DE3612524A1

DE3612524A1 - Energieversorgungsvorrichtung mit wechselrichterstufe

Info

Publication number: DE3612524A1
Application number: DE19863612524
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Noda Hino; Kazuo Omiya Kaneko; Hideki Kashiwa Uemura
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1985-04-15
Filing date: 1986-04-14
Publication date: 1986-10-23
Also published as: US4794505A; DE3612524C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine wechselrichterbetriebene Energieversorgungsvorrichtung, die elektrische Energie von einer Gleichstromquelle auf eine Last in einer Parallelschaltung mit einem Kondensator über ein induktives Schaltungselement überträgt, und insbesondere eine Energieversorgungsvorrichtung, die die an der Last liegende Spannung auf den vorgeschriebenen Wert ohne Verzögerung am Anfang der Energieversorgung einstellen und Schwingungen der angelegten Spannung unterdrücken kann.

Es ist eine Wechselrichterschaltung aus einer Gleichstromquelle 1 mit einer Klemmenspannung E, einem Schalter 2, einem Schaltungselement beispielsweise einer Wicklung 3 mit einer Induktivität L und einer Last 5 mit einem Leitwert G bekannt, die in Reihe miteinander und parallel zu einem Kondensator 4 mit einer Kapazität C geschaltet sind, wie es in Figur 1 der zugehörigen Zeichnung dargestellt ist. Die Reihenschaltung enthält ein Widerstandselement R als Schaltungswiderstand. Wenn bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung der Schalter 2 zum Zeitpunkt t in Figur 3 geschlossen wird, um die Last 5 mit Energie zu versorgen, fließt ein Strom i von 1 nach 2,nach 3,nach R und parallel zu 4 und 5 und nach 1 zurück und wird mit der Energieversorgung der Last 5 begonnen. Zu diesem Zeitpunkt steigt die an der Last 5 liegende Spannung V in der durch eine ausgezogene Linie 6 in Figur 3B dargestellten Weise an, wobei die Spannung oftmals während eines Übergangeszeitintervalls schwingt, bis der Strom i stationär wird. Es gibt drei Fälle des Einschwingverhaltens der Schaltung, die in Figur 1 dargestellt ist, in Abhängigkeit von den Werten der Induktivität L, des Widerstandes R, der Kapazität C und des Leitwertes G:

1. Aperiodisches Dämpfungsverhalten im Fall von:

R - 9.)

L Cj

>^r

2. Kritisches Dämpfungsverhalten im Fall von;

1\ L " C J ⁼ ~LC

3. Einschwingverhalten im Fall von:

LC

Bei der in Figur 1 dargestellten Wechselrichterschaltung wird der Widerstand R im allgemeinen so klein wie möglich gemacht, um einen höheren Energieübertragungswirkungsgrad zu erzielen. Infolgedessen neigt die Spannung zum Schwingen, wie es unter dem obigen Fall 3 zusammengefaßt ist. Om bei der herkömmlichen Energieversorgungsvorrichtung die Schwingung der an der Last liegenden Spannung zu unterdrücken, enthält die Schaltung einen Widerstand R¹, der groß genug ist, um die Schwingung der Spannung zu unterdrücken, und zwar in Reihe zum Widerstand R, wenn der Schalter 2 geschlossen wird, um mit der Energieversorgung zu beginnen, wie es in Figur 2 dargestellt ist, wobei anschließend der Widerstand R¹ nebengeschlossen wird, nachdem die Spannung einen stationären Zustand erreicht hat.

Obwohl diese Energieversorgungsvorrichtung die Schwingung der an der Last 5 liegenden Spannung V zu Beginn der Energieversorgung über die Wirkung des Widerstandes R¹ unterdrücken kann, wie es durch eine strichpunktierte Linie in Figur 3B dargestellt ist, ist der Spannungsanstiegszeitpunkt, zu dem die Spannung V einen gegebenen Spannungspegel, d.h. die Klemmen-

Spannung E der Gleichstromquelle 1 erreicht, bezeichnend verzögert. Diese Vorrichtung ist bei gewissen Lastarten daher nicht anwendbar, bei denen die zulässige Spannungsanstiegszeit t beschränkt ist.

Im folgenden wird anhand der Figuren 4 bis 7 eine herkömmliche Energieversorgungsvorrichtung beschrieben, deren Last ein Röntgengerät oder eine Röntgenröhre ist. Ein typisches herkömmliches Röntgengerät wird über das kommerzielle Wechselstromnetz versorgt, wobei die Spannung dadurch eingestellt wird, daß die Stellung der Gleitbürste der Sekundärwicklung eines Spannungstransformators entsprechend gewählt wird, die Spannung durch einen Hochtransformator hochtransformiert, in eine Gleichspannung gleichgerichtet und an die Röntgenröhre gelegt wird.

In der jüngsten Zeit sind wechselrichterbetriebene Röntgengeräte entwickelt worden, die Starkstromsteuerhalbleitereinrichtungen verwenden. Aufgrund der Verwendung derartiger Starkstromsteuerhalbleitereinrichtungen arbeitet das wechselrichterbetriebene Röntgengerät hinsichtlich der Steuerung der Versorgungsenergie unvergleichlich schneller als die zuerst erwähnte Stromversorgungsvorrichtung, die einen Spannungssteuertransformator verwendet, was eine leichte und genaue Einstellung der Röhrenspannung während der Röntgenstrahlenaussendung erlaubt.

Figur 4 zeigt das Schaltbild eines herkömmlichen wechselrichterbetriebenen Röntgengerätes. Die Anordnung umfaßt eine Gleichspannungsquelle 31 ,die dem tfechselrichtareine Eingangsspannung liefert, Transsistoren 32 bis 35, die auf einen Basisstrom ansprechend durchschalten, um die Gleichspannung in eine Wechselspannung über den sich abwechselnden Zustand der durchgeschalteten Transistoren 33 und 34 und der durchgeschalteten Transistoren 32 und 35 umzuwandeln,und Dioden 36 bis 39,

_,_ * 5612524

die zu den jeweiligen Transistoren 32 bis 35 antiparallel geschaltet sind, um die in der Schaltung gehaltene Energie zur Gleichspannungsquelle 31 rückzugewinnen, wobei die Bauteile 32-39 kombiniert einen Wechselrichter bilden. Die Anordnung enthält weiterhin einen Aufwärtstransformator 40, zum Erhöhen der Ausgangsspannung des Wechselrichters, Dioden 41 bis 44, die eine Vollbrückenwechselrichterschaltung bilden, und ein kapazitives Element 45, das tatsächlich auf einem Hochspannungskabel verteilt existiert, das den Gleichrichterausgang mit der Röntgenröhre 46 verbindet.

Der Aufwärtstransformator 40 weist ein großes Wicklungsverhältnis auf, wobei die Sekundärwicklung in mehreren Schichten angeordnet ist, so daß eine Streukapazität zwischen den Schichten vorhanden sein kann, wie es durch das äquivalente Schaltbild des Transformators 40 in Figur 5A dargestellt ist. Die äquivalente Schaltung ist weiter vereinfacht in Figur 5B dargestellt. Der Transformator läßt sich äquivalent als eine Kombination der Streuinduktivitäten L,,. und L,₂ ^un<^ einer Erregungsinduktivität L_„ darstellen, wobei der Transformator

6X

mit einer Streukapazität C_ an seiner Sekundärwicklung ein äquivalentes Schaltbild hat, das in Figur 5C dargestellt ist. Unter der offensichtlichen Bedingung L₁₁ <x L und L₁ ₀ « L und unter der Annahme L, = L₁₁ + L₁₂/ läßt sich das äquivalente Schaltbild des Transformators 40 weiter vereinfachen, wie es in Figur 5D dargestellt ist.

