EP0234610A2 - Circuit arrangement for regulating high voltages - Google Patents

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EP0234610A2
EP0234610A2 EP87200077A EP87200077A EP0234610A2 EP 0234610 A2 EP0234610 A2 EP 0234610A2 EP 87200077 A EP87200077 A EP 87200077A EP 87200077 A EP87200077 A EP 87200077A EP 0234610 A2 EP0234610 A2 EP 0234610A2
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EP
European Patent Office
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voltage
actuator
control
actuators
output
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EP87200077A
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EP0234610A3 (en
EP0234610B1 (en
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Peter Fuchs
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication of EP0234610A3 publication Critical patent/EP0234610A3/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/32—Supply voltage of the X-ray apparatus or tube
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/59—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • G05F1/595—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices including plural semiconductor devices as final control devices for a single load semiconductor devices connected in series

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for high-voltage setting with a control path, the conductivity of which can be controlled at a control input by the voltage supplied by a control voltage source.
  • Such a circuit arrangement is known from the magazine "Electromedica" 4-5 / 1973, page 178, Figure 1 in connection with an X-ray generator, a control triode serving as the control path, which can also be replaced by a control tetrode if necessary.
  • control periods are expensive and have only a limited filament life. If one were to use semiconductor actuators instead, which have an unlimited lifespan, then several of them would have to be connected in series because of the lower high-voltage strength of such actuators.
  • a control voltage source would be required per actuator, which would have to supply control signals at high voltage potential.
  • Such control voltage sources usually contain an insulating transmission element e.g. in the form of an optical fiber link or an insulating transformer and are relatively expensive.
  • this object is achieved in that several actuators connected in series with their outputs elements are provided, each of which contains a semiconductor path between its output terminals, the conductivity of which can be controlled as a function of the difference between an actual value derived from the output voltage of the actuator and a desired value at a control input of the actuator, that the control voltage source is connected to the control input of one of the semiconductors -Actuators is coupled and that from this actuator, the setpoint for the subsequent actuator is derived from the output voltage of an actuator.
  • the semiconductor actuators each contain a control circuit that generates an output voltage at the output terminals by controlling the semiconductor path, which corresponds to the setpoint at the control input of the actuator.
  • the setpoints are derived from the output voltages of the actuators preceding in the series circuit and a control voltage only has to be supplied to the first actuator in each case.
  • actuators that are controlled by a control voltage source the greater the voltage swing that can be achieved with them, but the greater the probability of failure and the lower the actuating speed. In practice, it is therefore not sensible to control any number of actuators with just a single control voltage source.
  • the high-voltage consumer is short-circuited in the event of malfunctions; in the case of an X-ray generator, this is the case, for example, when the X-ray tube is ignited.
  • a development of the invention provides that the semiconductor path is connected in parallel with a unit for voltage limitation.
  • each actuator contains a comparison circuit which supplies an output voltage corresponding to the difference between the setpoint and actual value for controlling the semiconductor path, and that the supply voltage for the comparison circuit is derived from the output voltage of the actuator. As a result, the control error is kept low without additional adjustment.
  • either the inverting or non-inverting input of such a comparison circuit is coupled to the output terminal of the preceding actuator.
  • FIG. 1 shows an X-ray tube 1, the anode and cathode of which are coupled to a high-voltage generator 2 via a circuit for high-voltage positions 3 and 4, respectively.
  • the actual value of the voltage at the anode or the cathode of the X-ray tube 1 is determined by means of a high-voltage divider 5 or 6 connected between the anode or the cathode and ground and compared in a controller 7 or 8 with a desired value at the terminal 9.
  • the control deviation is fed to the control input 31 or 41 of the circuit 3 b or 4. This changes the conductivity of the path between the connections A + and A- so that the actual values at the high-voltage dividers correspond to the specified setpoint.
  • circuits 3 and 4 are formed by control triodes, whereas in the invention these circuits are formed by a series of semiconductor Actuators 11, 12 ... In are replaced (see. Fig. 2a and 2b).
  • the actuators have the same structure shown in Fig. 3.
  • Each actuator has a comparison circuit 20, the inverting input of which is connected to the tap of a voltage divider 21, one connection of which is connected to the negative output terminal A- of the actuator and the other connection of which is connected to a control input E +.
  • the non-inverting input of the comparison circuit 20 is connected to a voltage divider 22, which is connected between the output terminals A + and A- of the voltage actuator (during operation the potential at terminal A + is more positive than at terminal A-).
  • the supply voltage for the comparison circuit is generated by a circuit 23 in such a way that it is practically independent of the changes in the voltage between the output terminals A + and A-.
  • the output of the circuit 23 is connected via a forward polarized diode 24 to the positive supply voltage connection of the comparison circuit 20 and to one connection of a capacitor, the other connection of which is connected to the negative output terminal A-, to which the negative supply voltage connection of the comparison circuit 20 is connected connected connected.
  • the direct voltage thus available for the voltage supply of the comparison circuit 20 is e.g. 10 volts as long as the output voltage is only so great that this DC voltage value can be derived from it with the aid of the circuit 23.
  • the output of the comparison circuit 20 is connected via a driver stage 25 and a comparatively small resistor 26 (eg 1 kOhm) to the gate connection of a MOS field effect transistor 27 of the N-channel depletion type.
  • the drain of this transistor is connected to the positive output terminal A +, while the source of this transistor is connected via a small resistor 28 to the negative output terminal A- of the actuator.
