DE10228336C1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung, sowie Röntgengenerator und Röntgeneinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung (1) zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung beschrieben, mit einer Wechselrichterschaltung (G¶si¶) zur Erzeugung einer hochfrequenten Wechselspannung, mit einem Hochspannungserzeuger (G¶su¶) zur Umwandlung der Wechselspannung in die Röntgenröhrenhochspannung und mit einer Spannungsregeleinrichtung (G¶RU¶), die auf Basis der Abweichung einer Ist-Röntgenröhrenspannung (V¶U¶(t)) von einer Soll-Röntgenröhrenspannung (W¶U¶(t)) einen ersten Stellgrößenwert (Y¶U¶(t)) für die Wechselrichterschaltung (G¶si¶) erzeugt. Die Schaltungsanordnung weist außerdem eine Messschaltung (7) zur Messung eines an einem Ausgang der Wechselrichterschaltung (G¶si¶) anliegenden Schwingstroms (i¶sw¶(t)) der Hochfrequenzwechselspannung und eine Schwingstromregeleinrichtung (G¶RI¶) auf, um auf Basis der Abweichung eines Ist-Schwingstromwerts (V¶I¶(t)) von einem Schwingstrom-Maximalwert (W¶I_max¶) einen zweiten Stellgrößenwert (Y¶I¶(t)) für die Wechselrichterschaltung (G¶si¶) zu erzeugen. Der Spannungsregeleinrichtung (G¶RU¶) und der Schwingstromregeleinrichtung (G¶RI¶) ist eine Schalteinrichtung (8) nachgeschaltet, welche den ersten Stellgrößenwert (Y¶U¶(t)) und den zweiten Stellgrößenwert (Y¶I¶(t)) vergleicht und nur den jeweils kleineren Stellgrößenwert (Y¶U¶(t), Y¶I¶(t)) als resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) an die Wechselrichterschaltung (G¶si¶) weiterleitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung mit einer Wechselrichterschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Wechselspannung, mit einem Hochspannungserzeuger zur Umwandlung der hochfrequenten Wech­ selspannung in eine Hochspannung für die Röntgenröhre und mit einer Spannungsregeleinrichtung, die auf Basis der Abweichung einer Ist-Röntgenröhrenspannung von einer Soll-Röntgenröhren­ spannung einen ersten Stellgrößenwert für eine Stellgröße für die Wechselrichterschaltung zur Erreichung einer Anpassung der Ist-Röntgenröhrenspannung an die Soll-Röntgenröhren­ spannung erzeugt. Eine derartige Schaltungsanordnung ist bei­ spielsweise aus der DE 29 43 816 C2 bekannt.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Röntgengenerator mit einer derartigen Schaltungsanordnung, eine Röntgenein­ richtung mit einem solchen Röntgengenerator sowie ein ent­ sprechendes Verfahren zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspan­ nung.

Moderne Röntgengeneratoren weisen zur Erzeugung einer Rönt­ genröhrenspannung häufig Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art auf. Da die Netzfrequenz zunächst gleichgerich­ tet und dann wieder in eine hochfrequente Wechselspannung um­ gewandelt wird, welche schließlich auf die gewünschte Span­ nung transformiert wird, werden derartige Generatoren auch als Hochfrequenzgeneratoren bezeichnet. Die Spannungsre­ geleinrichtung dient hierbei dazu, die Hochspannung an der Röntgenröhre möglichst zeitoptimal auf den diagnostisch er­ forderlichen Wert zu regeln und dort mit der erforderlichen Genauigkeit zu halten. Gegenüber Generatoren, bei denen die Hochspannung mit der vorliegenden Netzfrequenz zunächst transformiert, dann gleichgerichtet und schließlich der Rönt­ genröhre zugeführt wird, hat eine solche Schaltungsanordnung den Vorteil, dass sie im Prinzip durch einen relativ schnel­ len Regelkreis von Änderungen sowohl der Netzspannung als auch des Röhrenstroms nahezu unabhängig gemacht wer­ den kann und daher die Röhrenspannung sehr gut reproduzierbar ist und konstant gehalten werden kann. Gegenüber den eben­ falls bekannten sogenannten Gleichspannungsgeneratoren, bei denen eine mit Netzfrequenz transformierte und gleichgerich­ tete Hochspannung mit Hilfe von Trioden fein geregelt wird, haben die Hochfrequenzgeneratoren den Vorteil eines relativ kleinen Bauvolumens und niedrigerer Herstellungskosten. Diese Vorteile sind der Grund für den bevorzugten Einsatz solcher Schaltungsanordnungen in den heutigen Röntgengeneratoren.

