DE102020211542A1

DE102020211542A1 - Leistungsversorgungseinrichtung für eine Röntgenbildgebungseinrichtung, Röntgenbildgebungseinrichtung und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102020211542A1
Application number: DE102020211542.7A
Authority: DE
Inventors: Jan Berk; Michael Wimmer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2022-03-17
Also published as: US20220086997A1; US11558951B2; CN114176613A

Abstract

Leistungsversorgungseinrichtung für eine insbesondere medizinische Röntgenbildgebungseinrichtung, wobei die Leistungsversorgungeinrichtung aufweist:- ein Netzanschlussmittel zum Anschluss an ein eine Eingangswechselspannung bereitstellendes Stromnetz, welches wenigstens eine unterhalb eines Sicherheitsstroms nicht auslösende Sicherungsanordnung aufweist,- eine aktiv ansteuerbare Wandleranordnung, insbesondere umfassend einen Gleichrichter und einen Aufwärtswandler, zum Umwandeln der Eingangswechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung als Versorgungsspannung für die Röntgenbildgebungseinrichtung,- einen elektrischen Energiespeicher, und- eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Wandleranordnung zur Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz in Abhängigkeit von dem Sicherheitsstrom und zur Bereitstellung fehlender Bedarfsleistung für die Röntgenbildgebungseinrichtung aus dem Energiespeicher, wobei die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Wandleranordnung zur zeitabhängigen Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz gemäß einem, insbesondere auf einen Netzstromfluss aus dem Stromnetz bezogenen, Strom-Zeit-Profil ausgebildet ist, wobei das Strom-Zeit-Profil aus einem zeitlichen Auslöseprofil der Sicherungsanordnung, welches insbesondere eine bei andauernder Überbelastung auslösende, thermische Sicherung berücksichtigt, hergeleitet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsversorgungseinrichtung für eine insbesondere medizinische Röntgenbildgebungseinrichtung, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung aufweist:

- ein Netzanschlussmittel zum Anschluss an ein eine Eingangswechselspannung bereitstellendes Stromnetz, welches wenigstens eine unterhalb eines Sicherheitsstroms nicht auslösende Sicherungsanordnung aufweist,
- eine aktiv ansteuerbare Wandleranordnung, insbesondere umfassend einen Gleichrichter und einen Aufwärtswandler, zum Umwandeln der Eingangswechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung als Versorgungsspannung für die Röntgenbildgebungseinrichtung,
- einen elektrischen Energiespeicher, und
- eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Wandleranordnung zur Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz in Abhängigkeit von dem Sicherheitsstrom und zur Bereitstellung fehlender Bedarfsleistung für die Röntgenbildgebungseinrichtung aus dem Energiespeicher.

Daneben betrifft die Erfindung eine Röntgenbildgebungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Leistungsversorgungseinrichtung.
Die Röntgenbildgebung ist eine seit langer Zeit etablierte Modalität, insbesondere in der Medizintechnik. Röntgenbildgebungseinrichtungen (Röntgengeräte) weisen die Besonderheit auf, dass in der elektrischen Leistungsaufnahme starke Lastschwankungen bestehen. Beispielsweise nimmt eine Röntgenbildgebungseinrichtung im Bereitschaftsmodus lediglich eine relativ kleine und weitgehend konstante Grundlast aus dem Stromnetz auf. Wird allerdings eine Röntgenaufnahme durchgeführt, entsteht eine sehr hohe Spitzenlast für einen sehr kurzen Zeitraum, die ebenso vom Stromnetz geliefert werden muss. Diese Spitzenlast tritt auf, um, insbesondere mithilfe einer Röntgenröhre oder einer anderen Röntgenstrahlerkomponente der Röntgenbildgebungseinrichtung, einen Röntgenpuls zur Bildaufnahme zu erzeugen.
Diese Anforderungen werden im Stand der Technik durch Bereitstellung eines geeigneten Versorgungsanschlusses des Stromnetzes erfüllt. Hierzu muss allerdings oftmals am Ort der geplanten Installation der Röntgenbildgebungseinrichtung eine Anpassung des Stromnetzes erfolgen, beispielsweise hinsichtlich verstärkter Absicherungsmaßnahmen und vergrößerter Leitungsquerschnitte. Dies hat zusätzlichen Aufwand. Eine Unterbrechung der Arbeitsabläufe und damit und zusätzliche Kosten zur Folge. So kann es dadurch eine Hemmschwelle darstellen, wenn eine medizinische Einrichtung, beispielsweise ein Krankenhaus oder eine Arztpraxis, auf ein Röntgengerät höherer Leistung umsteigen möchte.
Denn bereits bei Röntgenstrahlern, die mit kleinen Spitzenleistungen auskommen, beispielsweise bei Mammographiegeräten, ist eine übliche, gängige Schutzkontaktsteckdose für den Betrieb der Röntgenbildgebungseinrichtung nicht ausreichend und es müssen Änderungen in der stromnetzseitigen Installation vorgenommen werden.
Um diesen Problemen entgegenzuwirken, wurde im Stand der Technik beispielsweise vorgeschlagen, Röntgenbildgebungseinrichtungen mit einer Energiespeicherfunktion zu verwenden, die die benötigte Spitzenenergie puffert. Hierbei wird ein zusätzlicher elektrischer Energiespeicher in der Röntgeneinrichtung vorgesehen, wobei mittels einer Steuereinrichtung eine von den übrigen Komponenten der Röntgenbildgebungseinrichtung angeforderte Bedarfsleistung immer dann, wenn diese eine aus dem Stromnetz bereitstellbare Netzleistung überschreitet, teilweise aus dem Energiespeicher und teilweise aus dem Stromnetz gedeckt wird. Dabei wird die aus dem Stromnetz maximal entnehmbare Netzleistung durch die Steuereinrichtung üblicherweise so beschränkt, dass netzseitig vorgesehene Absicherungsmaßnahmen, beispielsweise eine wenigstens eine Sicherung umfassende Sicherungsanordnung, nicht auslösen. Bezüglich solcher Sicherungsanordnungen ist es bekannt, einen zugehörigen Sicherheitsstrom, der auch als Nennstrom bzw. garantierter Mindesthaltestrom bezeichnet wird, anzugeben, bei dem sichergestellt ist, dass die Sicherungsanordnung nicht auslöst und die Stromversorgung kappt. Zur Realisierung einer derartigen Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz auf eine bestimmte Netzleistung ist es beispielsweise bekannt, eine aktiv ansteuerbare Wandleranordnung einer entsprechenden Leistungsversorgungseinrichtung für die Röntgenbildgebungseinrichtung derart anzusteuern, dass der Strom im Stromnetz den Sicherheitsstrom nicht überschreitet. Dieser Eingriff kann beispielsweise als Teil einer Regelung der Wandleranordnung realisiert werden, die auch der Leistungsfaktorkorrektur (Power factor correction - PFC) dient. Als derartige Wandleranordnungen können beispielsweise eine Folge von einem Brückengleichrichter und einem Aufwärtswandler oder auch einem Sperrwandler verwendet werden. Relevant ist hier, dass eine ansteuerbare Wandlertopologie existiert. In anderen Lösungsansätzen wurde im Stand der Technik auch vorgeschlagen, eine zusätzliche, externe unterbrechungsfreie Stromversorgung zwischen der Röntgenbildgebungseinrichtung und dem Stromnetz vorzusehen.
