DE102021003254A1 - Power supply for a mains-operated X-ray diagnostic device with improved operational reliability for mains-independent operation after the occurrence of a mains anomaly and operating method therefor. - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung für eine netzbetriebene Röntgendiagnostikeinrichtung mit verbesserter Betriebssicherheit für einen netzunabhängigen Betrieb nach Auftreten einer Netzanomalie, insbesondere eines Netzausfalls. Dazu ist die Spannungsversorgung mit einer Anzahl aus wenigstens einem kapazitiven und einem elektrochemischen Energiespeicher ausgerüstet, wobei die Energiespeicher über steuerbare DC/DC-Wandler an einen Gleichspannungsbus angeschlossen sind und durch eine Steuerung derart überwacht, geladen und entladen werden, dass im Netzbetrieb eine elektrische Energiereserve zur Verwendung für einen netzunabhängigen Betrieb oder/und zum geordneten Abschalten der Röntgendiagnostikeinrichtung nach Auftreten einer Netzanomalie vorgehalten wird und dass im netzunabhängigen Betrieb energieverbrauchende Komponenten der Röntgendiagnostikeinrichtung aus dem Gleichspannungsbus über steuerbare Spannungswandler gemäß eines vorab festgelegten Betriebsablaufes eines Betriebsprogrammes selektiv mit Energie versorgbar sind und für eine betriebsprogrammabhängige Auslegungsdauer ein netzunabhängiger Betrieb sichergestellt ist.The invention relates to a power supply for a mains-operated X-ray diagnostic device with improved operational reliability for mains-independent operation after the occurrence of a mains anomaly, in particular a mains failure. For this purpose, the power supply is equipped with at least one capacitive and one electrochemical energy store, with the energy stores being connected to a DC voltage bus via controllable DC/DC converters and being monitored, charged and discharged by a controller in such a way that an electrical energy reserve is available in mains operation for use for mains-independent operation and/or for orderly switching off of the X-ray diagnostic device after the occurrence of a mains anomaly and that in mains-independent operation energy-consuming components of the X-ray diagnostic device can be selectively supplied with energy from the DC voltage bus via controllable voltage converters according to a predetermined operating sequence of an operating program and for a operating program-dependent design duration, grid-independent operation is ensured.
Description
Röntgendiagnostikeinrichtungen beziehen die für ihren Betrieb notwendige Energie in der Regel aus einem elektrischen Versorgungsnetz. Bei fest installierten Röntgendiagnostikeinrichtungen, wie beispielsweise deckenmontierten Röntgeneinrichtungen erfolgt eine Netzspannungszufuhr vorzugsweise über eine fest verkabelte Anschlussdose. Mobile Röntgendiagnostikeinrichtungen, die zwischen verschiedenen Räumen verfahrbar sein sollen, weisen hingegen in der Regel einen lösbaren Anschluss über einen Netzstecker an einer Netzsteckdose auf, wobei das Netzkabel bei einem großen Verfahrweg für eine längere Zeit oder bei einem kürzeren Verfahrweg innerhalb eines Raumes für eine kurze Zeit, beispielsweise zum Umstecken des Netzsteckers von einer auf eine andere Netzsteckdose von der Netzsteckdose abgezogen werden kann.X-ray diagnostic devices usually obtain the energy required for their operation from an electrical supply network. In the case of permanently installed x-ray diagnostic devices, such as, for example, ceiling-mounted x-ray devices, mains voltage is preferably supplied via a permanently wired connection socket. On the other hand, mobile X-ray diagnostic devices that are to be movable between different rooms usually have a detachable connection via a mains plug to a mains socket, the mains cable being connected to a mains socket for a longer period of time in the case of a large travel distance or for a short time in the case of a shorter travel distance within a room , For example, to change the power plug from one to another power outlet can be removed from the power outlet.
Darüber hinaus sind aus dem praktischen Betrieb von mobilen Röntgendiagnostikeinrichtungen Fälle bekannt, bei denen der Netzstecker beispielsweise durch unsachgemäßes Verfahren der Röntgendiagnostikeinrichtung oder aus anderen Gründen während des Betriebs der Röntgendiagnostikeinrichtung unbeabsichtigt gezogen wird. Um in dem Fall den Betrieb der Röntgendiagnostikeinrichtung nicht zu unterbrechen, wenn einige Sekunden nach dem unbeabsichtigten Ziehen des Netzsteckers die Netzunterbrechung festgestellt und der Netzstecker wieder eingesteckt worden ist, ein Abschalten der Röntgendiagnostikeinrichtung zu verhindern, ist es erforderlich, dass die Röntgendiagnostikeinrichtung für einige Sekunden bis Minuten mit Bordenergie betrieben werden muss. Mit kurzzeitigen Unterbrechungen der Netzspannungsversorgung ist auch bei instabilen Versorgungsnetzen oder bei Versorgung über mobile Generatoren zu rechnen.In addition, cases are known from the practical operation of mobile X-ray diagnostic devices in which the mains plug is unintentionally pulled, for example due to improper operation of the X-ray diagnostic device or for other reasons during operation of the X-ray diagnostic device. In order not to interrupt the operation of the X-ray diagnostic device if the power failure is detected a few seconds after the mains plug was unintentionally pulled out and the mains plug has been plugged in again, to prevent the X-ray diagnostic device from being switched off, it is necessary for the X-ray diagnostic device to be switched off for a few seconds until minutes must be operated with on-board energy. Short-term interruptions in the mains voltage supply can also be expected in the case of unstable supply networks or when the supply is provided by mobile generators.
In all den Fällen, in denen eine Unterbrechung der Stromversorgung während des Betriebs der Röntgendiagnostikeinrichtung auftritt, besteht die Gefahr, dass ein Arzt eine gerade begonnene oder laufende Diagnostikaufgabe ohne Ergebnis abbrechen muss und/oder dass bereits erhaltene Röntgenbilddaten nicht abgespeichert oder/und übertragen werden können und somit der Patient einer Strahlenbelastung ausgesetzt war, welche diagnostisch nicht verwertet wurde oder wird.In all cases in which the power supply is interrupted during operation of the X-ray diagnostic device, there is a risk that a doctor will have to abort a diagnostic task that has just started or is running without a result and/or that X-ray image data that has already been received cannot be saved and/or transmitted and thus the patient was exposed to radiation that was not or is not used diagnostically.
Es ist bekannt, Röntgendiagnostikeinrichtungen mit unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) zwischen einem Netzanschluss und der Röntgendiagnostikeinrichtung zu versehen. Eine dem Netzanschluss nachgeschaltete USV muss dabei derart dimensioniert sein, dass sie alle elektrischen Verbraucher der Röntgendiagnostikeinrichtung für alle möglichen Betriebsabläufe zur Sicherstellung der Betriebssicherheit für eine Auslegungsdauer sicher mit elektrischer Energie versorgen muss.It is known to provide X-ray diagnostic devices with uninterruptible power supplies (UPS) between a mains connection and the X-ray diagnostic device. A UPS downstream of the mains connection must be dimensioned in such a way that it must reliably supply electrical energy to all electrical consumers of the X-ray diagnostic device for all possible operating processes to ensure operational safety for a design period.
Das bedeutet, dass bei der Dimensionierung der USV der höchstmögliche Energieverbrauch der Röntgendiagnostikeinrichtung, wie er beispielsweise bei einem 3D-Scan mit der Aufnahme einer Vielzahl von Röntgenprojektionsaufnahmen erforderlich ist, für eine Auslegungsdauer zu Grunde gelegt werden muss.This means that when dimensioning the UPS, the highest possible energy consumption of the X-ray diagnostic device, such as that required for a 3D scan with the recording of a large number of X-ray projection images, must be taken as a basis for a design period.