Bei den herkömmlichen Schaltungsanordnungen der eingangs ge­ nannten Art ergeben sich jedoch Schwierigkeiten aus der Tat­ sache, das die Parameter der aus dem Wechselrichter und dem Hochspannungskreis bestehenden Regelstrecke in Abhängigkeit vom gewählten Arbeitspunkt der Röntgenröhre einen großen Wer­ tebereich umfassen und dass insbesondere der Wechselrichter - bedingt durch Resonanzerscheinungen im Wechselrichter - ein stark nichtlineares Regelkreisglied darstellt. Weiterhin darf der Schwingstrom des Wechselrichters einen vorgegebenen Maxi­ malwert nicht überschreiten, um eine Beschädigung der Leis­ tungshalbleiter zu vermeiden. Bei einem konventionellen, ein­ läufigen Röntgenröhrenspannungsregelkreis muss daher dessen Regelgeschwindigkeit zumindest so langsam eingestellt werden, dass der Schwingkreisstrom auch beim Hochfahren den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet. Dadurch wird zwangsläu­ fig aber auch das Kleinsignalverhalten des Regelkreises unnö­ tig verlangsamt, was ein langsameres Ausregeln von Störgrößen zur Folge hat, als dies an sich möglich wäre. Außerdem wird bei einer solchen einläufigen Regelung der Schwingstrom nur indirekt begrenzt. Daher sind bei einer Umdimensionierung des Wechselrichters auch die Regelparameter der Regelung bezüg­ lich des Schwingstroms entsprechend anzupassen. Eine einfache Spannungsregeleinrichtung kann somit die an sie gestellten Anforderungen nur unbefriedigend lösen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alter­ native zu dem bekannten Stand der Technik zu schaffen, welche eine Regelung mit hoher Geschwindigkeit erlaubt, ohne dass der maximal zulässige Schwingstrom dabei überschritten wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Pa­ tentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst.

Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung hierzu zusätz­ lich eine Messschaltung zur Messung eines an einem Ausgang der Wechselrichterschaltung anliegenden Schwingstroms der hochfrequenten Wechselspannung auf. Mittels einer Schwing­ stromregeleinrichtung wird dann auf Basis der Abweichung ei­ nes ermittelten Ist-Schwingstromwerts von einem vorgegebenen Schwingstrom-Maximalwert ein zweiter Stellgrö­ ßenwert für die genannte Stellgröße für die Wechselrichter­ schaltung erzeugt. Der Spannungsregeleinrichtung und der Schwingstromregeleinrichtung ist dann eine Schalteinrichtung nachgeschaltet, welche den ersten Stellgrößenwert und den zweiten Stellgrößenwert vergleicht und nur den jeweils klei­ neren Stellgrößenwert als resultierenden Stellgrößenwert an die Wechselrichterschaltung weiterleitet.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, mittels einer Schwing­ stromregeleinrichtung separat einen zweiten Stellgrößenwert anhand der Abweichungen eines Ist-Schwingstromwerts von einem vorgegebenen Schwingstrom-Maximalwert zu ermitteln und mit dem ersten Stellgrößenwert der Spannungsregeleinrichtung zu vergleichen und dabei nur den jeweils kleineren Stellgrößen­ wert der Wechselrichterschaltung zuzuführen, wird erreicht, dass im Normalfall eine sehr schnelle Regelung durch die Spannungsregeleinrichtung erfolgt, die nur in den Grenzfäl­ len, wenn ein kritischer Bereich bezüglich des Schwingstroms erreicht ist, durch die Schwingstromregeleinrichtung abgelöst wird. Das heißt, bei dieser "Ablöseregelung" wird, solange die Spannungsregeleinrichtung "normal" arbeitet und nur einen Schwingstrom "beansprucht", der kleiner ist als der maximal zulässige Schwingstrom, die Stellgröße der Spannungsregelein­ richtung an die Regelstrecke weitergegeben. Nur dann, wenn der maximal zulässige Schwingstrom erreicht bzw. überschrit­ ten würde, was z. B. beim Hochfahren in der Regel der Fall sein wird, greift die Schwingstromregeleinrichtung ein und begrenzt den Schwingstrom auf seinen maximal zulässigen Wert.

