DE2854387A1

DE2854387A1 - Anordnung zum unterdruecken von ueberschwingerscheinungen in roentgengeneratoren

Info

Publication number: DE2854387A1
Application number: DE19782854387
Authority: DE
Inventors: Kenneth Frederick Lickel; Roger Stonebank
Original assignee: US Philips Corp
Current assignee: US Philips Corp
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-16
Publication date: 1979-06-28
Also published as: JPS626872Y2; DE2854387C2; FR2412190A1; FR2412190B1; GB2011196B; JPS54105737A; BE872853A; GB2011196A; US4172269A; JPS6048384U

Description

NORTH AMERICAN PHILIPS CORPORATION

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"Anordnung zum Unterdrücken von Uberschwingerscheinungen in Röntgengeneratoren".

Die Erfindung betrifft Stromversorgungsanordnungen, insbesondere Anordnungen zum Unterdrücken von Einschaltstössen in der Hoch-Spannungs-Stromversorgung eines Röntg-engenerators.

Hochspannungsgeneratoren für die Stromversorgung von Röntgenröhren können einen Mehrphasen—Hochspannungs— Transformator enthalten, der den Strom zur Kathode und Anode einer Röntgenröhre liefert. In Anordnungen der eingangs erwähnten Art versorgt ain Vechselspaniiungseinstellgerät, zum Beispiel ein Autotransformator, die Mehrphasen-Primärwicklung eines Hochspannungstransformators mit Leitungsstrom. Ein Schaltgerät, zum Beispiel ein siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCR), öffnet und schliesst den Sternpunkt der Mehrphasen-PrimärwickJ.ung zum Ein- und Ausschalten der Hochspannung an der Röntgenröhre. Induktive und kapazitive Erscheinungen im Transformator und dazugehörige Stromversorgungskomponenten veranlassen im allgemeinen einen Anstieg der Hochspannung über ihrem stationären Pegel in einem dem Schliessen des Kreises direkt nachfolgenden Zeitraum. Die Grosse dieses Uberscheingens wächst bekanntlich mit dem Ansteigen der Ftöntgenröhrenspaiinung und fällt mit dem Ansteigen des Röntgenröhrenstroms.

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Einschal tübersclrwingen in Röntgengeneratoren der eingangs erwähnten Art wurde mit Hilfe von Dämpfungswiderständen unterdrückt. Die Verwendung derartiger Widerstände ist sowohl in den Ausrüstungskosten als auch in der Stromaufnahme teuer. Weiter müssen die spezifischen Wert der Dämpfungswiderstände beim Gebrauch in einem * gegebenen Röntgengenerator so auf die Schaltungsparameter dieses Generators zugeschnitten sein, dass für jeden einzelnen Generatorkreis getrennte Konstruktions- und Schaltungsanfertigung erforderlich ist. Der Zusatz von Uberschwingungsunterdrückungstei1en zu bestehenden Röntgengeneratoren hat daneben im allgemeinen die Verwendung getrennter zusätzlicher Stromversorgungsschaltungen zum Betreiben aktiver Teile im Uberschwingungsunterdrückungszusatz und von Regelleitungen zum Z.uführen voreingestellter Spanmmgs- und Strominformationen zum Unterdrückungsverzögerungszeitgeber.

Gemäss der vorliegenden Erfindung werden Einschaltspannungsstösse dadurch unterdrückt, dass eine Impedanz in Serie mit dem Hochspannungs-Primärschaltung eines Röntgengenerators geschaltet und nach einer Verzögerung, die sich zur Durchführung von Einsehaltspannur^sstossunterdrückung eignet, durch einen Sehaltvorgang aus der erwähnten Schaltung entfernt wird.