DE 10 2010 042 565 A1 offenbart beispielhaft eine Vorrichtung zur Versorgung eines bildgebenden medizinischen Geräts mit elektrischer Energie, wobei die Vorrichtung derart konzipiert ist, dass das bildgebende medizinische Gerät allein mit der von einem Ladegerät zur Verfügung gestellten Betriebsgleichspannung, mit der von dem Ladegerät und einem Energiespeicher zur Verfügung gestellten Betriebsgleichspannung oder allein mit der von dem Energiespeicher zur Verfügung gestellten netzunabhängigen Betriebsgleichspannung betrieben werden kann. Als Energiespeicher werden Lithium-Ionen-Akkumulatoren verwendet, wobei es die dortige Vorrichtung erlaubt, ein Röntgengerät an einem üblichen Versorgungsanschluss eines Stromnetzes zu betreiben, ohne das Stromnetz übergebührend belasten zu müssen. Insbesondere ist das Röntgengerät an einem normalen dreiphasigen 16 Ampere-Hausanschluss betreibbar, wobei 16A einen beispielshaften Sicherheitsstrom darstellen.
DE 103 55 424 A1 beschreibt ein Röntgengerät mit Mitteln zur Speicherung von Energie, die eine Ultra-Kapazität umfassen, um Defizite in der aus einem Energieversorgungsnetz entnehmbaren Energie auszugleichen.
DE 10 2009 010 219 A1 betrifft ein bildgebendes Tomographiegerät, welches einen Energiespeicher nutzt, um den Betrieb des Tomographiegeräts ohne spezielle Maßnahmen unter Verwendung des normalen Hausanschlusses beim Kunden zu ermöglichen. Das Stromnetz beim Kunden muss daher nicht mehr an die maximal benötigte Leistung im Hochleistungsbetrieb durch Verlegen höher abgesicherter Leitungen angepasst werden.
Gerade im Bereich von Röntgenbildgebungseinrichtungen, bei denen nur kurzzeitig Spitzenleistungen abgerufen werden müssen, bieten sich Kondensatoren, insbesondere auch Superkondensatoren (Supercaps), als Energiespeicher an, nachdem diese schnell auf- und entladbar sind. Jedoch ist es wünschenswert, diese aus Kosten-, Bauraum- und Aufwandsgründen klein zu dimensionieren. Andere, schnell auflad- und entladbare Speichertechnologien, beispielsweise Akkumulatoren, sind ebenso teuer und komplex zu realisieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ausnutzung des Stromnetzes bei Röntgenbildgebungseinrichtungen zu ermöglichen und/oder günstige realisierte Energiespeicher zu erlauben.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß eine Leistungsversorgungseinrichtung, eine Röntgenbildgebungseinrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Leistungsversorgungseinrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei einer Leistungsversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Wandleranordnung zur zeitabhängigen Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz gemäß einem, insbesondere auf einen Netzstromfluss aus dem Stromnetz bezogenen, Strom-Zeit-Profil ausgebildet ist, wobei das Strom-Zeit-Profil aus einem zeitlichen Auslöseprofil der Sicherungsanordnung, welches insbesondere eine bei andauernder Überbelastung auslösende, thermische Sicherung berücksichtigt, hergeleitet ist.
Es wird ausgegangen von einer klassischen Leistungsversorgungseinrichtung, deren aktiv ansteuerbare Wandleranordnung insbesondere nicht nur der zumindest zwischenzeitlichen Gleichrichtung der Eingangswechselspannung aus dem Stromnetz dient, um eine Ausgangsgleichspannung als Versorgungsspannung bereitzustellen, sondern auch zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC) dienen kann. Entsprechend ist die Steuereinrichtung mit besonderem Vorteil zur Ansteuerung der Wandleranordnung zur Leistungsfaktorkorrektur und/oder zur Regelung der Wandleranordnung hinsichtlich einer Vorgabespannung für die Ausgangsgleichspannung ausgebildet. Einer derartigen grundlegenden Regelung überlagert wird nun ein Strom-Zeit-Profil, das in der Steuereinrichtung abgelegt oder durch Bauteile umgesetzt sein kann, genutzt, welches letztlich einen aus dem Stromnetz ziehbaren Grenzstrom zeitabhängig beschreibt. Das bedeutet, es wird nicht länger ein Sicherheitsstrom, mithin ein garantierter Mindesthaltestrom, der für beliebige Zeit aus dem Stromnetz gezogen werden kann, ohne dass die Sicherungsanordnung auslöst, verwendet, sondern stattdessen ein zeitlich variabler Grenzstrom herangezogen, der sich gemäß einem Auslöseprofil der Sicherungsanordnung ergibt. Dabei werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung letztlich zwei Erkenntnisse kombiniert. Zum einen weisen gängige Sicherungsanordnungen, welche als Sicherungen beispielsweise Leistungsschutzschalter aufweisen können, unterschiedliche Mechanismen auf, die, in Zusammenschau betrachtet, ein zeitliches Auslöseprofil für den mittleren Strom (insbesondere RMS-Strom) im Stromnetz durch die Sicherungsanordnung definieren. Ein erster solcher Mechanismus kann ein magnetischer Sicherungsmechanismus sein, der bei Überschreiten eines bestimmten, festen Auslösestroms, der meist deutlich höher als der Sicherheitsstrom ist, auslöst. Der zweite Mechanismus kann ein thermischer Mechanismus sein, der vor einer Überhitzung schützen soll und dessen zur Auslösung benötigter Strom durch die Sicherungsanordnung mit der Zeit abnimmt und sich insbesondere dem Sicherheitsstrom, gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines Sicherheitsabstands, annähert. Dabei sei angemerkt, dass selbstverständlich diese Auslösecharakteristika der unterschiedlichen Mechanismen im Allgemeinen durch Toleranzbereiche ermittelt werden, wobei zur Sicherheit hier die untere Grenze des Toleranzbereichs, also der niedrigst mögliche Auslösestrom, als Auslöseprofil betrachtet werden kann. Als Auslöseprofil für die Sicherungsanordnung ergibt sich zeitlich betrachtet also die Möglichkeit, für einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise einige Sekunden, einen deutlich höheren Netzstrom aus dem Stromnetz zu ziehen als es gemäß des Sicherheitsstromes als Nennstrom möglich wäre. Für übliche, bekannte Sicherungsanordnungen in Deutschland beträgt der Sicherheitsstrom üblicherweise in Einphasennetzen, wie auch bereits im zitierten Stand der Technik angedeutet, 16 A. Durch die Analyse der Sicherungsanordnung ergibt sich jedoch, dass es beispielsweise in den ersten fünf Sekunden der starken, insbesondere einen Schwellwert überschreitenden Belastung des Stromnetzes durchaus möglich ist, ohne Auslösen der Sicherungsanordnung ein mehrfaches, beispielsweise bis zu dem Fünffachen des Sicherheitsstroms, aus dem Stromnetz zu ziehen. Dem steht die zweite Erkenntnis der vorliegenden Erfindung gegenüber, dass bei Röntgenbildgebungseinrichtungen Spitzenleistungen meist nur für recht kurze Zeiträume benötigt werden, insbesondere dann, wenn Röntgenpulse ausgegeben werden sollen.