  • a voltage limiter circuit in the form of a Zener diode path 29 is connected between the output terminals A + and A-, a tap of which is connected via a diode 30 to the gate connection of the field effect transistor 27.
  • the X-ray tube 1 would briefly represent a short circuit.
  • the voltage drop at the actuator would be limited to a maximum value by the zener diodes 29, an increased current flowing through the field effect transistor - briefly - by changing its bias voltage via the diode 30.
  • the actuator shown in Fig. 3 changes the conductivity of the transistor 27 and thus the voltage drop between the output terminals A + and A- so that the voltage between the inverting and the non-inverting input of the comparison circuit 20 is always zero.
  • the voltage drop between the terminals A + and A- can be controlled by the voltage at the control input E + or at a control input E-, which is connected via a resistor 32 to the non-inverting input of the comparison circuit 20.
  • the actuators 11, 12 ... are connected in series in such a way that the negative output connection A- of an actuator is connected to the positive output connection A + of an adjacent actuator.
  • the actuator 11 the high voltage potential of which is the lowest, is connected to its Control input E + connected to the output 41 of the control voltage source 8.
  • a voltage drop is therefore generated between the output terminals A + and A- of this actuator, which voltage depends linearly on the potential at terminal 41.
  • the output connection A + of this actuator is also connected via a resistor 33 to the control input E + of the subsequent actuator 12.
  • the setpoint for the actuator 12 is thus derived from the output voltage of the actuator 11. However, since this corresponds to the setpoint at its input E + or at input 41, the voltage at input E + also corresponds to the voltage at terminal 41. As a result, the voltage drop at actuator 12 follows the voltage drop at actuator 11.
  • the voltage at the output terminal A + of the actuator 12 is again fed via a further resistor 33 to the input E + of the subsequent actuator, from the output voltage of which the setpoint for the subsequent actuator is derived, etc., until finally the output terminal A + of the penultimate actuator in the Row is connected to the control input E + of the last actuator ln. Thereafter, all actuators - provided they have the same structure - have the same voltage drop between their output terminals, which is determined by the potential at terminal 41.
  • the circuit 3 shown in FIG. 2b differs from the circuit 4 in FIG. 2a only in that the control connection 31 is connected to the control input E- of the actuator 11, which carries the lowest high voltage potential, and in that the setpoint for the other actuators 12 ... fed in at the control input E- and derived from the voltage at output A- of the preceding actuator.
  • the circuits 3 and 4 are in series with the high-voltage consumer. If the high-voltage generator 2 is sufficiently high-resistance, it can also be connected in parallel to the high-voltage consumer, that is, connected between the anode or cathode on the one hand and ground on the other. In this case, the high voltage drop to be processed at the actuators would be greater, but only part of the Current through the high voltage consumer flow through the actuators.
  • connection 31 and 41 of the control voltage source is each coupled to a control input of the actuator, which is the first or the last in the chain and has the lowest operating potential.
  • the connections 31 and 41 can also be connected to the control input of an actuator in the middle of the chain. In this case, the actuators following in the direction of the more positive potential would each be connected with their control input E- to the output A- of the preceding actuator, while the actuators following in the direction of the negative potential would each have their control input E + with the control input A + of the preceding actuator should be connected.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Stellung einer Hochspannung. Erfindungsgemäß werden mehrere Halbleiter-Stellglieder in Serie geschaltet, wobei nur eines der Stellglieder mit einer Steuersignalquelle direkt gekoppelt ist, während die Steuerspannung für die anderen Stellglieder jeweils aus der Ausgangsspannung des vorausgehenden Stellgliedes abgeleitet wird.The invention relates to a circuit for setting a high voltage. According to the invention, several semiconductor actuators are connected in series, with only one of the actuators being directly coupled to a control signal source, while the control voltage for the other actuators is in each case derived from the output voltage of the preceding actuator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Hochspannungsstellung mit einer Steuerstrecke, deren Leitfähigkeit durch die von einer Steuerspannungsquelle gelieferte Spannug an einem Steuereingang steuerbar ist.The invention relates to a circuit arrangement for high-voltage setting with a control path, the conductivity of which can be controlled at a control input by the voltage supplied by a control voltage source.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der Zeitschrift "Electromedica" 4-5/1973, Seite 178, Bild 1 in Verbindung mit einem Röntgengenerator bekannt, wobei als Steuerstrecke jeweils eine Regeltriode dient, die ggf. auch durch eine Regeltetrode ersetzt werden kann. Derartige Regeltrioden sind jedoch teuer und besitzen nur eine begrenzte Heizfaden-Lebensdauer. Würde man statt dessen Halbleiter-Stellglieder verwenden, die eine unbegrenzte Lebensdauer haben, dann müßten wegen der geringeren Hochspannungsfestigkeit solcher Stellglieder mehrere davon in Serie geschaltet werden. Pro Stellglied wäre dabei eine Steuerspannungsquelle erforderlich, die Steuersignale auf Hochspannungspotential liefern müßte. Derartige Steuerspannungsquellen enthalten in der Regel ein isolierendes Übertragungselement z.B. in Form einer Lichtleiterstrecke oder eines Isoliertransformators und sind relativ teuer.Such a circuit arrangement is known from the magazine "Electromedica" 4-5 / 1973, page 178, Figure 1 in connection with an X-ray generator, a control triode serving as the control path, which can also be replaced by a control tetrode if necessary. However, such control periods are expensive and have only a limited filament life. If one were to use semiconductor actuators instead, which have an unlimited lifespan, then several of them would have to be connected in series because of the lower high-voltage strength of such actuators. A control voltage source would be required per actuator, which would have to supply control signals at high voltage potential. Such control voltage sources usually contain an insulating transmission element e.g. in the form of an optical fiber link or an insulating transformer and are relatively expensive.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schaltungsanordnung mit mehreren Halbleiter-Stellgliedern aufzubauen, die nicht für jedes Stellglied eine gesonderte Steuerspannungsquelle benötigt.It is an object of the present invention to construct a circuit arrangement with a plurality of semiconductor actuators which does not require a separate control voltage source for each actuator.