Die abhängigen Ansprüche enthalten jeweils besonders vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Vorzugsweise wird zumindest für eine der beiden Regeleinrich­ tungen, besonders bevorzugt für beide Regeleinrichtungen, je­ weils zumindest ein PI-Regler (Proportional/Integral-Regler) verwendet. Der Integralanteil des betreffenden Reglers hat die Aufgabe, den stationären Regelfehler, d. h. den Regelfeh­ ler im eingeschwungenen Zustand, zu Null zu zwingen. Damit wird eine bleibende Regelabweichung sicher vermieden. Die Re­ geleinrichtungen bestehen hierbei vorzugsweise aus hinterein­ ander geschalteten Proportionalteilen und Integralteilen. Der Vorteil gegenüber einer parallelen PI-Reglerstruktur besteht darin, dass hierbei die Reglerparameter betreffend die Ver­ stärkung und die Nachstellzeit getrennt voneinander einge­ stellt werden können. Anstelle eines PI-Reglers kann auch je­ weils ein PID-Regler verwendet werden.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Ausgang der Schalteinrichtung mit einem Eingang der Span­ nungsregeleinrichtung und/oder der Schwingstromregeleinrich­ tung verbunden, um den resultierenden Stellgrößenwert zurück­ zuführen. Die Spannungsregeleinrichtung und/oder die Schwing­ stromregeleinrichtung sind dabei derart ausgebildet, dass sie mit dem resultierenden Stellgrößenwert mitgeführt werden, wenn der von der betreffenden Regeleinrichtung erzeugte Stellgrößenwert nicht selbst als resultierender Stellgrößen­ wert weitergeleitet wird. Hierzu vergleicht die jeweilige Re­ geleinrichtung die resultierende Stellgröße mit dem eigenen, intern ebenfalls rückgeführten Stellgrößenwert. Durch diese Variante werden zusätzliche Einschwingvorgänge aufgrund von Sprüngen beim Umschalten zwischen den beiden Regeleinrichtun­ gen sicher verhindert.

Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung derart ausgebildet, dass sie zumindest einen vorgegebenen Stellgrößen-Minimalwert als resultierenden Stellgrößenwert an die Wechselrichter­ schaltung weiterleitet. Außerdem wird vorzugsweise auch maxi­ mal ein vorgegebener Stellgrößen-Maximalwert als resultieren­ der Stellgrößenwert an die Wechselrichterschaltung weiterge­ leitet. Dadurch wird die resultierende Stellgröße aktiv auf einen Bereich zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert begrenzt.

Da die Reglerparameter, d. h. die Reglerverstärkung und die Nachstellzeit, in der Regel arbeitspunktabhängig sind, weisen die Spannungsregeleinrichtung und/oder die Schwingstromre­ geleinrichtung bevorzugt jeweils Mittel auf, um in Abhängig­ keit von einer eingestellten Röntgenröhrenspannung und/oder in Abhängigkeit von einem eingestellten Röntgenröhrenstrom zumindest eine Kenngröße (= Reglerparameter) der betreffen­ den Regeleinrichtung zu variieren. Das heißt, es wird ein Wert für die eingestellte Röntgenröhrenspannung sowie vor­ zugsweise auch für den eingestellten Röntgenröhrenstrom auf entsprechende Eingänge der jeweiligen Regeleinrichtung gege­ ben, wodurch intern die Kenngrößen der betreffenden Regelein­ richtungen passend eingestellt werden.