Beachtet man also das tatsächliche zeitliche Auslöseprofil der Sicherungsanordnung in Zusammenhang mit den kurzen Spitzenleistungs-Zeitskalen bei Röntgenbildgebungseinrichtungen, kann das beschriebene Zeitfenster, in dem höhere Netzströme aus dem Stromnetz gezogen werden können, ohne dass die Sicherungsanordnung auslöst, genutzt werden, um die insgesamt aus dem Stromnetz ziehbare Energie zu erhöhen. Mit anderen Worten kann das Strom-Zeit-Profil für niedrige Zeitwerte einen den Sicherheitsstrom, insbesondere um wenigstens das Zweifache, überschreitenden Grenzstrom beschreiben und/oder sich für höhere Zeitwerte einem durch den Sicherheitsstrom beschriebenen Grenzstrom zumindest annähern. Dabei ist es selbstverständlich denkbar, das Auslöseprofil, je nachdem wie es betrachtet wird, möglichst vollständig auszunutzen, denkbar ist es jedoch auch, dass das Strom-Zeit-Profil für jeden Zeitpunkt und/oder jedes Zeitintervall einen insbesondere um einen prozentualen Sicherheitsabstand niedrigeren Netzstrom als einen Auslösestrom des Auslöseprofils zu diesem Zeitpunkt beschreibt. Allgemein formuliert stellt also das Strom-Zeit-Profil im Wesentlichen Grenzstromwerte für unterschiedliche Zeitpunkte/Zeitintervalle bereit, die eine temporäre Überschreitung des Sicherheitsstroms durch die Sicherungsanordnung erlauben und somit eine größere Leistungsentnahme und somit Energieentnahme für kürzere Zeiträume aus dem Stromnetz erlaubt. Das grenzwertige Ausnutzen der Auslösecharakteristik der Sicherungsanordnung liefert mithin einen Energie-Mehrwert, der vor allem die Dimensionierung des Energiespeichers kosten-, gewicht- und bauraumgünstig beeinflusst, insbesondere was die Verwendung von Kondensator-Energiespeichern (Elektrolytkondensatoren oder Superkondensatoren) angeht. Das bedeutet, im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Energiespeicher ein Kondensator ist, da sich hier die kurzzeitigen Gewinne an Energie aus dem Stromnetz besonders auszahlen und in der Ausgestaltung bemerkbar machen, insbesondere zu starken Einsparungen hinsichtlich der Dimensionierung (Kapazität, Baugröße, ...) führen können. Mit besonderem Vorteil wird dabei ein ausgangsseitiger Kondensator der Wandleranordnung als der Energiespeicher verwendet.
Mit anderen Worten schafft die vorliegende Erfindung eine Regelung einer Wandlereinrichtung nach einer vorgebbaren Strom-Zeit-Charakteristik (dem Strom-Zeit-Profil) zur grenzwertigen Vermeidung der Auslösung einer stromnetzseitigen Sicherungsanordnung, die eine minimale Dimensionierung von Kondensator-Energiespeichern erlaubt. Insbesondere ist es im besonderen Vorteil möglich, lediglich den ausgangsseitigen Kondensator der Wandleranordnung als Energiespeicher zu nutzen.
Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass die erfindungsgemäße Leistungsversorgungseinrichtung auch bei anderen Anwendungen, mithin Verbrauchereinrichtungen, eingesetzt werden kann, bei denen eher kurzzeitige Spitzenleistungen als Bedarfsleistungen im Vergleich zu einer relativ niedrigen Grundleistung als Bedarfsleistung auftreten. Als Beispiel hierfür seien Schweißgeräte genannt.
Für Röntgenbildgebungseinrichtungen kann die vorliegende Erfindung als eine Fortbildung von Ausgestaltungen verstanden werden, die einen Betrieb von Röntgenbildgebungseinrichtungen auch an normalen Hausanschlüssen erlauben. Denn dies ist auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich problemlos möglich, nachdem der aufgenommene Strom bzw. die aufgenommene Leistung aus dem Stromnetz durch das spezielle Regelverfahren so gedrosselt wird, dass unterhalb der Auslösecharakteristik der in der Hausinstallation eingebauten Sicherungsanordnung geblieben wird. Das bedeutet, der von dem Netzanschlussmittel der Leistungsversorgungseinrichtung genutzte Netzanschluss wird elektrisch nicht überlastet und der stromnetzseitige Netzanschluss muss nicht angepasst werden. Dabei sei hervorgehoben, dass in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Strom-Zeit-Profil benutzerseitig auf verschiedene Auslöseprofile anpassbar sein kann, so dass es letztendlich gemäß dem geplanten Installationsort für die Röntgenbildgebungseinrichtung passend wählbar ist. Mit anderen Worten kann zweckmäßigerweise jedes beliebige Strom-Zeit-Profil eingestellt werden.
Allgemein wird bei der vorliegenden Erfindung die für eine Röntgenaufnahme benötigte Leistung bzw. Energie nur zu einem Teil während des Aufnahmeprozesses aus dem Stromnetz aufgenommen. Die Differenz wird aus dem Energiespeicher bereitgestellt, wobei durch die vorliegende Erfindung der eingebaute Energiespeicher mit seinen Energiespeichereigenschaften aufgrund der besseren Ausnutzung des Stromnetzes kleiner dimensioniert werden kann. Bezüglich des Energiespeichers sei noch angemerkt, dass auch die Abhängigkeit der Röntgenbildgebungseinrichtung vom Netzinnenwiderstand und von der Netzqualität sinkt, da während einer Röntgenaufnahme die benötigte Energie aus dem internen Energiespeicher gewonnen werden kann.