Derartige USV sind voluminös, weisen eine große Masse auf, sind teilweise stationär und haben einen hohen Anschaffungspreis. Die große Masse ist besonders bei mobilen Röntgendiagnostikeinrichtungen, wie bei mobilen C-Bogen-Röntgengeräten oder bei mobilen CT-Gantries von Nachteil, weil sie zu einer Verschlechterung der Manövrierfähigkeit führt. Außerdem kommen derartige USV nur im Falle von Netzunterbrechungen oder anderen Netzanomalien zum Tragen, was bedeuten kann, dass bei einer guten Versorgungsnetzqualität eine USV in dem zu versorgenden Gerät zwar stets mitgeführt wird, aber nie zum Einsatz kommt. Die Vorteile einer USV, beispielsweise eine eigene Energiezwischenspeicherung, die auch in einem Regelbetrieb der Röntgendiagnostikeinrichtung vorteilhaft eingesetzt werden könnte, werden daher nur im Falle von Netzunterbrechungen ausgenutzt, was in der Regel sehr selten bis nie der Fall ist.Such UPS are bulky, have a large mass, are partially stationary and have a high purchase price. The large mass is particularly disadvantageous in the case of mobile X-ray diagnostic devices, such as mobile C-arm X-ray devices or mobile CT gantry, because it leads to a deterioration in maneuverability. In addition, such UPSs only come into play in the event of mains interruptions or other mains anomalies, which can mean that with a good mains supply quality, a UPS is always carried along in the device to be supplied, but is never used. The advantages of a UPS, for example its own temporary energy storage, which could also be used advantageously in regular operation of the X-ray diagnostic device, are therefore only used in the event of mains failures, which is generally very rarely if ever the case.
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Es besteht ein Bedarf an einer Stromversorgung für eine Röntgendiagnostikeinrichtung, die im Falle einer Netzanomalie einen weiteren Betrieb und/oder ein sicheres Abschalten der Röntgendiagnostikeinrichtung ermöglicht. Dabei soll unter einem „sicheren Abschalten“ verstanden werden, dass vor dem Abschalten sichergestellt ist, dass alle bis dahin aufgenommenen Untersuchungsergebnisse und Patientendaten in einem Speicher oder einem Bildverarbeitungsrechner der Röntgendiagnostikeinrichtung oder in einem externen Speichersystem, wie einem Krankenhausinformationssystem derart abgespeichert sind, dass eine spätere Verwendung uneingeschränkt möglich ist.There is a need for a power supply for an X-ray diagnostic device that allows continued operation and/or safe shutdown of the X-ray diagnostic device in the event of a network anomaly. A "safe shutdown" should be understood to mean that before switching off it is ensured that all examination results and patient data recorded up to that point are stored in a memory or an image processing computer of the X-ray diagnostic facility or in an external storage system, such as a hospital information system, in such a way that a later unrestricted use is possible.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stromversorgung für eine Röntgendiagnostikeinrichtung zu schaffen, die im Falle einer Netzanomalie, insbesondere eines Netzausfalls unerwartete Betriebsstörungen verhindert.The object of the invention is to provide a power supply for an X-ray diagnostic device which prevents unexpected operational disruptions in the event of a network anomaly, in particular a network failure.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object of the invention is solved by the features of the main claim; advantageous refinements result from the dependent claims.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the figures.
In
In
Die nominelle Spannung des Gleichspannungsbus 43 ist auf die sekundäre Spitzenspannung des Transformators 421 sowie den Anforderungen der DC/DC Wandler 451 und 451' ausgelegt und beträgt nominell 350V DC. Das Wicklungsverhältnis des Transformators 421 ist derart bemessen, dass die Spitzenspannung der sekundären Wicklung für alle Kombinationen der primärseitigen Netzspannungen den nominellen Wert der Gleichspannung des Gleichspannungsbusses 43 nicht überschreitet. Die primäre Wicklung des Transformator 421 ist in zwei individuell schaltbare Wicklungshälften aufgeteilt. Für einen Betrieb an Netzspannungen zwischen 100V AC und 120V AC werden die primärseitigen Wicklungen parallelgeschaltet. Für einen Betrieb an Netzspannungen zwischen 200V AC und 240V AC werden die Wicklungen in Serie geschaltet. Die durch das fixe Übertragungsverhältnis des Transformators 421 gegebene und durch die Variation der primären Netzspannung verursachte Variation der Transformatorausgangsspannung wird durch den aufwärtswandelnden AC/DC-Wandler 422 ausgeglichen, so dass der DC Gleichspannungsbus mit einer nominellen, stabilisierten Spannung von 350V DC unabhängig von Netzschwankungen betrieben wird.The nominal voltage of the
Ein bidirektionaler DC/DC-Gleichstromsteller 46 erlaubt es, in einem Ladevorgang Energie in einen Energiespeicher 471 zu übertragen und in einem Entladevorgang Energie aus dem Energiespeicher 471 zu entnehmen. Dabei ist vorgesehen, den Energiespeicher 471 auch während des Betriebs der Röntgenröhre 492 zu laden, falls aus dem Netz oder/und aus dem Akkumulator 441 Energie zur Verfügung steht.A bidirectional DC/DC
Der DC/DC-Gleichstromsteller 451, 451' weist einen einzelnen oder, falls eine Leistungsaufteilung wünschenswert oder erforderlich ist, mehrere DC/DC-Gleichstromsteller 451, 451' auf. Gründe für die Verwendung mehrerer DC/DC-Gleichstromsteller 451,451' können die Marktverfügbarkeit von Standardnetzteilen, die Zuordnung der einzelnen DC/DC-Gleichstromsteller 451,452' zu verschiedenen Versorgungsgruppen, oder für die Anordnung in der Röntgendiagnostikeinrichtung günstige Bauformen sein. Der wenigstens eine DC/DC-Gleichstromsteller 451, 451' weist eine galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang auf. Die Ausgangsspannungen der DC/DC-Gleichstromsteller 451, 451' sind als Schutzkleinspannungen ausgeführt und können nach Anforderung der elektrischen Verbraucher stabilisierte 12V-DC, stabilisierte 24V-DC oder stabilisierte 48V-DC sein.The DC/
Bei intakter Netzverbindung wird über den Netzanschluss 1, den AC/AC Wandler 421 mit galvanischer Trennung und AC/DC Wandler 422 sowie den DC/DC-Gleichstromsteller 46 der Energiespeicher 471 geladen und es werden mittels des DC/DC-Gleichstromstellers 451, 451' der Power-Management-Controller PMC 452 des Fahrstativs 4 mit Energie versorgt. Der Power-Management-Controller PMC 452 sammelt und verteilt die elektrische Energie in der gesamten Röntgendiagnostikeinrichtung 10 und steuert die Versorgungsspannungen der angeschlossenen Verbraucher.If the mains connection is intact, the
Der Drehstrominverter 48 erzeugt aus der Gleichspannung des Gleichspannungsbusses 43 ein mehrphasiges oder einphasiges Drehfeld. Durch entsprechende Regelung der Ausgangsspannung und der Frequenz erzeugt der Drehstrominverter 48 in einem Mehrphasenstator 493 einer Drehanodenröntgenröhre ein Drehfeld zum Antrieb der Drehanode der Röntgenröhre 492. Der Drehstrominverter 48 entfällt bei einer Stromversorgung für eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenröhre 492, welche eine Stehanode aufweist.The three-
Mittels eines AC/DC-Wandlers 211 in Kombination mit dem Power-Controller 212 des Monitorwagens 2 werden die elektrischen Verbraucher des Monitorwagens 2 direkt aus dem AC-Netz über den Netzanschluss 1 mit einer stabilisierten Schutzkleinspannung mit einem Wert von beispielsweise 24V-DC versorgt. Dies ermöglicht den Betrieb des Monitorwagens 2 auch als Stand-Alone-Gerät, jedoch ohne die Funktion der unterbrechungsfreien Stromversorgung USV. Eine USV-Funktion ist dann verfügbar, sobald die Verbindung der Teilsysteme Monitorwagen 2 mit dem Fahrstatives 4 durch die Verbindungsleitung 3 besteht.Using an AC/
