DE3532629C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsversorgung für eine Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, vgl. die EP-OS 01 08 336.

Hochspannungsversorgungen des Hochfrequenz-Inverter- oder Wechselrichtertyps, welche die Verwendung eines Transformators kleiner Abmessungen zulassen, werden verbreitet für Röntgenröhren eingesetzt. Bei einer solchen Hochspannungsversorgung sind ein Haupt- und ein Nebenschalter miteinander in Reihe geschaltet, um eine Primärwicklung eines Hochspannungstransformators mit einer Gleichspannungsquelle zu verbinden. Parallel zum Hauptschalter ist ein Kondensator geschaltet. Wenn der Hauptschalter offen ist, bildet der Kondensator zusammen mit der Primärwicklung des Transformators einen Reihenresonanzkreis über die Gleichspannungsquelle. Dioden sind über Haupt- bzw. Nebenschalter geschaltet. Die Sekundärwicklung des Transformators ist an einen Brückengleichrichterkreis angeschlossen, der seinerseits über Kabel mit einer Röntgenröhre verbunden ist. Bei Betätigung der Schalter über eine Ansteuerschaltung fließt der Primärstrom in den Primärkreis des Transformators, so daß in der Sekundärwicklung eine hohe Spannung erzeugt wird. Die Hochspannung von 50-150 kV wird durch den Brückengleichrichterkreis gleichgerichtet und der Röntgenröhre zugeführt. Die an die Röntgenröhre angelegte Hochspannung wird durch Änderung der EIN- oder Schließzeiten von Haupt- und Nebenschalter, bei Konstanthaltung der Schaltfrequenz, eingestellt. Dieses Steuersystem wird (auch) als Impulsmodulationssystem bezeichnet.

Die bisherige Hochspannungsversorgung dieser Art ist mit den folgenden Problemen behaftet: Da die Hochspannungsversorung und die Röntgenröhre durch Kabel miteinander verbunden sind, ändern sich die Resonanzbedingungen des Resonanzkreises sehr stark in Abhängigkeit von einer Erhöhung der Röhrenspannung, d. h. zu Beginn des Betriebs der Ansteuerschaltung. Dies beruht darauf, daß wegen der zum Gleichrichterkreis parallelgeschalteten Kabelkapazität der Sekundärkreis der Hochspannungsversorgung zu Beginn des Betriebs aufgrund der Kabelkapazität kurzgeschlossen wird. Diese Übergangs- oder Einschwingerscheinung stört den Primärstrom des Transformators erheblich. Infolgedessen wird Energie nicht störungsfrei vom Primärkreis zum Sekundärkreis des Transformators übertragen, und der Anstieg der Röntgenröhrenspannung erfolgt langsam.

Im allgemeinen tragen die von der Röntgenröhre, bevor deren Spannung eine gewünschte oder Soll-Größe erreicht, emittierten Röntgenstrahlen nicht zur Diagnose bei einer Röntgenuntersuchung jedoch zur unerwünschten Belastung der Patienten bei.

Bei der aus der EP-OS 01 08 336 bekannten Hochspannungsversorgung für eine Röntgenröhre wird ein spannungsgeführter Oszillator von einer Grenzwertschaltung angesteuert und gibt ein Ausgangssignal an ein Basis-Ansteuerglied ab, das abwechselnd Transistoren eines Inverters steuert. Eine Änderung in der Frequenz der Ansteuerungeinrichtung wird dann vorgenommen, wenn die an der Röntgenröhre anliegende Hochspannung von ihrem Sollwert abweicht. Dabei wird bei einem zu geringen Ist-Wert die Frequenz erhöht und bei einem zu hohen Ist-Wert erniedrigt. Diese Art der Regelung ist für den schnellen Anstieg der Hochspannung auf den stationären Wert aus den zuvor erläuterten Gründen nicht optimal.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochspannungsversorgung für eine Röntgenröhre zu schaffen, bei der möglichst schnell der stationäre Wert der Hochspannung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Hochspannungsversorgung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Hochspannungsversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 Zeitsteuerdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Hochspannungsversorgung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Wellenformdiagramm des Primärstroms eines bei der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgung verwendeten Transformators,

Fig. 4 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 Wellenformdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 4,

Fig. 6 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 Zeitsteuerdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Wellenformdiagramm des Primärstroms eines bei der Ausführungsform nach Fig. 6 verwendeten Transformators,

Fig. 9 ein Schaltbild einer Hochspannungsversorgung, gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 Zeitsteuerdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 9,

Fig. 11 ein Schaltbild einer Hochspannungsversorgung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 Zeitsteuerdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 11,

Fig. 13 ein Schaltbild einer Hochspannungsversorgung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 14 Zeitsteuerdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der sechsten Ausführungsform.