Figur 6 zeigt ein wechselrichterbetriebenes Röntgengerät, das aus dem in Figur 4 dargestellten Gerät abgeleitet wurde, wobei jedoch der Aufwärtstransformator 40 durch seine äquivalente Schaltung mit der Streuinduktivität L, und der Streukapazität C₂ ersetzt ist, wie es in Figur 5D dargestellt ist. Die Bauteile 51 bis 59 und 61 bis 66 sind die Gegenstücke der ent-

sprechenden Bauteile in Figur 4, so daß diese nicht nochmals erläutert werden.

Im folgenden wird anhand des Wellenformendiagramms von Figο 7 die Arbeitsweise der in Figur 6 dargestellten Schaltung beschrieben. Wenn die Transistoren 52 und 55 durch die Basisströme a und d jeweils durchgeschaltet werden? fließt ein Laststrom i_ über den Weg von 51 zu 52,zu L₁, zu 61 und parallel zu 65 und 66, zu 54, zu 55 und zurück zu 51, so daß die Last mit Energie versorgt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Streukapazität C in der in Figur 6 dargestellten Polarität aufgeladen. Wenn die Basisströme a und d zum Zeitpunkt t in Figur 7 verschwinden, so daß die Transistoren 52 und 55 sperren, fällt auch der Laststrom I₁ auf Null. An ein Halteintervall anschließend, das so vorgesehen ist, daß die Transistoren 53 und 55 (oder 52 und 54) nicht gleichzeitig durchschalten, werden Basisströme d und c zum Zeitpunkt t- geliefert, um die Transistoren 53 und 54 durchzuschalten. Während des Zeitintervalls von t bis t₁ hält die Streukapazität C die Ladungspolarität bei, die in Figur 6 dargestellt ist. Wenn daher die Transistoren 53 und 54 zum Zeitpunkt t.. durchschalten, fließt der Strom über den Weg von 51 zu 53,zu C ,zu L-,,zu 54 und zu 51 zurück, wie es durch eine gestrichelte Linie in Figur 6 dargestellt ist,und wird die Streukapazität C umgekehrt aufgeladen. Diese umgekehrte Aufladung erfolgt in einem Resonanzschaltkreis, der die Streuinduktivität L₁ und die Streukapazität C enthält, die über die Spannung der Gleichspannungsquelle 51 zuzüglich der Spannung der Streukapazität C erregt werden, was dazu führt, daß ein stark schwingender Strom erzeugt wird. Der Laststrom I₁ schwingt daher in der in Figur dargestellten Weise. Der schwingende Strom hat einen Spitzenwert i_Tn der sich in der folgenden Weise in Form der Spannung E der Gleichspannungsquelle 51 und der Spannung V der Streukapazität C ausdrücken läßt:

¹IP ■ ^(E+V)

Da die Spannung V zum Zeitpunkt t nahezu gleich der Spannung E ist, läßt sich die obige Gleichung zu diesem Zeitpunkt in der folgenden Weise vereinfachen:

(2)

Die Spannung V der Streukapazität C erreicht ein Maximum
zum Zeitpunkt t₂, wenn der erste Halbzyklus des schwingenden
Stromes abgeschlossen ist,und liegt über der Spannung der
Gleichspannungsquelle 51. Die Spannung V , die an der Röntgenröhre 66 und an der elektrostatischen Kapazität 65 auf dem
Hochspannungskabel liegt, ist gleich der Spannung V der Streukapazität C_ und hat ihr Maximum zum Zeitpunkt t~. Die durch
die Schwingung des Stromes in der Streuinduktivität L₁ und
der Streukapazität C erzeugte Spannung V liegt über der
Spannung, die sich aus der Spannung der Gleichspannungsquelle 51 über das Wicklungsverhältnis des Aufwärtstransformators 40 ergeben würde. Danach wird die Streukapazität C- über den Weg von C_ über 57, 51, 58, L₁ und zurück zu C_ entladen und wird der Strom zur Stromquelle zurückgeführt, statt die Last zu
versorgen. Die einzige Energieversorgung der Röntgenröhre 66
beruht auf der Entladung der elektrostatischen Kapazität 65
auf dem Hochspannungskabel und die Spannung V fällt in der in Figur 7 dargestellten Weise ab. Die Schwingung des Laststromes verschwindet progressiv und die Streukapazität C wird in
einer der Polarität in Figur 6 entgegengesetzten Polarität
zum Zeitpunkt t-, aufgeladen, wenn die Transistoren 53 und 54
sperren. Damit ist ein Arbeitszyklus abgeschlossen, wobei der gleiche Zyklus wiederholt stattfindet.

Die Streukapazität des Aufwärtstransformators wird immer dann aufgeladen, wenn die Polarität der Wechselrichterausgangsspannung umkehrt, wobei die Polarität der Aufladung zur Polarität der Ausgangsspannung konsistent ist. Der Ladestrom wird

zu einem schwingenden Strom aufgrund der Streuinduktivität des Aufwärtstransformators, was zu einem erhöhten Pulsieren der Wellenform der Röhrenspannung in einem durch das Aufwärtstransformationsverhältnis des Transformators multiplizierten Maß über die Wechselrichterausgangsspannung hinaus führt.

Der durch die Transistoren 52 bis 55 fließende Strom ist der Laststrom, dem der schwingende Strom zuaddiert wird, so daß diese Schalteinrichtungen unter Berücksichtigung des Spitzenstromes gewählt werden müssen. Es ist erforderlich, daß der schwingende Strom, der durch die Streuinduktivität und die Streukapazität des Aufwärtstransformators hervorgerufen wird, die Wellenform der Röhrenspannung nicht nachteilig beeinflußt»

In der JP OS 57-53100 ist beschrieben, daß eine Laststromschwingung aufgrund der Streuinduktivität des Aufwärtstransformators und der elektrostatischen Kapazität des Hochspannungskabels in einem wechselrichterbetriebenen Röntgengerät durch einen Widerstand verhindert werden kann, der in der Schaltung liegt, um einen Dämpfungseffekt hervorzurufen.

Durch die Erfindung soll eine wechselrichterbetriebene Energieversorgungsvorrichtung geschaffen werden, die in der Lage ist, die an der Last liegende Spannung auf den vorgeschriebenen Spannungswert ohne Verzögerung zu Beginn der Energieversorgung einzustellen und eine stabile Wellenform der Lastspannung bei einer verringerten durch die Streuinduktivität und die Streukapazität des Aufwärtstransformators hervorgerufenen Pulsierung zu liefern.

Im folgenden wird anhand der Figuren 8 und 9 das Grundprinzip der erfindungsgemäßen wechselrichterbetriebenen Energieversorgungsvorrichtung beschrieben. Die Energieversorgungsvorrichtung besteht aus einer Reihenschaltung aus einer Gleichspannungsquelle 81 mit einer Klemmenspannung E, einem ersten Schal-

ter 82, einem Schaltelement beispielsweise einer Wicklung 83 mit einer Induktivität L und einer Last 85 mit einem Leitwert G, die parallel zu einem Kondensator 84 mit einer Kapazität C geschaltet ist, und ist weiterhin mit einem zweiten Schalter 88 versehen, der parallel zur Reihenschaltung der Wicklung 83 und dem Kondensatorlastpaar 84 und 85 geschaltet ist. Die Reihenschaltung enthält ein Widerstandselement R als Verdrahtungswiderstand.

Bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung wird die Last von der Gleichspannungsquelle 81 dadurch mit Energie versorgt, daß am Anfang der erste Schalter 82 zum Zeitpunkt t geschlossen wird, wie es in Figur 9A dargestellt ist. Anschließend fließt ein Strom über den Weg von 81 zu 82,zu 83,zu R und parallel zu 84 und 85 und zu 81 in Figur 8 zurück und wird mit der Energieversorgung der Last 85 begonnen. Die an der Last 85 liegende Spannung steigt in der durch eine ausgezogene Linie in Figur 9C dargestellten Weise an und kann den Spannungspegel E überschreiten und schwingen, wie es durch eine gestrichelte Linie wie im Fall der ausgezogenen Linie 6 in Fig.3B dargestellt ist. Wenn bei dieser Schaltungsanordnung die an der Last 85 liegende Spannung V gleich einem gegebenen Spannungspegel beispielsweise der Spannung E der Gleichspannungsquelle 81 zum Zeitpunkt t^ wird, wird der erste Schalter 82 geöffnet, wie es in Fig.9A dargestellt ist, und wird gleichzeitig der zweite Schalter 88 geschlossen, wie es in Fig.9B dargestellt ist. Während des Zeitintervalls von t bis t- steigt der in der Induktivität L der Wicklung 83 fließende Strom i in der Weise an, wie es durch eine ausgezogene Linie 12A in Fig.9D dargestellt ist,und übersteigt der Strom i den stationären Stromwert i=E/R oder i=E-G. Die durch den sich ändernden Strom erzeugte elektromagnetische Energie bewirkt, daß der Strom i über den Weg von 83 zu R, parallel zu 84 und 85, zu 88 und zurück zu 83 in Fig.8 fließt. Da der erste Schalter im geöffneten Zustand die Energieversorgung von der Gleich-

Spannungsquelle 81 unterbricht, besteht die einzige Energieversorgung der Last 85 in der elektromagnetischen Energie d?,r Induktivität L und fällt der Strom scharf ab, wie es durch die ausgezogene Linie 13A in Figur 9D dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Spannung über dem Kondensator 84 nicht merklich, da die Entladung des Kondensators 84 zur Last 85 mit der Aufladung über die Induktivität L vergleichbar ist.

Wenn in diesem Zustand der in der Induktivität L fließende Strom gleich den stationären Stromwert E · G zum Zeitpunkt tg wird, wie es in Figur 9D dargestellt ist, wird der zweite Schalter 88 geöffnet, wie es in Figur 9B dargestellt ist, und wird gleichzeitig der erste Schalter 82 geschlossen, wie es in Figur 9A dargestellt ist. Dann fließt wieder der Strom i über den Weg von 81 zu 82,zu 83,zu R, parallel zu 84 und 85 und zurück zu 81 in Figur 8. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Spannung über dem Kondensator 84 nicht bezeichnend gegenüber dem Spannungspegel, der im wesentlichen gleich E ist, wie es durch eine ausgezogene Linie 11A in Figur 9C dargestellt ist, und bleibt der Strom i in der Induktivität L auf dem stationären Wert E>G, wie es durch eine ausgezogene Linie 14A in Figur 9D dargestellt ist, was eine geringere Energieübertragung zwischen der Wicklung 83 mit der Induktivität L und dem Kondensator 84 mit der Kapazität C und eine fehlende Schwingung der an der Last 85 liegenden Spannung V zur Folge hat, wie es in Figur 9C dargestellt ist. Die erfindungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung arbeitet folglich so, daß sie die an der Last 85 liegende Spannung V auf den vorgeschriebenen Spannungspegel E mit einer minimalen Verzögerung bei der Aufnahme der Energieversorgung bringt, wie es durch eine ausgezogene Linie 9A in Fig.9C dargestellt ist, wobei Pulsierungen der Spannungen gut unterdrückt sind, wie es durch eine ausgezogene Linie 11A dargestellt ist.

Die oben erwähnten Schwierigkeiten der bekannten Vorrichtungen beruhen auf der Tatsache, daß die Streuinduktivität und die Streukapazität des Aufwärtstransformators physikalisch nicht gleich Null gemacht werden können und daß die Streukapazität des Transformators jedesmal in einer entgegengesetzten Polarität aufgeladen wird, wenn die Wechselrichterausgangsspannung ihre Polarität umkehrt. Die erfindungsgemäße Ausbildung erfolgt unter Berücksichtigung dieser Tatsachen und hat zum Ziel, die Aufladung der Streukapazität phasenverschieden zur Energieversorgung der Last vom Wechselrichter zu machen und Haltezeitintervalle wie beispielsweise die Intervalle zwischen t und t₁ und zwischen tg und t- in Figur 7 vorzusehen, in denen die Energieübertragung vom Wechselrichter zur Last fehlt, d.h. in denen die Wechselrxchterausgangsspannung einen übergang in ihrer Polarität durchläuft, wobei in diesen Zeitintervallen die Polarität der Aufladung der Streukapazität umgekehrt wird. Die Umkehrung der Polarität in der Spannung über der Streukapazität vor der Umkehr der Polarität der Wechselrxchterausgangsspannung beseitigt eine umgekehrte Aufladung der Streukapazität und verhindert somit eine Schwingung des Laststromes, wodurch der nachteilige Einfluß des Übergangsbetriebs oder des Einschwingverhaltens der Schaltung auf die Wellenform der Lastspannung ausgeschlossen werden kann.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 und 2 schematische Schaltbilder zur Erläuterung des

Grundarbeitsprinzips herkömmlicher wechselrichterbetriebener Energieversorgungsvorrichtungen,

Figur 3 in einer Gruppe von graphischen Darstellungen

gegenüber der Zeit die Arbeitsweise der obigen Vorrichtungen,

4$

Figur 4

in einem schematischen Schaltbild eine herkömmliche wechselrichterbetriebene Energieversorgungsvorrichtung mit einer Röntgenröhre als LaSt₁

Figur 5

in einer Gruppe von Schaltbildern verschiedene äquivalente Schaltungen des Aufwartstransformators in Figur 4,

Figur 6 ein schematisches Schaltbild auf der Grundlage

der Darstellung von Figur 4, wobei der Transformator durch die einzelnen äquivalenten Bauteils ersetzt ist,

Figur 7 eine Gruppe von graphischen Darstellungen gegsnüber der Zeit zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Figur 6 dargestellten Schaltungsanordnung,

Figur 8

ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung des Grundarbeitsprinzipes der erfindungsgemäßen wechselrichterbetriebenen Energieversorgungsvorrichtung,

Figur 9 in einem Diagramm eine Gruppe von Wellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Figur 8 dargestellten Schaltung,

Figur 10 das schematische Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Figur 11 ein Schaltbild zur Erläuterung der Arbeit des VoIlbrückenwechselrichters von Figur 10,

Figur 12 eine Gruppe von graphischen Darstellungen gegenüber der Zeit zur Darstellung der Arbeitsweise der in Figur 10 dargestellten Schaltungsanordnung,

Figur 13 das schematische Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Figur 14 eine Gruppe von graphischen Darstellungen gegenüber der Zeit zur Darstellung der Arbeitsweise der in Figur 13 dargestellten Schaltungsanordnung,

Figur 15 das schematische Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Figur 16 in einem Diagramm die Wellenform der Spannung, die an der Röntgenröhre von Figur 15 liegt,

Figur 17 das schematische Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Figur 18 eine Gruppe von graphischen Darstellungen gegenüber der Zeit zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Figur 17 dargestellten Schaltungsanordnung,

Figur 19 das schematische Schaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Figur 20 eine Gruppe von graphischen Darstellungen gegenüber der Zeit zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Figur 19 dargestellten Schaltungsanordnung,