Hinsichtlich der Wandleranordnung ist es erfindungsgemäß zwar bevorzugt, einen Gleichrichter, insbesondere einen Brückengleichrichter, mit nachgeschaltetem Aufwärtswandler (Hochsetzsteller) zu verwenden, wesentlich ist jedoch, dass in der Leistungsversorgungseinrichtung eine Topologie vorliegt, in der mit aktiven Schaltelementen die Stromaufnahme und somit Leistungsaufnahme aktiv begrenzt bzw. beeinflusst werden kann.
Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass der Wandleranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung auch wenigstens eine weitere Wandlereinrichtung nachgeschaltet werden kann, welche beispielsweise die Ausgangsgleichspannung, welche im Bereich von 380 bis 750 V liegen kann, in eine Betriebswechselspannung eines Röntgenstrahlers und gegebenenfalls weiterer Komponenten der Röntgenbildgebungseinrichtung, beispielsweise im Bereich von 40 bis 140 kW, umwandelt.
In einer konkreten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eine Regeleinheit zur Bereitstellung einer Steuergröße, insbesondere eines Tastgrads einer Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung eines Schaltelements, an die Wandleranordnung in Abhängigkeit wenigstens einer ersten Messgröße, insbesondere umfassend die Ausgangsgleichspannung des Spannungswandlers, und eine Anpassungseinheit zur Voranpassung wenigstens einer der wenigstens einen ersten Messgröße zur Umsetzung des Strom-Zeit-Profils aufweist. Eine derartige Anpassungseinheit kann auch als eine Shaper-Einheit verstanden werden, da sie letztlich den Verlauf der bzw. einer ersten Messgröße geeignet so anpasst, dass die gewünschte Strombegrenzung für den Netzstrom durch die Regelung in der Regeleinheit eintritt. Es wird mithin vorgeschlagen, eine erste Messgröße, die einen Eingangswert der Regelung darstellt, anzupassen, so dass die sonstige Regelstrategie und auch die konkrete Ausgestaltung der Regeleinheit vollkommen unverändert bleiben kann. Dies ist von besonderem Vorteil bei einer analogen Ausgestaltung der Regeleinheit, da dann die Regeleinheit völlig unverändert bleiben kann und die Steuereinrichtung insgesamt dennoch die gewünschte Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz ermöglich. Doch auch bei einer digitalen Regelung, die beispielsweise über einen Regelalgorithmus umgesetzt wird, können letztlich die bisherigen Bestandteile des Regelalgorithmus unverändert bleiben, wenn lediglich ein die Anpassungseinheit umsetzender Algorithmusabschnitt hinzugefügt wird, der den Wert der ersten Messgröße gemäß dem Strom-Zeit-Profil voranpasst. Die Anpassungseinheit kann dabei beispielsweise zwischen eine Messeinrichtung, beispielsweise eine Abgriffstelle, der ersten Messgröße und die Regeleinheit geschaltet sein.
Eine Weiterbildung in diesem Kontext sieht vor, dass die Leistungsversorgungseinrichtung eine Messeinrichtung zur Aufnahme wenigstens einer die aktuelle Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz beschreibenden zweiten Messgröße, insbesondere des in der Wandleranordnung fließenden Netzstroms und/oder eines diesen beschreibenden Messstroms, aufweist, wobei die Anpassungseinheit zur Auswertung der zweiten Messgröße zur Anpassung wenigstens einer der wenigstens einen ersten Messgröße zur Umsetzung des Strom-Zeit-Profils ausgebildet ist. Beispielsweise ist es also denkbar, den Netzstrom bzw. einen diesen beschreibenden Messstrom in der Wandleranordnung zu vermessen, mit dem Strom-Zeit-Profil analog und/oder digital abzugleichen und eine entsprechende Modifikation der ersten Messgröße vorzunehmen, um das Strom-Zeit-Profil in der Anpassungseinheit konkret umzusetzen. Ein Strom bietet sich dabei als eine der wenigstens einen zweiten Messgröße besonders an, wobei zusätzlich zu insbesondere dem Netzstrom und/oder dem Messstrom als weitere zweite Messgröße mit besonderem Vorteil auch eine mit dem Netzstrom oder Messstrom in Zusammenhang stehende Spannung, beispielsweise eine Eingangsgleichspannung in den Aufwärtswandler, vermessen werden kann. Wird in einem konkreten Ausführungsbeispiel ein Aufwärtswandler verwendet, weist dieser üblicherweise eine Induktivität, insbesondere eine Spule, auf, wobei der in dieser fließende Netzstrom hauptsächlich die Leistungsentnahme aus dem Stromnetz beschreibt, insbesondere gemeinsam mit der entsprechenden Eingangsgleichspannung für den Aufwärtswandler, also der gleichgerichteten Eingangswechselspannung. Bevorzugt ist es hier allerdings, eine Strommessung einem ansteuerbaren Schaltelement des Aufwärtswandlers nachgeordnet vorzunehmen, wobei das Schaltelement üblicherweise aufgrund einer Pulsweitenmodulation mit hoher Frequenz angesteuert wird, so dass ein hinreichend naher Zusammenhang zwischen dem dortigen Messstrom und dem Netzstrom in der Induktivität besteht, insbesondere was deren Verlauf angeht, aus dem ein mit dem Grenzstrom des Strom-Zeit-Profils vergleichbarer RMS-Wert des Netzstroms abgeleitet werden kann. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Messstellen denkbar. In Ausführungsbeispielen kann es auch möglich sein, unmittelbar eine Leistung als zweite Messgröße zu vermessen.
Zweckmäßigerweise kann wenigstens eine zweite Messgröße verwendet werden, die ohnehin auch als eine weitere der ersten Messgrößen in die Regelung eingeht. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Regeleinheit ebenso zur Berücksichtigung der zweiten Messgröße als eine nicht durch die Anpassungseinheit angepasste, weitere erste Messgröße bei der Ermittlung der Steuergröße ausgebildet ist. Dies gilt insbesondere für die Eingangsgleichspannung eines Aufwärtswandlers und den Messstrom hinter dem aktiv angesteuerten Schaltelement, nachdem zur Leistungsfaktorkorrektur und Regelung auf eine Vorgabespannung als Ausgangsgleichspannung üblicherweise die nach dem Gleichrichter entstehende Eingangsgleichspannung für den Aufwärtswandler mit einer Abweichung von der Vorgabespannung multipliziert wird, um als Steuergröße einen Tastgrad für eine Pulsweitenmodulation herzuleiten, wobei eine Momentanstromregelung aufgrund des Messstromes durch das Schaltelement bevorzugt vorgenommen werden kann. In solchen Fällen dient die zweite Messgröße mithin auch als weitere erste Messgröße und geht ebenso in die Regelung ein.