Eine solche erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Erzeu­ gung einer Röntgenröhrenspannung kann prinzipiell in jedem herkömmlichen Röntgengenerator eingesetzt werden, unabhängig davon, wie der Röntgengenerator bezüglich seiner weiteren Komponenten wie beispielsweise der verschiedenen Messeinrich­ tungen oder der Heizstromversorgung aufgebaut ist. Ebenso kann die Erfindung weitgehend unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Wechselrichterschaltung und des Hochspan­ nungserzeugers eingesetzt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige­ fügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Aus den beschriebenen Beispielen sowie den Zeichnungen ergeben sich weitere Vorteile der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1a eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik mit einer Wechselrichterschal­ tung und einem dahinter geschalteten Hochspannungs­ erzeuger zu Erzeugung einer Hochspannung für eine Röntgenröhre,

Fig. 1b eine Modelldarstellung eines Regelkreises für eine Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1a,

Fig. 2 eine Modelldarstellung des Regelkreises einer erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 3 eine detailliertere Modelldarstellung des Regelkrei­ ses einer besonders vorteilhaften Variante der er­ findungsgemäßen Schaltungsanordnung.

In Fig. 1a sind die typischen Komponenten eines Röntgengene­ rators dargestellt, die bezüglich der Regelung der Röntgen­ röhrenspannung U_Rö die Regelstrecke darstellen. Hierzu gehö­ ren zunächst ein Schwingkreiswechselrichter G_si, ein Hochspan­ nungserzeuger G_su sowie eine Röntgenröhre 6.

Die Wechselrichterschaltung G_si weist mehrere Leistungshalb­ leiter 3 auf, welche entsprechend so geschaltet werden, dass eine Zwischenkreisgleichspannung V_z in eine Hochfrequenzspan­ nung umgewandelt wird. Die Wechselrichterschaltung G_si weist außerdem einen Spannungsfrequenzwandler 2 auf, welcher einen Spannungswert Y(t) in eine Ansteuerfrequenz f_a umwandelt, mit der die Leistungshalbleiter 3 des Wechselrichters G_si ange­ steuert werden. Die Eingangsspannung bildet somit die Stell­ größe Y(t) der Regelstrecke.

Bei der Wechselrichterschaltung G_si handelt es sich hier um einen Schwingkreiswechselrichter (Inverter). Es können aber auch andere Wechselrichterschaltungen, beispielsweise ein Rechteckwechselrichter bzw. beliebige Serien- oder Multireso­ nanzwechselrichter, verwendet werden.

Der Hochspannungserzeuger G_su besteht zum einen aus einem Transformator 4 mit einem Übertragungsfaktor ü und einer dem Transformator nachgeschalteten Gleichricht- und Glättungsein­ richtung 5. Die am Ausgang der Gleichricht- und Glättungsein­ richtung 5 vorliegenden Röntgenröhrenspannung U_Rö wird der Röntgenröhre 6 zugeführt.

Fig. 1b zeigt ein Strukturbild für einen Regelkreis nach dem Stand der Technik. Die Wechselrichterschaltung G_si wird hier als Block dargestellt und kann im regelungstechnischen Sinn durch den proportionalen Übertragungsfaktor K_si und eine Zeitkonstante T_si beschrieben werden, wobei insbesondere der proportionale Übertragungsfaktor K_si durch Resonanzerschei­ nungen im Wechselrichter G_si stark nichtlinear ist, d. h. vom Arbeitspunkt des Wechselrichters G_si abhängt.

Der Hochspannungserzeuger G_su wird ebenfalls als Block darge­ stellt. Er kann durch den proportionalen Übertragungsfaktor K_su und die Zeitkonstante T_su beschrieben werden, wobei beide Größen unmittelbar von der Röntgenröhrenspannung U_Rö und dem Röntgenröhrenstrom I_Rö abhängen, d. h. arbeitspunktabhängig einen großen Wertebereich umfassen. i_sw(t) ist der Schwing­ strom des Wechselrichters G_si, der die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 4 des Hochspannungserzeugers G_su versorgt. Um eine Beschädigung der Leistungshalbleiter 3 in der Wechselrichterschaltung G_si zu vermeiden, darf der Schwingstrom i_sw(t) einen Maximalwert nicht übersteigen.

Gemäß dem Stand der Technik wird zur Regelung der Ausgangs­ spannung am Hochspannungserzeuger G_su die dort zu einem be­ stimmten Zeitpunkt t anliegende Ist-Spannung V_U(t) mit einem Sollwert W_U(t) verglichen, welcher der gewünschten Röntgen­ röhrenspannung U_Rö entspricht, d. h. die Differenz wird einer Spannungsregelung G_RU zugeführt, welche hier ebenfalls in Form eines Blocks dargestellt ist.