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere mit ihren Ausgängen in Serie geschaltete Stellglieder vorgesehen sind, von denen jedes zwischen seinen Ausgangsklemmen eine Halbleiterstrecke enthält, deren Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem aus der Ausgangsspannung des Stellgliedes abgeleiteten Istwert und einem Sollwert an einem Steuereingang des Stellgliedes steuerbar ist, daß die Steuerspannungsquelle mit dem Steuereingang eines der Halbleiter-Stellglieder gekoppelt ist und daß von diesem Stellglied ausgehend aus der Ausgangsspannung eines Stellgliedes jeweils der Sollwert für das nachfolgende Stellglied abgeleitet wird.Starting from a circuit arrangement of the type mentioned, this object is achieved in that several actuators connected in series with their outputs elements are provided, each of which contains a semiconductor path between its output terminals, the conductivity of which can be controlled as a function of the difference between an actual value derived from the output voltage of the actuator and a desired value at a control input of the actuator, that the control voltage source is connected to the control input of one of the semiconductors -Actuators is coupled and that from this actuator, the setpoint for the subsequent actuator is derived from the output voltage of an actuator.

Die Halbleiter-Stellglieder beinhalten dabei also jeweils eine Regelschaltung, die an den Ausgangsklemmen durch Steuerung der Halbleiterstrecke eine Ausgangsspannung erzeugt, die dem Sollwert am Steuereingang des Stellgliedes entspricht. Die Sollwerte werden jeweils aus den Ausgangsspannungen der in der Reihenschaltung vorhergehenden Stellglieder abgeleitet und nur dem jeweils ersten Stellglied muß eine Steuerspannung zugeführt werden.The semiconductor actuators each contain a control circuit that generates an output voltage at the output terminals by controlling the semiconductor path, which corresponds to the setpoint at the control input of the actuator. The setpoints are derived from the output voltages of the actuators preceding in the series circuit and a control voltage only has to be supplied to the first actuator in each case.