Nach der Erfindung umfasst die Hochspannungsversorgungseinheit eines Röntgengenerators einen Hochspannungstransformator, Spannungseinstellmittel zwischen der Primärwicklung des erwähnten Speisetransformators und einer Netzleitungsquelle, erste Schaltmittel zum Herstellen und Unterbrechen eines Stromflusses von der erwähnten Quelle über die erwähnte Primärwicklung, eine Impedanz in Serienschaltung mit den ersten Schaltmitteln, zweite Schaltmittel in Parallelschaltung mit der erwähnten Serienimpedanz sowie Steuermittel in der Verbindung zur Steuerung der erwähnten zweiten Schaltmittel, die gewährleisten müssen, dass die erwähnten zweiten Schaltmittel geöffnet sind, wenn die ersten Schaltmittel geschlossen sind, wobei die Impedanz in Serie mit den erwähnten ersten

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Schaltmitteln geschaltet ist, und die erwähnten zweiten Schaltmittel nach einer berechneten Verzögerung nach dem Schliessen der erwähnten ersten Schaltmittel schliessen müssen, wobei die erwähnte Impedanz aus der erwähnte ° Schaltung entfernt wird.

In einer besonderen Ausführungsform nach der Erfindung wird die Verzögerung so berechnet, dass sie bei ansteigender Primärspannung grosser und bei ansteigendem Primärstrom kleiner wird.

Eine besondere Ausführungsform der Anordnung, die sich für die Verwendung als eine Ergänzungs-Schaltung in bestehenden Röntgengeneratoren eignet, enthält eine programmierbare Unijunktion-Transistorschaltung, in der die Schwellenspannung des Unijunktionstransistors durch

die Primärspannung geregelt wird und ein Entladungs-RC-Kreis durch eine vom Transformator-Primärstrom bestimmte Spannung aufgeladen wird. Die Ergänzungs-Schaltung wird direkt aus der Transformator-Primärwicklung gespeist und benötigt keine gesonderten Speisungen.

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Spannung und Strom werden in der Primärschaltung des Transformators so abgetastet, dass gesonderte Schaltkontakte oder Abtastleitungen zur Sekundärwicklung nicht benötigt werden.

Insbesondere ist die Serienimpedanz ein

Widerstand, der ungefähr gleich der Hälfte der wirksamen Systemimpedanz in der Transformator-Primärschaltung ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Schaltungsmittel zum Unterdrücken von Einschaltspannungsstössen in einer Hochspaimungs Speiseeinheit eines

Röntgengenerators zu schaffen.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Schaltstossunterdrückungsschaltung für Röntgengenerator-Speiseeinheiten vorgesehen ist, mit

der bestehende Speiseeinheiten ohne den Zusatz weiterer 35

Speiseeinheiten und ohne den Zusatz weiterer Spannungs-

' und Stromabtastmittel ergänzt werden können.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Hochspannungsspeiseeinheit eines Röntgengenerators nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen Spannungsstossunterdrückungs- * zeitgeber nach der Erfindung, der ausschliessuch mit der Hochspannungstransformator-Primärwicklung verbunden ist.

· In Fig. 1 ist eine Speiseeinheit für die H_ochspannungsschaltung in einem Röntgengenerator dargestellt. Wie eingangs erwähnt wird Netzstrom aus den Dreiphasen-Netzanschlüssen L an die Spannungseinstellmittel, zum Beispiel einen Dreiphasen-Autotransformator 10 geführt, mit dem der Hochspannungspegel des Generators einstellbar ist. Der Ausgang des Autotransformators ist an die Dreiphasen-Primärwicklungen eines Hochspannungstransformators 12 angeschlossen. Der Hochspannungstransformator 12 erzeugt eine Aus gangsspannung über die Hochspannungs-Wicklungsanschlüsse U.V. (die eine Einphasen- oder eine Mehrphasen-Hochspannungs-Sekundärwicklung sein kann), welche Ausgangsspannung gleichgerichtet, gefiltert und der Röntgenröhre entsprechend bekannten Schaltungskonfigurationen der eingangs erwähnten Art. Der Eingang eines Mehrphasen-Brückengleichrichters i4 ist in Serie .mit der Dreiphasen-Primärwicklung des Transformators 12 geschaltet. Ein Schaltungselement, insbesondere ein silikongesteuerter Gleichrichter S1, wird mit dem Gleichstrornausgang des Brückengleichrichters 14 in Serie geschaltet. Das Einschalten des silikongesteuerten Gleichrichters S1 über die Torschaltung G schliesst die primäre Sternpunktverbindung des Hochspannungstransformators 12 und ermöglicht so einen Stromfluss in den primären und sekundären Schaltungen. Obige SchaltungsbeSchreibung ist für die eingangs erwähnten Hochspannungs-Röntgengeneratoren kennzeichnend.