Der AC/AC-Wandler 421 ist wahlweise im Monitorwagen 2 oder im Fahrstativ 4 angeordnet. Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, den AC/AC-Wandler 421 und den AC/DC-Wandler 422 zu einer AC/DC-Stromversorgung 42 mit integrierter galvanischer Trennung zu kombinieren.The AC/
Die Stromversorgung der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 ist für einen Langzeit-Netzbetrieb, bei dem die elektrische Energieversorgung über einen Netzanschluss 1 erfolgt und einen kurzzeitigen, netzunabhängigen Betrieb ausgelegt, bei dem Betriebsprogramme der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 über eine betriebsprogrammabhängige Auslegedauer hinweg aufrechterhalten werden. Der Langzeit-Netzbetrieb ist dabei durch die Spannungsversorgung nicht begrenzt; es kann aber durch thermische Bauteilbelastungen, beispielsweise der Drehanode, zu Funktionseinschränkungen im Langzeitbetrieb kommen. Der netzunabhängige Betrieb ist abhängig von der Dimensionierung der Energiespeicher und vom ausgeführten Betriebsprogramm für eine Auslegungsdauer gewährleistet. Es wird durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Stromversorgung sichergestellt, dass die diagnostische Arbeit einer Bedienperson an der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 nicht durch unerwartete Betriebsstörungen behindert wird.The power supply of the X-ray
Der Übergang zwischen dem Netzbetrieb und dem netzunabhängigen Betrieb einerseits und der Übergang zwischen dem netzunabhängigen Betrieb und dem Netzbetrieb andererseits erfolgt automatisch, wobei der netzunabhängige Betrieb und der Netzbetrieb durch Überwachung der Spannung im Gleichspannungsbus 43 durch den Power-Management-Controller PMC 452 oder mittels eines mit dem Netzanschluss 1 verbundenen Netzüberwachungssensors 423 detektiert werden.The transition between mains operation and mains-independent operation on the one hand and the transition between mains-independent operation and mains operation on the other hand takes place automatically, with mains-independent operation and mains operation being monitored by monitoring the voltage in the
Der Netzüberwachungssensor 423 dient der Überwachung der Netzspannung, des Netzstromes sowie der Phasennulldurchgänge. Diese Einheit ermöglicht eine schnelle Erkennung einer Netzanomalie. Unter Netzanomalie werden alle Abweichungen von einer ungestörten Netzspannung verstanden, wie Netzunterbrechung, Netzspannungsschwankungen, Abweichungen von der Netzfrequenz, Schwingungspaketausfall oder Netzhalbwellenausfall.The
Unter Betriebssicherheit wird ein Betrieb der Röntgendiagnostikeinrichtung verstanden, bei dem geplante oder gerade laufende diagnostische Betriebsabläufe bei einer Auslegungsstörung der Netzversorgung zu Ende geführt werden.Operational safety is understood to mean operation of the X-ray diagnostic device in which planned or ongoing diagnostic operational sequences are completed in the event of a design disruption in the mains supply.
Charakteristisch für eine Auslegungsstörung ist, dass der Energiebedarf für das erfolgreiche Zu-Ende-Führen eines diagnostischen Betriebsablaufes zum Zeitpunkt des Überganges der Stromversorgung vom Netzbetrieb auf den netzunabhängigen Betrieb kleiner ist als die zu diesem Zeitpunkt verfügbare Energiereserve in den elektrischen Energiespeichern. Damit die Energiereserve im netzunabhängigen Betrieb verfügbar ist, wird sie während des Netzbetriebes geladen und vorgehalten. Es ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, wahlweise eine feste Energiereserve oder eine vom geplanten oder gerade laufenden diagnostische Betriebsablaufs abhängige Energiereserve vorzuhalten. Es ist vorgesehen, den diagnostischen Betriebsablauf für eine auslegungsbedingte Zeitdauer unverändert ohne jegliche Einschränkungen fortzuführen. Die erfindungsgemäße Stromversorgung der Röntgendiagnostikeinrichtung verhält sich dabei so, als wäre am Netzanschluss eine unterbrechungsfreie Stromversorgung USV vorgesehen. Diese Zeitdauer kann auf wenige Sekunden ausgelegt sein, wenn beispielsweise durch Auswertung früherer Netzanomalien oder aus Trainingsdaten damit zu rechnen ist, dass die Netzversorgung, beispielsweise durch Übernahme der Netzversorgung der Röntgendiagnostikeinrichtung durch eine Klinik-Notstromversorgung innerhalb dieser Zeitdauer wieder hergestellt ist.It is characteristic of a design fault that the energy requirement for the successful completion of a diagnostic operating sequence at the time of the transition of the power supply from grid operation to grid-independent operation is less than the energy reserve available in the electrical energy at this point in time to save. So that the energy reserve is available in grid-independent operation, it is charged and kept available during grid operation. It is provided within the scope of the invention to provide either a fixed energy reserve or an energy reserve that is dependent on the planned or ongoing diagnostic operating sequence. It is intended to continue the diagnostic operation unchanged for a design-related period of time without any restrictions. The power supply of the X-ray diagnostic device according to the invention behaves as if an uninterruptible power supply UPS were provided at the mains connection. This period of time can be designed for a few seconds if, for example by evaluating previous network anomalies or from training data, it can be expected that the network supply will be restored within this period of time, for example by taking over the network supply of the X-ray diagnostic device through a hospital emergency power supply.
Dauert ein Netzausfall über diese Zeitdauer hinaus an, so wird durch eine Ablaufsteuerung der Röntgendiagnostikeinrichtung einer Bedienperson automatisch ein alternatives, abgespeichertes Betriebsprogramm angeboten, mit dem der diagnostische Betriebsablauf mit geringen Einschränkungen zu Ende führbar ist, wobei dieses Betriebsprogramm gegenüber einem Betriebsprogramm mit einer vollen Funktionalität der Röntgendiagnostikeinrichtung einen geringeren Gesamtenergiebedarf aufweist.If a power failure lasts longer than this period of time, an alternative, stored operating program is automatically offered to an operator by a sequence control of the X-ray diagnostic device, with which the diagnostic operating sequence can be completed with few restrictions, whereby this operating program compared to an operating program with a full functionality of the X-ray diagnostic device has a lower total energy requirement.
Diese Einschränkungen können einen eingeschränkten Bedienkomfort nach sich ziehen, beispielsweise durch Wegfall einer motorischen Verfahrbarkeit der Röntgendiagnostikeinrichtung und der Notwendigkeit einer manuellen Verfahrbarkeit. Die Einschränkungen können aber auch eine Einschränkung der diagnostischen Bildaufnahmen betreffen, beispielsweise dadurch, dass bei einem laufenden Scan mit einer Reihe zeitlich aufeinander folgender Projektionsaufnahmen die Anzahl der Projektionsaufnahmen bei gleichen Abdeckung des Scanwinkelbereiches ausgedünnt wird.These restrictions can entail restricted ease of use, for example due to the omission of a motorized movability of the X-ray diagnostic device and the need for manual movability. However, the restrictions can also relate to a restriction of the diagnostic image recordings, for example in that during a running scan with a series of projection recordings that follow one another in time, the number of projection recordings is thinned out with the same coverage of the scan angle range.