Fig. 1 veranschaulicht eine für eine Röntgenröhre vorgesehene Hochspannungsversorgung gemäß der Erfindung. Dabei sind eine Gleichspannungsquelle 1 und eine Primärwicklung 2a eines Transformators 2 über einen Hauptschalter 3 und einen Nebenschalter 4, die in Reihe angeordnet sind, miteinander verbunden. Über die Schalter 3 und 4 sind Dioden 5 bzw. 6 mit einer zur Polarität der Gleichspannungsquelle 1 entgegengesetzten Polarität geschaltet. Weiterhin ist ein Kondensator 7 zum Hauptschalter 3 parallelgeschaltet. Der Kondensator 7 bildet zusammen mit der Primärwicklung 2a des Transformators 2 einen Reihenresonanzkreis über die Gleichspannungsquelle 1. Eine Sekundärwicklung 2b des Transformators 2 ist mit einem Brückengleichrichterkreis 8 verbunden, der über Kabel eine gleichgerichtete Spannung zwischen eine Anode 9a und eine Kathode 9b einer Röntgenröhre 9 anlegt.

Der Hauptschalter 3 besteht z. B. aus einem bipolaren Transistor oder aus einem Vollsteuergate- bzw. GTO-Thyristor, dessen Zünd- oder Leitzustand nur von einer an eine Steuerelektrode angelegten Steuerspannung abhängt. Ein bevorzugtes Schaltelement für den Nebenschalter 4 ist z. B. ein Thyristor des Nicht-Selbstlöschtyps, der durch ein an die Steuerelektrode angelegtes Steuersignal durchgeschaltet wird und dann sperrt, wenn der über dieses Schaltelement fließende Strom unter einen Haltestrom abfällt.

Haupt- und Nebenschalter 3 bzw. 4 werden durch eine Spannungsversorgungs-Ansteuereinrichtung angesteuert. Letztere umfaßt einen Schalter-Steuerkreis 10, einen Sägezahnwellen- Erzeugerkreis 11 und einen Frequenzeinstellkreis 12 zur Bestimmung der Frequenz einer Sägezahnwelle.

Der Sägezahnwellen-Erzeugerkreis 11 enthält einen Sägezahnwellen- Oszillator 11a, in Reihe geschaltete Widerstände R_T1 und R_T2 sowie einen zu den Reihen-Widerständen parallelgeschalteten Kondensator C_T. Diese Widerstände R_T1, R_T2 und der Kondensator C_T bestimmen die Schwingfrequenz der Sägezahnwellen. Ein normalerweise geschlossener Schalter 11b ist parallel zu R_T2 geschaltet. Der Frequenzeinstellkreis 12 ist ein Zeitgeberkreis, der als monostabile Schaltung ausgeführt sein kann. Ein Röntgenstrahlungs-Befehlssignal wird an den Oszillator 11a und den Frequenzeinstellkreis 12 angelegt. Bei Eingang dieses Signals beginnt der Oszillator 11a zu schwingen, und der Frequenzeinstellkreis 12 erzeugt einen Ausgangsimpuls einer vorbestimmten Dauer, während welcher der Schalter 11b öffnet. Aufgrund des Öffnens dieses Schalters wird der Widerstand R_T2 zum Widerstand R_T1 wirkungsmäßig in Reihe geschaltet, so daß der Oszillator 11a auf einer niedrigeren Frequenz schwingt als im eingeschwungenen Zustand, in welchem der Schalter 11b geschlossen ist.

Der Schalter-Steuerkreis 10 enthält einen Spannungskomparator 10a, der eine von einem Bezugsspannungs- Einstellkreis 10b gelieferte Bezugsspannung Vs mit einem Sägezahnwellensignal vom Oszillator 11a vergleicht. Das erstere Signal wird an die invertierende Eingangsklemme des Komparators 10a, das letztere Signal an seine nicht-invertierende Eingangsklemme angelegt. Wenn das Sägezahnwellensignal höher ist als die Bezugsspannung Vs, erzeugt der Komparator 10a ein Schalteransteuersignal, das an Schalter-Ansteuerkreise 10c und 10d angelegt wird, um die Schalter 3 und 4 durchzuschalten. Der Ansteuerkreis 10c liefert ein Ansteuersignal mit einer für das Durchschalten und Sperren des Hauptschalters 3 geeigneten Wellenform. Der Ansteuerkreis 10d liefert ein Ansteuersignal mit einer für das Schließen des Schalters 4 geeigneten Wellenform.

