DE68907110T2 - Verfahren zur Spannungsregelung eines Spannungssignals, insbesondere für Röntgenröhren. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur Regelung der Spannung eines Spannungssignals zum Gegenstand. Sie betrifft allgemein die Anwendungen, die die Steuerung einer Gleichspannung betreffen, die aüsgehend von einer nicht geregelten zerhackten oder wellengeformten Gleichspannung erzeugt wird, die gegebenenfalls angehoben, dann gleichgerichtet worden ist. Sie findet insbesondere im medizinischen Bereich Anwendung, wo es erforderlich ist, die Hochspannung von Röntgenstrahlröhren derart zu regeln, daß die Zuverlässigkeit der Qualität der erzeugten Röntgenstrahlen verbessert wird. Sie kann nichtsdestoweniger in weiteren Bereichen angewendet werden. Im medizinischen Bereich findet die Erfindung insbesondere Anwendung im Bereich der Senographen, die auch als Mammographen bezeichnet werden, wobei die Gute der Hochspannung die Homogenität der Röntgenstrahlen bedingt.
• Die Prinzipien einer Hochspannungsversorgung der Röntgenstrahlgeräte sind bekannt. Im Fall der sogenannten HF-Generatoren bestehen sie im wesentlichen darin, ausgehend von einer Niedergleichspannung diese zu zerhacken oder wellenzuformen. Diese wellige Niederspannung wird dann an einen Aufwärtstransformator gelegt, der sie in eine wellige Hochspannung transformiert. Die wellige Hochspannung wird dann gleichgerichtet und so gefiltert, daß die gesuchte Hochgleichspannung erzeugt wird. Ein die erzeugte Hochspannung darstellendes Signal kann mittels einer Widerstandsteilerbrücke abgegriffen werden. Anschließend wird dieses Meßsignal mit einer Referenzgröße verglichen und es wird ein Fehlersignal bestimmt. Das Fehlersignal wird dann auf eine Regelungsvorrichtung gegeben derart, daß die erzeugte Hochspannung auf einer Einstellgröße gehalten wird. Allgemein, das Fehlersignal wird auf einen spannungsgesteuerten Oszillator mit veränderlicher Frequenz (VCO) gegeben. Das Signal dieses Oszillators mit durchstimmbarer Frequenz wird als Steuersignal auf den Wechselrichter gegeben.
• Die allgemein für die Schwingfrequenz des Wechselrichters zugelassenen Werte sind in der Größe von 15 kHz. Da es sich allgemein um Wechselrichter mit Thyristoren oder Transistoren handelt, die das Hindurchtreten des Stroms in einem Resonanzkreis in der einen Richtung, dann in der anderen gestatten, werden zwei Sätze von gesteuerten Halbleiterbauteilen verwendet. Der Pilotkreis, der die Halbleiterbauteilsätze in Gangsetzt, liefert ein Signal mit doppelter Frequenz: in der Größe von 30 kHz. Die Dauer eines Unterspannungsetz-Impulses zum Zeitpunkt einer Radiographie, insbesondere in einem Senographen, ist üblicherweise in der Größe von 300 ms. In der gesamten folgenden Beschreibung der Erfindung wird dieser Radiographieimpuls als Installation bezeichnet. Während der Dauer dieser Installation soll die Hochspannung zwischen der Kathode und der Anode der Röhre so schnell wie möglich bis zu ihrem Nennwert ansteigen. Während der gesamten Dauer der Installation soll sie dann weitestmöglich gleich diesem Nennwert bleiben. Während der Dauer einer derartigen Installation ist die Zahl der durch den Pilotkreis gelieferten Impulse bei den angegebenen Größen in der Größe von Zehntausend. Die Impulszahl des Pilotkreises, die erforderlich ist, um die Hochspannung von Null bis zu dem Nennwert ansteigen zu lassen, ist gewöhnlich in der Größe von 50.
• Ein Wechselrichter umfaßt, angeschaltet an den Anschlüssen eines Niedergleichspannungskreises, wenigstens einen Satz von Halbleiterbauteilen in Reihe mit einem Schwingkreis und mit einem Aufwärtstransforinator. Wenn die Halbleiterbauteile durch einen Impuls des Wechselrichters leitend gemacht werden, bildet sich im Schwingkreis eine Schwingung aus und sie wird durch den Aufwärtstransformator transformiert. Diese Schwingung wird dann durch einen Gleichrichter stromabwärts des Aufwärtstransformators gleichgerichtet und sie wird auf einen Kreis zur Filterung der gleichgerichteten Hochspannung gegeben. Der Filterkreis umfaßt im wesentlichen Kondensatoren. Während der gesamten Dauer einer Installation unterliegen die Kondensatoren somit einerseits einer relativ konstanten Entladung und andererseits mit der Ankunft der Wiederaufladeschwingungen verbundenen periodischen Wiederaufladevorgängen. Die konstante Entladung ist mit der Verwendung der Röntgenröhre verbunden: dem Bildtyp, den man erzeugen möchte.