Durch eine bedarfsorientierte Abschaltung von Teilfunktionen der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 durch den Power-Management-Controller PMC 452 und den Power-Controller 212 wird die zur Verfügung stehende Energie vorrangig zur Gewinnung diagnostischer Daten genutzt. Der Power-Management-Controller PMC 452 und der Power-Controller 212 sind dazu eingerichtet, nach einer abgespeicherten Deaktivierungsstrategie, ohne Benutzereingriff gezielt elektrische Verbraucher zu deaktivieren oder mittels des Kommunikationsbus 33 die entsprechenden Verbraucher in einen stromreduzierten Zustand zu überführen.By switching off sub-functions of the x-ray
Die Betriebsabläufe sind im Power-Management-Controller PMC 452 abgespeichert, wobei eine Bedienperson im Netzbetrieb vorzugsweise mittels des User-Interfaces GUI 22 oder des User-Interfaces 41 einen Betriebsablauf auswählt, beispielsweise einen Scan mit der Aufnahme einer Reihe von Röntgenprojektionen bei motorisch bewegtem C-Bogen.The operating sequences are stored in the power management controller PMC 452, with an operator in mains operation preferably using the user interface GUI 22 or the
Vor der Ausführung eines Betriebsablaufes vergleicht der Power-Management-Controller PMC 452 den Energiebedarf und die erforderliche elektrische Leistung für die Ausführung des ausgewählten Betriebsablaufs mit dem in dem Energiespeicher 471 und im Akkumulator 441 gespeicherten Energie und der aus dem Netz verfügbaren Leistung und gibt eine Warnung an den Benutzer der Röntgendiagnostikeinrichtung aus, wenn nicht genügend Energie und Leistung für den geplanten Betriebsablauf zur Verfügung stehen. Der Benutzer ist dann in die Lage versetzt, einen anderen Betriebsablauf auszuwählen, der mit einem geringeren Energie- und/oder Leistungsbedarf auskommt, beispielsweise ein 3D-Scan mit einer reduzierten Anzahl von Projektionsaufnahmen oder/und einen 3D-Scan mit verringerter Pulsleistung oder einer Wartedauer, bis der gewünschte Betriebsablauf wieder zur Verfügung steht.Before executing an operating procedure, the power management controller PMC 452 compares the energy requirement and the electrical power required for executing the selected operating procedure with the energy stored in the
Bei einer Netzanomalie kann die Steuerung einen von dem durch den Benutzer ausgewählten Betriebsablauf abweichenden Betriebsablauf abhängig vom Ladezustand der Energiespeichereinheiten, kapazitiver Energiespeicher (471) und Akkumulator (441) zum Zeitpunkt des Auftretens der Netzanomalie dergestalt ändern, dass als Notprogramm ein alternativer Betriebsablauf selbsttätig ausgewählt und durchgeführt wird. Ein solcher Betriebsablauf kann zum Ziel haben, alle motorisierten Verstellachsen von einem motorisierten Betrieb auf einen manuellen Betrieb umzuschalten, alle aufgenommenen Bilder in einem Bildspeicher abzuspeichern und anschließend alle Verbraucher geordnet abzuschalten und die Steuerungen und das Betriebssystem der Röntgendiagnostikeinrichtung geordnet herunterzufahren.In the event of a grid anomaly, the controller can change an operating sequence that deviates from the operating sequence selected by the user, depending on the state of charge of the energy storage units, capacitive energy storage (471) and accumulator (441) at the time the grid anomaly occurs, in such a way that an alternative operating sequence is automatically selected as an emergency program and is carried out. Such an operating sequence can have the goal of switching all motorized adjustment axes from motorized operation to manual operation, storing all recorded images in an image memory and then switching off all consumers in an orderly manner and shutting down the controls and the operating system of the X-ray diagnostic device in an orderly manner.
Ein anderer Betriebsablauf kann zum Ziel haben, dass im netzunabhängigen Betrieb noch solange Röntgenaufnahmen angefertigt werden, bis der Gesamtenergiegehalt der Summe der Energiespeicher, insbesondere des Energiespeichers 471 und/oder des Akkumulators 441 auf das Energielevel einer Abschaltreserve abgesunken ist, die zum geordneten Abschalten der Röntgendiagnostikeinrichtung erforderlich ist. Ist das Energielevel im Energiespeicher 471 und im Akkumulator 441 auf die Abschaltreserve abgesunken, so wird die Röntgendiagnostikeinrichtung ordnungsgemäß ausgeschaltet, wodurch insbesondere ein Verlust von mittels Patientendosis erzeugten diagnostischen Daten verhindert wird.Another operating sequence can have the goal that in mains-independent operation, X-ray exposures continue to be taken until the total energy content of the sum of the energy stores, in particular the
Ein Betriebsablauf für den Betrieb nach Auftreten einer Netzanomalie kann die Fortsetzung einer andauernden Röntgenuntersuchung, beispielsweise eines Scans während einer Operation mit verringerten Pulsraten und/oder verringerten Pulsleistungen beinhalten, um die Röntgendiagnostikeinrichtung in einer zum Zeitpunkt des Auftretens der Netzanomalie andauernden Operation möglichst lange nutzen zu können.An operating sequence for operation after a network anomaly occurs can include the continuation of an ongoing X-ray examination, for example a scan during an operation with reduced pulse rates and/or reduced pulse powers, in order to be able to use the X-ray diagnostic device in an operation that is ongoing at the time the network anomaly occurs for as long as possible .
Bei Ausfall des Netzes in Folge einer Netzanomalie muss die für einen ausgewählten Betriebsablauf vom Zeitpunkt des Netzausfalls bis zur voraussichtlichen Beendigung des ausgewählten Betriebsablaufs und zum ordnungsgemäßen Abschalten der Röntgendiagnostikeinrichtung erforderliche Energie aus dem Energiespeicher 471 und aus dem Akkumulator 441 zur Verfügung gestellt werden. Der Power-Management-Controller PMC 452 ermittelt dabei den erforderlichen Energiebedarf und berücksichtigt die Dauer für einen auslegungsgemäßen Netzausfall. Der Power-Management-Controller PMC 452 der erfindungsgemäßen Stromversorgung ist dabei eingerichtet, einen Teil der im Energiespeicher 471 und im Akkumulator 441 gespeicherten Energie zum Zeitpunkt des Netzausfalls als Energiereserve für ein ordnungsgemäßes Abschalten der Röntgendiagnostikeinrichtung zu sichern. Die die Energiereserve übersteigende gespeicherte Energie wird zur weiteren Ausführung des Betriebsablaufs verwendet.If the network fails as a result of a network anomaly, the energy required for a selected operating sequence from the time of the network failure until the expected end of the selected operating sequence and for the proper switching off of the X-ray diagnostic device must be made available from the
Für den Fall, dass im Netzbetriebes der Röntgendiagnostikeinrichtung die im Energiespeicher 471 und im Akkumulator 441 gespeicherte Energie die Energiereserve unterschreitet - beispielsweise, dadurch bedingt, dass nach einem vorangegangenen netzunabhängigen Betrieb die Energiespeicher noch nicht bis zur Energiereserve aufgeladen sind - , wird eine Warninformation an den Benutzer ausgegeben mit dem Inhalt, dass im Falle eines Netzausfalls von diesem Zeitpunkt an keine Energiereserve für einen ordnungsgemäßen netzunabhängigen Betrieb, beispielsweise für das ordnungsgemäße Ausschalten der Röntgendiagnostikeinrichtung zur Verfügung stehen wird, wodurch die Gefahr des Verlustes von bereits gewonnenen diagnostischen Patienteninformationen gegeben ist.In the event that the energy stored in the
Falls der Power-Management-Controller PMC 452 nach einem Netzausfall den für die Beendigung des ausgewählten Betriebsablaufs innerhalb der Netzausfall-Auslegungsdauer erforderlichen Energiebedarf als gegenüber der im Energiespeicher 471 und im Akkumulator 441 zur Verfügung stehenden Energie als zu hoch abschätzt, nimmt der Power-Management-Controller PMC 452 eine Umschaltung auf ein Notprogramm mit einem geringeren Energiebedarf erforderlichen Betriebsablauf vor.If, after a power failure, the power management controller PMC 452 estimates the energy requirement required to complete the selected operating sequence within the power failure design period as being too high compared to the energy available in the
Unter einem elektrischen Verbraucher der Röntgendiagnostikeinrichtung wird jede Baugruppe verstanden, die im Betriebsablauf zeitweise oder andauernd mit elektrischer Energie versorgt wird. In der folgenden Liste sind diejenigen Verbraucher, die durch die Verbraucher der Liste mit Energie versorgt werden, nicht aufgeführt. Werden im Rahmen dieser Offenbarung „Verbraucher“ genannt, so sind darunter einzelne oder alle Baugruppen der nachstehenden Liste zu verstehen.
