DE2908767A1 - Roentgendiagnostikgenerator mit einem dem hochspannungstransformator vorgeschalteten wechselrichter - Google Patents

Roentgendiagnostikgenerator mit einem dem hochspannungstransformator vorgeschalteten wechselrichter

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin -und München YPA 79 P 5015 BRD
Röntgendiagnostikgenerator mit einem dem Hochspannungstransformator vorgeschalteten Wechselrichter
Die Erfindung betrifft einen Röntgendiagnostikgenerator mit einem dem Hochspannungstransformator vorgeschalteten Wechselrichter, der an einer Gleichspannungsquelle mit einstellbarer Gleichspannung angeschlossen ist, einem am Ausgang des Hochspannungstransformators angeschlossenen Hochspannungsgleichrichter und Hochspannungskondensatoren am Ausgang des Hochspannungsgleichrichters, bei dem Regelkreise für die Röntgenröhrenspannung und den Röntgenröhrenstrom vorgesehen sind.
Bei einem Röntgendlagnostikgenerator dieser Art ist es möglich, die Speisefrequenz der Röntgenröhre Im kHz-Bereich, also wesentlich höher als die Netzfrequenz zu wählen. Wegen dieser hohen Speisefrequenz kann der Hochspannungstransformator wesentlich kleiner und leichter aufgebaut werden als bei einem Röntgendiagnostikgenerator, der mit der Netζfrequenz betrieben wird.
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Zur Speisung der Röntgenröhre kann dabei im Lastkreis des Wechselrichters ein Reihenschwingkreis vorgesehen sein. Bei einem Wechselrichter dieser Art besteht ein enger Zusammenhang zwischen der eingestellten Röntgenröhrenspannung, dem Röntgenröhrenstrom, der Schaltzeit, d.h. der Aufnahmezeit, der Welligkeit der Röntgenröhrenspannung und der Größe der den Wechselrichter speisenden Gleichspannung.
Bei konstanter Gleichspannung und konstanter Röntgenröhrenspannung nimmt die Welligkeit bei einer Erhöhung des Röntgenröhrenstromes ab. Die Aufladung der Hochspannungskondensatoren zu Beginn der Aufnahme dagegen erfolgt langsamer. Werden andererseits Röntgenröhrenspannung und Röntgenröhrenstrom konstant gehalten und die Gleichspannung variiert, so nimmt die Welligkeit der Hochspannung an der Röntgenröhre mit der Gleichspannung zu, da pro Ladeimpuls mehr Energie in die Hochspannungskondensatoren gelangt als bei niedrigerer Gleichspannung. Dabei verringert sich mit höherer Gleichspannung die Aufladezeit der Hochspannungskondensatorai und somit die Schaltzeit.
Um eine möglichst geringe Welligkeit der Hochspannung zu erhalten, ist es also zweckmäßig, die den Wechselrichter speisende Gleichspannung so klein wie möglich zu halten. Die Grenze hierfür Ist, daß die eingestellte Kombination Röntgenröhrenspannung und Röntgenröhrenstrom noch erzeugt werden kann. Andererseits sollte - zumindest zu Beginn der Aufnahme - die den Wechselrichter speisende Gleichspannung über diesem Grenzwert liegen, um eine kleinere Aufladezeit zu erzielen.