• Mit anderen Worten, die erzeugte Hochspannung ist wellig. Sie ist selbst wellig, wenn sie geregelt ist. Das Welligmachen der Hochspannung ist nämlich mit der Eigenfrequenz des Wechselrichters, derjenigen des Pilotkreises, verbunden und schließlich verschwindet sie nicht, wenn die Röntgenröhre nicht emittiert. Dies ist indessen nicht von Interesse, da es das Konstanthalten der Hochspannung der Röntgenröhre, während sie Leistung ausgibt, ist, das gesucht wird. Das Wellenformen der erzeugten Hochspannung ist eine Folge, die dem Prinzip des Anhebens einer Gleichspannung bei Gleichspannung eigen ist.
• Das Wellenformen kann bei den Geräten zur medizinischen Radiographie zahlreiche Nachteile aufweisen. Die Dauer der Röntgenstrahlen ist nämlich durch die an den Anschlüssen der Röhre verfügbare Hochspannung ziemlich stark beeinflußt. Nun, von der Unterbrechung der Schwingungswelle der erzeugten Hochgleichspannung im Maximum der Schwingungswelle kann die Streuung der Dauer der erzeugten Röntgenstrahlen derart sein, daß die verfügbaren Radiographiebilder verfälscht sind. Ihre Interpretation ist unzuverlässig.
• Bei der Erfindung ist das Welligkeitsverhalten der erzeugten Hochspannung untersucht worden und es konnte bestimmt werden, daß das bislang durch die Fachleute beibehaltene Welligkeitsverhalten nicht das beste war. Die zugelassene Welligkeit, die im gesamten Fortverlauf dieser Beschreibung als δKV bezeichnet wird, hat die folgende Form:
• δKV = f (KV, mA, E)
• In dieser Formel stellt KV den Nennwert der erzeugten Hochspannung dar. Der Wert mA stellt die Leistung der Röhre dar, E stellt schließlich die zur Herstellung der Hochgleichspannung verwendete Niedergleichspannung dar. Die gezeigte Funktion f ist eine komplexe Funktion, die das Entladen, KV und mA, und die Güte des Hochspannungsfilterkreises nach der Gleichrichtung berücksichtigt. Der Wert δKV ist normalerweise um einen bestimmten Prozentsatz von KV niedriger. Der Prozentsatz ist durch die Übungen des Berufszweiges festgelegt. Er kann für Geräte mit zugelassener herabgesetzter Funktion 30 %, sogar mehr sein. Er kann in Synographen 4 % sein.
• Wenn E völlig konstant wäre, würde man eine Welligkeit mit Amplitude δKV mit angenäherter Sägezahnform, jedoch vor allem konstant, erhalten. Definitiv wäre die Homogenität der erzeugten Röntgenstrahlen diejenige, die davon bekannt wäre. In der Tat ist E jedoch nicht konstant. Die verwendete Niedergleichspannung kann nämlich eine Niedergleichspannung sein, die ausgehend von einem elektrischen Netz erhalten worden ist, dessen Spannung gleichgerichtet ist. Die so gleichgerichtete Niedergleichspannung E schwankt umso mehr, als das gleichgerichtete Netzsignal sogar kein dreiphasiges Netzsignal ist, sondern im Gegenteil ein einphasiges Netzsignal ist. Beispielsweise erzeugt ein gleichgerichtetes, einphasiges 50 Hz-Netzsignal selbst eine Niederspannung mit Welligkeiten bei 100 Hz (bei einer Zwei-Halbperioden-Gleichrichtung). Mit anderen Worten, unter Berücksichtigung der gezeigten Größen schwankt diese Niedergleichspannung in der Größe von 30 Mal während einer Installation. Die Schwankung der Niedergleichspannung hat einen Funktionsfehler des Regelsystems zur Folge. Wenn nämlich die Leistungsübertragungskennlinie eines Wechselrichters von der Frequenz abhängig ist (dessen man sich zum Regeln bedient), hängt sie auch von der am Eingang des Wechselrichters zugelassenen Spannung ab. Mit anderen Worten, die durch den Wechselrichter zum Zeitpunkt der Auslösung eines Impulses übertragene Leistung hängt von der Spannung ab, die den Wechselrichter speist.