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Erfindungsgemäss wird eine Serienimpedanz Z mit dem silikongesteuerten Gleichrichter SI in Serie geschaltet. Zweite Schaltmittel S2 werden in Nebenschlussschaltung mit der Impedanz Z verbunden, so dass die Impedanz Z wirksam in die Schaltung aufgenommen wird, wenn die zweiten Schaltmittel S2 offen sind, und daraus _% entfernt wird, wenn die zweiten Schaltmittel S2 geschlossen werden. Die Schaltmittel S2 werden durch einen Zeitgeber gesteuert, dessen Funktion es ist, die Schaltmittel S2 zu öffnen, wenn der Stromfluss durch den silikongesteuerten Gleichrichter S1 blockiert ist, und sie nach einer bestimmten Verzögerung nach dem Einschalten des SCR S1 zu schliessen. Die Impedanz Z wird also mit der Primärwicklung des Transformators für ein Zeitintervall in Serie geschaltet, in dem die grössten Einsehaltspannungsstösse auftreten, und wird aus der Primärwicklung des Transformators entfernt, nachdem diese Einschalteffekte nachgelassen haben und stationäre Schaltungsbedingungen erreicht sind. Die Verzögerung durch den Zeitgeber 16 wird auf eine weiter unten näher erläuterte Weise durch eine Rechnerschaltung bestimmt, die die Verzögerung proportional der vom Autotransformator 10 erzeugten und den Transformator-Primärwicklungen zugeführten Spannung (wie am Ausgang des Brückengleiclrrichters auf der Leitung KV abgetastet) und umgekehrt proportional dem Stromfluss in der Transformator-Primärwicklung (wie an der Impedanz auf der Leitung Ma abgetastet) vergrössert.

Eine Stossspannungsunterdrückungseinheit mit dem Zeitgeber 16, dem sekundären Schalter S2 und der Impedanz Z kann dem eingangs erwähnten Hochspannungsgenerator in Modulsatzform zugeordnet werden. Eine besondere Ausführungsform der Einheit in der Beschreibung an Hand der Fig. 2 erhält ihre Gesamtstromversorgung aus den Leitungen KV und Ma und benötigt also keine zusätzliche Stromversorgungseinheiten zum Betreiben des Zeitgebers 16 oder des Schalters S2.

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In Fig. 2 ist eine besondere Ausführungsform des Zeitgebers 16 mit dem Schalter S2 der vorliegenden Erfindung dargestellt, die einen programmierbaren Unijunktion-Transitor Q3 enthält und direkt aus der

- Transformator-Primärschaltung über die Leitung KV gespeist wird.

, Strom von der Anode des SCR S1 gelangt über

die Leitung KV zu einer geregelten Stromversorgungs— einheit mit dem Vorwiderstand R1, der Zenerdiode CR1

«Q und dem Gleichrichter CR2 in Verbindung mit dem Filterkondensator C1. Auf solche Weise erhaltene geregelte Spannung gelangt an die Anode eines Unijunktion-Transistors Q3 über ein ODER-Gatter mit dem Widerstand R5 und dem Gleichrichter CR3 sowie an den Kollektor des Verstärkertransistors Q2 über den Widerstand R7.

