV bis 400 kV einstellbar sein soll, bedeutet dies ein Verhältnis R1/R2 von 40.000, so dass bei Anliegen eines Hochspannungspotenzials in dem oben angegebenen Bereich an einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 8, eine Spannung zwischen ca. V0 + 1,6 V und V0 + 10 V anliegt.The first resistor R 1 and the second resistor R 2 form a voltage divider, with which the secondary-side high-voltage potential V S is divided, so that at the inverting input of the operational amplifier 8th applied voltage in the voltage range formed by the auxiliary ground potential V 0 and the reference potential V Ref . Usually, the voltage between the reference voltage V Ref and the auxiliary ground potential V 0 is only a few volts, such. B. 10 V. At a high voltage potential V S , which should be adjustable in a high voltage range, for example, 5 kV to 400 kV, this means a ratio R 1 / R 2 of 40,000, so that when applying a high voltage potential in the range specified above an inverting input of the operational amplifier 8th , a voltage between approximately V 0 + 1.6 V and V 0 + 10 V is applied.

Zum Einstellen des Hochspannungspotenzials VS gemäß dem vorgegebenen Stellwert S generiert die Stellwertübertragungseinheit 5 ein pulsweitenmoduliertes Signal, das am Ausgang des optoelektronischen Wandlers 6 ein Steuersignal einwirkt, das durch den Tiefpassfilter 7 geglättet wird, so dass sich dort eine Spannung des geglätteten Steuersignals SF' entsprechend dem Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Übertragungssignals S' und dem Referenzpotenzial VRef, mit dem der optoelektronische Wandler 6 betrieben wird, ergibt. Mit diesem geglätteten Steuersignal SF' wird nun das geteilte Hochspannungspotenzial VT verglichen und eine entsprechende Vergleichsgröße VS am Ausgang des Operationsverstärkers 8 ausgegeben. Die Vergleichsgröße VS entspricht im Wesentlichen der Versorgungsspannung UB(VB – V0) für den Operationsverstärker 8, wenn das geglättete Steuersignal SF' größer ist als das Spannungspotenzial VT des geteilten Hochspannungssignals, und es ergibt sich für die Vergleichsgröße VS das Hilfs-Massepotenzial V0, wenn das Spannungspotenzial VT des geteilten Hochspannungspotenzials VS größer ist als das geglättete Steuersignal SF'. Die Vergleichsgröße VS entspricht somit einem digitalen Signal, das angibt, ob das Hochspannungspotenzial VS über oder unter dem von dem Stellwert S' angegebenen Potenzial liegt.For setting the high-voltage potential V S according to the predetermined control value S generates the manipulated variable transmission unit 5 a pulse width modulated signal at the output of the optoelectronic transducer 6 a control signal is applied by the low-pass filter 7 is smoothed, so that there is a voltage of the smoothed control signal S F 'according to the duty cycle of the pulse width modulated transmission signal S' and the reference potential V Ref , with which the optoelectronic converter 6 operated, results. With this smoothed control signal S F ', the divided high voltage potential V T is now compared and a corresponding comparison variable VS at the output of the operational amplifier 8th output. The comparison variable VS essentially corresponds to the supply voltage U B (V B -V 0 ) for the operational amplifier 8th if the smoothed control signal S F 'is greater than the voltage potential V T of the divided high voltage signal, and the comparison variable VS is the auxiliary ground potential V 0 if the voltage potential V T of the divided high voltage potential V S is greater than the smoothed control signal S F '. The comparison variable VS thus corresponds to a digital signal which indicates whether the high-voltage potential V S is above or below the potential indicated by the manipulated variable S '.

Die Treiberschaltung 9, die die Vergleichsgröße VS empfängt, ist derart ausgebildet, dass sie die Primärspannung UP zyklisch um einen bestimmten Betrag oder kontinuierlich erhöht, solange das Hochspannungspotenzial VS noch nicht das durch den Stellwert S vorgegebene Spannungspotenzial erreicht hat bzw. erniedrigt, wenn das Hochspannungspotenzial VS größer ist, als das durch den Stellwert S vorgegebene Spannungspotenzial.The driver circuit 9 , which receives the comparison variable V S , is designed such that it cyclically increases the primary voltage U P by a certain amount or continuously as long as the high-voltage potential V S has not yet reached or lowered the voltage potential predefined by the set value S if the high-voltage potential V S is greater than the predetermined by the control value S voltage potential.