• Es ergibt sich nun daraus, daß die Amplitude der Schwankung der welligen Hochspannung im Rhythmus der Schwankungen der Versorgungsniedergleichspannung veränderlich ist. Dies ist mit der Konzeption der Regelkreise verbunden. Diese umfassen eine Messung der erzeugten Hochspannung. Sobald der Wert der erzeugten Hochspannung unter den Wert einer Referenzspannung gelangt, wird der Wechselrichter ausgelöst und sendet einen Wiederaufladeimpuls. Wenn somit die Versorgungsniederspannung gering ist (in der Lücke der Schwingungswellungen der welligen Niederspannung), ist die durch den Wechselrichter übertragene Leistung gering. Infolgedessen ist in diesem Fall die Spitze der Welligkeit der gleichgerichteten Hochspannung verhältnismäßig gering. Wenn hingegen die Niedergleichspannung stark ist (zu dem Zeitpunkt der Maxima der Schwingungswellen der welligen Niederspannung), ist die bei jedem Impuls durch den Wechselrichter übertragene Leistung stärker und die Spitze der Welligkeit der gleichgerichteten Hochspannung ist ebenso stärker.
• In den beiden Fällen wird das Wiederaufladen der Filterkondensatoren des Hochspannungsgleichrichtungskreises eingeleitet, sobald die Hochspannung gleich dem Wert der Referenzspannung wird. Es ergibt sich hieraus, daß, wenn jeder Wiederaufladeimpuls der Hochgleichspannung auf einen stets identischen Wert abfällt, die Hochspannung hingegen abhängig von den Welligkeiten der Versorgungsniederspannung unterschiedliche Spitzenwerte erreicht. Mit anderen Worten, das Spektrum der erzeugten Röntgenstrahlen kann nicht vorab bekannt sein. Außerdem hängt δ K V sehr stark vom Zustand der Netzspannung und vom Widerstand der Versorgungsleitung ab. Dies könnte indessen aufgrund der relativ hohen (30) Zahl von Perioden des Netzsignals während der Dauer einer Installation wenig Bedeutung haben. Dies trifft im Verlauf der Installation in der Praxis umso mehr zu, als der Mittenwert der Versorgungsniederspannung regelmäßig abfällt, was die Funktion der Röntgenröhre umso mehr verfälscht. Ein derartiger Regeltyp entspricht einer Impulsregelung auf Minimum; er gehört zu den weniger guten.
• Es ist ein weiterer Regelungstyp bekannt. Er betrifft die lineare Regelung. In diesem Fall kann ebenso gezeigt werden, daß der Spitzenwert der erzeugten Hochspannung auch als Welligkeit der Versorgungsniederspannung in einem indessen zweimal geringeren Verhältnis schwankt.
• Bei der Erfindung ist berücksichtigt worden, daß es, wenn die Schwankungen der Versorgungsniederspannung unvermeidbar sind, vorzuziehen wäre, zu veranlassen, daß die Spitze der Welligkeiten der erzeugten Hochspannung auf einem konstanten Wert liegt, wobei zugelassen wird, daß die Welligkeit der Niederspannung auf die Minimalwerte wirkt, die durch die Hochspannung erreicht worden sind, im Verlauf der durch den Wechselrichter angelegten aufeinanderfolgenden Aufladungen.
• In der Praxis ist es daher nicht die Verkleinerung der Amplitude der mit der Änderung der Versorgungsniederspannung verbundenen Welligkeit, die bei der Erfindung ins Auge gefaßt ist, sondern eher die Wahl eines konstanten Spitzenwertes der erzeugten Hochspannungen. Bei der Radiographie ist man nun sicher, über eine stets gleiche Menge harter Röntgenstrahlen im Spektrum zu verfügen, was auch immer die Funktionsweise der Röhre ist. Der Durchsatz der weniger harten Röntgenstrahlen unterstützt nun die nicht beherrschten Auswirkungen der Änderungen der Hochspannung. Man verfügt nun mit der Erfindung definitiv über eine bekannte Dosis von harten Röntgenstrahlen und eine unbekannte Dosis von weniger harten Röntgenstrahlen, eher als daß man über eine bekannte Dosis von weniger harten Röntgenstrahlen und eine unbekannte Dosis von harten Röntgenstrahlen verfügt. Hieraus folgt automatisch eine bessere Genauigkeit der Bilder: die harten Röntgenstrahlen sind dabei die für das Entstehen der Bilder am meisten charakterisierenden. Im Dokument DE-A-3 520 509 ist ein Beispiel für einen solchen Regelungstyp, indessen in Kombination mit einer linearen Regelschleife beschrieben. Diese Regelung weist den Nachteil auf, daß sie langsam ist, insbesondere beim Start einer Einrichtung.