Etwas verallgemeinert kann zu derartigen Ausgestaltungen gesagt werden, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn die durch die Anpassungseinheit anpassbare erste Messgröße die Ausgangsgleichspannung ist und die zur Anpassung berücksichtigte wenigstens eine zweite Messgröße den Netzstrom und/oder die Eingangswechselspannung (und mithin gegebenenfalls auch die Eingangsgleichspannung nach einem Gleichrichter) beschreibt. Wird die Ausgangsgleichspannung als erste Messgröße so modifiziert, dass sie niedriger scheint, würde durch die Regelung die Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz erhöht werden, umgekehrt wäre es bei einer Erhöhung der Ausgangsgleichspannung als erste Messgröße, so dass hierdurch besonders einfach, insbesondere durch Durchführung eines Additions- und/oder Subtraktionsvorgangs, Einfluss auf die Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz genommen werden kann. Zweckmäßig beschreibt dabei die wenigstens eine zweite Messgröße die aus dem Stromnetz entnommene Leistung und somit auch den dort, insbesondere in der Sicherungsanordnung, fließenden Strom, welcher beispielsweise mit dem Grenzstrom aus dem Strom-Zeit-Profil verglichen werden kann. Insbesondere im Hinblick auf eine analoge Umsetzung ist dabei ein „shaping“ der Ausgangsgleichspannung als erste Messgröße besonders unkompliziert umsetzbar, da die Additions- bzw. Subtraktionsoperation wenig komplex umzusetzen ist. Zwar ist es grundsätzlich auch denkbar, andere erste Messgrößen, beispielsweise die Eingangswechselspannung oder die Eingangsgleichspannung, zu modifizieren, dies erweist sich jedoch als komplexer, da Multiplikationsoperationen, wie sie dann nötig wären, schwieriger umzusetzen sind und zudem nichtlineare Eingriffe darstellen.
Wie bereits angedeutet, ist es besonders vorteilhaft, wenn bei einer analogen Ausbildung der Regeleinheit die zu der Regeleinheit externe, insbesondere analog realisierte Anpassungseinheit der Regeleinheit, insbesondere bezüglich der durch sie anpassbaren ersten Messgröße, vorgeschaltet ist. Auf diese Weise muss die Regeleinheit nicht verändert werden und kann, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, unmittelbar übernommen werden. Gerade in einphasigen Stromnetzen ist die Verwendung analoger Regeleinheiten aufgrund ihrer einfachen und günstigen Umsetzung noch gängig, so dass hier ein weiterer klarer Vorteil durch die vorliegende Erfindung entsteht. Dabei kann die Anpassungseinheit selbst analog realisiert werden, beispielsweise unter Verwendung von Verknüpfungsgliedern und/oder Komparatoren und/oder Operationsverstärkern und/oder Widerständen und/oder Kapazitäten. Ist beispielsweise ein Strom-Zeit-Profil umzusetzen, welches für ein erstes Zeitintervall bis hin zu vier Sekunden einen ersten Grenzstrom, beispielsweise das Zwei- bis Fünffache des Sicherheitsstromes, zulassen soll, und für das restliche Zeitintervall nach vier Sekunden den Sicherheitsstrom als Grenzstrom festlegen soll, ist es denkbar, zwei Komparatoren mit unterschiedlichen Zeitkonstanten/Zeitgliedern zu verwenden. Beim zweiten Komparator kann dann eine Zeitverzögerung vorgesehen sein, die dafür sorgt, dass dieser erst nach dem ersten Zeitintervall, insbesondere also nach vier Sekunden, wirksam wird. Diese beiden Komparatoren können beide getrennt einstellbar sein, um eine Anpassung auf das entsprechende Auslöseprofil einer zu verwendenden Sicherungsanordnung zu erlauben, mithin das tatsächlich verwendete Strom-Zeit-Profil aus dem Auslöseprofil herzuleiten. Neben einem derartigen, einfachen Ausführungsbeispiel ist selbstverständlich auch eine mehrstufige, analoge Realisierung komplexerer Strom-Zeit-Profile möglich.
Denkbar ist es aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch, dass sowohl die Regeleinheit als auch die Anpassungseinheit digital umgesetzt sind, beispielsweise in Form wenigstens eines Chips bzw. ICs. In diesem Fall wird durch die Regeleinheit und auch die Anpassungseinheit letztlich ein Regelalgorithmus umgesetzt. Derartige digitale Regeltopologien werden im Stand der Technik häufig bei größeren Leistungen und/oder dreiphasigen Stromnetzen angewendet, sind jedoch auch generell nützlich.
Neben der Leistungsversorgungseinrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Röntgenbildgebungseinrichtung, aufweisend eine Leistungsversorgungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Leistungsversorgungseinrichtung lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Röntgenbildgebungseinrichtung übertragen, so dass auch mit dieser die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
Insbesondere kann, wie bereits erwähnt, vorgesehen sein, dass die Röntgenbildgebungseinrichtung eine durch die Ausgangsgleichspannung betriebene weitere Wandlereinrichtung aufweist, insbesondere einen Wechselrichter zum Erzeugen einer Betriebsspannung einer Röntgenröhre der Röntgenbildgebungseinrichtung. Dabei ist es sowohl denkbar, letztlich eine Betriebsspannung für alle Komponenten der Röntgeneinrichtung zu erzeugen, als auch, unterschiedliche Betriebsspannungen für unterschiedliche Komponenten bereitzustellen.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb einer Leistungsversorgungseinrichtung für eine insbesondere medizinische Röntgenbildgebungseinrichtung, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung aufweist:

- ein Netzanschlussmittel zum Anschluss an ein eine Eingangswechselspannung bereitstellendes Stromnetz, welches wenigstens eine unterhalb des Sicherheitsstroms nicht auslösende Sicherungsanordnung aufweist,
- eine aktiv ansteuerbare Wandleranordnung, insbesondere umfassend einen Gleichrichter und einen Aufwärtswandler, zum Umwandeln der Eingangswechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung als Versorgungsspannung für die Röntgenbildgebungseinrichtung,
- einen elektrischen Energiespeicher, und
- eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Wandleranordnung zur Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz in Abhängigkeit von dem Sicherheitsstrom und zur Bereitstellung fehlender Bedarfsleistung für die Röntgenbildgebungseinrichtung aus dem Energiespeicher,

Auch für das erfindungsgemäße Verfahren gelten sämtliche Ausführungen zur erfindungsgemäße Leistungsversorgungseinrichtung und zur erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungseinrichtung entsprechend fort.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 funktionale Komponenten einer erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungseinrichtung,
2 eine Auslösecharakteristik einer Sicherungsanordnung gemeinsam mit daraus ableitbaren Strom-Zeit-Profilen,
3 eine erste konkrete Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungseinrichtung, und
4 eine zweite konkrete Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leistungsversorgungseinrichtung.