Ein Signal von der Leitung KV wird geteilt und die Spannungsspitzen werden in einer Schaltung detektiert, die aus den Widerständen R2 und R3, den Gleichrichtern CR6 und CR7, dem Kondensator C3 und dem Widerstand R10 besteht, wonach das Signal zum Gatter des programmierbaren Unijunktion-Transistors Q3 zur Prüfung der Schwellenspannung gelangt. Ein dem Transformator-Primärstrom proportionales Signal kommt von der Impedanz Z auf die Leitung Ma und wird zum Aufladen des Kondensators Gk über den Widestand Rö und den Gleichrichter CR4 benutzt. Wenn die Spannung am Kondensator Ck und an der Anode des programmierbaren Unijunktion-Transistors Q3 die Gatterspannung des Unijunktion-Transistors übersteigt, fällt sprunghaft der äquivalente Anode-zu-Kathode-Widerstand des Unijunktion-Transistors und der so erzeugte Impuls am Widerstand Rk und dem Gatter des silikongesteuerten Gleichrichters S2 steuert den silikongesteuerten Gleichrichter S2 in die Sättigung, nebenschliesst die Impedanz Z und entfernt sie auf zweckmassige Weise aus der Schaltung. Spannung auf der Leitung Ma bewirkt auch einen Stromfluss in die Basis des Transistors Q2 über den Widerstand R8, der den Transistor QI in einem gesperrten Zustand vorspannt.

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¥enn SCR S2 leitet, wird der Transistor Q2 gesperrt; durch. Aufsteuern des Transistors Q1 und Entladung des Kondensators C4 kehrt die Schaltung in die Ausgangsstellung zurück. Der Zeitverlauf zwischen dem Einschalten des SCR S1 und dem Abschalten des SCR S2 erhöht also proportional die Spannung auf der Leitung KV, die der Primärspannung des Transformators proportional ist und der Spannung auf der Leitung Ma umgekehrt proportional, die dem Primärstrom des Transformators proportional ist.

'^ Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet also zum Einsetzen des Uberschwingungsunterdrückungswiderstands Z in die Schaltung zum Erhalten einer optimalen Zeit für die Unterdrückung des Uberschwingens mit minimaler Verlustleistung oder Störung.

Als Beispiel und zum Erleichtern der Anwendung der Erfindung ist in einer zweckmässigen Schaltung zum viebrauch mit einem Modell MMIOOC-Röntgengenerator in der Herstellung durch "Philips Medical Systems, Incorporated in Shelton, Connecticut, USA, bei einer Ausgangsleistung

von 4Ο...15Ο kV und von 10... 1200 mA aus 44O-V-Dreiphase.nspeiseleitungen der Wert der Schaltungsteile in Fig. 2 wie folgt: RI 35 kOh, 50 Watt; R2 820 kOhm, 2 Watt; R3 22,1 kOhm; R4 4,7 kOhm; R5 82,5 kOhm; . R6 100 kOlim, 2 Watt; R7 68 kOhm; R8 10 kOhm, 2 Watt; RIO 200 kOhm; Z 0,375 Ohm, 50 Watt; C1 10/uF parallel zu 0,001 /uF C3 0,1 /uF; C4 0,1 /uF; und CR1 20 Volt Zenerdiode. Q3 kann beispielsweise der programmierbare Unijunktion-Transistor 2N6O27 sein. Die Laufzeiten, die die Schaltung bewirkt, können von etwa 1 ms bis etwa 2 ms in Abhängig-

keit von den Werten der Primärspannung und des Primärstroms schwanken.

Die Anordnung der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Unterdrückung der Einschaltspannungsstösse in Röntgengeneratorschaltungen und dem Einsatz derselben

als eines gesonderten Modulsatzes ohne getrennte externe Speise- und Signalleitungen.