Vor der näheren Erläuterung der Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Hochspannungsversorgung ist nachstehend die allgemeinen Arbeitsweise der die in Reihe geschalteten Schalter 3 und 4 aufweisenden Hochspannungsversorgung des Hochfrequenz-Inverter- oder -Wechselrichtertyps beschrieben. Wenn der Hauptschalter 3 und der Nebenschalter 4 gleichzeitig geschlossen sind, beginnt die Hochspannungsversorgung zu arbeiten. Zu Betriebsbeginn steigt der über die Schalter 3 und 4 sowie die Primärwicklung 2a fließende Primärstrom des Transformators 2 aufgrund der Induktivität der Primärwicklung 2a linear an. Die Anstiegsgröße des Primärstroms ist, von der Primärseite des Transformators 2 her gesehen, der Induktivität umgekehrt proportional. Wenn der Hauptschalter 3 öffnet, variiert der Primärstrom mit der Anfangsgröße des Stroms zum Abschalt- oder Öffnungszeitpunkt, einer Wellenform eines Resonanzstroms von einem Reihenresonanzkreis folgend, der durch die Primärwicklung 2a und den über den Hauptschalter 3 parallel dazu geschalteten Kondensator 7 gebildet wird. Unmittelbar nach dem Öffnen des Hauptschalters 3 fällt der Primärstrom, während er über den Kondensator fließt, auf Null ab. Mit diesem Strom wird der Kondensator 7 allmählich aufgeladen. Wenn der Primärstrom die Größe Null erreicht, öffnet der Nebenschalter 4. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ladespannung über den Kondensator höher als die Spannung der Gleichspannungsquelle 1. Hierauf fließt der Entladungsstrom des Kondensators 7 über die Diode 6 entgegengesetzt zur Stromflußrichtung beim vorhergehenden Arbeitsvorgang. Auch nach beendeter Entladung des Kondensators 7 dauert die Resonanz weiter an, so daß der primäre Resonanzstrom über die Dioden 5 und 6 fließt. Wenn der über die Dioden 5 und 6 fließende Strom zu Null wird, ist ein Zyklus bzw. eine Periode der Resonanz abgeschlossen. Wenn die Schalter 3 und 4 sodann durch die Ansteuersignale erneut geschlossen werden, beginnt der nächste Arbeitszyklus.

Die Arbeitsweise der Hochspannungsversorgung gemäß Fig. 1 ist nachstehend anhand von Fig. 2 erläutert.

Wenn gemäß Fig. 2A das Röntgenstrahlungs-Befehlssignal auf den hohen Pegel übergeht, liefert der Frequenzeinstellkreis 12 gemäß Fig. 2B ein Ausgangssignal mit einer vorbestimmten Dauer Tr. Gleichzeitig beginnt der Oszillator 11a gemäß Fig. 2C ein Sägezahnwellensignal zu liefern. Der Ausgangsimpuls des Frequenzeinstellkreises 12 öffnet den Schalter 11b im Sägezahnwellen- Erzeugerkreis 11 während der Zeitspanne Tr. Das Sägezahnwellensignal vom Oszillator 11a wird an den Bezugsspannungs- Einstellkreis 10b im Schalter-Steuerkreis 10 angelegt, wo es mit der Bezugsspannung Vs verglichen wird. Der Bezugskomparator 10a liefert Schaltersteuerimpulse (Fig. 2D), wenn das Sägezahnwellensignal die Bezugsspannung Vs übersteigt. In Abhängigkeit von den Schaltersteuerimpulsen bilden die Schalter-Ansteuerkreise 10c und 10d Schalteransteuersignale zur Ansteuerung der Schalter 3 bzw. 4. Durch die Schalteransteuersignale werden der Hauptschalter 3 und der Nebenschalter 4 auf die in Fig. 2E bzw. 2F gezeigte Weise geschaltet. Es ist zu beachten, daß die EIN- oder Schließzeit des Nebenschalters 4 länger ist als diejenige des Hauptschalters 3, da der erstere Schalter vom nicht-selbstlösenden Typ ist. Die EIN- oder Schließzeit des Schalters kann durch Änderung der Bezugsspannung Vs geändert werden, so daß damit auch die Röntgenröhrenspannung geändert werden kann.

Wenn der Schalter 11b geschlossen ist, bestimmt sich die Schwingfrequenz f des Oszillators 11a zu:

f = 1/T = 1/(R_T1×C) (1)

Darin bedeutet T=Periode des Sägezahnwellensignals.