1 zeigt eine schematische Prinzipskizze funktionaler Komponenten einer erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungseinrichtung 1. Diese weist eine erfindungsgemäße Leistungsversorgungseinrichtung 2 auf, über deren Netzanschlussmittel 3 die Röntgenbildgebungseinrichtung 1 an einen Netzanschluss eines hier nur angedeuteten Stromnetzes 4 angeschlossen werden kann. Dem stromnetzseitigen Netzanschluss ist dabei eine Sicherungsanordnung 5 zugeordnet. Für diese ist zum einen ein garantierter Mindesthaltestrom als Sicherheitsstrom/Nennstrom bekannt, für den die Sicherungsanordnung 5 auch dann nicht auslöst, wenn dieser Sicherheitsstrom über eine längere Zeit gehalten wird. Ferner ist zu der Sicherungsanordnung 5 eine Auslösecharakteristik in Form eines Auslöseprofils bekannt, welches anzeigt, bei welchen Auslöseströmen nach welcher Zeit ein Auslösen erfolgt.
Eine derartige Auslösecharakteristik ist in 2 beispielhaft dargestellt. Aufgetragen ist nach unten das Vielfache des Sicherheitsstroms I_N, in der Horizontalen die Zeit in Sekunden/Minuten, in Bezug auf die dargestellte Auslösecharakteristik mithin die Auslösezeit, nach der bei einem bestimmten Vielfachen des Sicherheitsstroms eine Auslösung der Sicherungsanordnung 5 erfolgt.
Vorliegend basiert die wenigstens eine Sicherung der Sicherungsanordnung 5 auf zwei Auslösemechanismen, nämlich einem magnetischen Auslösemechanismus, dessen Auslösecharakteristik durch den Toleranzbereich 6 angedeutet ist, und einen thermischen Auslösemechanismus, dessen Auslösecharakteristik durch den Toleranzbereich 7 angedeutet ist. Die bezüglich des Stroms untere, in 2 also oben gezeigte, Grenze der Toleranzbereiche 6, 7 bildet das Auslöseprofil 8, das den minimal möglichen Auslösestrom bezeichnet.
Zurückkehrend zu 1 umfasst die Röntgeneinrichtung 1 neben der Leistungsversorgungseinrichtung 2 weitere Komponenten, von denen beispielhaft eine Aufnahmeanordnung 9 mit einem Röntgenstrahler 10 und einem Röntgendetektor 11 gezeigt ist. Damit der Röntgenstrahler 10 zur Röntgenaufnahme ein Objekt durchleuchten kann, muss er Röntgenstrahlung bei sehr hohen Bedarfsleistungen für kurze Zeit erzeugen. Dies geschieht beispielsweise mittels einer Röntgenröhre. Um die Betriebsspannung für den Röntgenstrahler 10 bereitstellen zu können, weist die Leistungsversorgungseinrichtung 2 zunächst eine Wandleranordnung 12 auf, die eine Ausgangsgleichspannung, beispielsweise im Bereich von 380 bis 750 V, bereitstellt, welche an eine weitere Wandlereinrichtung 13 weitergegeben wird, die die Betriebswechselspannung, beispielsweise im Bereich von 40 kW bis 140 kW, für den Röntgenstrahler 10 (und gegebenenfalls weitere Komponenten der Röntgenbildgebungseinrichtung 1) bereitstellt.
Die Wandleranordnung 12 weist eine hier nur angedeutete aktive Wandlertopologie 14 mit wenigstens einem zur Regelung der Wandleranordnung 12 ansteuerbaren Schalterelement auf. Ferner umfasst die Wandleranordnung 12 im vorliegenden Fall einen Kondensator 15, beispielsweise einen Elektrolytkondensator oder einen Superkondensator, welcher, wie noch dargelegt werden wird, auch als Energiespeicher 16 der Leistungsversorgungseinrichtung 2 dient.
Der Betrieb der Leistungsversorgungseinrichtung 2 wird mittels einer Steuereinrichtung 17 gesteuert, die vorliegend zunächst eine Regeleinheit 18 umfasst. Die Regeleinheit 18 regelt die Wandleranordnung 12 zur Leistungsfaktorkorrektur und bezüglich der Ausgangsgleichspannung auf eine Vorgabespannung. Die Steuereinrichtung 17 weist jedoch auch eine Anpassungseinheit 19 auf. Die Anpassungseinheit 19 sorgt für eine zeitliche Begrenzung der aus dem Stromnetz 4 entnehmbaren Leistung gemäß eines Strom-Zeit-Profils, welches sicherstellt, dass die Sicherungsanordnung 5 nicht auslöst, dennoch aber zumindest zeitweise eine Überschreitung des Sicherheitsstromes und somit eine zumindest zeitweise größere Leistungsentnahme und somit Energieentnahme aus dem Stromnetz 4 erlaubt.
Ist, beispielsweise während einer Röntgenaufnahme, die Bedarfsleistung der Röntgenbildgebungseinrichtung 1 größer als die derzeit aus dem Stromnetz 4 entnehmbare Netzleistung, wird die verbleibende Differenz aus dem Energiespeicher 16 bereitgestellt.
Das Strom-Zeit-Profil ist dabei aus dem Auslöseprofil 8 hergeleitet, wie ebenso in 2 gezeigt ist. Dort sind beispielhaft zwei Strom-Zeit-Profile 20, 21 schematisch dargestellt. Bei dem Strom-Zeit-Profil 20 handelt es sich um ein einfaches, analog unkompliziert zu realisierende Auslöseprofil, wie noch dargelegt werden wird, welches für ein erstes Zeitintervall bis etwa vier Sekunden das etwa 2,8-fache des Sicherheitsstroms erlaubt, in dem Zeitintervall nach vier Sekunden jedoch nur den Sicherheitsstrom. Das Strom-Zeit-Profil 21 folgt jedoch in einem Sicherheitsabstand genauer dem Auslöseprofil 8. Es kann beispielsweise bei einer digitalen Regelung vorteilhaft herangezogen werden.