• Zur Lösung dieses im wesentlichen mit der Schwankung der Versorgungsniederspannung verbundenen Problems ist es erforderlich gewesen, die Schwankungen dieser Niederspannung zu berücksichtigen. Es hätte ins Auge gefaßt werden können, in Echtzeit die Änderungen von f (KV, mA, E), abhängig von den Niederfrequenzschwingungswellen von E zu berechnen oder besser zu tabellieren. Es ist in der Praxis bekannt, daß, wenn sich E um 10 % ändert, sich δKV selbst um 80 % ändern kann. In der Theorie ist eine solche Lösung daher möglich. Wenn man sich jedoch daran erinnert, daß E eine Schwingung mit einer Frequenz von 100 Hz erfährt, führt dies dazu, eine kürzere Rechenzeit als die Periode dieser Niederfrequenzschwankung beizubehalten: beispielsweise 1 ms. Diese Rechenzeit ist unter Berücksichtigung der Zahl der zu bewirkenden Operationen zu kurz, um annehmbar (mit geringen Kosten) in einer Radiographieanlage verwendet zu werden. Auch wird es bei einer Verbesserung der Erfindung bevorzugt, die Regelung ohne Berücksichtigung der Änderungen der Ausgangshochspannung auszuführen, als daß eine Regelung ausgeführt wird, die zugleich die Änderung der Ausgangshochspannung und der Versorgungsniederspannung durch Berechnung berücksichtigt. In diesem Fall wird indessen die Breite der Schwankung bei jedem anzuwendenen Impuls der Schwingungswelle für einen Folgeimpuls des Wechselrichters gemessen, wobei eine Steuerung eine vorhergehende Welligkeitsänderung berücksichtigt.
• Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Regelung der Spannung eines Spannungssignals, bei dem
• - ein Gleichspannungs-Niederspannungssignal mit einem Wechselrichter und mit einstellbarer Wechselrichtungsimpulsfrequenz wellengeformt wird, um ein welliges Niederspannungssignal, geformt mit Energiequanten, zu erzeugen,
• - die Spannung des welligen Niederspannungssignal angehoben wird, um ein welliges Hochspannungssignal zu erzeugen,
• - das wellige Hochspannungssignal gleichgerichtet und gefiltert wird, um ein Gleichspannungs-Hochspannungssignal zu erzeugen,
• - und die Spannung dieses Gleichspannungs-Hochspannungssignals geregelt wird derart, daß das Maximum der hohen Gleichspannung bei jedem Welligkeitsimpuls ein vorbestiinmtes Maximum erreicht,
• dadurch gekennzeichnet, daß, damit die Spannung des Gleichspannungs-Hochspannungssignals das vorbestimmte Maximum erreicht,
• - mit einem Resonanzwechselrichter wellengeformt wird,
• - das Maximum der Spannung der Gleichspannungs-Hochspannungssignals während einer Schwinungswelle mit einer um die Änderung der gleichgerichteten Spannung während eines vorhergehenden Wellenformungsimpulses verringerten Referenzspannung verglichen wird, und
• - der Einsetzzeitpunkt einer folgenden Wellenformung des Wechselrichters abhängig von diesem Vergleich bestimmt wird.
• Bei einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist das erste Gleichspannungssignal ein Niederspannungssignal. Das zweite Signal ist ein Hochspannungssignal und zwischen dem Wechselrichter und dem Gleichrichter gestattet ein Transformator das Anheben der Spannung.
• Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung und Prüfung der sie begleitenden Figuren besser verstanden. Diese sind lediglich zu Beispielszwecken und keinesfalls die Erfindung einschränkend gegeben. Die Figuren zeigen:
• Figur 1: Ein synoptisches Schaltbild eines Kreises zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung;
• Figuren 2a bis 2c: Vergleichsergebnisse der beim Verfahren der Erfindung und beim Stand der Technik erzeugten Hochspannungen;
• Figuren 3a bis 3f: die Zeitdiagramme von beim Verfahren der Erfindung vorkommenden Signalen.
• Figur 1 stellt ein synoptisches Schaltbild eines Schaltkreises dar, der zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung verwendbar ist. Der Kreis umfaßt einen ersten Gleichrichter 1 zum Erzeugen einer Gleichspannungs-Niederspannung, beispielsweise aus einem einphasigen elektrischen Netz 200. Der Niedergleichspannungskreis 1 versorgt einen Resonanzwechselrichter 2, der durch einen Pilotkreis 3 frequenzgesteuert ist. Das durch den Wechselrichter 2 wellengeformte Signal wird in einem Aufwärtstransformator 4 in der Spannung angehoben. Die durch den Transformator 4 erzeugte Hochspannung wird nun in einem Gleichrichtungs- und Filterkreis 5 gleichgerichtet, dann gefiltert. Die gleichgerichtete Hochspannung wird zwischen der Kathode 6 und der Anode 7 einer Röntgenröhre 8 angelegt. In einem Beispiel ist die Röntgenröhre eine Röhre mit sich drehender Anode und sie wird in einem Senographen 9 verwendet. Der Senograph umfaßt herkömmlich einen Kollimator 10 und ein bewegliches Antistreugitter 11, die auf beiden Seiten eines zu röntgenden Körpers 12 angeordnet sind. Ein Empfänger 13 vom strahlungsempfindlichen Filmtyp oder vom Videotyp berücksichtigt Röntgenstrahlungseffekte auf dem Körper 12.