- - AC/DC-
Wandler 211 - - Power-Controller 212 für User-Interface GUI 22,
Bildverarbeitungsrechner 23und Monitor 24 - - User-
Interface 41 - - AC/AC-
Wandler 421 - - AC/DC-
Wandler 422 - -
Netzüberwachungssensor 423 - - Battery-Management-
Controller BMC 442 - - DC/DC-
Gleichstromsteller 451, 451' - - Power-Management-Controller PMC 452
- - DC/DC-
Gleichstromsteller 46 - - DC/DC-
Gleichstromsteller 472 - -
Drehstrominverter 48für Drehanodenmotor 493 - -
Hochspannungswandler 491 für Röntgenröhre 492 - - Kinematik-Controller 501 für die
Antriebsmotoren 502 der Kinematik - -
Röntgenbildaufnehmer 51
- - AC/
DC converter 211 - - Power controller 212 for user interface GUI 22,
image processing computer 23 and monitor 24 - -
User interface 41 - - AC/
AC converter 421 - - AC/
DC converter 422 - -
Grid monitoring sensor 423 - -
BMC 442 battery management controller - - DC/
DC converter 451, 451' - - PMC 452 power management controller
- - DC/
DC converter 46 - - DC/
DC converter 472 - - Three-
phase inverter 48 for rotatinganode motor 493 - -
High voltage converter 491 for X-ray tube 492 - - Kinematics controller 501 for the
drive motors 502 of the kinematics - -
X-ray imager 51
Als Röntgenbildaufnehmer 51 ist ein Flatpaneldetektor FPD oder ein Röntgenbildverstärker mit einer Videokette vorgesehen.A flat panel detector FPD or an X-ray image intensifier with a video chain is provided as the
Bei Verwendung eines Akkumulators 441 kann in einem akkumulatorgestützten Normalbetrieb bei Hochdosisanwendung mit einer Drehanodenröhre, die im Energiespeicher 471 gespeicherte Energie vollständig für den Generatorbetrieb zur Verfügung gestellt werden, wenn die Energiereserve für den Notbetrieb oder/und das Ausschalten der Röntgendiagnostikeinrichtung beim Auftreten einer Netzanomalie im Akkumulator vorhanden ist.When using a
Bei ungestörtem Netz wird der Monitor 24 über den steuerbaren Power-Controller 212 mit Energie versorgt. Im Falle einer Netzanomalie wird der AC/DC-Wandler vom Netz getrennt und die Energieversorgung des Monitors erfolgt aus dem Gleichspannungsbus 43 über den DC/DC-Gleichstromsteller 451, 451', den Power-Management-Controller PMC 452 und über den im Monitor Cart 2 eingebauten Power-Controller 212. Der Power-Controller 212 ermöglicht dabei die verzögerungsfreie Umschaltung von der Stromversorgung 211 auf die akkugestützte Stromversorgung des Power-Management-Controllers PMC 452 des Fahrstatives 4.When the network is undisturbed, the
Alle Spannungswandler 212, 442, 46, 48, 472, 501 der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 sind mittels eines Kommunikationsbus 33, beispielsweise eines CAN-Bus, miteinander und mit dem Power-Management-Controller PMC 452 verbunden und tauschen über diesen Kommunikationsbus 33 Datenbotschaften aus. Die Versorgungsspannung für den Kommunikationsbus 33 wird durch den Power-Management-Controller PMC 452 zur Verfügung gestellt, so dass der Kommunikationsbus 33 bei Auftreten einer Netzanomalie, beispielsweise eines Netzausfalls, aus dem Gleichspannungsbus 43 über den DC/DC-Gleichstromsteller 451, 451' mit Energie versorgt wird.All
Bei unterbrochener Netzverbindung wird über den bidirektionalen DC/DC- Gleichstromsteller 46 der Energiefluss über den Gleichspannungsbus 43 zurück zu dem Stützkondensator 431 geleitet. Dadurch wird mit Hilfe des Energiespeichers 471 oder/und des Akkumulators 441 ein unterbrechungsfreier Betrieb in der Art einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) für eine entsprechend der Auslegung der Energiespeicher bestimmte Zeitdauer gewährleistet. Der DC/DC-Gleichstromsteller 451, der Power-Controller 212, der falls vorgesehen, in einem durch ein Kabel 3 mit dem Fahrstativ 4 verbundenen Monitorwagen 2 angeordnet ist, sowie der Drehstrominverter 48 werden in diesem Fall weiter mit Energie versorgt und versorgen so die Verbraucher wie beispielsweise wenigstens einen Monitor 24, einen Bildverarbeitungsrechner 23, die User-Interfaces 22, 41, den Röntgenbildaufnehmer 51, den Röntgengenerator 49 oder die Betriebssteuerungen der einzelnen Einheiten 212, 23, 442, 45, 46, 472, 50, 51 weiter mit Energie.If the mains connection is interrupted, the flow of energy is routed back to the back-up capacitor 431 via the bidirectional DC/
Der Power-Management-Controller PMC 452 steuert sowohl im Netzbetrieb als auch im netzunabhängigen Betrieb das Auf- und Entladen des Energiespeichers 471 mittels des DC/DC-Gleichstromstellers 46 und/oder des Akkumulators 441 mittels des Battery-Management-Controller BMC 442, sowie den Energiefluß zu den Verbrauchern Monitor 24 und Röntgenbildaufnehmer 51. Der Power-Management-Controller PMC 452 steuert und überwacht vorzugsweise auch das Potenzial des Gleichspannungsbusses 43.The power management controller PMC 452 controls the charging and discharging of the
Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht sowohl bei getrennter als auch bei intakter Verbindung zum Versorgungsnetz über den Netzanschluss 1 eine Energieübertragung über den DC/DC-Gleichstromsteller 472 zum Hochspannungswandler 491, welcher die Röntgenröhre 492 mit Spannung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung versorgt. Dadurch wird ein energiespeichergestützter, reduzierter Röntgenstrahlbetrieb sichergestellt, wie er beispielsweise bei Niedrigdosis-Untersuchungen oder bei reduzierten Pulsraten realisiert wird.The circuit according to the invention enables energy to be transmitted via the DC/
Der Drehstrominverter 48 wird durch den Power-Management-Controller PMC 452 derart gesteuert, dass eine Erhaltung der Drehanodenrotation mit minimalsten Energieaufwand möglich ist. Dies lässt sich z.B. durch Reduzierung der Inverter-Ausgangsspannung und/oder einer Drehfeldfrequenzänderung erreichen. Durch Ausnutzung der Rotationsenergie einer rotierenden Drehanode und dem damit vorliegenden rotatorischen Nachlauf der Drehanode ist eine Beschleunigung oder Rotationserhaltung der Drehanode nicht permanent notwendig, so dass der Inverter durch zyklisches ein- und ausschalten die Rotation der Drehanode erhält und damit auch den notwendigen Energiebedarf gegenüber eines dauerhaften Betriebes weiter reduziert.The three-
Für den Betrieb der Röntgendiagnostikeinrichtung nach Auftreten einer Netzanomalie ist ein durch den Power-Management-Controller PMC 452 automatisch auszuwählender Betriebszustand vorgesehen, in dem eine Positionierung des eine Röntgenstrahlenquelle 53 und einen Röntgendetktor 51 tragenden C-Bogens mittels motorisierter Verstellachsen durch den Kinematik-Controller 501 und die entsprechenden Achsmotoren 502 erfolgt oder die Positionierung manuell zu erfolgen hat.For the operation of the X-ray diagnostic device after the occurrence of a network anomaly, an operating state to be selected automatically by the power management controller PMC 452 is provided, in which the C-arm carrying an
Der Power-Management-Controller PMC 452 überwacht indes den Energiezustand des Energiespeichers 471 und sorgt für die Deaktivierung von Teilfunktionen oder ein kontrolliertes Herunterfahren aller Komponenten der Röntgendiagnostikeinrichtung 10, falls der Energieinhalt des Energiespeichers 471 und des Akkumulators 441 auf den Wert des Energiereserve abgesunken ist.Meanwhile, the power management controller PMC 452 monitors the energy state of the