In jedem Fall können zeitweise höhere Ströme als der Sicherheitsstrom aus dem Stromnetz 4 gezogen werden, so dass dort zeitweise mehr Netzleistung und somit auch mehr Energie erzielt werden kann, weswegen der Kondensator 15 kleiner dimensioniert werden kann. Dabei ist zu beachten, dass häufig auch Zeiten, in denen eine solche Spitzenleistung als Bedarfsleistung benötigt wird, bei Röntgenbildgebungseinrichtungen 1 eher klein sind, beispielsweise innerhalb des gezeigten Zeitintervalls bis zu vier Sekunden liegen, so dass ein tatsächlich relevanter Energie-Mehrwert erhalten wird.
Die Steuereinrichtung 17 gemäß der allgemeinen Beschreibung in 1 erlaubt also eine analoge oder digitale PFC- und Vorgabespannungsregelung unter Berücksichtigung einer vorgebbaren Strom-Zeit-Charakteristik zur grenzwertigen Vermeidung der Auslösung der Sicherungsanordnung 5, was eine minimale Dimensionierung von verwendeten Kondensatoren 15/allgemein Energiespeichern 16 erlaubt.
Die 3 und 4 zeigen konkrete Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Leistungsversorgungseinrichtungen 2a, 2b. Im Fall der 3 ist eine analoge Realisierung sowohl der Regeleinheit 18 als auch der Anpassungseinheit 19 gegeben.
Ausgehend von dem Stromnetz 4, dessen Ersatzschaltbild neben der Sicherungsanordnung 5 auch dortige Impedanzen zeigt, umfasst die Wandleranordnung 12 einen Gleichrichter 22 und einen Aufwärtswandler 23 (Boost Converter). Der Aufwärtswandler 23 umfasst neben einer Induktivität 24, wie grundsätzlich bekannt, ein ansteuerbares Schaltelement 25, eine Freilaufdiode 26 und den Kondensator 15. Der Netzstrom durch die Induktivität 24 und die nach dem Gleichrichter 22 vorliegende, halbsinusartige Eingangsgleichspannung definieren ersichtlich die Leistungsentnahme aus dem Stromnetz 4.
Die analoge Schaltung der Regeleinheit 18 ist im Vergleich zu bekannten Einrichtungen unverändert. Als erste Messgrößen, gemäß denen geregelt wird, werden dabei die Ausgangsgleichspannung (U_SENSE,DC), die Eingangsgleichspannung (U_IN,DC) und ein über eine Messeinrichtung 27 gemessener Messstrom (I_SENSE) verwendet, die Steuergröße bildet ein Tastgrad (PWM) an das Schaltelement 25. Der Messstrom wird über die Messeinrichtung 27 dabei nach dem Schaltelement 25 masseseitig aufgenommen. Aus ihm lässt sich jedoch problemlos der RMS-Wert des Netzstroms durch die Induktivität 24 hinreichend genau ableiten.
Es versteht sich, dass die nun beschriebene Regeleinheit 18 rein beispielhaft ist. Selbstverständlich kann jede grundsätzlich bekannte Regeltopologie des Standes der Technik hier eingesetzt werden.
In der dargestellten, rein schematisch gezeigten Regeltopologie wird durch einen Fehlerverstärker 28 zunächst die Abweichung der Ausgangsgleichspannung von der Vorgabespannung (U_REF) ermittelt und kann in einem optionalen Filter 29 vorgefiltert werden, ehe eine Multiplikation mit der Eingangsgleichspannung in einem Multiplizierer 30 erfolgt. In einem Block 31 wird die Pulsweitenmodulation vorgenommen und zwar vorliegend als Momentanstromregelung unter Berücksichtigung des Messstroms.
Um vorliegend die Begrenzung der Leistungsentnahme gemäß dem Strom-Zeit-Profil 20 oder 21 umzusetzen, ist die Anpassungseinheit 19 im Zuleitungspfad der Ausgangsgleichspannung als eine erste Messgröße der Regeleinheit 18 vorgeschaltet, wobei eine das Strom-Zeit-Profil 20, 21 umsetzende Schaltung 32 verwendet wird, die zweckmäßigerweise auch analog ausgebildet sein kann. Diese Schaltung 32 nimmt eine Voranpassung des Wertes der Ausgangsgleichspannung vor, wobei insbesondere eine Erhöhung zur Erniedrigung der Leistungsentnahme aus dem Stromnetz 4 im Rahmen der Regelung der Regeleinheit 18 führen wird. Als Eingangsgrößen, hier als zweite Messgrößen bezeichnet, werden der Messstrom und die Eingangsgleichspannung als die Leistungsentnahme aus dem Netz beschreibend verwendet. Zur analogen Umsetzung beispielsweise des Strom-Zeit-Profils 20 können zwei Komparatoren eingesetzt werden, die unterschiedliche Verzögerungsglieder aufweisen, so dass der zweite Komparator erst nach vier Sekunden (Ende des Zeitintervalls) aktiv wird und entsprechend auf einfache Art die unterschiedlichen Grenzströme in den zwei genutzten Zeitintervallen realisiert werden können. Selbstverständlich sind auch komplexere Ausgestaltungen denkbar, beispielsweise wenn näher an das Strom-Zeit-Profil 21 herangekommen werden soll.
Die Anpassungseinheit 19 kann mithin auch als eine Shaper-Einheit verstanden werden, nachdem die erst Messgröße der Ausgangsgleichspannung unter Nutzung zweiter Messgrößen so vorangepasst wird, dass durch die Regelung der Regeleinheit 18, ohne diese zu verändern, zwangsläufig die Begrenzung der Leistungsaufnahme so erfolgt, dass die (zeitliche) Auslösecharakteristik 6, 7 der Sicherungsanordnung 5 berücksichtigt wird.