• Eine Teilerbrücke 14 gestattet es, ein die erzeugte Hochspannung darstellendes Signal KV abzugreifen. Das Signal KV wird in einem Komparator 15 mit einer Referenzspannung Vref verglichen. Der Komparator 15 ist gleichermaßen ein Verstärker, um über ein Fehlersignal mit wahrnehmbarem Wert zu verfügen. Bei der Erfindung wird das Fehlersignal dann schematisch einerseits direkt und andererseits indirekt zu einem zweiten Komparator 16 weitergeleitet. Der indirekte Weg umfaßt als Verbindungsstück einen Speicherkreis 17. Da das System mittels Impulsen arbeitet, ist der Speicherkreis im wesentlichen so, daß er ein die Änderung des während eines vorhergehenden Impulses des Wechselrichters gemessenen Fehlersignals darstellendes Signal in den Komparator 16 eingibt.
• Das Ausgangssignal des Komparators 16 wird als Befehl auf den Kreis 3 zur Steuerung der Thyristoren des Wechselrichters 2 gegeben. Der Wechselrichter 2 umfaßt zwei Thyristorensätze. Ein erster Satz umfaßt die Thyristoren 18 und 19 und ein zweiter Satz umfaßt die Thyristoren 20 und 21. Während eines ersten Wellenimpulssignals des Wechselrichters 2 sind beispielsweise der Thyristor 18 und der Thyristor 19 durch den Pilotkreis 3 leitend gemacht. Die Spannungsflanke, die die Thyristoren durchquert, zeigt sich nun aufgrund eines Resonanzkreises 201-202 durch eine in Figur 3a gezeigte Schwingungswelle. Der Rückstrom, der negative Teil der Schwingungswelle 22, ist durch einen Satz von Dioden 230 und 240 kurzgeschlossen. Das Signal der Schwingungswelle 22 wird durch den Transformator 4 angehoben, dann durch den Gleichrichter 5 gleichgerichtet. Daraus folgt, daß das Signal KV, Figur 3b, eine Spannungsannebung erfährt. Nach der Spannungsanhebung nimmt die von den Anschlüssen der Röhre 8 verfügbare Hochspannung abhängig von der durch die Röhre zur Verfügung gestellten Ladung ab.
• Der Speicherkreis 17 ist ein Spitzenspeicherkreis. Er umfaßt zu diesem Zweck beispielsweise eine mit einer Serienkapazität 24 verbundene Diode 23. Diese Schaltungsanordnung bildet einen Spitzendetektor. Dem Spitzendetektor geht ein Kreis zur Eliminierung der Gleichspannungskomponente voraus. Der Eliminierungskreis umfaßt im wesentlichen stromaufwärts in Reihe einen Kondensator 25, bei dem das An-Masselegen des stromabwärtigen Anschlusses am Anfang jedes Impulses periodisch ausgeführt wird. Mit anderen Worten, wenn der Schalter 26 einmal vorübergehend geschlossen worden, dann wieder geöffnet (gerade vor dem Anlegen des Impulses 22) worden ist, überträgt die Kapazität 25 ein verstärktes Fehlersignal δKV durch den Komparator-Verstärker 15. Das Signal δKV gibt bis auf die Spannung Verf die zunehmenden Änderungen der gleichgerichteten Hochspannung wieder (Figur 3c). Während die gleichgerichtete Hochspannung am Ende des Anlegens des Impulses des Wechselrichters abfällt, wird hingegen das Fehlersignal durch das Vorhandensein der Diode 23 des Spitzendetektors auf seinem Spitzenwert konstant gehalten. Das den Spitzenwert des Fehlersignals darstellende Signal wird dann zu einem Speicher 28 übertragen. Der Speicher 28 stellt eine Pufferspeicherfunktion sicher. Wenn der Speicher 28 vom Digitaltyp ist, muß ihm ein Analog-Digital-Umsetzer 27 vorhergehen. Vorzugsweise ist der Speicher 28 analog. Er gestattet es, dem Komparator 16 eine im vorhergehenden Ablauf der gleichgerichteten Hochspannung darstellende Information beim Anlegen eines folgenden Impulses des Wechselrichters zu liefern. Man kann δKVm das Signal δKV nennen, sobald sein Spitzenwert gespeichert worden ist. Für die Homogenität der bei δKV und bei δKVm angewendeten Verarbeitungen kann der Leitweg auch gegebenenfalls einen Analog- Digital-Umsetzer 203 in Reihe umfassen.