Eine Anforderung an den USV-Betrieb mit Hilfe der gespeicherten Energie des Energiespeichers 471 und ohne optionalen Akku 44 ist, dass zu jedem Zeitpunkt ein kontrolliertes Herunterfahren aller Systeme der Röntgendiagnostikeinrichtung 10, sichergestellt ist. Der Energiespeicher 471 wird daher zu keinem Zeitpunkt komplett entleert und hält einen Mindestenergievorrat vor, welcher nicht für Strahlungsanwendungen zur Verfügung steht. Der Mindestenergievorrat im Energiespeicher 471 ist vorzugsweise so dimensioniert, dass die für das Herunterfahren aller Systeme der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 notwendige Leistung für mindestens 15 Sekunden bereitgestellt wird.A requirement for UPS operation using the stored energy of the
Der Power-Management-Controller PMC 452 oder der Power-Controller 212 steuern im Falle eines USV-Betriebes den Energiebedarf der restlichen, kommunikationsfähigen Verbraucher. Es ist vorgesehen, nicht an den Kommunikationsbus 33 angeschlossene Verbraucher direkt zu deaktivieren. Über den Kommunikationsbus 33 wird den User-Interfaces 22, 41 oder dem Monitor 24 der Zustand der USV-Funktion übermittelt. Dem Benutzer wird am Monitor 24 und/oder am User-Interface GUI 22 und/oder am User-Interface 41 der Zustand der USV-Funktion dargestellt, beispielsweise über ein Akkusymbol mit sich verringerndem Füllstand, mittels einer Anzeige, die von grün auf gelb und auf rot wechselt oder mittels einer Benutzermeldung des Inhalts, dass das System nun herunterfährt.The power management controller PMC 452 or the power controller 212 control in case of a UPS operation the energy requirements of the remaining, communication-capable consumers. Provision is made to directly deactivate loads that are not connected to the
Der DC/DC Gleichstromsteller 472 besteht aus einem Buck-Boost Wandler, welcher mit höheren und geringeren Eingangsspannungen gegenüber der Ausgangsspannung betrieben werden kann.The DC/
Der DC/DC Gleichstromsteller 46 besteht aus einem bidirektionalen Buck Wandler, welcher mit höheren Eingangsspannungen gegenüber der Ausgangsspannung betrieben werden kann.The DC/
Für den Fall, dass die Röntgendiagnostikeinrichtung 10 einen vom Fahrstativ 4 räumlich getrennten Monitorwagen 2 aufweist, sieht die erfindungsgemäße Schaltung eine DC-Versorgungsleitung 31 als Rückkanal zur Übertragung/Rückführung von Energie vom PMC 452 im Fahrstativ 4 zum Power-Controller 212 im Monitorwagen 2 vor, so dass dessen elektrische Verbraucher über diesen Rückkanal mit Energie versorgt werden. Der Power-Controller 212 im Monitorwagen 2 weist hierzu eine entsprechende elektrische Kopplung zur Nutzung von zwei Energiequellen, nämlich des AC/DC-Wandlers 211 und des DC/DC-Gleichstromstellers 451 auf.In the event that the X-ray
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass durch die Nutzung des Energiespeichers 471 und des Akkumulators 441 nach Auftreten einer Netzanomalie ein drohender Datenverlust im Bildverarbeitungsrechner 23 und/oder eine Unterbrechung der Arbeitsabläufe im Operationssaal verhindert werden.In particular, it is advantageous that the use of the
Die Nutzung des Energiespeichers 471 und des Akkumulators 441 ermöglicht daher eine kostengünstige Implementierung einer USV-Funktion ohne dass eine separate USV integriert werden muss, weil für die Realisierung der USV im Falle von Netzschwankungen oder Netzausfällen auf ohnehin für den Betrieb der Röntgendiagnostikeinrichtung notwendigen Schaltungskomponenten verwendet werden.The use of the
Der erfindungsgemäße Energiespeicher 471 ist für eine Netzausfallüberbrückungszeit von mindestens 15 Sekunden auslegbar, wobei die Begrenzung durch die Speicherfähigkeit der Zellen, den verwendeten Bauraum und den Energiezustand des Energiespeichers abhängig ist.The
Der Energiespeicher 471 ist ein kapazitiver Energiespeicher und kann je nach Anwendung aus handelsüblichen Elektrolytkondensatoren oder aus Ultrakondensatoren (Double-Layer-Kondensatoren) oder Akku-Hybridkondensatoren aufgebaut sein. Der Vorteil von Kondensatoren ist es, dass diese eine höhere Lebensdauer als übliche akkumulatorgestützte Systeme mit chemischer Energiespeicherung aufweisen. Somit entfallen die oft häufigen und kostenintensiven Wartungseinsätze im Zusammenhang mit dem Austauschen eines defekten oder am prognostizierten Ende seiner Lebensdauer angelangten Energiespeichers. Neben einer höheren Lebensdauer weisen kapazitive Energiespeicher robustere Pulsstromfähigkeit auf. Beide Punkte erhöhen die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 und verringern Wartungseinsätze und Wartungskosten.The
Netzunterbrechungen treten in unterschiedlichen Ausprägungen in Erscheinung. Netzschwingungspulsausfall, Netzschwingungspaketausfall oder langandauernde Netzunterbrechung. Bei den geschilderten Ereignissen ist es je nach Dauer der Netzanomalie notwendig die Röntgendiagnostikeinrichtung 10 sicher herunterzufahren, welches vorzugsweise innerhalb von 15 Sekunden erfolgt. Der Einsatz des Energiespeichers 471 mit der erfindungsgemäßen Stromversorgungsstruktur ermöglicht zudem ein sicheres Herunterfahren des Systems bei unterbrochener Netzverbindung, welche mittels des Netzüberwachungssensors 423 durch Überwachung der Netzspannung, der Phasennulldurchgänge oder des Netzstromes detektiert wird.Network interruptions appear in different forms. Mains oscillation pulse failure, mains oscillation package failure or long-lasting mains interruption. In the events described, it is necessary, depending on the duration of the network anomaly, to safely shut down the x-ray
Neben den technologischen Vorteilen von kapazitiven Energiespeichern für die gennannte Anwendung, erweist sich eine geringere Energiedichte als nachteilig, wodurch die Einsatzdauer stark begrenzt ist. Mit einem kapazitiven Energiespeicher 471 kann abhängig von der Lastsituation der damit versorgten elektrischen Verbraucher in der Regel lediglich eine Netzausfallüberbrückungsdauer von bis zu 90 Sekunden sichergestellt werden. Um eine längere Netzausfallüberbrückungsdauer zu gewährleisten ist der Einsatz eines Akkumulators mit chemischer Energiespeicherung trotz der genannten Nachteile erforderlich, da dessen Energiedichte weitaus höher ist. Die erfindungsgemäße Stromversorgung weist Module auf, die den Energiespeicher 471 oder den Akkumulator 441 enthalten. Die Speicherkapazitäten der einzelnen Module kann anwendungsorientiert ausgelegt werde. Es ist weiterhin vorgesehen, die für den Drehanoden-Röntgenröhrenbetrieb und den Stehanoden-Röntgenröhrenbetrieb notwendigen Energiespeicher-Module bei der Konfiguration der Röntgendiagnostikeinrichtung wahlweise in die Stromversorgung einzubauen und an den Gleichspannungsbus 43 anzuschließen.In addition to the technological advantages of capacitive energy stores for the application mentioned, a lower energy density proves to be disadvantageous, as a result of which the period of use is severely limited. Depending on the load situation of the electrical consumers supplied with it, a
Somit lässt sich die erfindungsgemäße Stromversorgung der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 um einen weiteren, optionalen Energiespeicher in Form eines Akkumulators (Blei-, Lithium-Ionen- oder Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator) erweitern. Durch die technologisch bedingte weitaus höhere Energiedichte eines Akkumulatorspeichers gegenüber der eines Kondensators können die Netzausfallüberbrückungsdauern bei ansonsten gleicher Bauraumausnutzung deutlich auf bis zu 15 Minuten oder länger erhöht werden. Durch den Battery-Management-Controller BMC 442 wird die im Akkumulator 441 gespeicherte chemische Energie derart transformiert, dass diese elektrische Energie mit der passenden Spannung am Gleichspannungsbus 43 und am Stützkondensator 431 bereitgestellt wird.Thus, the power supply according to the invention of the X-ray