Bei dieser Spannungsregeleinrichtung G_RU handelt es sich her­ kömmlicherweise um einen einfachen PI-Regler, welcher in Ab­ hängigkeit von der Abweichung des Istwerts V_U(t) vom Sollwert W_U(t) die Stellgröße Y(t) erzeugt, welche dann auf den Ein­ gang des Spannungsfrequenzwandlers 2 der Wechselrichterschal­ tung G_si gegeben wird.

Bei einem solchen konventionellen Regelkreis gemäß Fig. 1b muss die Regelgeschwindigkeit der Spannungsregeleinrichtung G_RU so langsam eingestellt werden, dass der Schwingstrom i_sw(t) auch beim Hochfahren den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet. Dies bedeutet, dass keine schnelle Regelung mit dem Spannungsregler G_RU möglich ist und damit auch Stö­ rungen nur langsam ausgeregelt werden. Bei einer Umdimensio­ nierung der Wechselrichterschaltung G_si müssen außerdem die Reglerparameter des Spannungsreglers G_RU entsprechend ange­ passt werden, da hier ja nur eine indirekte Begrenzung des Schwingstroms i_sw(t) erfolgt.

Fig. 2 zeigt im Vergleich zu Fig. 1b deutlich die erfin­ dungsgemäße Änderung der Struktur des Regelkreises. Bei die­ ser Ablöserregelung wird erfindungsgemäß zwischen zwei im Prinzip parallel geführten Regelkreisstrukturen umgeschaltet.

Wie beim Stand der Technik gemäß Fig. 1b bildet auch hier die Röntgenröhren-Spannungsregeleinrichtung G_RU aus der Dif­ ferenz zwischen der gewünschten Röntgenröhrenspannung, d. h. der Sollspannung W_U(t), und der tatsächlichen Röntgenröhren­ spannung, d. h. der Ist-Röntgenröhrenspannung V_U(t) in sinn­ voller Weise eine Stellgröße Y_U(t).

Zusätzlich wird jedoch mittels eines Glättungsglieds 7 der Schwingstrom i_sw(t) gemessen. Dieses Glättungsglied 7 wird durch die zusätzliche Zeitkonstante T_MI regeltechnisch be­ schrieben. Der dabei ermittelte Ist-Schwingstromwert V_I(t) wird mit einem maximal zulässigen Schwingstromwert W_{I_max} (= Sollwert) verglichen, d. h. es wird die Differenz dieser Werte gebildet und einer weiteren Regeleinrichtung, der Schwingstromregeleinrichtung G_RI, zugeführt, welche ebenfalls einen Stellgrößenwert Y_I(t) für die Stellgröße für die Wech­ selrichterschaltung G_si bildet.

Sowohl der erste Stellgrößenwert Y_U(t), der von der Span­ nungsregeleinrichtung G_RU gebildet wird, als auch der zweite Stellgrößenwert Y_I(t), der von der Schwingstromregeleinrich­ tung G_RI gebildet wird, werden zu einer Schalteinrichtung 8 geführt. Diese Schalteinrichtung 8 wählt zwischen den beiden Stellgrößenwerten Y_U(t) und Y_I(t) derjenigen Stellgrößenwert Y_U(t), Y_I(t) aus, der zum aktuellen Zeitpunkt t kleiner ist, und leitet diesen Stellgrößenwert Y_U(t), Y_I(t) als resultie­ renden Stellgrößenwert Y(t) an die Wechselrichterschaltung G_si weiter.

Beide Regeleinrichtungen G_RI, G_RU beinhalten hier jeweils ei­ nen PI-Regler. Durch den Integralanteil der PI-Regler wird eine bleibende Regelabweichung vermieden.