Die Spannungsversorgung der in dem Hochspannungsabschnitt der Röntgenröhre 3 befindlichen Schaltungselemente erfolgt vorzugsweise über eine transformatorische Wandlung des durch eine Heizeinheit 19 der Röntgenröhre 3 fließenden Heizfadenstroms. Der Heizfadenstrom wird durch eine separate Heizversorgungsquelle 20 bereitgestellt. Die Wandlung erfolgt mithilfe eines geeigneten Stromwandlers, z. B. in Form eines weiteren Transformators 15 und einem Gleichrichter 16 in Form einer Diode, wodurch das Hilfs-Massepotenzial V0 und das Versorgungspotenzial VB bereitgestellt wird.The power supply in the high voltage section of the x-ray tube 3 located circuit elements preferably takes place via a transformational transformation of the by a heating unit 19 the X-ray tube 3 flowing filament current. The filament current is provided by a separate heating source 20 provided. The conversion is carried out by means of a suitable current transformer, z. B. in the form of another transformer 15 and a rectifier 16 in the form of a diode, whereby the auxiliary ground potential V 0 and the supply potential V B is provided.

Es ist weiterhin eine Referenzspannungseinheit 17 vorgesehen, die mit dem Versorgungspotenzial UB und dem Hilfs-Massepotenzial V0 versorgt wird, um das Referenzpotenzial VRef zu erzeugen. Referenzspannungseinheiten 17 sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Beispielsweise kann eine Zener-Diode in der Referenzspannungseinheit 17 verwendet werden, um ein konstantes Spannungspotential als Referenzpotenzial aus der von dem weiteren Transformator 15 bereitgestellten Versorgungsspannung VB – V0 zu erzeugen. Das Hilfs-Massepotenzial V0 nimmt über die Widerstände R1 und R2 das Potenzial VS ein.It is also a reference voltage unit 17 is provided, which is supplied with the supply potential U B and the auxiliary ground potential V 0 to generate the reference potential V Ref . Reference voltage units 17 are well known in the art. For example, a Zener diode in the reference voltage unit 17 used to provide a constant voltage potential as the reference potential from that of the other transformer 15 provided supply voltage V B - V 0 to produce. The auxiliary ground potential V 0 assumes the potential V S via the resistors R 1 and R 2 .

Der weitere Transformator 15 und der nachgeschaltete Gleichrichter 16 können beispielsweise bei einem angenommenen Heizfadenstrom von 2 A bis 10 A eine gleichgerichtete und geglättete Spannung (durch den Kondensator) von 10 V bei 10 mA Versorgungsstrom liefern. Die Schaltungselemente in der Röntgenröhre 3, nämlich der optoelektronische Wandler 6, der Tiefpassfilter 7, die Widerstände R1, R2, die Impedanz Z, der Operationsverstärker 8 sowie der elektrooptische Wandler 23 sind vorzugsweise nahe des Gitters der Röntgenröhre 3 angeordnet bzw. desjenigen Teils in der Röntgenröhre 3, an dem das Hochspannungspotenzial angelegt ist. Da der Vergleich des durch die Steuergröße SF' angegebenen Hochspannungspotenzials mit dem tatsächlich an die Röntgenröhre 3 angelegte Hochspannungspotenzial VS am Ort der Hochspannung erfolgt, ohne dass eine Übertragung einer Angabe über das Hochspannungspotenzial nach extern erforderlich ist, können Störungen aufgrund des Fehlens einer diesbezüglichen Übertragungsstrecke weitgehend ausgeschlossen werden.The further transformer 15 and the downstream rectifier 16 For example, assuming a filament current of 2 A to 10 A, they can provide a rectified and smoothed voltage (through the capacitor) of 10 V at 10 mA supply current. The circuit elements in the x-ray tube 3 namely, the opto-electronic converter 6 , the low pass filter 7 , the resistors R 1 , R 2 , the impedance Z, the operational amplifier 8th and the electro-optical converter 23 are preferably near the grid of the x-ray tube 3 arranged or that part in the X-ray tube 3 where the high voltage potential is applied. Since the comparison of the high voltage potential indicated by the control variable S F 'with the actual to the X-ray tube 3 applied high voltage potential V S at the location of the high voltage, without a transmission of an indication of the high voltage potential is required externally, interference due to the lack of a relevant transmission line can be largely excluded.