Je mehr Stellglieder durch eine Steuerspannungsquelle gesteuert werden, desto größer ist der damit erzielbare Spannungshub, desto größer ist aber auch die Ausfallwahrscheinlichkeit und desto geringer ist die Stellgeschwindigkeit. In der Praxis ist es daher nicht sinnvoll, beliebig viele Stellglieder mit nur einer einzigen Steuerspannungsquelle zu steuern. Man wird daher mehrere der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen in Serie schalten - und für jede eine gesonderte Steuerspannungsquelle vorsehen - , falls der mit einer nach oben begrenzten Anzahl von Stellgliedern erzielbare Hochspannungs-Stellbereich nicht groß genug ist.The more actuators that are controlled by a control voltage source, the greater the voltage swing that can be achieved with them, but the greater the probability of failure and the lower the actuating speed. In practice, it is therefore not sensible to control any number of actuators with just a single control voltage source. One will therefore connect several of the circuit arrangements according to the invention in series - and provide a separate control voltage source for each - if the high-voltage control range that can be achieved with an upper limited number of actuators is not large enough.

Bei verschiedenen Anwendungsfällen ist es möglich, daß der Hochspannungsverbraucher bei Störungen kurzzeitig kurzgeschlossen wird; bei einem Röntgengenerator ist dies beispielsweise bei einem Durchzünden der Röntgenröhre der Fall. Um in diesem Fall eine Überlastung der Stellglieder zu vermeiden, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Halbleiterstrecke eine Einheit zur Spannungsbegrenzung parallelgeschaltet ist.In various applications, it is possible that the high-voltage consumer is short-circuited in the event of malfunctions; in the case of an X-ray generator, this is the case, for example, when the X-ray tube is ignited. In order to avoid overloading the actuators in this case, a development of the invention provides that the semiconductor path is connected in parallel with a unit for voltage limitation.

Grundsätzlich wäre es möglich, daß der steuerbaren Halbleiterstrecke selbst, beispielsweise einem Transistor, mittels eines passiven Netzwerkes die Differenz von Sollwert und Istwert zugeführt wird. In diesem Fall würde sich jedoch u.a. eine geringe Schleifenverstärkung ergeben und der daraus resultierende Regelfehler würde an die folgende Stufe weitergegeben werden.. Eine bevorzugte Weiterbildung sieht daher vor, daß jedes Stellglied eine Vergleichsschaltung enthält, die eine der Differenz von Sollwert und Istwert entsprechende Ausgangsspannung zur Steuerung der Halbleiterstrecke liefert, und daß die Versorgungsspannung für die Vergleichsschaltung aus der Ausgangsspannung des Stellgliedes abgeleitet ist. Dadurch wird ohne zusätzlichen Abgleich der Regelfehler gering gehalten.In principle, it would be possible for the controllable semiconductor path itself, for example a transistor, to be supplied with the difference between the setpoint value and the actual value by means of a passive network. In this case, however, a small loop gain would result and the resulting control error would be passed on to the next stage. A preferred development therefore provides that each actuator contains a comparison circuit which supplies an output voltage corresponding to the difference between the setpoint and actual value for controlling the semiconductor path, and that the supply voltage for the comparison circuit is derived from the output voltage of the actuator. As a result, the control error is kept low without additional adjustment.

Je nachdem, ob das Potential des voraufgehenden Stellgliedes positiver oder negativer ist, wird dabei entweder der invertierende oder nicht invertierende Eingang einer solchen Vergleichsschaltung mit der Ausgangsklemme des voraufgehenden Stellgliedes gekoppelt.Depending on whether the potential of the preceding actuator is more positive or negative, either the inverting or non-inverting input of such a comparison circuit is coupled to the output terminal of the preceding actuator.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

  • Fig. 1 das Blockschaltbild eines Röntgengenerators, in dem die Erfindung anwendbar ist,
  • Fig. 2a und 2b verschiedene Anschlußmöglichkeiten einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung, und
  • Fig. 3 das Prinzipschaltbild eines zur Verwendung in einer solchen Schaltung geeigneten Stellgliedes.
The invention is explained below with reference to the drawing. Show it:
  • 1 shows the block diagram of an X-ray generator in which the invention can be used,
  • 2a and 2b different connection options of a circuit arrangement according to the invention, and
  • Fig. 3 shows the basic circuit diagram of an actuator suitable for use in such a circuit.