• Das Fehlersignal δKV wird auf den Komparator 16 gegeben, um mit dem Wert des Signals δKVm verglichen zu werden, der während eines vorhergehenden Welligkeitsimpulses erhalten worden ist. Das Anordnen der beiden Komparatoren 15 und 16 und des Speichers 28 in Kaskade hat nun die Wirkung, KV schließlich nicht mit der Referenzspannung, sondern mit der um die Änderung der gleichgerichteten Hochspannung während eines vorhergehenden Welligkeitsimpulses verringerten Referenzspannung zu vergleichen. Die Wirkungen eines solchen Vergleiches sind die folgenden. Wenn die Welligkeitsänderungen während der vorhergehenden Impulse konstant gewesen sind, schließlich, wenn das Welligkeitsphänomen der Niederspannung nicht auftritt, wird eine perfekte Regelung erhalten. Daß die Referenz bei einem gegebenen Wert oder einem anderen genommen wird, worauf es ankommt, ist, daß er konstant ist. Da jedoch das Welligkeitsphänomen der Niedergleichspannung auftritt, sieht man, daß bei der Erfindung nicht jedesmal der Vergleich der gelieferten Hochspannung mit einem konstanten Wert ausgeführt wird, sondern im Gegenteil mit einem veränderlichen Wert. Und dieses Element ist das Wesentliche bei der Erfindung, dieser veränderliche Wert berücksichtigt die Schwankungen der Niederspannung. Selbstverständlich ist die Regelung derart aufgebaut, daß die gelieferte Hochspannung stets Spitzenwerte bei einer selben Höhe erreicht. Dies ist in Figuren 2a und 3b durch die Umhüllende 29 der Spitzenwerte der erzeugten Hochspannung dargestellt.
• Die Funktion der Vorrichtung ist die folgende. Es sei angenommen, daß der auf der Änderung der Hochspannung im Verlauf des Ladens des Filterkreises 5 während eines Wechselrichterimpulses beruhende Spitzenwert δKV&sub1; gewesen ist. Die Komparatoren 15 und 16 haben den Zweck, den Pilotkreis 3 und daher den Wechselrichter 2 auszulösen, sobald die Hochspannung als Vref-δKV&sub1; wird. Es wird dann durch den Wechseltrichter 2 eine Schwingungswelle 30 angelegt (Figur 2b). Aus Gründen, die später ersichtlich werden, hat diese Schwingungswelle eine zur Halbperiode 22 entgegengesetzte Halbperiode, sie hat nichts desto weniger dieselben Wirkungen und unterliegt der selben Verarbeitung, was ihre Ergebnisse betrifft, wie der Impuls 22. Mit anderen Worten, es wird festgestellt, daß mit der Erfindung ebenso spät ein Wiederaufladefolgeimpuls mittels des Wechselrichters abgesendet wird, wie die Wirkungen des vorhergehenden Ladevorgangs als wichtig gemessen worden sind. Intuitiv versteht man, daß wenn sich vorhergehend die Niederspannung in einer günstigen Situation befand, sie beispielsweise bei einem Maximum ihrer Welligkeit war, dann die Wirkungen auf das Laden des Filterkreises 5 wichtig gewesen sind. In diesem Fall wird die Zunahme der gelieferten Hochspannung die Tendenz gehabt haben, stark zu sein. Um nun eine zu großzügige Berücksichtigung dieser günstigen Situation der Versorgungsniedergleichspannung in diesem Augenblick zu vermeiden, wird das Anlegen des folgenden Ladeimpulses verzögert. Zur Vereinfachung wird eher gerade von diesem Wert des Wiederaufladens abhängig verzögert. In der Praxis wird abgewartet, daß die Hochspannung abgenommen hat, umso mehr, wie die Ladung groß gewesen ist. Im Gegenteil, wenn man sich in einer ungünstigen Phase der Welligkeit der Versorgungsniederspannung befindet, ist an das Wiederauf laden der Filterkondensatoren 5 wenig bedeutsam. δKV ist dann niedrig. In diesem Fall wird das Anlegen eines folgenden Wiederaufladeimpulses früher herbeigeführt. Der folgende Impuls wird sobald wie möglich ausgelöst. Demzufolge ist die Welligkeit des Wechselrichters 2 während der ungünstigen Niederspannungsphasen rascher als während der günstigen Niederspannungsphasen. Es ist nun verständlich, daß diese Art des Vorgehens die Wirkung hat, daß die durch den Filterkreis 5 erzeugte Hochspannung Spitzenwerte besitzt, deren Umhüllende eine horizontale Gerade ist. Aus Gründen einer Funktion vom Wechselstromtyp wird ein zweiter Satz von Thyristoren 20 und 21 verwendet, die wechselweise mit dem Satz der Thyristoren 18 und 19 in Betrieb genommen wird. Der mit komplementären Dioden 210 und 220 gemeinsame Satz der Thyristoren 20 und 21 spielt eine ähnliche Rolle, aber für eine Polarität in entgegengesetzter Richtung, wie die Rolle des Satzes der Thyristoren 18 und l9. Der Satz der Thyristoren 20 und 21 verursacht die Schwingungswelle 30. Im Fall der Hochspannungsanwendungen sind die Wirkungen der beiden Thyristorensätze nicht gleich und infolgedessen wäre die Funktion nicht vollkommen, wenn die Schwingungswellen 30 abhängig von während eines Aufladens des Filterkreises 5 aufgrund der Schwingungswellen 22 ausgeführten Maßnahmen ausgelöst würden. Zu diesem Zweck umfaßt der Speicher 28 zwei Speicher in Kaskade 33 und 34, die es durch den Satz der Kaskade gestatten, dem Komparator 16 die Anderung der Vorzeichengröße zu liefern, die der zweckmäßigen, korrigierenden Halbperiode entspricht.