Es ergibt sich, daß zu jeder Kombination Röntgenröhrenspannung mit Röntgenröhrenstrom ein bestimmter
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optimaler Wert der Gleichspannung am Wechselrichtereingang gehört, bei dem sich eine optimale Wenigkeit der Röntgenröhrenspannung ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgendiagnostikgenerator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß zu jedem Sollwert von Röntgenröhrenspannung und Röntgenröhrenstrom der jeweils optimale Wert der Gleichspannung am Wechselrichtereingang automatisch eingestellt wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Regelkreis für die Röntgenröhrenspannung die Stellgröße die Wechselrichterfrequenz ist, daß ein Programmspeicher vorhanden ist, in dem für jedes ein- " gestellte Paar aus Röntgenröhrenspannung und -strom eine optimale Gleichspannung für den Wechselrichtereingang programmiert ist, und daß Mittel zur Einstellung dieser Gleichspannung in Abhängigkeit von den programmierten Werten vorhanden sind. Bei dem erfindungsgemäßen Röntgendiagnostikgenerator erfolgt die Ausregelung von Regelabweichungen der Hochspannung über die Wechselrichterfrequenz. Zu jedem Sollwertpaar für Röntgenröhrenspannung und -strom wird über den Programmspeicher, der Bestandteil eines Mikrocomputers sein kann, der Sollwert der optimalen Gleichspannung vorgegeben. Die Programmierung des Programmspeichers erfolgt dabei einmal in Abhängigkeit von einer z.B. durch Versuche festgelegten Tabelle.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Mittel zur Gleichspannungseinstellung in einem Regelkreis liegen. In diesem Fall ist es möglich, am Sollwerteingang des Regelkreises einen Funktionsgenerator vorzusehen, der vor Aufnahmebeginn
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cine um einen vorbestimmten Detrag über dem jeweils programmierten Wert liegende Gleichspannung vorgibt. Aufgrund dieser um z.B. jeweils etwa 10 % über dem jeweils programmierten Wert liegendenGleichspannung erfolgt eine schnelle Aufladung der Hochspannungskondensatoren und damit bei gleicher Dosis eine geringere Schaltzeit als in dem Fall, in dem konstant am Eingang des Regelkreises für die Gleichspannung am Wechselrichtereingang das Ausgangssignal des Programmspeichers liegt. Gemäß weiterer Ausgestaltung erlaubt der Regelkreis für die Gleichspannungseinstellung auch die Anschaltung eines Funktionsgenerators am Sollwerteingang dieses Regelkreises, der beim Beginn einer Aufnahme den programmierten Sollwert für die Gleichspannung kurzzeitig erhöht. Durch diese kurzzeitige Erhöhung werden Spannungseinbrüche am Wechselrichtereingang und damit eventuell auftretende Spannungseinbrüche an der Röntgenröhre verhindert. Die beiden Funktionsgeneratoren können dabei RC-Kombinationen enthalten, die einerseits die Erhöhung des Sollwertes für die Gleichspannung vor Aufnahmebeginn und andererseits die Sollwerterhöhung mit Aufnahmebeginn bewirken.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: ,
Fig. 1 das Schaltbild eines Röntgendiagnostik-
generators nach der Erfindung, 30
Fig. 2 einen Spannungsverlauf zur Erläuterung
der Figur 1,
Fig. 3 eine Schaltungseinzelheit des Röntgendiagnostikgenerators gemäß Figur 1, und
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-Jb- TPA 79 P 5015 BRD Fig. 4 Kurven zur Erläuterung der Figur 3.
In der Figur 1 ist eine Röntgenröhre 1 dargestellt, die γόη einem Hochspannungstransformator 2 über eine Hoch-Spannungsgleichrichterschaltung 3 gespeist wird, welche zwei Kondensatoren 4 aufweist, die zur Spannungsverdopplung der Sekundärspannung des Hochspannungstransformators 2 dienen. Die Primärwicklung 5 des Hochspannungstransformators 2 bildet zusammen mit einem Schwingkondensator 6 einen Reihenschwingkreis, der in der Diagonale eines Wechselrichters 7 liegt. Der Wechselrichter 7 weist vier Thyristoren 8 bis 11 auf, die durch Freilaufdioden 12 bis 15 überbrückt sind. Seine Eingangsspannung ist an einem Kondensator 16 eines Siebgliedes abgegrif f en,. das noch eine Indiiktivität 17 aufweist. Zur ladung des Kondensators 16 dient eine Drehstrom-Gleichrichterbrücke 18, die steuerbare Gleichrichter, also z.B. Thyristoren, aufweist, welche an einer Steuereinrichtung 19 angeschlossen sind.
Zur Regelung der Röntgenröhrenspannung ist für die Erfassung des Istwertes ein Spannungsteiler 20 parallel zur Röntgenröhre 1 geschaltet, dessen Istwertsignal einem Regler 21 zugeführt wird. Dem Regler 21 ist andererseits ein an einem Sollwertgeber 22 abgegriffenes Sollwertsignal für die Röntgenröhrenspannung zugeführt. Er liefert an seinem Ausgang ein der Differenz zwischen dem Ist- und dem Sollwert der Röntgenröhrenspannung entsprechendes Signal einem Spannungs-Frequenzwandler 21a, der die Frequenz festlegt, mit der die Thyristoren 8 bis 11 wechselweise gezündet werden. Ton dieser Frequenz hängt die an den Hochspannungskondensatoren 4 abgegriffene Röntgenröhrenspannung ab.