Fig. 1 zeigt eine Röntgenröhre 1, deren Anode und Kathode über je eine Schaltung zur Hochspannungsstellung 3 bzw. 4 mit einem Hochspannungserzeuger 2 gekoppelt sind. Der Istwert der Spannung an der Anode bzw. der Kathode der Röntgenröhre 1 wird mittels eines zwischen die Anode bzw. die Kathode und Masse geschalteten Hochspannungsteilers 5 bzw. 6 bestimmt und in einem Regler 7 bzw. 8 mit einem Sollwert an der Klemme 9 verglichen. Die Regelabweichung wird jeweils dem Steuereingang 31 bzw. 41 der Schaltung 3 bzw. 4 zugeführt. Dadurch wird die Leitfähigkeit der Strecke zwischen den Anschlüssen A+ und A- so verändert, daß die Istwerte an den Hochspannungsteilern dem vorgegebenen Sollwert entsprechen.1 shows an X-ray tube 1, the anode and cathode of which are coupled to a high-voltage generator 2 via a circuit for high-voltage positions 3 and 4, respectively. The actual value of the voltage at the anode or the cathode of the X-ray tube 1 is determined by means of a high-voltage divider 5 or 6 connected between the anode or the cathode and ground and compared in a controller 7 or 8 with a desired value at the terminal 9. The control deviation is fed to the control input 31 or 41 of the circuit 3 b or 4. This changes the conductivity of the path between the connections A + and A- so that the actual values at the high-voltage dividers correspond to the specified setpoint.

Im Prinzip ist diese Schaltung aus der Zeitschrift "Electromedica" Heft 4-5/1973, Seite 178, Bild 1 bekannt, wobei allerdings die Schaltungen 3 und 4 durch Regeltrioden gebildet werden, während diese Schaltungen bei der Erfindung durch eine Reihe von Halbleiter-Stellgliedern 11, 12...In ersetzt sind (vgl. Fig. 2a und 2b). Die Stellglieder haben den gleichen in Fig. 3 dargestellten Aufbau. Jedes Stellglied besitzt eine Vergleichsschaltung 20, deren invertierender Eingang mit dem Abgriff eines Spannungsteilers 21 verbunden ist, dessen einer Anschluß mit der negativen Ausgangsklemme A- des Stellgliedes und dessen anderer Anschluß mit einem Steuereingang E+ verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang der Vergleichsschaltung 20 ist mit einem Spannungsteiler 22 verbunden, der zwischen die Ausgangsklemmen A+ und A- des Spannungs-Stellgliedes geschaltet ist (wobei im Betriebszustand das Potential an der Klemme A+ positiver ist als an der Klemme A-).In principle, this circuit is known from the magazine " E lectromedica" issue 4-5 / 1973, page 178, Figure 1, although circuits 3 and 4 are formed by control triodes, whereas in the invention these circuits are formed by a series of semiconductor Actuators 11, 12 ... In are replaced (see. Fig. 2a and 2b). The actuators have the same structure shown in Fig. 3. Each actuator has a comparison circuit 20, the inverting input of which is connected to the tap of a voltage divider 21, one connection of which is connected to the negative output terminal A- of the actuator and the other connection of which is connected to a control input E +. The non-inverting input of the comparison circuit 20 is connected to a voltage divider 22, which is connected between the output terminals A + and A- of the voltage actuator (during operation the potential at terminal A + is more positive than at terminal A-).

Die Versorgungsspannung für die Vergleichsschaltung wird von einer Schaltung 23 erzeugt, und zwar derart, daß sie praktisch unabhängig von den Änderungen der Spannung zwischen den Ausgangsklemmen A+ und A- ist. Der Ausgang der Schaltung 23 ist über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 24 mit dem positiven Versorgungsspannungsanschluß der Vergleichsschaltung 20 verbunden sowie mit dem einen Anschluß eines Kondensators, desse anderer Anschluß mit der negativen Ausgangsklemme A- verbunden ist, an die auch der negative Versorgungsspannungsanschluß der Vergleichsschaltung 20 angeschlossen ist. Die so für die Spannungsversorgung der Vergleichsschaltung 20 zur Verfügung stehende Gleichspannung beträgt z.B. 10 Volt, solange die Ausgangsspannung nur so groß ist, daß mit Hilfe der Schaltung 23 aus ihr dieser Gleichspannungswert ableitbar ist.The supply voltage for the comparison circuit is generated by a circuit 23 in such a way that it is practically independent of the changes in the voltage between the output terminals A + and A-. The output of the circuit 23 is connected via a forward polarized diode 24 to the positive supply voltage connection of the comparison circuit 20 and to one connection of a capacitor, the other connection of which is connected to the negative output terminal A-, to which the negative supply voltage connection of the comparison circuit 20 is connected connected. The direct voltage thus available for the voltage supply of the comparison circuit 20 is e.g. 10 volts as long as the output voltage is only so great that this DC voltage value can be derived from it with the aid of the circuit 23.