Da die Übertragung der Stellgröße S' zwischen der Steuereinheit 2 und der Röntgenröhre 3 auf nicht elektrischem Wege, wie z. B. über den Lichtwellenleiter 4 erfolgt bzw. da die Vergleichsgröße ebenfalls auf nicht elektrischem Wege zurück an die Steuereinheit 2, nämlich zu der Treiberschaltung 9, auf nicht elektrischem Weg übertragen wird, sind dadurch Einflüsse von Störsignalen aufgrund von EMV-Einwirkungen weitgehend ausgeschlossen.Since the transmission of the manipulated variable S 'between the control unit 2 and the X-ray tube 3 non-electrical ways, such. B. via the optical waveguide 4 takes place or because the comparison size also on non-electrical ways back to the control unit 2 namely to the driver circuit 9 , is transmitted by non-electrical means, thereby influences of interference due to EMC effects are largely excluded.

Die Erfindung ist nicht auf Röntgenröhren beschränkt, sondern kann auf beliebige Hochspannungssysteme angewendet werden, in denen eine Spannungsquelle auf Hochspannungsniveau eingestellt werden muss.The Invention is not limited to x-ray tubes, but Can be applied to any high-voltage systems in which a voltage source can be set to high voltage level got to.

11
RöntgenröhrensystemX-ray tube system
22
Steuereinheitcontrol unit
33
RöntgenröhreX-ray tube
44
Übertragungsstreckentransmission lines
55
StellgrößenübermittlungseinheitManipulated variable transmission unit
66
Opto-elektronischer WandlerOptoelectronic converter
77
TiefpassfilterLow Pass Filter
88th
Operationsverstärkeroperational amplifiers
99
Treiberschaltungdriver circuit
1010
HochspannungstransformatorHigh Voltage Transformer
1111
Gleichrichter- und Glättungseinheitrectifier and smoothing unit
1515
weiterer TransformatorAnother transformer
1616
Gleichrichterrectifier
1717
ReferenzspannungseinheitReference voltage unit
1919
Heizeinheitheating unit
2020
erster Lichtwellenleiterfirst optical fiber
2121
zweiter Lichtwellenleitersecond optical fiber
2222
elektrooptischer Wandlerelectro-optical converter
2323
elektrooptischer Wandlerelectro-optical converter
2424
opto-elektronischer Wandleroptoelectronic converter
2626
HeizversorgungsquelleHeizversorgungsquelle

Claims (10)