• Somit befindet sich der Speicher 33 in Beziehung zu dem Speicher 34. Wenn die Diode 23 die Größe δKV&sub1; erzeugt, wird diese Größe im Speicher 33 gespeichert. Wenn die Diode 23 während des folgenden Impulses die Größe δKV&sub2; erzeugt, nimmt diese den Platz der Größe δKV&sub1; im Speicher 33 ein. Die Größe δKV&sub1; wird nun im Speicher 34 ausgebracht, während der vorhergehende Inhalt des Speichers 34 auf den Komparator 16 gegeben wird, um die Wirkungen, die vorliegende Änderung, der Hochspannung zu korrigieren. Der Pilotkreis 3 dient schließlich dazu, bei jedem Wechselrichtungsirnpuls den Satz der Thyristoren auszutauschen, sowie auf synchronisierte Weise den Schalter 26, die etwaigen Umsetzer 27 und 203 sowie die Verschiebung zwischen den Speichern 33 und 34 und dem Komparator 16 auszulösen.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsart wird das Verfahren mit Wechselrichtern vom diskontinuierlichen Typ ausgeführt.
• Wechselrichter vom diskontinuierlichen Typ sind Wechselrichter, bei denen die Schwingungswellen 22 und 30, einschließlich deren Schwingungswellenende, nicht zur selben Zeit vorhanden sein können. Zu diesem Zweck wird ein Freigabekreis 35 ausgeführt, der den Durchgang des Stroms im Schwingkreis 201-202 des Wechselrichters 2 mißt. Beispielsweise wird ein kleiner Abgreiftransformator 36 in Reihe im Schwingkreis angeordnet. Das den Strom darstellende abgegriffene Signal wird im Kreis 35 an einen doppelten Satz von Komparatoren 37 und 38 angelegt. In den Komparatoren wird jeweils mit - ε und + ε (wobei ε eine Referenz mit niedrigem Wert ist) verglichen. Die am Ausgang der Komparatoren verfügbaren Signale sind jeweils in den Figuren 3d und 3e dargestellt. Sie stellen die Polarität des Stroms dar. Die Ausgangssignale der Komparatoren 37 und 38 werden dann auf die Eingänge eines NOR-Gliedes 39 gegeben, dessen Ausgangssignal in Figur 3f dargestellt ist. Das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 39 ist das durch den Freigabekreis 35 erzeugte Validationssignal. Solange das Freigabesignal des Kreises 35 auf Null ist, sperrt ein UND-Glied 40, das das Freigabesignal empfängt, die Übertragung eines Steuersignals zum Pilotkreis 3. Der Kreis 35 stellt somit die zeitliche Diskontinuität zwischen dem Anlegen der Schwingungswellen 22 und 30 sicher. Das Glied 40 empfängt außerdem ein Installationssignal P, das auf die Initiative eines Operators hin angelegt wird, der auf einen Schalter 41 einwirkt.
• Wenn der Schalter 41, beispielsweise durch einen Operator, geschlosssen wird, nimmt der Pilotkreis 3 einen der Thyristorensätze in Betrieb. Ein Welligkeitsimpuls des Wechselrichters wird erzeugt. Der Transformator 4 erhöht die Spannung dieser Schwingungswelle. Die angehobene Schwingungswelle wird durch den Kreis 5 gleichgerichtet. Unter Berücksichtigung des beträchtlichen Werts der Referenz (entsprechend der zu erreichenden Nennhochspannung Vref) sind nun der Komparator-Verstärker 15 und der Komparator 16 gesättigt. Das am Ausgang des Komparators 16 und an einem entsprechenden Eingang des Gliedes 40 verfügbare Signal ist nun auf 1, solange die Referenzspannung nicht erreicht worden ist. Unter diesen Bedingungen gibt der Kreis 35 die Lieferung der Impulse des Wechselrichters 2 mit einer Minimalzeit zwischen dem Ende eines Impulses und dem Einsetzen des folgenden frei. In der Praxis sind dieses Ende und das Einsetzen fast gleichzeitig. Infolgedessen wächst die Hochspannung im Gleichrichtungs- und Filterkreis 5 rasch bis auf ihren erwarteten Nennwert an. Der Freigabekreis 35 dient daher lediglich dazu, die Funktionsdiskontinuität des Wechselrichters zwischen den Halbwellen von zwei Typen zu erzeugen, zu deren Erzeugung er in der Lage ist.