Der Ausgang der Vergleichsschaltung 20 ist über eine Treiberstufe 25 und einen vergleichsweise kleinen Widerstand 26 (z.B. 1 kOhm) mit dem Gateanschluß eines MOS-Feldeffekttransistors 27 vom N-Kanal-Verarmungstyp verbunden. Der Drainanschluß dieses Transistors ist mit der positiven Ausgangsklemme A+ verbunden, während der Sourceanschluß dieses Transistors über einen kleinen Widerstand 28 mit der negativen Ausgangsklemme A- des Stellgliedes verbunden ist. Praktisch der gesamte Strom vom Hochspannungserzeuger 2 zum Hochspannungsverbraucher (Röntgenröhre 1) fließt durch diesen Feldeffekttransistor. Dieser muß daher ein Leistungstransistor sein mit einer hohen Sperrspannung, der einen hohen Gleichstrom führen kann. Wenn der bei dieser Spannung zulässige Strom des Transistors zu klein ist, können mehrere solcher Feldeffekttransistoren mit den einander entsprechenden Elektroden parallelgeschaltet werden.The output of the comparison circuit 20 is connected via a driver stage 25 and a comparatively small resistor 26 (eg 1 kOhm) to the gate connection of a MOS field effect transistor 27 of the N-channel depletion type. The drain of this transistor is connected to the positive output terminal A +, while the source of this transistor is connected via a small resistor 28 to the negative output terminal A- of the actuator. Practically all of the current from the high voltage generator 2 to the high voltage consumer (X-ray tube 1) flows through this field effect transistor. This must therefore be a power transistor with a high reverse voltage, which can carry a high direct current. If the permissible current of the transistor at this voltage is too small, several of these can Field effect transistors are connected in parallel with the corresponding electrodes.

Zwischen die Ausgangsklemmen A+ und A- ist eine Spannungsbegrenzerschaltung in Form einer Zenerdiodenstrecke 29 geschaltet, von der ein Abgriff über eine Diode 30 mit dem Gateanschluß des Feldeffekttransistors 27 verbunden ist. Im Falle einer Röhrenstörung würde die Röntgenröhre 1 kurzzeitig einen Kurzschluß darstellen. In einem solchen Fall würde der Spannungsabfall am Stellglied durch die Zenerdioden 29 auf einen Höchstwert begrenzt werden, wobei über den Feldeffekttransistor - kurzzeitig - durch die Änderung seiner Vorspannung über die Diode 30 ein erhöhter Strom fließen würde.A voltage limiter circuit in the form of a Zener diode path 29 is connected between the output terminals A + and A-, a tap of which is connected via a diode 30 to the gate connection of the field effect transistor 27. In the event of a tube fault, the X-ray tube 1 would briefly represent a short circuit. In such a case, the voltage drop at the actuator would be limited to a maximum value by the zener diodes 29, an increased current flowing through the field effect transistor - briefly - by changing its bias voltage via the diode 30.

Das in Fig. 3 dargestellte Stellglied verändert die Leitfähigkeit des Transistors 27 und damit den Spannungsabfall zwischen den Ausgangsklemmen A+ und A- so, daß die Spannung zwischen dem invertierenden und dem nicht invertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 20 stets Null wird. Infolgedessen kann der Spannungsabfall zwischen den Klemmen A+ und A- durch die Spannung an dem Steuereingang E+ oder an einem Steuereingang E-, der über einen Widerstand 32 mit dem nicht invertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 20 verbunden ist, gesteuert werden.The actuator shown in Fig. 3 changes the conductivity of the transistor 27 and thus the voltage drop between the output terminals A + and A- so that the voltage between the inverting and the non-inverting input of the comparison circuit 20 is always zero. As a result, the voltage drop between the terminals A + and A- can be controlled by the voltage at the control input E + or at a control input E-, which is connected via a resistor 32 to the non-inverting input of the comparison circuit 20.

Wie aus den Fig. 2a und 2b ersichtlich ist, sind die Stellglieder 11, 12...In so in Serie geschaltet, daß der negative Ausgangsanschluß A- eines Stellgliedes mit dem positiven Ausgangsanschluß A+ eines benachbarten Stellgliedes verbunden ist. Infolgedessen verteilt sich die Gesamtspannung zwischen dem Hochspannungserzeuger und dem Hochspannungsverbraucher gleichmäßig auf die einzelnen Stellglieder. Gemäß Fig. 2a ist das Stellglied 11, dessen Hochspannungspotential am niedrigsten ist, mit seinem Steuereingang E+ mit dem Ausgang 41 der Regelspannungsquelle 8 verbunden. Zwischen den Ausgangsklemmen A+ und A-dieses Stellgliedes wird daher ein Spannungsabfall erzeugt, der linear von dem Potential am Anschluß 41 abhängt.As can be seen from FIGS. 2a and 2b, the actuators 11, 12 ... are connected in series in such a way that the negative output connection A- of an actuator is connected to the positive output connection A + of an adjacent actuator. As a result, the total voltage between the high-voltage generator and the high-voltage consumer is distributed evenly between the individual actuators. 2a, the actuator 11, the high voltage potential of which is the lowest, is connected to its Control input E + connected to the output 41 of the control voltage source 8. A voltage drop is therefore generated between the output terminals A + and A- of this actuator, which voltage depends linearly on the potential at terminal 41.