Figur 21 das schematische Schaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Figur 22 das schematische Schaltbild eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Figur 10 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Energieversorgungsvorrichtung eine Gleichspannungsquelle 101, die eine Klemmenspannung E liefert, einen VoIlbrückenwechselrichter 115, ein Schaltungselement 116 beispielsweise einen Transformator mit einer Induktivität L, Dioden 117

bis 120, die einen Vollbrückengleichrichter bilden, und eine Last 105 mit einem Leitwert G umfaßt, die parallel zu einam Kondensator 104 mit einer Kapazität C geschaltet ist, um die vollbrückengleichgerichtete Spannung zu glätten. Der Wechselrichter 115 dient dazu, die Gleichspannung von der Gleichspannungsquelle 105 in eine Wechselspannung als eine Stufe der Energieversorgung der Last 105 umzuwandeln,und besteht -vas Transistoren 121, 122, 123 und 124, die durch einen Basisstrom a, b, c und d jeweils durchgeschaltet werden,und Schwungradschutzdioden 125, 126, 127 und 128, die antiparallel über die entsprechenden Transistoren 121,bis 124 geschaltet sind. Die Kombination der Transistoren 121 und 122 bildet einen Stromweg A des Wechselrichters 115, während die Kombination der Transistoren 123 und 124 einen anderen Stromweg B bildet. Der Wechselrichter 115 liefert eine Wechselspannung für die Last 105 derart, daß ein gleichzeitiges Durchschalten der Transistoren 121 und 122 im Stromweg A und ein gleichzeitiges Durchschalten der Transistoren 123 und 124 im Stromweg B abwechselnd und gegenseitig erfolgt. Ein Haltezeitintervall ist zwischen dem Durchschalten der Stromwege A und B vorgesehen, so daß beide Transistorpaare in den Stromwegen A und B nicht gleichzeitig durchschalten.

Der Vollwellenbrückenwechselrichter 115 dient als erster Schalter 82 und zweiter Schalter 88 in Figur 8. Das Durchschalten des Transistorpaares 121 und 122 im Stromweg A läßt nämlich einen Laststrom von der Gleichspannungsquelle 101 über die Bauteile 121, L und 117 zum Kondensator 104 und zur Last 105 und zur Gleichspannungsquelle 101 über die Bauteile 120 und 122 zurück fließen ,wie es durch eine strichpunktierte Linie in Figur 11 dargestellt ist. Diese Arbeitsweise ist identisch mit dem Fall von Figur 8, in dem der Strom i über den Weg von 81 nach 82,nach 83,nach R und parallel nach 84 und 85 sowie zurück zu 81 fließt, wobei der Transistor 121 in Fig.10 als erster Schalter 82 in Fig. 8 dient, während die Diode 128 als zweiter Schalter 88 dient. In ähnlicher Weise läßt das Durch-

schalten des Transistorpaares 123 und 124 im Stromweg B den Laststrom von der Gleichspannungsquelle 101 über die Bauteile

123 und 128 zum Kondensator 104 und zur Last 105 und zurück zur Gleichspannungsquelle 101 über die Bauteile 119, L, und

124 fließen, wie es durch eine gestrichelte Linie in Fig. 11 dargestellt ist. Diese Arbeitsweise ist identisch mit dem Fall von Fig. 8, in dem der Strom i über den Weg von 81 nach 82,nach 83, nach T und parallel nach 84 und 85 sowie nach 81 zurück fließt,wobei der Transistor 123 als erster Schalter dient, während die Diode 126 als zweiter Schalter 88 dient. Es ist möglich, daß im Stromweg A der Transistor 122 und die Diode 127 als erster und zweiter Schalter 82 und 88 jeweils arbeiten, und daß im Stromweg B der Transistor 124 und die Diode 125 jeweils als erster und zweiter Schalter 82 und 88 arbeiten.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der obigen Schaltungsanordnung anhand von Figur 11, die die Stromwege als Teil des Wechselrichterbetriebes des Vollbruckenwechselrichters 115 zeigt, und anhand von Figur 12 beschrieben, die die zugehörigen zeitlichen Beziehungen zeigt. Das Bauteil L in Fig.11 gibt die Streuinduktivität des Transformators 116 in Fig.10 wieder, dessen Parameter an der Sekundärwicklung in Form der Parameter an der Primärwicklung nach Maßgabe des Wicklungsverhältnisses η berechnet sind.

Am Anfang liegen die Basisströme a und b an den Transistoren 121 und 122 zum Zeitpunkt t_Q, wie es in Fig.12A und B dargestellt ist, so daß beide Transistoren durchschalten. Das führt dazu, daß ein Strom über einen Stromweg A im Wechselrichter fließt, was einem angeschalteten Zustand des ersten Schalters 82 in Fig.8 zuzuschreiben wäre. Folglich fließt der Strom über den Weg von 101 zu 121, zu L, zu 117 und parallel zu 104 und 105, sowie zu 120, zu 122 und zu 101 zurück, was als Schleife I bezeichnet ist, wie es durch eine strichpunktierte Linie in Fig.11 dargestellt ist,und wird mit der Energieversorgung der

Last 105 begonnen. Der Laststrom i_T nimmt durch die Wirkung

Li

der Streuinduktivität L des Transformators 116 und der Kapazität C des Kondensators 104 scharf zu, wie es in Fig.12E dargestellt ist, und die Ausgangsspannung V des Transformators 116 ändert ihre Richtung zur entgegengesetzten Polarität bezüglich des vorhergehenden Zustandes zum Zeitpunkt t , wie es in Figur 12F dargestellt ist.

Das Zeitintervall unmittelbar vor dem Zeitpunkt t » d.h. das Zeitintervall zwischen t * und t_Q, ist als Haltezeitintervall festgelegt, wie es in den Figuren 12A bis 12D dargestellt ist, um die Transistoren 121 bis 124 vor einer Zerstörung su bewahren, die dann erfolgen könnte, wenn die Last durch die Transistoren selbst nebengeschlossen würde, falls diese gleichzeitig durchschalten würden. Während des Zeitintervalls von t- bis t erfolgt keine Energieversorgung der Last 105 über die Gleichspannungsquelle 101, so daß die Last 105 nur durch die Entladung des Kondensators 104 mit Energie versorgt wird und die Spannung über dem Kondensator 104, die im wesentlichen gleich V ist, abfällt. Anschließend an den Zeitpunkt t steigt die Ausgangsspannung V des Transformators 116 in der entgegengesetzten Polarität an, wobei dann, wenn die Ausgangsspannung V (V'=V/n) die in Fig.11 dargestellt ist, gleich der abfallenden Spannung über dem Kondensator 104 geworden ist, der Kondensator 104 wieder aufgeladen wird.

Wenn zum Zeitpunkt t₁ die an der Last 105 liegende Spannung V einen gegebenen Spannungspegel beispielsweise die Klemmenspannung E der Gleichspannungsquelle 101 erreicht hat, wird der Basisstrom a unterbrochen, wie es in Fig.12A dargestellt ist, so daß der Transistor 121 im Stromweg A sperrt. Die Diode 128, die antiparallel zum Transistor 124 geschaltet ist, ist in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß sie den Strom leitet. Dieser Schaltungszustand ist der Schaltung von Fig.8 äquivalent, wenn der erste Schalter 82 geöffnet und der zweite Schalter 88 geschlossen ist. Folglich fließt der Strom, der bisher in der

Schleife I geflossen ist, über den Weg von L zu 117, parallel zu 104 und 105, zu 120, zu 122, zu 128 und zu L zurück, wobei dieser Stromweg Schleife II genannt wird. In diesem Schaltungszustand liefert die Gleichspannungsquelle 101 keine Energieversorgung und besteht die einzige Energiequelle für die Last 105 in der elektromagnetischen Energie, die in der Induktivität L gehalten und vom Kondensator 104 entladen wird. Anschliessend fällt der Strom i^, der durch diese Streuinduktivität L fließt, scharf ab.