Diese Ablöseregelung gemäß Fig. 2 hat den Vorteil, dass im "Normalfall" die Spannungsregeleinrichtung G_RU für die Rege­ lung der Röntgenröhrenspannung zuständig ist. Lediglich in den Fällen, in denen der von der Spannungsregeleinrichtung G_RU erzeugte aktuelle Stellgrößenwert Y_U(t) dazu führen würde, dass der Schwingstrom i_sw(t) einen erlaubten Maximalwert überschreiten würde, ist der von der Schwingstromregelein­ richtung G_RI erzeugte aktuelle Stellgrößenwert Y_I(t) kleiner als der von der Spannungsregeleinrichtung G_RU erzeugte Stell­ größenwert Y_U(t). Daher wird in diesen Fällen die Spannungs­ regeleinrichtung G_RU quasi außer Kraft gesetzt und es wirkt nur die Schwingstromregeleinrichtung G_RI. Dies hat den Vor­ teil, dass die Spannungsregeleinrichtung G_RU erheblich schneller eingestellt werden kann als bei einem Regelkreis gemäß dem Stand der Technik und somit dementsprechend schnell Störgrößen ausgeregelt werden können. Durch die Ablösung in Extremfällen wird dennoch sicher verhindert, dass der Schwingstrom i_sw(t) den zulässigen Maximalwert überschreitet.

Die Röntgenröhrenspannungsregelung selbst wird bei dem erfin­ dungsgemäßen Aufbau im Normalfall nicht durch die Messzeit­ konstante T_MI des Schwingstroms i_sw(t) verlangsamt, da das Glättungsglied 7 nicht im Regelkreis der Röntgenröhrenspan­ nung liegt.

Da die Parameter der beiden Teilregelstrecken jeweils vom ak­ tuellen Arbeitspunkt der Röntgenröhre 6 abhängen, lässt sich die Dimensionierung der beiden Regeleinrichtungen G_RU, G_RI we­ sentlich erleichtern, wenn ihre Kenngrößen, d. h. die Regler­ verstärkungen und die Nachstellzeiten, arbeitspunktabhängig gesteuert werden. Hierzu werden, wie dies in Fig. 2 schema­ tisch dargestellt wird, den beiden Regeleinrichtungen G_RI, G_RU jeweils die Werte der eingestellten Röntgenröhrenspannung U_Rö und des eingestellten Röntgenröhrenstroms I_Rö zugeführt.

Fig. 3 zeigt ein detaillierteres Strukturbild des Regelkrei­ ses gemäß Fig. 2, wobei die Regelkreise hier zusätzliche, besonders vorteilhafte Merkmale aufweisen.

Ein zusätzliches Merkmal besteht darin, dass hier die Schalt­ einrichtung 8 weitere Eingänge aufweist, über die der Schalt­ einrichtung 8 ein Stellgrößenmaximalwert Y_max und ein Stell­ größenminimalwert Y_min vorgegeben werden. Die Schalteinrich­ tung 8 ist dabei so aufgebaut, dass zumindest der Stellgrö­ ßenminimalwert Y_min und maximal der Stellgrößenmaximalwert Y_max ausgegeben werden. Das heißt, es wird dynamisch ein Stellgrö­ ßenbereich vorgegeben, innerhalb dessen sich die aktuell an die Wechselrichterschaltung G_si weitergeleitete Stellgröße Y(t) bewegt. Der Stellgrößenmaximalwert Y_max und der Stellgrö­ ßenminimalwert Y_min werden in der Regel werkseitig einge­ stellt. Sie können insoweit auch durch entsprechende Ausle­ gung der Schalteinrichtung 8 selbst bereits vorgegeben sein.

Außerdem ist in Fig. 3 ein genauerer Aufbau der Spannungsre­ geleinrichtung G_RU und der Schwingstromregeleinrichtung G_RI dargestellt. Es handelt sich hierbei jeweils um PI-Regler mit einem Proportionalanteil 12, 15 und einem dahintergeschalte­ ten Integralanteil 13, 14. Regelungstechnisch sind die Pro­ portionalanteile 12, 15 wieder jeweils durch die Übertra­ gungsfaktoren K_PRI bzw. K_PRU bestimmt und die Integralanteile 13, 14 durch die Zeitkonstanten T_NI bzw. T_NU.

Dieser in Fig. 3 dargestellte Aufbau mit hintereinander ge­ schalteten Proportionalanteilen 12, 15 und Integralanteilen 13, 14 hat gegenüber einer parallelen PI-Reglerstruktur den Vorteil, dass hier die Reglerverstärkungen K_PRI, K_PRU und die Nachstellzeiten T_NI, T_NU jeweils getrennt voneinander einge­ stellt werden können.