Da es für jeden Sollwert der Röntgenröhrenleistung
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VPA 79 P 5015 BRD einen optimalen Wert der Eingangsspannung des Wechselrichters 7 gibt, wird ein dem eingestellten Sollwert für die Röntgenröhrenspannung entsprechendes Signal einem Mikrocomputer als Programmspeicher 23 zugeführt, in dem für jedes eingestellte Wertepaar aus Röntgenröhrenspannung und -strom die optimale Spannung am Kondensator 16 gespeichert ist. Ein dieser Spannung entsprechendes Signal wird am Ausgang 24 über einen Funktionsgenerator 25 einem Regler 26 zugeführt, der an seinem Eingang 27 ein an einem Istwertgeber 28 für die Spannung am Kondensator 16 abgegriffenes Signal erhält. Der Regler 26 verändert über eine netzbezogene Phasenanschnittsteuervorrichtung 29 und die Steuereinrichtung 19 den Zündwinkel des Gleichrichters 18, d.h.
er stellt über den Phasenanschnitt die auf den Kondensator 16 durchgeschalteten Impulse so ein, daß die Kondensatorspannung für jedes eingestellte Wertepaar aus Röntgenröhrenspannung und -strom den optimalen' « Wert hat.
Im Wechselrichter 7 werden wechselweise die Thyristoren 8 bis 11 paarweise gezündet. Werden beispielsweise die Thyristoren 8 und 11 mittels einer Steuereinrichtung 30 gezündet, so wird der Kondensator 6 aufgeladen, und zwar mit der gezeichneten Polarität. Nach Abschluß der Aufladung schwingt der Schwingkreis 5, 6 über die Freilauf dioden 12, 15 um, wobei die Thyri-' stören 8 und 11 erlöschen. Nun können die Thyristoren 9 und 10 gezündet werden, wobei der Kondensator 6 mit einer gegenüber dem eingezeichneten Fall entgegengesetzten Polarität aufgeladen wird. Beim Umschwingen werden die Thyristoren 9 und 10 gelöscht, weil der Laststrom durch die Freilaufdioden 13 und 14 fließt. Danach können wieder die Thyristoren 8 und 11 gezündet werden usw.
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Zur Regelung des Röntgenröhrenstromes Ist einem Heiztransformator 31 ein Regler 32 "vorgeschaltet, dem an einem Eingang 33 ein Istwertsignal für den Röntgenröhrenstrom zugeführt wird, während am Eingang 34 ein Sollwertsignal für den Röntgenröhrenstrom liegt. Dieses Sollwertsignal ist an einem Sollwertgeber 35 abgegriffen und steuert auch den Programmspeicher 23. Der Programmspeicher 23 kann also die Gleichspannung am Wechselrichtereingang 7 in Abhängigkeit von den eingestellten Werten für Röntgenröhrenspannung und -strom bestimmen.
Die Figur 2 zeigt die Beeinflussung des vom Programmspeicher 23 am Ausgang 24 gelieferten Sollwertes durch den Funktionsgenerator 25· Dem Verlauf der Figur 2 liegt die Annahme zugrunde, daß der Programmspeicher 23 entsprechend einem bestimmten Wertepaar für die eingestellte Röntgenröhrenspannung und den Röntgenröhrenstrom eine Kondensatorspannung UI6 von 400 Volt als optimalen Wert festlegt. Dieser Wert ist in der Figur 2 strichpunktiert gezeichnet. Zum Auslösen einer Röntgenaufnahme werden zwei Kontakte nacheinander betätigt. Beim Betätigen des ersten Kontaktes, eines Vorkontaktes, wird zunächst eine um etwa 10 % über dem optimalen Wert von 400 Volt liegende Spannung durch den Funktionsgenerator 25 vorgegeben. Diese Erhöhung der Kondensatorspannung des Kondensators 16 vor Aufnahmebeginn bewirkt, daß die Aufladung der Hochspannungskondensatoren 4 nach Aufnahmebeginn sehr schnell erfolgt und damit eine kürzere Sehaltzeit bei gleicher Dosis erzielt wird, als in dem Fall, in dem der Kondensator 16 bereits vor Aufnahmebeginn auf die gewünschte Spannung von 400 Volt aufgeladen ist.
Ferner wird im Zeitpunkt ti, in dem die Aufnahme durch
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Schließen des zweiten Kontaktes des Aufnahmeauslösers ausgelöst wird, durch den Funktionsgenerator 25 eine Spannungsspitze erzeugt, die nach kurzer Zeit auf den Sollwert τοη 400 ToIt abklingt. Diese Spannungsspitze verhindert, daß durch das Zuschalten der Last 4 beim Aufnahmebeginn ein Spannungseinbruch am Kondensator und damit ein Spannungseinbruch der Röntgenröhrenspannung auftritt.