Steuereinheit (2) zum Einstellen eines Hochspannungspotenzials in einer Hochspannungseinheit: (3), umfassend: – eine Einrichtung (22) zum Übermitteln eines Stellwerts insbesondere auf nicht elektrischem Weg; – eine Einrichtung (24) zum Empfangen einer Vergleichsgröße (VS), die insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals übermittelt wird, – eine Treibereinheit (9) zum Bereitstellen einer Primärspannung abhängig von der Vergleichsgröße; – einen Hochspannungstransformator (10) zum Generieren des Hochspannungspotenzials als Sekundärspannung aus der Primärspannung.Control unit ( 2 ) for setting a high voltage potential in a high voltage unit: ( 3 ), comprising: - a facility ( 22 ) for transmitting a control value, in particular by non-electrical means; - An institution ( 24 ) for receiving a comparison variable (VS), which is transmitted in particular in the form of a non-electrical signal, - a driver unit ( 9 ) for providing a primary voltage depending on the comparison quantity; A high voltage transformer ( 10 ) for generating the high voltage potential as a secondary voltage from the primary voltage. Steuereinheit (2) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Übermitteln eines Stellwerts einen elektrooptischen Wandler und/oder die Einrichtung zum Empfangen der Vergleichsgröße einen opto-elektronischen Wandler umfassen.Control unit ( 2 ) according to claim 1, wherein the means for transmitting a control value comprises an electro-optical converter and / or the means for receiving the comparison variable comprise an opto-electronic converter. Steuereinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei eine Gleichrichter- und Glättungseinheit (11) vorgesehen ist, um eine Ausgangsspannung des Hochspannungstransformators (10) in das Hochspannungspotenzial gleichzurichten und zu glätten.Control unit ( 2 ) according to one of claims 1 and 2, wherein a rectifying and smoothing unit ( 11 ) is provided to an output voltage of the high voltage transformer ( 10 ) to rectify and smooth the high voltage potential. Hochspannungseinheit (3) umfassend: – eine Einrichtung (6, 7) zum Empfangen eines Übertragungssignals, das insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals bereitgestellt wird, und zum Generieren einer ersten elektrischen Größe aus dem Übertragungssignal; – eine Einrichtung (R1, R2) zum Generieren einer zweiten elektrischen Größe aus einem der Hochspannungseinheit bereitgestellten Hochspannungspotenzial; – einen Vergleicher (8) zum Vergleichen der elektrischen Größen und zum Generieren einer Vergleichsgröße (VS); – eine Einrichtung (23) zum Übermitteln der Vergleichsgröße insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals.High voltage unit ( 3 ) comprising: - a facility ( 6 . 7 ) for receiving a transmission signal, which is provided in particular in the form of a non-electrical signal, and for generating a first electrical variable the transmission signal; - means (R1, R2) for generating a second electrical quantity from a high voltage potential provided to the high voltage unit; - a comparator ( 8th ) for comparing the electrical quantities and for generating a comparison variable (VS); - An institution ( 23 ) for transmitting the comparison variable, in particular in the form of a non-electrical signal. Hochspannungseinheit (3) nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung (R1, R2) zum Generieren der zweiten elektrischen Größe einen Spannungsteiler aufweist.High voltage unit ( 3 ) according to claim 4, wherein the means (R1, R2) for generating the second electrical variable comprises a voltage divider. Hochspannungseinheit (3) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Hochspannungseinheit (3) als Röntgenröhre ausgebildet ist und eine Heizeinheit (19) aufweist, wobei weiterhin ein Stromwandler (15) vorgesehen ist, um eine Versorgungsspannung aus einem durch die Heizeinheit (19) geführten Heizstrom zu generieren.High voltage unit ( 3 ) according to claim 4 or 5, wherein the high voltage unit ( 3 ) is designed as an X-ray tube and a heating unit ( 19 ), wherein furthermore a current transformer ( 15 ) is provided to supply a supply voltage from a by the heating unit ( 19 ) to generate guided heating current. Hochspannungseinheit (3) nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei die Einrichtung (6, 7) zum Generieren der ersten elektrischen Größe einen opto-elektronischen Wandler (6) und einen Tiefpassfilter (7) umfasst, um ein geglättetes Steuersignal bereitzustellen.High voltage unit ( 3 ) according to one of claims 5 and 6, wherein the device ( 6 . 7 ) for generating the first electrical variable, an opto-electronic converter ( 6 ) and a low-pass filter ( 7 ) to provide a smoothed control signal. Hochspannungseinheit (3) nach Anspruch 7, wobei eine Referenzspannungseinheit (17) vorgesehen ist, um eine Referenzspannung aus der Versorgungsspannung zu generieren, mit der der opto-elektronische Wandler (6) versorgt wird.High voltage unit ( 3 ) according to claim 7, wherein a reference voltage unit ( 17 ) is provided to generate a reference voltage from the supply voltage with which the opto-electronic converter ( 6 ) is supplied. Hochspannungssystem zum Einstellen einer Spannung auf Hochspannungsniveau, umfassend: – eine Hochspannungseinheit (3) nach einem der Ansprüche 4 bis 8; und – eine Steuereinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.A high voltage system for setting a high voltage voltage, comprising: - a high voltage unit ( 3 ) according to any one of claims 4 to 8; and a control unit ( 2 ) according to one of claims 1 to 3. Verfahren zum Einstellen einer Spannung in einer Hochspannungseinheit, mit folgenden Schritten: – Übertragen eines Übertragungssignals, das insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals bereitgestellt wird, – Generieren einer ersten elektrischen Größe aus dem Übertragungssignal; – Generieren einer zweiten elektrischen Größe aus einem der Hochspannungseinheit (3) bereitgestellten Hochspannungspotenzial (US); – Vergleichen der elektrischen Größen und zum Generieren einer Vergleichsgröße (VS) abhängig von den elektrischen Größen; – Übertragen der Vergleichsgröße (VS) insbesondere in Form eines nicht elektrischen Signals; – Einstellen einer Primärspannung (UP) zum Erzeugen des Hochspannungspotenzials (UP) abhängig von der Vergleichsgröße (VS).Method for setting a voltage in a high-voltage unit, comprising the following steps: - transmitting a transmission signal, which is provided in particular in the form of a non-electrical signal, - generating a first electrical variable from the transmission signal; Generating a second electrical variable from one of the high voltage unit ( 3 ) provided high voltage potential (U S ); Comparing the electrical quantities and generating a comparison variable (VS) depending on the electrical quantities; - transmitting the comparison variable (VS), in particular in the form of a non-electrical signal; - Setting a primary voltage (U P ) for generating the high voltage potential (U P ) depending on the comparison variable (VS).
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