Als weiteres Merkmal wird bei diesem Ausführungsbeispiel je­ weils durch eine Verbindung des Ausgangs 9 der Schalteinrich­ tung 8 mit zusätzlichen Eingängen 10, 11 der Spannungsre­ geleinrichtung G_RU bzw. der Schwingstromregeleinrichtung G_RU, der resultierende Stellgrößenwert Y(t) zurückgekoppelt. In­ tern wird außerdem der jeweils von der Regeleinrichtung G_RU, G_RI erzeugte eigene Stellgrößenwert Y_U(t), Y_I(t) vor den In­ tegralanteil 13, 14 zurückgekoppelt und die Differenz zwi­ schen dem rückgekoppelten, resultierenden Stellgrößenwert Y(t) und dem jeweils eigenen Stellgrößenwert Y_U(t), Y_I(t) ge­ bildet.

Das heißt, beide Regeleinrichtungen G_RU, G_RI weisen jeweils Begrenzungsbeobachter auf, die derart gekoppelt sind, dass der Integralanteil 13, 14 der jeweils inaktiven Regeleinrich­ tung G_RU, G_RI vom Integralanteil 13, 14 der aktiven Regelein­ richtung - d. h. der Regeleinrichtung G_RU, G_RI, deren Stell­ größenwert Y_U(t), Y_I(t) gerade den resultierenden Stellgrö­ ßenwert Y(t) bildet - mitgeführt wird. Auf diese Weise werden Störungen beim Umschalten zwischen den Regeleinrichtungen G_RU, G_RI vermieden. Ansonsten würde die Gefahr bestehen, dass die Regeleinrichtungen G_RU, G_RI in den Anschlag laufen, was zur Folge hätte, dass die Integralanteile 13, 14 überladen werden. Dies würde wiederum eine Verschlechterung des Ein­ schwingverhaltens beim Umschalten zur Folge haben (Wind-Up- Effekt).

Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren dargestellten Schaltungsanordnungen nur um Ausführungsbeispiele handelt und für den Fachmann eine Viel­ zahl von Variationsmöglichkeiten zur Realisierung einer er­ findungsgemäßen Schaltungsanordnung bestehen. So kann z. B. auch eine adaptive Regelung des Spannungsreglers in der Weise erfolgen, dass die Nachstellzeit abhängig vom Röhrenspan­ nungsistwert im Verlauf der Röhrenspannung eingestellt wird.

Claims (14)

1. Schaltungsanordnung (1) zur Erzeugung einer Röntgenröhren­ spannung
mit einer Wechselrichterschaltung (G_si) zur Erzeugung einer hochfrequenten Wechselspannung,
mit einem Hochspannungserzeuger (G_su) zur Umwandlung der hochfrequenten Wechselspannung in eine Hochspannung für die Röntgenröhre (6)
und mit einer Spannungsregeleinrichtung (G_RU), die auf Basis der Abweichung einer Ist-Röntgenröhrenspannung (V_U(t)) von einer Soll-Röntgenröhrenspannung (W_U(t)) einen ersten Stell­ größenwert (Y_U(t)) für eine Stellgröße für die Wechselrich­ terschaltung (G_si) zur Erreichung einer Anpassung der Ist- Röntgenröhrenspannung (V_U(t)) an die Soll-Röntgenröhren­ spannung (W_U(t)) erzeugt,
gekennzeichnet durch
eine Messschaltung (7) zur Messung eines an einem Ausgang der Wechselrichterschaltung (G_si) anliegenden Schwingstroms (i_sw(t)) der hochfrequenten Wechselspannung,
eine Schwingstromregeleinrichtung (G_RI), um auf Basis der Ab­ weichung eines ermittelten Ist-Schwingstromwerts (V_I(t)) von einem vorgegebenen Schwingstrom-Maximalwert (W_{I_max}) einen zweiten Stellgrößenwert (Y_I(t)) für die genannte Stellgröße zu erzeugen,
und eine der Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und der Schwing­ stromregeleinrichtung (G_RI) nachgeschaltete Schalteinrichtung (8), welche den ersten Stellgrößenwert (Y_U(t)) und den zweiten Stellgrößenwert (Y_I(t)) vergleicht und nur den jeweils kleineren Stellgrößen­ wert (Y_U(t), Y_I(t)) als resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) an die Wechselrichterschaltung (G_si) weiterleitet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder die Schwing­ stromregeleinrichtung (G_RI) einen PI-Regler umfassen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang (9) der Schalteinrichtung (8) zur Rückführung des resultierenden Stellgrößenwerts (Y(t)) mit einem Eingang (10, 11) der Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder der Schwing­ stromregeleinrichtung (G_RI) verbunden ist und dass die Span­ nungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder die Schwingstromre­ geleinrichtung (G_RI) derart ausgebildet sind, dass sie mit dem resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) mitgeführt werden, wenn der von der betreffenden Regeleinrichtung erzeugte Stellgrößenwert (Y_U(t), Y_I(t)) nicht als resultierender Stellgrößenwert (Y(t)) weitergeleitet wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie zumindest einen vorgegebenen Stellgrößenminimalwert (Y_min) als resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) an die Wechselrichter­ schaltung (G_si) weiterleitet.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie maximal einen vorgegebenen Stellgrößenmaximalwert (Y_max) als resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) an die Wechselrichter­ schaltung (G_si) weiterleitet.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder die Schwing­ stromregeleinrichtung (G_RI) jeweils Mittel aufweisen, um in Abhängigkeit von einer eingestellten Röntgenröhrenspannung (U_Rö) und/oder in Abhängigkeit von einem eingestellten Rönt­ genröhrenstrom (I_Rö) zumindest eine Kenngröße der betreffen­ den Regeleinrichtung (G_RU, G_RI) zu variieren.