Wenn zum Zeitpunkt t, der Laststrom i_L gleich dem Stromwert geworden ist, der sich dann ergibt, wenn die Spannung E durch den Widerstand der Last 105 geteilt wird, wie es in Fig.12E dargestellt ist, wird der Basisstrom a dem Transistor 121 wieder geliefert, wie es in Fig.12A dargestellt ist, so daß dieser wieder durchschaltet. Anschließend wird der Strom, der in der Schleife II geflossen ist, zur Schleife I zurückgeführt. Der Laststrom i_ ist zu diesem Zeitpunkt gleich einem Wert, der sich daraus ergibt, daß die Spannung E durch den Widerstand der Last 105 dividiert wird, d.h. i_ = E/R = E · G, was den stationären Wert der Energieversorgung der Last 105 darstellt. Während des Zeitintervalls t* bis t₂ entlädt sich der Kondensator 104 zur Last 105, wobei der Kondensator 104 gleichzeitig durch die elektromagnetische Energie aufgeladen wird, die in der Streuinduktivität L gehalten ist, so daß sich die Kondensatorspannung nicht merklich ändert, sondern gleich der Klemmenspannung E der Gleichspannungsquelle 101 ist. Die an der Last 105 liegende Spannung V wird somit gleich der Spannung E. Zum Zeitpunkt t₂ haben die Spannung und der Strom in der Schleife I einen stationären stabilen Zustand. Während des folgenden Zeitintervalls bis zum Zeitpunkt t₃,an dem die Transistoren 121 und 122 im Stromweg A bei der Polaritätsumschaltung des Wechselrichters 115 sperren, wie es in den Figuren 12A und 12B dargestellt ist, schwingt daher die an der Last 105 liegende Spannung V nicht, wie es in Fig.12G dargestellt ist,

und wird die Last stabil mit Energie versorgt.

Das nächste Zeitintervall von t₃ bis t. ist als Haltezeitint- * vall festgelegt, in dem alle Basisströme a, b, c und d fehlen, wie es in den Figuren 12A bis D dargestellt ist, so daß die Transistoren 121 und 122 im Stromweg A und die Transistoren 123 und 124 im anderen Stromweg B alle sperren und die Energieversorgung von der Gleichspannungsquelle 101 zur Last 105 ruht.

Zum Zeitpunkt t. werden die Basisströme c und d den Transistoren 123 und 124 geliefert, wie es in Fig. 12C und D dargestellt ist, so daß beide Transistoren durchschalten. Dann beginnt ein Strom über den Stromweg B des Wechselrichters 115 zu fließen. Der Wechselrichter 115 liefert eine Spannung mit einer Polarität, die der Polarität während des Zeitintervalls von t_Q bis t₃ entgegengesetzt ist, wie es in Figur 12F dargestellt ist. Im folgenden Zeitintervall von t₅ bis t_g wird der Transistor 123 im Stromweg B kurzzeitig gesperrt und zum Zeitpunkt tg wieder durchgeschaltet. Dieser Arbeitsvorgang setzt sich bis zum Zeitpunkt t^ in derselben Weise wie über das Zeitintervall von t bis t- fort, wobei ein Schwingen der Spannung V an der Last 105 verhindert wird.

Diese Arbeitsvorgänge werden wiederholt und die an der Last liegende Spannung V hat eine vollwellengleichgerichtete WeI-lenform, die am Ausgang des Vollwellenbrückenwechselrichters 115 erzeugt wird, wie es in Figur 12G dargestellt ist. Obwohl die an der Last 105 liegende Spannung V etwas abfällt, wenn die Energieübertragung kurzzeitig beim Polaritätsumschalten für den Wechselrichter 115 ausgesetzt wird, kann in zufriedenstellender Weise eine Schwingung verhindert werden, die sonst bei der Polaritätsumschaltung auftreten würde.

Bei dem obigen ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung müssen das Zeitintervall nach dem Durchschalten der Schalteinrichtung bis zum kurzzeitigen Sperren, d.h. das Zeitintervall t_Q bis t₁ und die Dauer der kurzzeitigen Sperre, d.h. das Zeitintervall t₁ bis t₂, im anfänglichen Arbeitszyklus langer als diese Zeitintervalle in den folgenden Zyklen aufgrund der Anfangsverhältnisse des Kondensators 104 gemacht werden. Wenn nämlich der Wechselrichter 115 zu arbeiten beginnt, ist der Kondensator 104 nicht aufgeladen, er wird vielmehr im zweiten und folgenden Zyklus erst auf den Spannungspegel aufgeladen, der im wesentlichen gleich der stabilen stationären Spannung E ist.

Figur 13 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten in Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß der Vollbrückenwechselrichter 115 durch einen Gegentaktwechselrichter 129 und der Transformator 116 durch einen Aufwärtstransformator 130 mit einem mittleren Abgriff 130a ersetzt ist. Der Gegentaktwechselrichter dient dazu, die Gleichspannung von der Gleichspannungsquielle in eine Wechselspannung für die Last 105 umzuwandeln,und besteht aus Transistoren 131, 132, 133 und 134, die durch die Basisströme e, f, g und h jeweils durchgeschaltet werden, aus Schutzdioden 135 und 137, die antiparallel quer über die Transistoren 131 und 133 geschaltet sind,und aus Dioden 136 und 138, die dafür sorgen, daß die Transistoren 132 und 134 gegenüber einer Gegenspannung beständig sind. Die Transistoren 131 und 132 liefern als Paar einen Stromweg im Gegentaktwechselrichter 129, während die Transistoren 133 und 134 als Paar einen weiteren Stromweg bilden. Der Transistor 131 in dem einen Stromweg und der Transistor 133 in dem anderen Stromweg werden abwechselnd und zyklisch aktiviert, um einen Wechselstrom dem Aufwärtstransformator 130 zu liefern, der die Energie auf die Last 105 überträgt. Der Gegentaktwechselrichter 129 dient als erster und zweiter Schalter 82 und 88 in der in Figur 8 dargestellten Schaltung, wobei der Transistor 131 dem ersten Schalter 82 äquivalent ist und der Transistor 132, der zwischen den

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mittleren Abgriff 130a an der Primärwicklung des Transformators 130 und einen Anschluß 130b an der Primärwicklung geschaltet ist, dem zweiten Schalter 88 äquivalent ist*

Im folgenden wird die Arbeitsweise der obigen Schaltungsanordnung anhand von Figur 14 beschrieben, die ein Zeitdiagramm der Basisströme e bis h zeigt, die den Transistoren 131 bis 134 des Wechselrichters 129 geliefert werden.

Am Anfang zum Zeitpunkt t wird der Basisstrom e dem Transistor 131 geliefert, wie es in Figur 14A dargestellt ist, so daß dieser durchschaltet. Das ist dem angeschalteten Zustand des ersten Schalters 82 in Figur 8 äquivalent. Anschliessend beginnt ein Strom über den Weg von 101 zu 130a, zu 117, parallel zu 104 und 105, zu 120, zu 130b, zu 131 und zurück zu 101 in Figur 13 zu fließen und beginnt die Aufladung des Kondensators 104 und die Energieversorgung der Last 105.