Bei einem installiertem Akkumulator 441 kann vorgesehen werden, dass die Energiereserve allein im Akkumulator 441 der unabhängigen Stromversorgung 44 vorgehalten wird. Die im Energiespeicher 471 verfügbare Energie steht in diesem Fall in vollem Umfang für die Erzeugung von Röntgenstrahlung zur Verfügung. Darüber hinaus ermöglicht die Topologie Buck-Boost des DC/DC-Gleichstromstellers 472 eine vollumfängliche Ausnutzung des Energiespeichers 471 bis zu einer geringen Ladespannungen.If an
Weiter ermöglicht der DC/DC-Gleichstromsteller 46 eine variabel steuerbare Aufladung des Energiespeichers 471 mit dem Energievorrat aus der unabhängigen Stromversorgung 44. Der DC/DC-Gleichstromsteller 46 beinhaltet dafür eine konfigurierbare Spannungsregelung, eine konfigurierbare Ausgangsstromregelung sowie eine konfigurierbare Leistungsregelung, um mit einem steuerbaren Strom bzw. mit einer steuerbaren Leistung den Energiespeicher 471 wieder aufzuladen und die unabhängige Stromversorgung 44 in diesem Moment nicht zu überlasten. Nach erfolgter Aufladung ist ein weiterer Strahlungsbetrieb möglich, bis der Energievorrat der unabhängigen Stromversorgung 44 erschöpft ist.Furthermore, the DC/DC direct
Der Energiespeicher 471 ist insbesondere für den Pulsbetrieb einer Röntgenröhre 492 mit Drehanode bei hoher Pulsleistung erforderlich. Für eine Röntgendiagnostikeinrichtung 10 mit einer Röntgenröhre 492 mit einer Stehanode sind weitaus geringere Pulsleistungen erforderlich, wodurch die High-Power-Unit 47 entfallen kann, wodurch eine Einsparung bei den Herstellungskosten erreicht wird. Zudem entfällt in diesem Fall der Drehstrominverter 48 und der Drehanodenmotor 493 zum Betrieb der Drehanode. Der Hochspannungswandler 491 wird optional direkt mit dem DC/DC-Gleichstromsteller 46 verbunden (schematisch dargestellt durch eine gestrichelte Linie). Die Vorteile des Energiespeichers 471 sind in diesem Fall nicht mehr nutzbar, so dass der optionale Akkumulator 441 nun für die genannte Netzausfall-Betriebssicherheit genutzt wird.The
Die erfindungsgemäße Stromversorgung ist neben der in
Die erfindungsgemäße Stromversorgung der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 ermöglicht es insbesondere, das Fahrstativ 4 und/oder den Monitorwagen 2 vom Netz zu trennen, an eine andere Stelle zu verfahren und die Röntgendiagnostikeionrichtung 10 an dem neuen Standort wieder an das Netz anzuschließen.The power supply of the X-ray
Die erfindungsgemäße Stromversorgung der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 ermöglicht es insbesondere, dass im Falle eines Netzausfalls alle Funktion kurzzeitig solange aufrechterhalten wird, bis durch eine krankenhauseigene Notstromversorgung die Netzqualität wieder hergestellt ist und ein Netzbetrieb fortgesetzt wird.The power supply of the X-ray
Die erfindungsgemäße Stromversorgung ist auch für den Einsatz in festinstallierten C-Bogen- oder Gantry-basierten Röntgendiagnostikeinrichtungen vorgesehen. In diesem Fall bilden der Monitorwagen 2, die Verbindungsleitung 3 und das Fahrstativ 4 eine Einheit, wobei die Stromversorgungseinheit 21 und die Verbindungsleitung 3 entfallen. Das User-Interface 22, der Bildverarbeitungsrechner 23 und der Monitor 24 sind in diesem Fall mit der Stromversorgungseinheit 45 verbunden.The power supply according to the invention is also intended for use in permanently installed C-arm or gantry-based X-ray diagnostic devices. In this case, the
Treten am Netzanschluss 1 Netzanomalien auf, werden diese innerhalb der Stromversorgung mittels der standardmäßigen Selbstschutzfunktion des AC/DC-Wandlers 422 detektiert und der AC/DC-Wandler 422 dadurch deaktiviert. Zur Erzielung eines robusten Schaltungsdesigns, welches gegenüber kleinsten und sehr kurz andauernden Netzanomalien weitgehend unempfindlich ist, weist der AC/DC-Wandler 422 in der Regel ein träges Abschaltverhalten auf. Der AC/DC-Wandler 422 liefert im normalen Betrieb innerhalb eines Toleranzbereichs eine stabilisierte Ausgangsspannung, vorzugsweise von 350 V DC, was der Nennspannung des Gleichspannungsbusses 43 im Normalbetrieb entspricht.If grid anomalies occur at grid connection 1, these are detected within the power supply using the standard self-protection function of AC/
Liefert aufgrund einer Netzanomalie der AC/DC-Wandler 422 keine Spannung mehr an den Gleichspannungsbus 43, sinkt dadurch die Spannung im Gleichspannungsbus 43 durch die Energieentnahme der angeschlossenen Verbraucher ab, wobei der Spannungsabfall von dem Power-Management-Controller PMC 452 detektiert wird. Zur schnelleren Detektion einer Netzanomalie ist es vorteilhaft, einen direkt am Netzanschluss angeschlossenen Netzüberwachungssensor 423 vorzusehen, wobei der Netzüberwachungssensor 423 direkt an den Power-Management-Controller PMC 452 angeschlossen ist. Vorzugsweise wird die Information über eine detektierte Netzanomalie als Warnmeldung für einen Benutzer an das User-Interface GUI 22 geleitet. Weiterhin ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, gleichzeitig mit der Warnmeldung die unabhängige Stromversorgung 44 mit dem Akkumulator 441 und dem Battery-Management-Controller BMC 442 zu aktivieren, beispielsweise dadurch, dass die Ausgangsspannung der unabhängigen Stromversorgung 44 angehoben wirdIf the AC/
Der Power-Management-Controller PMC 452 überwacht permanent den Energiehaushalt der Röntgendiagnostikeinrichtung 10. Dabei greift er auf eine abgespeicherte Prioritätenliste der Betriebsnotwendigkeiten
der Systemkomponenten der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 zurück, um Systemkomponenten nach einem festgelegten Plan in der Reihenfolge ihrer Wichtigkeit für die Betriebssicherheit sukzessive zum Zweck der Energieeinsparung zu deaktivieren, wie beispielsweise Kinematik, Drehanodenansteuerung, Monitore, ein User-Interface GUI oder einen nicht dargestellten Drucker. Dadurch soll die in der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 verfügbare Energie derart aufgeteilt werden, dass dadurch ein möglichst langer Betrieb der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 zur Überbrückung der Netzanomalie zu gewährleisten.The power management controller PMC 452 constantly monitors the energy budget of the x-ray
of the system components of the X-ray
Sinkt die Spannung im Gleichspannungsbus 43 bei einer Konfiguration der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 mit einem kapazitiven Energiespeicher 471 unter die Ladespannung des kapazitiven Energiespeichers von beispieslweise 300 V DC, so wird zunächst der Energiespeicher 471 durch aktive Steuerung oder selbsttätig durch eine nicht dargestellte, verbaute Koppeldiode des bidirektionalen DC/DC-Gleichstromstellers 46 die Versorgung des Gleichspannungsbusses 43 übernehmen. Dabei erweist sich die Umschalttechnologie mit der verbauten Koppeldiode als kostengünstiger gegenüber der Verwendung eines aktiv steuerbaren bidirektionalen DC/DC-Wandlers, welcher jedoch mehr Steuermöglichkeiten bietet. Insbesondere im Falle eines bidirektional steuerbaren Wandlers ist der Energiefluss aktiv steuer- bzw. regelbar und der Ladungsausgleich erfolgt ausschließlich auf Veranlassung durch den Power-Management-Controller PMC 452.If the voltage in the