7. Röntgengenerator mit einer Schaltungsanordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Röntgeneinrichtung mit einem Röntgengenerator nach An­ spruch 7.

9. Verfahren zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung,
bei dem zunächst mittels einer Wechselrichterschaltung (G_si) eine hochfrequenten Wechselspannung erzeugt wird, welche dann in eine Hochspannung für die Röntgenröhre (6) umgewandelt wird,
wobei auf Basis der Abweichung eines Ist-Spannungswerts (V_U(t)) von einem Soll-Spannungswert (W_U(t)) mittels einer Spannungsregeleinrichtung (G_RU) ein erster Stellgrößenwert (Y_U(t)) für eine Stellgröße für die Wechselrichterschaltung (G_si) zur Anpassung des Ist-Spannungswerts (V_U(t)) an den Soll-Spannungswert (W_U(t)) erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf Basis der Abweichung eines an einem Ausgang der Wechsel­ richterschaltung (G_si) ermittelten Ist-Schwingstromwerts (V_I(t)) der hochfrequenten Wechselspannung von einem vorgege­ benen Schwingstrom-Maximalwert (W_{I_max}) mittels einer Schwing­ stromregeleinrichtung (G_si) ein zweiter Stellgrößenwert (Y_I(t)) für die genannte Stellgröße erzeugt wird,
und dann der erste Stellgrößenwert (Y_U(t)) und der zweite Stellgrößenwert (Y_I(t)) verglichen werden und der jeweils kleinere Stellgrößenwert (Y_U(t), Y_I(t)) als resultierender Stellgrößenwert (Y(t)) der Wechselrichterschaltung (G_si) zu­ geführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder als Schwing­ stromregeleinrichtung (G_SI) ein PI-Regler verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der resultierende Stellgrößenwert (Y(t)) als ein Eingangswert an die Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder die Schwing­ stromregeleinrichtung (G_RI) zurückgeführt wird und die betreffende Regeleinrichtung (G_RU, G_RI) mit dem resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) mitgeführt wird, wenn der von ihr er­ zeugte Stellgrößenwert (Y_U(t), Y_I(t)) nicht als resultieren­ der Stellgrößenwert (Y(t)) der Wechselrichterschaltung (G_SI) zugeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vorgegebener Stellgrößenminimalwert (Y_min) als resultierender Stellgrößenwert (Y(t)) der Wechselrichter­ schaltung (G_si) zugeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass maximal ein vorgegebener Stellgrößenmaximalwert (Y_max) als re­ sultierender Stellgrößenwert (Y(t)) der Wechselrichterschal­ tung (G_si) zugeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kenngröße der Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder der Schwingstromregeleinrichtung (G_RI) in Abhängig­ keit von einer eingestellten Röntgenröhrenspannung (U_Rö) und/­ oder in Abhängigkeit von einem eingestellten Röntgenröhren­ strom (I_Rö) variiert wird.