3 zeigt eine andere Ausgestaltung mit digitaler Steuereinrichtung 17, wobei der Einfachheit halber die aktive Wandlertopologie 14 wieder nur schematisch gezeigt ist, auch als Klarstellung, dass unterschiedliche Ausgestaltungen der Wandleranordnung 12 verwendet werden können. Die Regelung ist hier als ein Regelalgorithmus umgesetzt, der um einen die Anpassungseinheit realisierenden Schritt 33 ergänzt ist. Ohne Einschränkung auf dieses konkrete Ausführungsbeispiel zeigt der restliche, unverändert bleibende Regelalgorithmus wiederum die Bestimmung der Abweichungen der Ausgangsgleichspannung von der Vorgabespannung in einem Fehlerberechnungsschritt 34, einen Spannungsregler 35, einen Stromregler 36 und einen Pulsweitenmodulationsschritt 37.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010042565 A1 [0007]
DE 10355424 A1 [0008]
DE 102009010219 A1 [0009]

Claims

Leistungsversorgungseinrichtung (2, 2a, 2b) für eine insbesondere medizinische Röntgenbildgebungseinrichtung (1), wobei die Leistungsversorgungeinrichtung (2, 2a, 2b) aufweist: - ein Netzanschlussmittel (3) zum Anschluss an ein eine Eingangswechselspannung bereitstellendes Stromnetz (4), welches wenigstens eine unterhalb eines Sicherheitsstroms nicht auslösende Sicherungsanordnung (5) aufweist, - eine aktiv ansteuerbare Wandleranordnung (12), insbesondere umfassend einen Gleichrichter (22) und einen Aufwärtswandler (23), zum Umwandeln der Eingangswechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung als Versorgungsspannung für die Röntgenbildgebungseinrichtung (1), - einen elektrischen Energiespeicher (16), und - eine Steuereinrichtung (17) zur Ansteuerung der Wandleranordnung (12) zur Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz (4) in Abhängigkeit von dem Sicherheitsstrom und zur Bereitstellung fehlender Bedarfsleistung für die Röntgenbildgebungseinrichtung (1) aus dem Energiespeicher (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) zur Ansteuerung der Wandleranordnung (12) zur zeitabhängigen Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz (4) gemäß einem, insbesondere auf einen Netzstromfluss aus dem Stromnetz (4) bezogenen, Strom-Zeit-Profil (20, 21) ausgebildet ist, wobei das Strom-Zeit-Profil (20, 21) aus einem zeitlichen Auslöseprofil (8) der Sicherungsanordnung (5), welches insbesondere eine bei andauernder Überbelastung auslösende, thermische Sicherung berücksichtigt, hergeleitet ist.
Leistungsversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strom-Zeit-Profil (20, 21) für jeden Zeitpunkt und/oder jedes Zeitintervall einen insbesondere um einen prozentualen Sicherheitsabstand niedrigeren Netzstrom als einen Auslösestrom des Auslöseprofils (8) zu diesem Zeitpunkt beschreibt und/oder für niedrige Zeitwerte einen den Sicherheitsstrom, insbesondere um wenigstens das Zweifache, überschreitenden Grenzstrom beschreibt und/oder sich für höhere Zeitwerte einem durch den Sicherheitsstrom beschriebenen Grenzstrom zumindest annähert.
Leistungsversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (16) ein Kondensator (15), insbesondere ein ausgangsseitiger Kondensator (15) der Wandleranordnung (12), ist.
Leistungsversorgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) eine Regeleinheit (18) zur Bereitstellung einer Steuergröße, insbesondere eines Tastgrads einer Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung eines Schaltelements (25), an die Wandleranordnung (12) in Abhängigkeit wenigstens einer ersten Messgröße, insbesondere umfassend die Ausgangsgleichspannung des Aufwärtswandlers (23), und eine Anpassungseinheit (19) zur Voranpassung wenigstens einer der wenigstens einen ersten Messgröße zur Umsetzung des Strom-Zeit-Profils (20, 21) aufweist.
Leistungsversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Messeinrichtung (27) zur Aufnahme wenigstens einer die aktuelle Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz (4) beschreibenden zweiten Messgröße, insbesondere des in der Wandleranordnung (12) fließenden Netzstroms und/oder eines diesen beschreibenden Messstroms, aufweist, wobei die Anpassungseinheit (19) zur Auswertung der zweiten Messgröße zur Anpassung wenigstens einer der ersten Messgröße zur Umsetzung des Strom-Zeit-Profils (20, 21) ausgebildet ist.
Leistungsversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (18) ebenso zur Berücksichtigung der zweiten Messgröße als eine nicht durch die Anpassungseinheit (19) angepasste, weitere erste Messgröße bei der Ermittlung der Steuergröße ausgebildet ist.
Leistungsversorgungeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Anpassungseinheit (19) anpassbare erste Messgröße die Ausgangsgleichspannung ist und die zur Anpassung berücksichtigte wenigstens eine zweite Messgröße den Netzstrom und/oder die Eingangswechselspannung beschreibt.
Leistungsversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer analogen Ausbildung der Regeleinheit (18) die zu der Regeleinheit (18) externe, insbesondere analog realisierte Anpassungseinheit (19) der Regeleinheit (18), insbesondere bezüglich der durch sie anpassbaren ersten Messgröße, vorgeschaltet ist.
Leistungsversorgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) zur Ansteuerung der Wandleranordnung (12) zur Leistungsfaktorkorrektur und/oder zur Regelung der Wandleranordnung (12) hinsichtlich einer Vorgabespannung für die Ausgangsgleichspannung ausgebildet ist.
Röntgenbildgebungseinrichtung (1), aufweisend eine Leistungsversorgungseinrichtung (2, 2a, 2b) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Röntgenbildgebungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine durch die Ausgangsgleichspannung betriebene weitere Wandlereinrichtung (13) aufweist, insbesondere einen Wechselrichter zum Erzeugen einer Betriebsspannung einer Röntgenröhre der Röntgenbildgebungseinrichtung (1).
Verfahren zum Betrieb einer Leistungsversorgungseinrichtung (2, 2a, 2b) für eine insbesondere medizinische Röntgenbildgebungseinrichtung (1), wobei die Leistungsversorgungeinrichtung (2, 2a, 2b) aufweist: - ein Netzanschlussmittel (3) zum Anschluss an ein eine Eingangswechselspannung bereitstellendes Stromnetz (4), welches wenigstens eine unterhalb eines Sicherheitsstroms nicht auslösende Sicherungsanordnung (5) aufweist, - eine aktiv ansteuerbare Wandleranordnung (12), insbesondere umfassend einen Gleichrichter (22) und einen Aufwärtswandler (23), zum Umwandeln der Eingangswechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung als Versorgungsspannung für die Röntgenbildgebungseinrichtung (1), - einen elektrischen Energiespeicher (16), und - eine Steuereinrichtung (17) zur Ansteuerung der Wandleranordnung (12) zur Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz (4) in Abhängigkeit von dem Sicherheitsstrom und zur Bereitstellung fehlender Bedarfsleistung für die Röntgenbildgebungseinrichtung (1) aus dem Energiespeicher (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) die Wandleranordnung (12) zur zeitabhängigen Begrenzung der Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz (4) gemäß einem, insbesondere auf einen Netzstromfluss aus dem Stromnetz (4) bezogenen, Strom-Zeit-Profil (20, 21) ansteuert, wobei das Strom-Zeit-Profil (20, 21) aus einem zeitlichen Auslöseprofil (8) der Sicherungsanordnung (5), welches insbesondere eine bei andauernder Überbelastung auslösende, thermische Sicherung berücksichtigt, hergeleitet ist.