Im Fall der Verwendung einer Koppeldiode erfolgt ein Ladungsausgleich zwischen dem Energiespeicher 471 und dem Gleichspannungsbus 43 nur solange, als die Spannung des Energiespeichers 471 größer ist als die Summe aus der Flussspannung der Koppeldiode und der Spannung des Energiespeichers 471.If a coupling diode is used, charge equalization between the
Ist die Stromversorgung der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 mit einer unabhängigen Stromversorgung 44 mit einem Akkumulator 441 ausgestattet, so übernimmt die unabhängige Stromversorgung 44 die Spannungsversorgung des Gleichspannungsbusses 43, wenn dessen Spannung auf einen bestimmten Spannungswert, beispielsweise auf 250 V DC abgefallen ist, wodurch sichergestellt ist, dass die Spannung des Gleichspannungsbusses 43 auf 250 V DC gehalten wird. Die Koppeldiode des DC/DC-Gleichstromstellers 46 sperrt selbsttätig, wodurch der Gleichspannungsbus alleine durch den Akkumulator gestützt wird.If the power supply of the X-ray
Das obige beschriebenen Verfahren betreffen den Betrieb der Stromversorgung der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 nach Erkennen einer Netzanomalie, insbesondere nach Eintritt eines Netzausfalls. Steht am Netzanschluss 1 und damit auch am AC/AC-Wandler 421 wieder ein ungestörtes Netz an, wird der AC/DC-Wandler 422 selbständig aktiviert, wodurch sich die Spannung des Gleichspannungsbusses 43 wieder auf das Niveau des Normalbetriebes erhöht.The method described above relates to the operation of the power supply of the X-ray
Für den Fall, dass in den jeweiligen AC/DC oder DC/DC Wandlern 422, 46 und 44 Koppeldioden integriert sind, ist eine passive Verteilung des Energieflusses in der Stromversorgung der Röntgendiagnostikeinrichtung 10 möglich.If coupling diodes are integrated in the respective AC/DC or DC/
Weiterhin sind die unabhängige Stromversorgung 44 und der DC/DC-Gleichstromsteller 46 über eine CAN-Kommunikationsschnittstelle mit dem Power-Management-Controller PMC 452 verbunden und daher aktiv steuerbar.Furthermore, the
Der DC/DC-Gleichstromsteller 46 oder der DC/DC-Gleichstromsteller 472 überwachen den Energiezustand des Energiespeichers 471 kontinuierlich und stellen Benutzerinformationen, wie Alarme, Warnungen oder Informationen für den Anwender über das User-Interface GUI 22 bereit.The DC/
Der AC/DC-Wandler 422 meldet über ein Statussignal an den Power-Management-Controller PMC 452, ob der AC/DC-Wandler 422 auslegungsgemäß in Betrieb ist oder einen Fehler aufweist.The AC/
Der Netzüberwachungssensor 423 kann vor dem mit einem Transformator ausgestatteten AC/AC-Wandler 421 oder wie in
Figurenlistecharacter list
-
1 : C-Bogen-Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Fahrstativ und einem Monitorwagen mit Netzanschluss.1 : C-arm X-ray diagnostic device with a mobile stand and a monitor trolley with mains connection. -
2 : Schematisches Schaltbild der Röntgendiagnostikeinrichtung.2 : Schematic circuit diagram of the X-ray diagnostic device.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Netzanschlusspower connection
- 1010
- RöntgendiagnostikeinrichtungX-ray diagnostic facility
- 22
- Monitorwagenmonitor trolley
- 2121
- Stromversorgungseinheitpower supply unit
- 211211
- AC/DC-WandlerAC/DC converter
- 212212
- Power-Controllerpower controller
- 2222
- User-Interface GUIUser interface GUI
- 2323
- Bildverarbeitungsrechnerimage processing computer
- 2424
- Monitormonitor
- 33
- Verbindungsleitungconnection line
- 3131
- DC-VersorgungsleitungDC supply line
- 3232
- AC-VersorgungsleitungAC power line
- 3333
- Kommunikationsbuscommunication bus
- 44
- Fahrstativmobile tripod
- 4141
- User-Interfaceuser interface
- 4242
- AC/DC-StromversorgungAC/DC power supply
- 421421
- AC/AC-WandlerAC/AC converter
- 422422
- AC/DC-WandlerAC/DC converter
- 423423
- NetzüberwachungssensorGrid monitoring sensor
- 4343
- GleichspannungsbusDC bus
- 431431
- Stützkondensatorbackup capacitor
- 4444
- Unabhängige StromversorgungIndependent power supply
- 441441
- Akkumulatoraccumulator
- 442442
- Battery-Management-Controller BMCBattery management controller BMC
- 4545
- Stromversorgungseinheitpower supply unit
- 451, 451'451, 451'
- DC/DC-GleichstromstellerDC/DC converter
- 452452
- Power-Management-Controller PMCPower management controller PMC
- 4646
- DC/DC-GleichstromstellerDC/DC converter
- 4747
- High-Power-UnitHigh power unit
- 471471
- Kapazitiver EnergiespeicherCapacitive energy storage
- 472472
- DC/DC-GleichstromstellerDC/DC converter
- 4848
- Drehstrominverterthree-phase inverter
- 4949
- Röntgengeneratorx-ray generator
- 491491
- Hochspannungswandlerhigh voltage converter
- 492492
- Röntgenröhrex-ray tube
- 493493
- Drehanodenmotorrotating anode motor
- 5050
- Kinematikkinematics
- 501501
- Kinematik-Controllerkinematic controller
- 502502
- Antriebsmotordrive motor
- 5151
- Röntgenbildaufnehmerx-ray imager
- 5252
- C-BogenC-arm
- 5353
- RöntgenstrahlenquelleX-ray source
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102005052115 B4 [0007]DE 102005052115 B4 [0007]
- DE 102015218919 A1 [0008]DE 102015218919 A1 [0008]
- DE 10355424 A1 [0009]DE 10355424 A1 [0009]
- DE 19749944 C2 [0010]DE 19749944 C2 [0010]
- EP 2641541 A1 [0011]EP 2641541 A1 [0011]
- US 7499524 B2 [0012]US7499524B2 [0012]
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19749944C2 (en) | 1997-11-11 | 2003-10-02 | Siemens Ag | X-ray machine |
DE10355424A1 (en) | 2003-11-27 | 2005-06-30 | Siemens Ag | X-ray apparatus connectable to mains with equipment for energy storage, containing at least one ultra-capacity, e.g. for mobile C-arc type X-ray apparatus etc |
US7499524B2 (en) | 2006-04-27 | 2009-03-03 | General Electric Company | Methods and apparatus for mobile imaging systems |
DE102005052115B4 (en) | 2005-11-02 | 2009-10-29 | Ziehm Imaging Gmbh | Power supply for x-ray generator of mobile x-ray diagnostic device, has controller, where current is supplied to generator when output voltage of voltage converter reaches output voltage of another voltage converter |
EP2641541A1 (en) | 2010-11-18 | 2013-09-25 | Hitachi Medical Corporation | Mobile x-ray apparatus |
DE102015218919A1 (en) | 2015-09-30 | 2017-03-30 | Siemens Healthcare Gmbh | Mobile C-arm X-ray machine |
-
2021
- 2021-06-24 DE DE102021003254.3A patent/DE102021003254A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19749944C2 (en) | 1997-11-11 | 2003-10-02 | Siemens Ag | X-ray machine |
DE10355424A1 (en) | 2003-11-27 | 2005-06-30 | Siemens Ag | X-ray apparatus connectable to mains with equipment for energy storage, containing at least one ultra-capacity, e.g. for mobile C-arc type X-ray apparatus etc |
DE102005052115B4 (en) | 2005-11-02 | 2009-10-29 | Ziehm Imaging Gmbh | Power supply for x-ray generator of mobile x-ray diagnostic device, has controller, where current is supplied to generator when output voltage of voltage converter reaches output voltage of another voltage converter |
US7499524B2 (en) | 2006-04-27 | 2009-03-03 | General Electric Company | Methods and apparatus for mobile imaging systems |
EP2641541A1 (en) | 2010-11-18 | 2013-09-25 | Hitachi Medical Corporation | Mobile x-ray apparatus |
DE102015218919A1 (en) | 2015-09-30 | 2017-03-30 | Siemens Healthcare Gmbh | Mobile C-arm X-ray machine |
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