Wenn der Schalter 11b offen ist, bestimmt sich die Schwingfrequenz f′ zu

f′ = 1/T′ = 1/(R_T1+R_T2)×C (2)

Wie sich aus obigen Gleichungen ergibt, ist die Schwingfrequenz des Oszillators 11a bei geschlossenem Schalter 11b höher als dann, wenn der Schalter 11b offen ist. Die Periode des Sägezahnwellensignals bei offenem Schalter 11b zu Betriebsbeginn ist länger als diejenige bei geschlossenem Schalter im stationären bzw. eingeschwungenen Zustand. Die Größen oder Werte der Widerstände R_T1 und R_T2 stehen in folgender Beziehung zueinander:

T′/T = (R_T1+R_T2)/R_T1≈1,2 (3)

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Schaltfrequenz der Schalter 3 und 4 zu Betriebsbeginn, wenn die Röntgenröhrenspannung ansteigt, so eingestellt, daß sie um etwa 17% niedriger ist als die Frequenz im stationären Zustand. Damit zeigt der Primärstrom des Transformators 2 beim Ansteigen der Röntgenröhrenspannung die in Fig. 3 gezeichnete Form.

Ein durchgeführter Versuch zeigte, daß bei der bisherigen Anordnung die für den Anstieg der Röntgenröhrenspannung erforderliche Zeit 0,4 bis 0,5 ms beträgt, während die entsprechende Zeit bei der Hochspannungsversorgung gemäß dieser Ausführungsform 0,3 ms oder weniger beträgt. Diese Leistung ist mit derjenigen einer Tetrodenschaltung vergleichbar.

Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgung anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorher beschriebenen hauptsächlich durch den Frequenzeinstellkreis 12. Wie dargestellt, ist dabei an die Ausgangsseite des Brückengleichrichterkreises 8 ein Röntgenröhrenspannungs- Meßkreis 13 angeschlossen, der durch einen Spannungsteilerkreis 13 mit in Reihe geschalteten Widerständen 13a bis 13d gebildet ist, welcher ihrerseits zwischen die Anode 9a und die Kathode 9b der Röntgenröhre geschaltet sind. Der Mittelpunkt bzw. die Mittelanzapfung des Spannungsteilerkreises 13 liegt an Masse.

Der Frequenzeinstellkreis 12 enthält einen Spannungskomparator 12b, an dessen invertierender Eingangsklemme eine Spannung positiver Polarität anliegt, die von einem Knotenpunkt zwischen den Widerständen 13a und 13b im Spannungsteilerkreis erhalten wird. An der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Komparators 12b liegt die vom Bezugsspannungs-Einstellkreis 12a abgenommene Bezugsspannung an. Der Ausgang des Komparators 12b ist, wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform, an den normalerweise geschlossenen Schalter 11b im Sägezahnwellen-Erzeugerkreis 11 angeschlossen.

Es sei angenommen, daß eine über die Röntgenröhre 9 anliegende Spannung im stationären Zustand KVp (V) entspricht und ein Spannungsteilungsverhältnis des Spannungsteilerkreises 1: B beträgt; dabei wird eine Spannung KVp/B dem Komparator 12b am invertierenden Eingang eingespeist. Eine Bezugsspannung des Bezugsspannungs- Einstellkreises 12a ist auf 0,9×Vp/B eingestellt.

Wenn die Schalter 3 und 4 nicht aktiviert sind, beträgt die Röntgenröhrenspannung 0 V. Dabei liefert der Komparator 12b eine Spannung eines hohen Pegels, durch die wiederum der normalerweise geschlossene Schalter 11b geöffnet wird. Wenn unter diesen Bedingungen das Röntgenstrahlungs- Befehlssignal an den Oszillator 11a angelegt wird, schwingt dieser auf der durch Gleichung (2) definierten Frequenz f′. Sodann werden die Schalter 3 und 4 aktiviert bzw. geschlossen, wobei die Röntgenröhrenspannung ansteigt. Wenn die vom Meßkreis 13 erfaßte Röhrenspannung 0,9×KVp/B übersteigt, geht die Ausgangsspannung des Komparators 12b auf eine niedrige Größe über. Infolgedessen schließt der Schalter 11b. Unter diesen Bedingungen schwingt der Oszillator 11a auf der durch Gleichung (1) definierten Frequenz f. Die Schwingfrequenz der Sägezahnwelle ist mithin anfangs niedriger eingestellt als im stationären Zustand, bis die Röntgenröhrenspannung auf 90% der normalen Röhrenspannung ansteigt. Mit dieser Ausführungsform wird somit, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform, ein schneller Anstieg der Röhrenspannung gewährleistet.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt, in welcher den vorher beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet sind. Die Hochspannungsversorgung gemäß dieser Ausführungsform enthält einen Schaltsteuerkreis 20 zum Ansteuern der Schalter 3 und 4 in einem ersten und einem zweiten Steuermodus sowie einen Moduswählkreis 30 zum Wählen entweder des ersten oder des zweiten Steuermodus des Schaltsteuerkreises 20.