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Claims

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1Λ Hochspannungsspeiseeinheit mit einem Hochspannungsspeisetransformator , Spannungseinstellmitteln zwischen der Primärwicklung des erwähnten Speisetransformators und einer Speisequelle, dadurch, gekennzeichnet, dass erste Schaltmittel zum Herstellen oder Unterbrechen eines Stromflusses aus der erwähnten Speisequelle über die Primärwicklung des erwähnten Transformators, eine Serienimpedanz in Serienschaltung mit den erwähnten ersten Schaltmitteln, zweite Schaltmittel in Parallelschaltung mit der erwähnten Impedanz, und Steuermittel zum Betreiben der erwähnten zweiten Schaltmittel vorgesel sind, die gewährleisten müssen, dass die erwähnten zweiten Schaltmittel geöffnet sind, wenn die erwähnten ersten Schaltmittel geschlossen sind, wobei die erwähnten .

Serienimpedanz mit den erwähnten ersten Schaltmitteln in Serie geschaltet ist, und die erwähnten zweiten Schaltmittel nach einer berechneten Zeit nach dem Schliessen der erwähnten ersten Schaltmittel schliessen, wobei die erwähnte Serienimpedanz aus der erwähnten Schaltung entfernt und dass die erwähnte Zeit als eine Funktion direkt proportional der Spannung zur erwähnten Prirnärschaltung und umgekehrt proportional dem Stromfluss durch die erwähnten Primärschaltung berechnet wird.

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2.' Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten zweiten Schaltraittel ein Halbleiterschalter sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten Steuermittel eine

programmierbaren Unijunktion-Transistor in der Verbindung * mit dem erwähnten Halbleiterschalter, Mittel zum Integrieren der an der erwähnten Serienimpedanz erzeugten Spannung und zum Zuführen der erwähnten integrierten an die Anode des erwähnten programmierbaren UnIjunktion-Transistors, Mittel zum Detektieren der an der Serienverbindung der erwähnten ersten Schaltmittel mit der erwähnten Impedanz erzeugten Spannung und zum Zuführen eines daraus erhaltenen Signals an das Gatter des erwähnten

IB programmierbaren Unijunktion-Transistors, und Mittel zum Entladen de r erwähnten Integrationsmittel im leitenden Zustand der erwähnten zweiten Schaltmittel. k. . Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle für die erwähnten Steuermittel aus der an der Serienverbindung der erwähnten ersten S_chaltmittel mit der erwähnten Serienimpedanz erzeugten Spannung abgeleitet ist.

5· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der erwähnten Serienimpedanz ungefähr gleich der Hälfte der Stromversorgungsimpedanz ist, die von der erwähnten Primärwicklung des erwähnten Transformators dargestellt wird.

6. Schaltung zum Unterdrücken von Einschaltspannungsstössen in Hochspannungsspeiseeinheit en, dadui-ch gekennzeichnet, dass sich in der Schaltung ein erster Schalter darin schliesst, um einen Stromweg durch die Primärwicklung eines Hoclispannungs transformator s zu bilden, in dem eine Serienimpedanz für die Serienschaltung mit dem erwähnten ersten Schalter und ein zweiter Schalter für die Nebenschlussschaltung der erwähnten Serienimpedanz aufgenommen sind und dass ein programmierbarer Unijunktion-Transistorzeltgeber zum Schliessen des erwähnten zweiten Schalters, wenn die

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Spannung an einem Kondensator eine programmierte Schwellen-Spannung erreicht, Mittel zum Programmieren der erwähntten Schwellenslannung proportional der an der Serienverbindung des erwähnten ersten Schalters und der erwähnten Serienimpedanz erzeugten Spitzenspannung, und Mittel zum Aufladen des erwähnten Kondensators auf einen ¥ert proportional der an der erwähnten Serienimpedanz erzeugten Spannung vorgesehen sind.

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