Wenn zum Zeitpunkt t.. die am Kondensator 104 und an der Last 105 liegende Spannung gleich dem Spannungspegel wird, der gleich der Spannung der Gleichspannungsquelle 101 aufwärts oder abwärts transformiert durch das Wicklungsverhältnis des Transformators 130 ist, wird der Basisstrom e unterbrochen, wie es in Figur 14A dargestellt ist, so daß der Transistor sperrt,und wird gleichzeitig der Basisstrom f dem Transistor 132 geliefert, wie es in Figur 14B dargestellt ist, so daß dieser durchschaltet. Das ist dem ausgeschalteten Zustand des ersten Schalters 82 und dem angeschalteten Zustand des zweiten Schalters 88 in Figur 8 äquivalent. Anschließend wird der Strom auf den Weg von 130 zu 117, parallel zu 104 und 105, zu 120, zu 130, zu 132, zu 136 und zu 130 zurück übertragen, und wird die Energieversorgung von der Gleichspannungsquelle beendet. Während des Zeitintervalls von t bis t₁ überschreitet der Laststrom, der im Transistor 131 fließt, in starkem Maße den stabilen Wert, wie es in Figur 12E der Fall war, nach dem Zeitpunkt t.., wenn die Energieversorgung von der Gleich-

Spannungsquelle 101 unterbrochen ist, fällt der Laststrom im Transistor 132 jedoch stark ab, wie es in Figur 12E der Fall war.

Wenn zum Zeitpunkt t₂ der im Transistor 132 fließende Laststrom gleich dem Wert geworden ist, der sich dadurch ergibt, daß die Klemmenspannung der Gleichspannungsquelle 101 durch den Lastwiderstand in Form der Primärwicklung des Transformators 130 dividiert wird, wird der Basisstrom e dem Transistor 131 geliefert, wie es in Figur 14A dargestellt ist, so daß dieser durchschaltet. Anschließend wird die Diode 136 in Sperrrichtung vorgespannt_rund wird der Laststrom, der über den Transistor 132 und die Diode 136 geflossen ist, auf den Transistor 131 übertragen. Der Basisstrom f wird abgenommen, wie es in Figur 14B dargestellt ist,und der Transistor 132 wird gesperrt. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der aus der Gleichspannungsquelle 101 fließende Laststrom den stabilen Zustand, wie es bei Figur 12E der Fall war, und erreicht auch die an der Last 105 liegende Spannung den stabilen Zustand wie im Fall von Figur 12G ohne ein Übergangs- oder Einschwingverhalten. Die an der Last 105 liegende Spannung schwingt nicht und die Last wird stabil mit Energie bis zum Zeitpunkt t₃ versorgt, an dem der Wechselrichter 129 seine Ausgangspolarität umkehrt.

Das folgende Zeitintervall von t₃ bis t, ist als Haltezeitintervall festgelegt, in dem der Wechselrichter 129 seine Ausgangspolarität umkehrt. Während dieses Zeitintervalls fehlen alle Basisströme e bis h, wie es in Figur 14A bis D dargestellt ist, so daß alle Transistoren 131 bis 134 gesperrt sind und die Energieversorgung von der Gleichspannungsquelle 101 zur Last 105 ruht.

Zum Zeitpunkt t. wird der Basisstrom g dem Transistor 133 im anderen Stromweg geliefert, wie es in Figur 14C dargestellt ist, so daß dieser durchschaltet. Anschließend beginnt der Wechselrichter 129 mit entgegengesetzter Ausgangspolarität zu arbeiten.

-rt- 3 β 12*5 2 4

Im folgenden Zeitintervall von t,- bis tg wird der Transistor 130 kurzzeitig gesperrt und anschließend zum Zeitpunkt tg wieder durchgeschaltet, wobei dieser Arbeitsvorgang in derselben Weise wie im Zeitintervall von t bis tg fortgesetzt wird.

Diese Arbeitsvorgänge werden zyklisch wiederholt und die an der Last 105 liegende Spannung hat eine vollwellengleichgerichtete Wellenform, die vom Wechselrichter 129 erzeugt wird, wie es bei Figur 12G der Fall war.

Bei dem obigen zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung können der Basisstrom f des Transistors 132 im einem Stromweg oder der Basisstrom h des Transistors 134 im anderen Stromweg mit demselben zeitlichen Profil wie der Basisstrom e des Transistors 131 in dem einen Stromweg oder der Basisstrom g des Transistors 133 im anderen Stromweg geliefert werden, wie es durch die gestrichelten Linien in Figur 14B und D jeweils dargestellt ist. Das beruht auf der Tatsache, daß dann, wenn der Transistor 131 oder 133 durchschaltet, die Diode 136 oder 138 in Sperrichtung vorgespannt ist und daß der Transistor 132 oder 134 den Strom selbst dann nicht leitet, wenn der Basisstrom f oder h anliegt.

Figur 15 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Schaltungsanordnung ist vom ersten Ausführungsbeispiel in Figur 10 abgeleitet, wobei die Last 105 durch eine Röntgenröhre 139 ersetzt ist und die Arbeitsweise genau die gleiche ist, wie sie im Zeitdiagramm von Figur 12 dargestellt ist. Die an der Röntgenröhre 139 liegende Spannung, d.h. die Röhrenspannung, hat die in Figur 16 dargestellte Wellenform. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Arbeitswellenform, die durch eine gestrichelte Linie 4OA dargestellt ist und bei der die Röhrenspannung am Anfang stark überschwingt und danach jedesmal pulsiert, wenn die erzeugte Wechselspannung ihre Polarität umkehrt, ist die Wellenform gemäß der Erfindung frei von einem überschwingen am Anfang und ist eine Schwingung in

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zufriedenstellender Weise unterdrückt, die durch die Umkehr der Ausgangsspannungspolarität des Wechselrichters hervorgerufen wird. Der prozentuale Spitze zu Spitze Welligkeitsanteil, der bei der herkömmlichen Vorrichtung bei etwa 28% bei einer Röhrenspannung von 100 kV und einem Röhrenstrom von 100 mA liegt, ist auf etwa 10% durch die erfindungsgemäße Ausbildung herabgesetzt.

Wie es bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist die Schaltungsanordnung mit dem ersten Schalter 82 in Reihe mit der Gleichspannungsquelle 81 weiterhin mit einem zweiten Schalter 88 über der Reihenschaltung des Schaltelementes 83 mit der Induktivität L und der Last 85 versehen, die parallel zu einem Kondensator 84 geschaltet ist, wie es in Figur 8 dargestellt ist,und werden die Schalter so betätigt, daß der erste Schalter 82 am Anfang geschlossen und der erste Schalter 82 geöffnet und der zweite Schalter 88 geschlossen werden, wenn die an der Last 85 liegende Spannung einen bestimmten Spannungspegel erreicht hat, wonach der zweite Schalter 88 geöffnet und der erste Schalter 82 geschlossen werden, wenn der durch das induktive Schaltungselement 83 fließende Strom einen gegebenen Wert erreicht hat, wodurch eine Schwingung der an der Last liegenden Spannung verhindert werden kann, während die Energie, die ein überschwingen der Spannung am Anfang der Energieversorgung hervorruft, auf die Last 85 übertragen wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann das Pulsieren der an der Last liegenden Spannung ohne eine zusätzliche Verzögerung im Anstieg der Spannung auf einen bestimmten Spannungspegel am Anfang der Energieversorgung unterdrücken, was insbesondere bei bestimmten Lastarten zweckmäßig ist, bei denen die Anstiegszeit der anliegenden Spannung begrenzt ist.