Der Moduswählkreis 30 enthält eine monostabile Schaltung 30a zur Erzeugung eines Impulssignals einer vorbestimmten Dauer (praktisch entsprechend der Anstiegszeit der Röntgenröhrenspannung) in Abhängigkeit vom Anstieg des Röntgenstrahlungs-Befehlssignals sowie ein UND-Glied 30b zur Durchführung einer UND-Verknüpfung des invertierten Ausgangssignals der monostabilen Schaltung und des Befehlssignals. Der Ausgang des UND-Glieds 30 ist an eine Freigabe-Klemme des Oszillators 11a angeschlossen.

Der Schaltersteuerkreis 20 führt einen ersten und einen zweiten Steuermodus zum Ansteuern der Schalter 3 und 4 aus. Zu diesem Zweck ist der Schaltersteuerkreis 20 mit Spannungskomparatoren 20a bis 20c versehen. Zur Erfassung oder Messung des Primärstroms des Transformators 2 ist ein Stromtransformator 20d an den Primärkreis angeschlossen. Der erfaßte Primärstrom wird durch einen Widerstand R in eine entsprechende Spannung umgewandelt.

Die über den Widerstand R anliegende Spannung wird den nicht-invertierenden Eingangsklemmen der Spannungskomparatoren 20a und 20b aufgeprägt. An die invertierende Eingangsklemme des Komparators 20a ist eine Bezugsspannung V_int von einem Bezugsspannungs-Einstellkreis 20e angelegt. An der invertierenden Eingangsklemme des Komparators 20b liegt eine Verlagerungsspannung V_off mit negativer Polarität von 10 mV von einer Verlagerungsspannungsquelle 20f an. An der invertierenden Eingangsklemme des Komparators 20c liegt die Bezugsspannung Vs an, die mit dem vom Oszillator 11a gelieferten Sägezahnwellensignal verglichen werden soll.

Der Ausgang des Spannungskomparators 20a ist an einen Triggereingang einer monostabilen Schaltung 20h angeschlossen. Letztere wird durch die Vorderflanke der Ausgangsspannung vom Spannungskomparator 20a getriggert, um am invertierenden Ausgang ein negatives Impulssignal einer vorbestimmten Dauer zu liefern. Die Dauer des Impulses ist so gewählt, daß sie etwa die Hälfte der Schaltperiode der Schalter 3 und 4 beträgt. Das invertierte Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 20h, das Ausgangssignal des Komparators 20b und das nicht-invertierte Ausgangssignal Q der monostabilen Schaltung 30a im Moduswählkreis 30 werden durch das UND-Glied 20i einer UND-Verknüpfung unterworfen. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 20i sowie das Ausgangssignal des Komparators 20c werden durch ein ODER-Glied 20j einer ODER-Verknüpfung unterworfen. Das Ausgangssignal des ODER-Glieds 20j wird zur Ansteuerung von Hauptschalter 3 und Nebenschalter 4 benutzt.

Die Arbeitsweise der Hochspannungsversorgung gemäß Fig. 6 ist nachstehend anhand von Fig. 7 erläutert. Vor Eingang des Röntgenstrahlungs-Befehlssignals bleibt der nicht-invertierende Ausgang Q der monostabilen Schaltung 30a des Moduswählkreises 30 auf dem niedrigen Pegel. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 30b ist ebenfalls niedrig. Infolgedessen ist auch das Ausgangssignal des UND-Glieds 20i niedrig. Der Oszillator 11a arbeitet nicht, weshalb das Ausgangssignal des Spannungskomparators 20c niedrig ist. Demzufolge ist das Ausgangssignal des ODER-Glieds 20j niedrig, und die Schalter 3 und 4 bleiben offen. In diesem Zustand fließt kein Primärstrom, so daß das Ausgangssignal des Spannungskomparators 20a niedrig ist, während das Ausgangssignal des Spannungskomparators 20b hoch ist. Das invertierte Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 20h ist hoch.