Der Aufbau des Funktionsgenerators 25 ist in der Figur 3 dargestellt. Aus der Figur 3 geht hervor, daß der Regler 26 einen mit einem RC-Glied 36 beschalteten Operationsverstärker 37 aufweist, dem das Istwertsignal für die Spannung am Kondensator 16 über ein RC-Glied 38 zugeführt wird, dem das Sollwertsignal des Programmspeichers 23 als Strom überlagert wird. Diese Überlagerung erfolgt über zwei RC-Glieder 39 5 4-0, die durch Schalter 41, 42 gesteuert werden. Beim Betätigen des Yorkontaktes im Zeitpunkt t2 zum Auslösen einer Aufnahme wird der Kondensator des RC-GIiedes 40 entsprechend dem Kurventeil zwischen den Zeitpunkten ti und t2 in Figur 2 aufgeladen. Mit Aufnahmebeginn im Zeitpunkt ti wird der Schalter 41 geschlossen, der Schalter 42 geöffnet und der Kondensator des RC-Gliedes 39 erzeugt unmittelbar nach dem Zeitpunkt ti die in der Figur 2 dargestellte Spitze am Eingang des Operationsverstärkers 37. Die Einschaltzeit des Schalters 41 ist dabei so bemessen, daß diese Spitze nach dem Öffnen des Schalters 41 bereits abgeklungen ist.
Demgemäß ist der Schalter 42 gemäß der Kurve I in der Figur 4 zwischen den Zeitpunkten ti und t2 und der Schalter 41 nach dem Zeitpunkt ti für eine Zeit von etwa 40 Millisekunden gemäß der Kurve II in Figur 4 geschlossen.
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Der beschriebene Röntgendiagnostikgenerator ermöglicht bei kleinem und leichtem Hochspannungstransformator eine exakte Einhaltung der Röntgenröhrenspannung .bei äußerst geringer Welligkeit. Die Röntgenröhrenstromregelung erfolgt in bekannter Weise durch Halbleiterbauelemente im Heizkreis der Röntgenröhre
Für den Fall, daß während einer Aufnahme zur Erzielung einer optimalen Auslastung der Röntgenröhre der Röntgenröhrenstrom exponentiell abgesenkt wird, ist es besonders zweckmäßig, auch die Gleichspannung für den Wechselrichtereingang entsprechend abzusenken (Initiallastbetrieb).
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Claims (5)

  1. - 1 - YPA 79 P 5015 BRD
    Patentansprüche
    fij Röntgendiagnostikgenerator mit einem dem Hochspan·1-nungstransformator vorgeschalteten Wechselrichter, der an einer Gleichspannungsquelle mit einstellbarer Gleichspannung angeschlossen ist, einem am Ausgang des Hochspannungstransformators angeschlossenen Hochspannungsgleichrichter und Hochspannungskondensatoren am Ausgang des Hochspannungsgleichrichters, bei dem Regelkreise für die Röntgenröhrenspannung und den Röntgenröhrenstrom vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Regelkreis (7» 20 bis 21a, 30) für die Röntgenröhrenspannung die Stellgröße die Wechselrichterfrequenz ist, daß ein Programmspeicher (23) vorhanden ist, in dem für jedes eingestellte Paar aus Röntgenröhrenspannung und -strom eine optimale Gleichspannung für den Wechselrichtereingang programmiert ist und daß Mittel (24 bis 29) zur Einstellung dieser Gleichspannung in Abhängigkeit von den programmierten Werten vorhanden sind.
  2. 2. Röntgendiagnostikgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle einen Kondensator (16) aufweist, der von einer Brücke (18) steuerbarer Gleichrichter aufladbar ist.
  3. 3. Röntgendiagnostikgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (24 bis 29) zur Gleichspannungseinstellung in einem Regelkreis (16, 18, 19, 24 bis 29) liegen.
  4. 4. Röntgendiagnostikgenerator nach einem der Ansprüche
    1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionsgenerator (25) vorhanden ist, der vor
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    Aufnahmebeginn eine um einen vorbestimmten Betrag über dem jeweils programmierten Wert liegende Gleichspannung am Wechselrichtereingang vorgibt.
  5. 5. Röntgendiagnostikgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionsgenerator (25) vorhanden ist, der beim Beginn einer Aufnahme den programmierten Sollwert für die Gleichspannung am Wechselrichtereingang kurzzeitig erhöht.
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