Die Figuren 17 und 18 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Last wiederum eine Röntgenröhre ist. In Figur 17 sind die Bauteile 31 bis 39 und 41 bis 46 Gegen-

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-anstücke der entsprechenden Bauteile in Figur 4, so daß sie nicht nochmals beschrieben werden. Die Schaltungsanordnung enthält einen Aufwärtstransformator, der durch die Streuinduktivität L, und die Streukapazität C im äquivalenten Schaltbild von Figur 5D dargestellt ist. Quer über den Eingang des Aufwärtstransformators sind Thyristoren 20 und 21 geschaltet, von denen jeder auf ein Steuersignal ansprechend durchschaltet und sperrt, wenn der Leitungsstrom unter einen gegebenen Haltestrompegel fällt oder wenn er in Gegenrichtung vorgespannt wird.

Im folgenden wird anhand von Figur 18 die Arbeitsweise der obigen Schaltungsanordnung beschrieben. Wenn die Transistoren 32 und 35 durch die Basisströme a und d durchschalten, fließt der Laststrom i- längs des Weges von 31 zu 32, zu L-, _v zu 41, parallel zu 45 und 46, zu 44, zu 35 und zu 31 zurück und wird die Last 46 mit Energie versorgt. Die Streukapazität C wird in der in Figur 17 dargestellten Polarität aufgeladen. Wenn zum Zeitpunkt t die Basisströme a und d abgenommen werden, so daß die Transistoren 32 und 35 sperren, fällt der Laststrom X₁ auf Null. Unmittelbar nach dem Abfallen des Laststromes i_ wird das Steuersignal e dem Thyristor 20 geliefert, so daß dieser zum Zeitpunkt t~ durchschaltet. Dann wird die Streukapazität C- entladen und anschließend umgekehrt über den Weg von C zu L₁,zu 20 und zurück zu C_ aufgeladen. Bei diesem Arbeitsvorgang hat der Laststrom i- einen Spitzenwert i_ipr der von der Spannung V über der Streukapazität C in der fol-

genden Weise abhängt:

(3)

Das ist die Hälfte des Wertes,der durch die Gleichung (2) in Verbindung mit Figur 6 und 7 gegeben ist, was anzeigt, daß auch der Spitzenstrom herabgesetzt werden kann.

Wenn zum Zeitpunkt t₂ der Laststrom faktisch stationär geworden ist, werden die Basisströme b und c geliefert* so daß die Transistoren 33 und 34 durchschalten. Die Streukapazität C ist bereits umgekehrt aufgeladen und der Laststrom i-. fließt entlang des Weges von 31 zu 33, zu 42, parallel zu 45 und 46, zu 43, zu L, zu 34 und ohne bezeichnende Pulsierung zurück zu 31. Folglich liegt die Spannung von der Gleichspannungsquelle 31, die durch den Faktor im wesentlichen gleich dem Wicklungsverhältnis des Transformators aufwärts transformiert ist, an der Röntgenröhre 46 und der elektrostatischen Kapazität 45 auf dem Hochspannungskabel. Der Thyristor 20 wird gesperrt, da er über die Transistoren 33 und 34, die durchgeschaltet haben, in Sperrichtung vorgespannt wird.

Wie es oben beschrieben wurde, ist es bei einem vierten Ausführungsbeispiel möglich, daß die Streukapazität des Aufwärtstransformators während des Haltezeitintervalls des Wechselrichterbetriebs umgekehrt aufgeladen wird, was eine Schwingung des Laststromes am Anfang des Wechselrichterbetriebes verhindert, so daß eine stabile Röhrenspannung mit einer geringen Pulsierung erzielt werden kann. Der durch die Streuinduktivität L, und die Streukapazität C verursachte Übergangs- oder Einschwingstrom fließt darüberhinaus nicht in den Wechselrichter und die Transistoren 32 bis 35 müssen zusätzlich zum Laststrom keine übermäßige Stromkapazität haben.

Figur 19 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Bauteile 31 bis 39 und 41 bis 46 sind mit denen von Fig.4 identisch, so daß sie nicht nochmals beschrieben werden. Die Vorrichtung enthält einen Aufwärtstransformator mit einer Streuinduktivität L, und einer Streukapazität C .

Im folgenden wird die Arbeitsweise der obigen Schaltungsanordnung anhand von Figur 20 beschrieben. Wenn die Transistoren 32 und 35 durch die Basisströme a und d durchgeschaltet werden, fließt der Laststrom X₁ über den Weg von 31 zu 32, zu L-, , zu 41, parallel zu 45 und 46, zu 44, zu 35 und zurück zu 31 und wird die Last 46 mit Energie versorgt« Die Streukapazität C wird in der in Fig.19 dargestellten Polarität aufgeladen. Wenn zum Zeitpunkt t die Basisströme a und d verschwinden, so daß die Transistoren 32 und 35 sperren, fällt der Laststrom i_ auf Null ab. Unmittelbar nach dem Abfall des Laststromes i_ wird der Basisstrom c zum Zeitpunkt t., geliefert, um den Transistor 34 durchzuschalten,und wird die Streukapazität C über den Weg von C_ zu L-,, zu 34, zu 39 und

S S X.

zurück zu C₀ aufgeladen, bis sie umgekehrt geladen ist. Zu diesem Zeitpunkt hat der Übergangsstrom einen Spitzenwert iy_P, der durch die Gleichung (3) abgeschätzt werden kann, wie es bei dem vierten Ausführungsbeispiel von Figur 17 der Fall ist. Wenn zum Zeitpunkt t2 die Stromschwingung faktisch abgeklungen ist, wird der Basisstrom b geliefert, um den Transistor 33 durchzuschalten. Die Streukapazität C_ ist bereits umgekehrt aufgeladen und der Laststrom i_T fließt über den Weg von 31 zu 33, zu 42, parallel zu 45 und 46, zu 43, zu L,,zu 34 und zurück zu 31 ohne merklichen Spannungsstoß. Dementsprechend liegt eine Spannung im wesentlichen gleich der Klemmenspannung der Gleichspannungsquelle aufwärtstransformiert durch das Wicklungsverhältnis des Transformators an der Röntgenröhre 46 und der elektrostatischen Kapazität auf dem Hochspannungskabel.

Wie es oben beschrieben ist, ist es bei dem in Figur 19 dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, die Streukapazität des Aufwärtstransformators während des Haltezeitintervalls des Wechselrichters umgekehrt aufzuladen, was verhindert, daß der Laststrom am Anfang des Inverterbetriebes schwingt, so daß eine stabile Röhrenspannung mit geringer Pulsierung erzielt werden kann, wie es bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel von Figur 17 der Fall ist. Dieses Ausführungsbeispiel macht darüber-

hinaus keine zusätzlichen Schaltungsbauteile notwendig und kann allein unter Verwendung der Wechselrichtersteuersignale betrieben werden.

Figur 21 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel soll einen Gegentaktwechselrichter verwenden. Die Bauteile 31 bis 33, 36, 37 und 41 bis 46 sind mit denen in Figur 4 identisch und die Bauteile 20 und 21 sind mit denen von Figur 17 identisch, so daß sie nicht nochmals beschrieben werden. Ein Aufwärtstransformator 30 weist einen mittleren Abgriff an der Primärwicklung auf und ist mit dem Ausgang des Gegentaktwechselrichters verbunden.

Die obige Schaltungsanordnung arbeitet in der folgenden Weise. Der Wechselrichter arbeitet so, daß er die Transistoren 32 und 33 abwechselnd und zyklisch durchschaltet. Die Umkehr der Aufladepolarität der Streukapazität des Aufwärtstransformators 30 erfolgt unter Verwendung der Thyristoren 20 und 21. Der Thyristor 21 wird in einem Zeitintervall nach dem Sperren des Transistors 33 durchgeschaltet, bis der Transistor 32 durchschaltet, um die Ladepolarität umzukehren,und der Thyristor 20 wird im Zeitintervall nach dem Sperren des Transistors 32 durchgeschaltet, bis der Transistor 33 durchschaltet, um die Ladepolarität der Streukapazität umzukehren.