Wenn unter diesen Bedingungen das Befehlssignal (Fig. 7B) eingeht, geht das nicht-invertierte Ausgangssignal Q der monostabilen Schaltung 30a auf den hohen Pegel über. Gemäß Fig. 7F geht auch das Ausgangssignal des UND-Glieds 20i auf den hohen Pegel über. Infolgedessen schließen die Schalter 3 und 4. Sodann beginnt der Primärstrom zu fließen und zeitabhängig anzusteigen. Der Primärstrom wird durch den Stromtransformator 20d erfaßt, und die Spannung über den Widerstand R steigt zeitabhängig an (vgl. Fig. 7A). Wenn diese Spannung über die Bezugsspannung V_int ansteigt, wird das Ausgangssignal des Komparators 20a gemäß Fig. 7C hoch. Als Ergebnis erhält das invertierte Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 20h einen niedrigen Pegel, und das Ausgangssignal des UND-Glieds 20i wird niedrig (vgl. Fig. 7E und Fig. 7F). Zu diesem Zeitpunkt öffnet der Hauptschalter 3, worauf ein Resonanzstrom fließt. Wenn die Spannung über den Widerstand R unter die Bezugsspannung V_int abfällt, wird das Ausgangssignal des Komparators 20a gemäß Fig. 7C niedrig. Wenn der Resonanzstrom invertiert ist und die abgegriffene Spannung über den Widerstand R unter der Verlagerungsspannung V_off liegt, wird das Ausgangssignal des Komparators 20b niedrig. Dieser Zustand dauert an, bis die abgegriffene Spannung oder Meßspannung die Verlagerungsspannung übersteigt, d. h. bis ein Zyklus der Resonanz nahezu beendet ist.

Der Komparator 20b ist vorgesehen, um die Schalter 3 und 4 vor Beendigung eines Zyklus der Resonanz an einem Schließen (Aktivieren) zu hindern. Wenn die abgegriffene Spannung die Verlagerungsspannung V_off übersteigt, geht das Ausgangssignal des Komparators 20b auf den hohen Pegel über, wodurch das Ausgangssignal des UND-Glieds 20i auf den hohen Pegel übergeht. Infolgedessen werden die Schalter 3 und 4 geschlossen (aktiviert). Diese Arbeitsreihenfolge wiederholt sich, bis die Anstiegszeit der Röntgenröhrenspannung abgelaufen ist, d. h. bis der Ausgangszustand der monostabilen Schaltung 30a im Moduswählkreis 30 invertiert wird.

Die bisher beschriebene Arbeitsweise der Hochspannungsversorgung entspricht dem ersten Steuermodus. Der Betrieb nach dem Anstieg der Röntgenröhrenspannung erfolgt im zweiten Steuermodus. Im ersten Steuermodus ist die Abschalt- oder Öffnungssteuerung des Hauptschalters 3 vom Primärstrom abhängig. Der Primärstrom (Sperrstrom) bei offenem Hauptschalter 3 ist auf eine feste Größe (Primärstrom entsprechend der Spannung V_int) nahe der maximalen Größe des Resonanzstroms gesetzt.

Wenn der invertierende Ausgang der monostabilen Schaltung 30a im Moduswählkreis 30 auf den hohen Pegel übergeht, setzt der zweite Steuermodus ein. Zu diesem Zeitpunkt liegt das Röntgenstrahlungs-Befehlssignal weiterhin an. Infolgedessen wird das Ausgangssignal des UND-Glieds 30b hoch, so daß der Oszillator 11a aktiviert bzw. freigegeben wird. Andererseits ist der nicht-invertierende Ausgang Q der monostabilen Schaltung 30 niedrig bzw. auf dem niedrigsten Pegel, so daß das UND-Glied 20i deaktiviert oder gesperrt ist. Hierdurch wird erreicht, daß das auf der Erfassung oder dem Abgriff des Primärstroms beruhende Steuersystem nicht wirksam wird.

Ein Sägezahnwellensignal vom Oszillator 11a wird an die nicht-invertierende Eingangsklemme des Komparators 20c angelegt, der sodann das Sägezahnwellensignal mit der Bezugsspannung vom Bezugsspannungs-Einstellkreis 20g vergleicht und über das ODER-Glied 20j einen Schaltersteuerimpuls an die Schalter 3 und 4 anlegt. Das Ergebnis ist eine Arbeitsweise der Hochspannungsversorgung mit der Frequenz des Oszillators 11a. Dieser Betrieb dauert an, bis das Befehlssignal niedrig wird.

Fig. 8 veranschaulicht die Wellenform des Primärstroms im ersten Steuermodus (für den Anstieg der Röhrenspannung) und im zweiten Steuermodus (für den stationären Zustand).