• Sobald sich die Hochspannung der Referenz nähert, tritt der Kreis 17 auf solche Weise in Aktion, daß das Maximum dieser Hochspannung einen Wert gleich dem zugewiesenen Referenzwert hat.
• Figur 2a zeigt den Verlauf des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Hochspannungssignals. Figuren 2b und 2c zeigen die Verläufe der zuvor nach dem Stand der Technik erhaltenen Signale. In Figur 2a werden deutlich die Phasen 42 und 43 unterschieden, während denen die Schwingungswelle der Versorgungsniederspannung ungünstig war und während deren die Schwingungswelle mit höherer Frequenz gearbeitet hat (da jedesmal früher ausgelöst worden ist). Die Schwingungswellen sind einander sehr angenähert. Während der günstigen Phasen 44 hingegen ist die Frequenz des Wechselrichters geringer, aber die Ladungen stärker (da jedesmal später ausgelöst worden ist). In Figuren 2b und 2c sind die Umhüllenden 45 und 46 der Spitzenwerte jeweils der geregelten Hochspannung gezeigt, je nachdem, ob die Regelung vom Impulstyp auf dem Minimum mit Vorzeichenkorrektur oder ob sie eine Regelung vom herkömmlichen linearen Typ war. In sämtlichen Fällen zeigen die Figuren 2b und 2c, daß eine Umhüllende in Form einer Geraden 29 nicht für die Spitzenwerte der Hochspannung erhalten wird. Bei der Erfindung wird mit einer Umhüllenden der Spitzenwerte in Geradenform sichergestellt, daß das Spektrum der harten Röntgenstrahlen nicht gestreut ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Regelung der Spannung eines Spannungssignals, bei dem

- ein Gleichspannungs-Niederspannungssignal (1) mit einem Wechselrichter und mit einstellbarer Wechselrichtungsimpulsfrequenz (3) wellengeformt wird (2), um ein welliges Niederspannungssignal, geformt mit Energiequanten, zu erzeugen,

- die Spannung des welligen Niederspannungssignals angehoben wird (4), um ein welliges Hochspannungssignal zu erzeugen,

- das wellige Hochspannungssignal gleichgerichtet und gefiltert wird (5), um ein Gleichspannungs-Hochspannungssignal zu erzeugen, und

- die Spannung dieses Gleichspannungs-Hochspannungssignals geregelt wird (14-17) derart, daß das Maximum der hohen Gleichspannung bei jedem Welligkeitsimpuls ein vorbestimmtes Maximum (29) erreicht,

dadurch gekennzeichnet, daß

- damit die Spannung des Gleichspannungs-Hochspannungssignals das vorbestimmte Maximum erreicht,

- mit einem Resonanzwechselrichter wellengeformt wird,

- das Maximum der Spannung des Gleichspannungs-Hochspannungssignals während einer Schwingungswelle mit einer um die Änderung der gleichgerichteten Spannung während eines vorhergehenden Wellenumformungsimpulses verringerten Referenzspannung verglichen wird (14, 15, 23-24) und

- der Einsetzzeitpunkt einer folgenden Wellenumformung des Wechselrichters abhängig von diesem Vergleich bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Frequenz des Wechselrichters

- ein nachfolgender Impuls des Wechselrichters ausgelöst wird (16), sobald die hohe Spannung des Gleichspannungs-Hochspannungssignals kleiner als das vorbestimmte Maximum (Vref) geworden ist, verringert um das Maß (δkV) der Änderung dieser Gleichspannungs-Hochspannung während eines vorhergehenden Impulses.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Zwei-Halbperioden-Wechselrichtung ausgeführt wird und

- eine Wechsel folge von Impulsen des Wechselrichters abhängig vom Maß der Änderung der Spannung des Gleichspannungs-Hochspannungssignals während einer vorhergehenden Impulshalbperiode derselben Art (33, 34) wie die auszulösende ausgelöst wird.

4. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Änderung der Spannung des Gleichspannungs-Hochspannungssignals während einer Schwingungswelle die absolute Änderung dieser Gleichspannungs-Hochspannung mit einem Spitzenwert- Detektor gemessen wird (23-26).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert-Detektor vor jeder Messung vor dem Messen der absoluten Änderung auf Null zurückgesetzt wird (25, 26).

6. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Wechselrichters bei jedem Impuls freigegeben wird (35), um das Auslösen eines nachfolgenden Impulse: vor dem Ende eines vorhergehenden Impulse: zu vermeiden.