Diese Arbeitsvorgänge ermöglichen es, daß die Streukapazität des Aufwärtstransformators während des Haltezeitintervalls des Wechselrichters umgekehrt aufgeladen wird, wodurch eine Schwingung des Laststromes zu Beginn des Wechselrichterbetriebes verhindert wird und eine stabile Röhrenspannung mit geringer Pulsierung erzielt werden kann, wie es bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der Fall ist.

Figur 22 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel soll ein Gegentaktwechselrichter verwandt werden, wie es bei dem vorhergehenden in Fig.21 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall war, so daß beide

^3Λ 3Β12Β24

Schaltungsanordnungen aus den gleichen Bauteilen bestehen. Die Anordnung von Figur 22 unterscheidet sich von der in Figur 21 dargestellten Anordnung in der Schaltung der Thyristoren 20 und 21. Die Thyristoren 20 und 21 in Figur 21 sind antiparallel über die Primärwicklung des Aufwärtstransformators 30 geschaltet, wohingegen die Thyristoren in Figur 22 getrennt zwischen den mittleren Abgriff und die gegenüberliegenden Enden der Wicklung geschaltet sind. Die Arbeitsweise der Anordnung ist identisch mit der des Ausführungsbeispiels von Figur 21, was im wesentlichen zu denselben Wirkungen führt, Ein Unterschied besteht besteht darin, daß die an den Thyristoren 20 und 21 liegende Spannung gleich der Hälfte der Spannung im Fall von Figur 21 ist und daß der in den Thyristoren 20 und 21 fließende Strom zweimal so groß wie der Strom im Fall von Figur 21 ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern in weitem Umfang bei verschiedenen Arten von Wechselrichtersystemen mit den gleichen Wirkungen anwendbar.

Das erfindungsgemäße wechselrichterbetriebene Röntgengerät erlaubt es, die Streukapazität des Aufwärtstransformators während des Haltezeitintervalls des Wechselrichters umgekehrt aufzuladen, was eine Schwingung des Laststromes am Anfang der Arbeit des Wechselrichters verhindert, so daß eine stabile Röhrenspannung mit geringer Pulsierung erzielt werden kann.

it

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Claims

STREHL SCHÜBEL-HOPF GROENirVG SCfHiLZ Ι'ΛΤΕΧΪΑΧννΑΠΊ! KUIiOPKAN PATENT ATTOUNKYS

HITACHI MEDICAL CORPORATION 14, April 1986

DEA-27 645

Energieversorgungsvorrichtung mit Wechselrichterstufe

PATENTANSPRÜCHE

(1 ·) Energieversorgungsvorrichtung mit Wechselrichterstufe gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung aus einer Gleichspannungsquelle (81), einem ersten und zweiten Schalter (82,88), einem induktiven Schaltungselement (83) und einer Parallelschaltung aus einem Kondensator (84) und einer Last (85), die derart arbeitet, daß die Energieversorgung der Last über das induktive Schaltungselement durch Schließen der Schalter erfolgt, wobei der erste Schalter (82) in Reihe mit der Gleichspannungsquelle geschaltet ist,der zweite Schalter (88) parallel zur Reihenschaltung des induktiven Schaltungselementes und der Parallelschaltung des Kondensators und der Last geschaltet ist, der erste Schalter geschlossen wird, um eine Spannung an die Last zu legen, woraufhin dann, wenn die an der

Last liegende Spannung im wesentlichen gleich der Spannung der Energiequelle oder der an die Last zu legenden Spannung geworden ist, der erste Schalter geöffnet und gleichzeitig der zweite Schalter geschlossen wird und wobei danach dann, wenn der im induktiven Schaltungselement fließende Strom im wesentlichen den Stromwert erreicht hat, mit dem die Last zu versorgen ist, der zweite Schalter geöffnet und gleichzeitig der erste Schalter geschlossen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der erste und zweite Schalter (82,88) in Form eines Vollbrückenwechselrichters (115) ausgebildet sind, wobei der erste Schalter einen Schalter in einem von zwei Stromwegen (A,B) zum Herstellen einer Reihenschaltung der Gleichspannungsquelle mit der Last beim Betrieb des Wechselrichters darstellt, während der zweite Schalter eine Diode (125 bis 128) umfaßt, die antiparallel über einen Schalter im anderen Stromweg in Reihenschaltung mit dem ersten Schalter im ersten Stromweg geschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schalter (82,88) in Form eines Gegentaktwechselrichters (129) ausgebildet sind und das induktive Schaltungselement (83) einen Transformator (130) mit mittlerem Abgriff umfaßt, wobei der zweite Schalter ein Element (132,134) ist, das zwischen den mittleren Abgriff und ein Ende der Primärwicklung des Transformators geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Last eine Röntgenröhre (139) umfaßt.
5. Weehselrichter-betriebenes Röntgengerät mit einer Wechselrichterstufe (115), an der die Spannung von einer Gleichspannungs-

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quelle (101) liegt, und die eine Wechselspannung erzeugt^ einem Transformator (116), der die Ausgangsspannung der Wechselrichterstufe erhöht, einer Gleichrichterstufe (117 bis 120;, die die Ausgangsspannung (V ) des Transformators in eine Gleichspannung umwandelt,und entweder einem Kabel mit einer ersten elektrostatischen Kapazität gegenüber Masse, das den Ausgang der Gleichrichterstufe mit einer Röntgenröhre {139) verbindet, oder einem Glättungskondensator (104), der zwischen dem Ausgang der Gleichrichterstufe und der Röntgenröhre vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20,21), die die Aufladepolarität einer zweiten elektrostatischen Kapazität am Eingang der Gleichrichterstu^Fe umkehrt, bevor die Polarität der Ausgangsspannung der Wechselrichter stufe umkehrt.
6. Röntgengerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Umkehren der Aufladepolarität der zweiten elektrostatischen Kapazität einen Schalter umfaßt, der parallel zu einer Laststufe am Ausgang der Wechselrichterstufe geschaltet ist, wobei der Schalter zu einem Zeitpunkt nicht leitend wird, an dem die Aufladepolarität der zweiten elektrostatischen Kapazität umkehrt.
7. Röntgengerät nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Schalter zwei Thyristoren (20,21) umfaßt, die antiparallel zueinander geschaltet sind.
8. Röntgengerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichterstufe (115) einen ersten Arm mit einer Reihenschaltung aus einem ersten Schaltelement (33), das mit dem positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle verbunden ist, und einem zweiten Schaltelement (35), das mit dem negativen Anschluß der Gleichspannungsquelle verbunden ist, wobei Dioden (37,39) antiparallel über das erste und das zweite Schaltelement jeweils geschaltet sind, und einen zweiten Arm mit einer Reihenschaltung aus einem dritten Schaltelement

(32)/ das mit dem positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle verbunden ist, und einem vierten Schaltelement (34), das mit dem negativen Anschluß der Gleichspannungsquelle verbunden ist, umfaßt, wobei Dioden (36,37) antiparallel über das dritte und vierte Schaltelement jeweils geschaltet sind und wobei ein Transformator (166) zwischen den Verbindungspunkt des ersten und zweiten Schaltelementes und den Verbindungspunkt des dritten und vierten Schaltelementes geschaltet ist, und daß die Einrichtung zum Umkehren der Aufladepolarität der zweiten elektrostatischen Kapazität so arbeitet, daß sie das erste und das dritte Schaltelement oder das zweite und das vierte Schaltelement so durchschaltet, daß eines des Schaltelementenpaares schneller als das andere durchgeschaltet wird.