Fig. 9 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform der Erfindung, die einer Kombination von zweiter und dritter Ausführungsform entspricht. Wie bei der zweiten Ausführungsform ist der Ausgang des Brückengleichrichterkreises 8 mit einem Spannungsteilerkreis 41 aus Widerständen 41a bis 41d verbunden. Ein Knotenpunkt bzw. eine Verzweigung zwischen den Widerständen 41a und 41b ist an die nicht-invertierende Eingangsklemme des Spannungskomparators 30c im Moduswählkreis 30 angeschlossen. Die invertierende Eingangsklemme des Spannungskomparators 30c ist mit einem Bezugsspannungs-Einstellkreis 30d verbunden. Der Ausgang des Spannungskomparators 30c ist über einen Inverter 30e mit einem UND-Glied 30f und unmittelbar mit einem UND-Glied 30g verbunden. Das Röntgenstrahlungs-Befehlssignal wird den UND-Gliedern 30f und 30g aufgeprägt. Der Ausgang des UND-Glieds 30f ist mit dem UND-Glied 20i des Schaltersteuerkreises 20 verbunden. Der Ausgang des UND-Glieds 30g ist an die Freigabe-Klemme des Oszillators 11a angeschlossen.

Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ergibt sich ohne weiteres aus der Erläuterung der Arbeitsweise der vorher beschriebenen Ausführungsform. Gemäß der Zeitdiagramme darstellenden Fig. 10 wird die auf dem Primärstrom beruhende Steuerung von der Anlegung des Röntgenstrahlungs- Befehlssignal bis zum Anstieg der Röhrenspannung auf 90% durchgeführt. Die folgende Arbeitsweise oder Operation basiert auf dem Sägezahnwellensignal vom Oszillator 11a.

In Fig. 11 ist eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochspannungsversorgung dargestellt.

Diese Ausführungsform enthält einen Phasendetektor 50 zur Erfassung einer Phase des Primärstroms vom Transformator 2. Der Phasendetektor 50 enthält einen Spannungskomparator 50a und eine Verlagerungsspannungsquelle 50b zum Anlegen einer Verlagerungsspannung V_offmit negativer Polarität von etwa 10 mV an den invertierenden Eingang des Komparators 50a. Der Primärstromdetektor 20d ist an die nicht-invertierende Eingangsklemme des Komparators 50a angeschlossen. Ein UND-Glied 51 bewirkt eine UND-Verknüpfung des Röntgenstrahlungs- Befehlssignals mit dem Ausgangssignal des Komparators 50a. Der Ausgang des UND-Glieds 51 ist mit der Freigabe-Klemme des Oszillators 11 verbunden. Das Ausgangssignal des Oszillators 11 wird an den nicht- invertierenden Eingang des Komparators 10a im Schaltersteuerkreis 10 angelegt. Der invertierende Eingang des Komparators 10a ist an den Bezugsspannungs-Einstellkreis 10b angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform ist der Oszillator 11 so ausgelegt, daß er ein Sägezahnwellensignal erzeugt, dessen Form sich von den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen unterscheidet. Dabei erzeugt der Oszillator 11, sobald er freigegeben ist, mindestens einen Zyklus oder eine Periode des Sägezahnwellensignals.

Die Arbeitsweise der Hochspannungsversorgung gemäß Fig. 11 ist nachstehend anhand der Zeitsteuerdiagramme von Fig. 12 beschrieben. Wenn kein Primärstrom fließt, ist das Ausgangssignal des Komparators 50a hoch (vgl. Fig. 12D). Wenn unter diesen Bedingungen das Röntgenstrahlungs- Befehlssignal (Fig. 12E) eingeht, wird das Ausgangssignal des UND-Glieds 51 zum Freigeben des Oszillators 11 hoch. Das Sägezahnwellensignal wird im Komparator 10a mit der Bezugsspannung Vs verglichen.

Da das Sägezahnwellensignal gemäß Fig. 12b augenblicklich ansteigt, liefert der Komparator 10a einen Ansteuerimpuls für die Schalter 3 und 4 (vgl. Fig. 12C). Bei Eingang des Befehlssignals werden daher die Schalter 3 und 4 augenblicklich geschlossen, so daß der Primärstrom fließen kann (vgl. Fig. 12A). Wenn das Sägezahnwellensignal unter die Bezugsspannung abfällt, öffnet der Hauptschalter 3, worauf der Resonanzstrom fließt. Wenn die vom Detektor 20d erhaltene abgegriffene Spannung unter die Vorlagerungsspannung abfällt, wird das Ausgangssignal des Phasendetektors 50 niedrig (vgl. Fig. 12D). Nach dem Übergang des Ausgangssignals des UND-Glieds 51 auf den niedrigen Pegel setzt der Oszillator 11 seinen Betrieb fort, bis ein Zyklus bzw. eine Periode des Sägezahnwellensignals abgelaufen ist. Wenn sich der Resonanzstrom ändert und die abgegriffene Spannung oder Meßspannung die Verlagerungsspannung übersteigt, wird der Oszillator 11 freigegeben, und die Schalter 3 und 4 öffnen. Der folgende Betrieb entspricht dem vorher beschriebenen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform steigen der Resonanzstrom und seine Periode zeitabhängig allmählich an. Im stationären Zustand fließt der Resonanzstrom mit einer Periode entsprechend derjenigen des Sägezahnwellensignals. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform werden die Schalter 3 und 4 in keinem Fall geschlossen (aktiviert), bevor nicht ein Zyklus der Resonanz beendet ist. Damit ergibt sich ein schneller Anstieg der Röntgenröhrenspannung.

Eine sechste Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 13 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Sägezahnwellen-Erzeugerkreis wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen nicht vorgesehen. Der Schaltsteuerkreis 10 enthält eine monostabile Schaltung 10e, die durch das Ausgangssignal des UND-Glieds 51 getriggert wird, das an den Phasendetektor 50 angeschlossen ist.

Wenn bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 14D das Röntgenstrahlungs-Befehlssignal anliegt, erhöht sich das Ausgangssignal des UND-Glieds 51 zum Triggern der monostabilen Schaltung 10e, so daß gemäß Fig. 14B ein Schalteransteuerimpuls mit einer Impulsbreite Tw erzeugt wird. Infolgedessen werden der Hauptschalter 3 und der Nebenschalter 4 geschlossen (aktiviert), wobei der Primärstrom zu fließen beginnt. Gleichzeitig steigt die abgegriffene Spannung oder Meßspannung vom Stromdetektor gemäß Fig. 14A an. Bei dieser Ausführungsform werden die Schalter 3 und 4 jedesmal dann geschlossen bzw. durchgeschaltet, wenn die abgegriffene Spannung die Verlagerungsspannung übersteigt. Dies bedeutet, daß der Hauptschalter 3 und der Nebenschalter 4 für einen Zyklus bzw. eine Periode der Resonanz durchgeschaltet werden. Bei dieser Ausführungsform sind zwischen aufeinanderfolgenden Resonanzzyklen keine Leerlaufperioden vorhanden, während denen der Resonanzstrom (oder Primärstrom) auf Null bleibt. Aus diesem Grund sind Welligkeitskomponenten in der Ausgangsspannung des Gleichrichterkreise verringert. Gemäß Fig. 13 kann die EIN- bzw. Durchschaltzeit (Tw) des Hauptschalters 3 durch Änderung der Zeitkonstante der monostabilen Schaltung 10e eingestellt werden.

Claims (5)

1. Hochspannungsversorgung für eine Röntgenröhre (9), umfassend

• - einen Hochspannungstransformator (2) mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung (2a, 2b),
• - eine mit der Sekundärwicklung (2b) des Transformators (2) gekoppelte Gleichrichtereinrichtung (8) zur Erzeugung einer gleichgerichteten Hochspannung für die Röntgenröhre (9),
• - eine zwischen der Primärwicklung (2a) des Transformators (2) und einer Gleichspannungsquelle (1) liegende erste Parallelschaltung (3, 5, 7) aus einem ersten Schaltelement (3), einem Kondensator (7) und einer ersten Diode (5), wobei der Kondensator mit der Primärwicklung (2a) des Transformators (2) eine Resonanzschaltung bildet,
• - eine in Reihe zur ersten Parallelschaltung (3, 5, 7) liegende zweite Parallelschaltung (4, 6) aus einem zweiten Schaltelement (4) und einer zweiten Diode (6) und
• - eine Ansteuereinrichtung, die das erste und das zweite Schaltelement (3, 4) intermittierend zum Einschalten so ansteuert, daß ein Wechselstrom mit Resonanz-Wellenform durch die Primärwicklung (2a) und die Sekundärwicklung (2b) des Transformators (2) fließt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinrichtung beim Ansteigen der gleichgerichteten Hochspannung eine niedrigere Schaltfrequenz liefert als im stationären Zustand der gleichgerichteten Hochspannung.

2. Hochspannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz der Ansteuereinrichtung nach einer vorgegebenen Zeit von einer vorgegebenen niedrigeren Frequenz auf eine vorgegebene höhere Frequenz umschaltet.

3. Hochspannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (11, 12, 13) zur Messung der Röntgenröhrenhochspannung vorgesehen ist und daß die Schaltfrequenz der Ansteuereinrichtung bei Erreichen eines vorgegebenen Meßwertes der Hochspannung von einer vorgegebenen niedrigeren Frequenz auf eine vorgegebene höhere Frequenz umschaltet.

4. Hochspannungsversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Primärstromkreis (1; 3, 5, 7; 4, 6; 2a) eine Stromdetektoreinrichtung (20d) angeordnet ist und daß die Schaltfrequenz in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Stromdetektoreinrichtung (20d) gewählt sind.