Der Ausgangsanschluß A+ dieses Stellgliedes ist über einen Widerstand 33 auch mit dem Steuereingang E+ des darauffolgenden Stellgliedes 12 verbunden. Der Sollwert für das Stellglied 12 wird also aus der Ausgangsspannung des Stellgliedes 11 abgeleitet. Da diese aber dem Sollwert an dessen Eingang E+ bzw. am Eingang 41 entspricht, entspricht auch die Spannung am Eingang E+ der Spannung am Anschluß 41. Infolgedessen folgt der Spannungsabfall am Stellglied 12 dem Spannungsabfall am Stellglied 11.The output connection A + of this actuator is also connected via a resistor 33 to the control input E + of the subsequent actuator 12. The setpoint for the actuator 12 is thus derived from the output voltage of the actuator 11. However, since this corresponds to the setpoint at its input E + or at input 41, the voltage at input E + also corresponds to the voltage at terminal 41. As a result, the voltage drop at actuator 12 follows the voltage drop at actuator 11.

Die Spannung an der Ausgangsklemme A+ des Stellgliedes 12 wird über einen weiteren Widerstand 33 wiederum dem Eingang E+ des darauffolgenden Stellgliedes zugeführt, aus dessen Ausgangsspannung wiederum der Sollwert des für das darauffolgende Stellglied abgeleitet wird usw., bis schließlich die Ausgangsklemme A+ des vorletzten Stellgliedes in der Reihe mit dem Steuereingang E+ des letzten Stellgliedes ln verbunden wird. Danach haben alle Stellglieder - gleichen Aufbau vorausgesetzt - zwischen ihren Ausgangsklemmen den gleichen Spannungsabfall, der durch das Potential am Anschluß 41 bestimmt wird.The voltage at the output terminal A + of the actuator 12 is again fed via a further resistor 33 to the input E + of the subsequent actuator, from the output voltage of which the setpoint for the subsequent actuator is derived, etc., until finally the output terminal A + of the penultimate actuator in the Row is connected to the control input E + of the last actuator ln. Thereafter, all actuators - provided they have the same structure - have the same voltage drop between their output terminals, which is determined by the potential at terminal 41.

Die in Fig. 2b dargestellte Schaltung 3 unterscheidet sich von der Schaltung 4 in Fig. 2a lediglich dadurch, daß der Steueranschluß 31 mit dem Steuereingang E- des Stellgliedes 11 verbunden ist, das das niedrigste Hochspannungspotential führt und daß der Sollwert für die übrigen Stellglieder 12...In am Steuereingang E- zugeführt und aus der Spannung am Ausgang A- des voraufgehenden Stellgliedes abgeleitet wird.The circuit 3 shown in FIG. 2b differs from the circuit 4 in FIG. 2a only in that the control connection 31 is connected to the control input E- of the actuator 11, which carries the lowest high voltage potential, and in that the setpoint for the other actuators 12 ... fed in at the control input E- and derived from the voltage at output A- of the preceding actuator.

Während der Vergleich im Fall der Schaltung nach Fig. 2a abhängig von der Dimensionierung des Spannungsteilers 22 jedoch bei einer Spannung erfolgt, die einige Volt oberhalb der Spannung an der Ausgangsklemme A- liegt, erfolgt der Spannungsvergleich im Fall der Schaltung nach Fig. 2b bei dem Potential des Ausgangsanschlusses A-, der gleichzeitig einen Spannungsversorgungsanschluß der Schaltung 20 bildet. Diese muß daher so ausgelegt sein, daß sie einen Spannungsvergleich bis herab zu dem Potential an ihrem negativen Gleichspannungsversorgungsanschluß durchführen kann.2a, however, depending on the dimensioning of the voltage divider 22 at a voltage that is a few volts above the voltage at the output terminal A-, the voltage comparison in the case of the circuit according to FIG. 2b takes place at the Potential of the output terminal A-, which simultaneously forms a voltage supply connection of the circuit 20. These must therefore be designed so that they can perform pannungsvergleich to the potential at its negative DC voltage supply terminal S to a down.

Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß so viele Halbleiter-Stellglieder in Serie geschaltet sind, wie zur Realisierung des erforderlichen Hochspannungs-Stellbereiches benötigt werden. In der Praxis ist es jedoch nicht sinnvoll, all zu viele solcher Stellglieder hintereinander zu schalten, weil die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls um so größer wird, je mehr Stellglieder in der Kette sind, und weil auch die Stellgeschwindigkeit mit zunehmender Anzahl von Stellgliedern abnimmt. Um die Stellgliedkette nicht all zu lang werden zu lassen, kann es daher von Nutzen sein, zwei oder mehr Schaltungen gemäß Fig. 2a oder 2b in Serie zu schalten. Für jede dieser Schaltungen müßte dann eine gesonderte Steuerspannungsquelle und ein gesonderter Abgriff an dem Hochspannungsteiler vorgesehen sein.It was assumed above that as many semiconductor actuators are connected in series as are required to implement the required high-voltage actuating range. In practice, however, it makes no sense to connect too many such actuators in series because the more actuators in the chain, the greater the likelihood of failure, and because the actuating speed also decreases with an increasing number of actuators. In order not to make the actuator chain too long, it can therefore be useful to connect two or more circuits in accordance with FIG. 2a or 2b in series. A separate control voltage source and a separate tap on the high voltage divider would then have to be provided for each of these circuits.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 liegen die Schaltungen 3 und 4 in Serie zu dem Hochspannungsverbraucher. Wenn der Hochspannungserzeuger 2 genügend hochohmig ist, können sie aber auch dem Hochspannungsverbraucher parallelgegchalfet sein, d.h. zwischen Anode bzw. Kathode einerseits und Masse andererseits geschaltet sein. In diesem Fall wäre der zu verarbeitende Hochspannungsabfall an den Stellgliedern zwar größer, jedoch würde nur ein Teil des Stromes durch den Hochspannungsverbraucher über die Stellglieder fließen.1, the circuits 3 and 4 are in series with the high-voltage consumer. If the high-voltage generator 2 is sufficiently high-resistance, it can also be connected in parallel to the high-voltage consumer, that is, connected between the anode or cathode on the one hand and ground on the other. In this case, the high voltage drop to be processed at the actuators would be greater, but only part of the Current through the high voltage consumer flow through the actuators.

Bei den Schaltungen nach Fig. 2a bzw. Fig. 2b ist der Anschluß 31 bzw. 41 der Steuerspannungsquelle jeweils mit einem Steuereingang des Stellgliedes gekoppelt, das als erstes bzw. als letztes in der Kette liegt und das geringste Betriebspotential hat. Die Anschlüsse 31 und 41 können jedoch auch mit dem Steuereingang eines Stellgliedes in der Mitte der Kette verbunden sein. In diesem Fall müßten die in Richtung auf das positivere Potential folgenden Stellglieder jeweils mit ihrem Steuereingang E-mit dem Ausgang A- des jeweils vorausgehenden Stellgliedes verbunden sein, während die in Richtung auf das negative Potential folgenden Glieder jeweils mit ihrem Steuereingang E+ mit dem Steuereingang A+ des vorausgehenden Stellgliedes verbunden sein müßten.2a and 2b, the connection 31 and 41 of the control voltage source is each coupled to a control input of the actuator, which is the first or the last in the chain and has the lowest operating potential. However, the connections 31 and 41 can also be connected to the control input of an actuator in the middle of the chain. In this case, the actuators following in the direction of the more positive potential would each be connected with their control input E- to the output A- of the preceding actuator, while the actuators following in the direction of the negative potential would each have their control input E + with the control input A + of the preceding actuator should be connected.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Hochspannungsstellung mit einer Steuerstrecke, deren Leitfähigkeit durch die von einer Steuerspannungsquelle gelieferte Spannung an einem Steuereingang steuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit ihren Ausgängen in Serie geschaltete Stellglieder (11...In) vorgesehen sind, von denen jedes zwischen seinen Ausgangsklemmen (A+, A-) eine Halbleiterstrecke (27) enthält, deren Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem aus der Ausgangsspannung des Stellgliedes abgeleiteten Istwert und einem Sollwert an einem Steuereingang (E+, E-) des Stellgliedes steuerbar ist, daß die Steuerspannungsquelle (7, 8) mit dem Steuereingang eines der Halbleiter-Stellglieder (11) gekoppelt ist und daß von diesem Stellglied ausgehend aus der Ausgangsspannung eines Stellgliedes jeweils der Sollwert für das nachfolgende Stellglied abgeleitet wird.1. Circuit arrangement for high-voltage setting with a control path, the conductivity of which can be controlled at a control input by the voltage supplied by a control voltage source,
characterized in that several actuators (11 ... In) connected in series are provided, each of which contains a semiconductor path (27) between its output terminals (A +, A-), the conductivity of which depends on the difference between one is derived from the output voltage of the actuator actual value and a setpoint at a control input (E +, E-) of the actuator that the control voltage source (7, 8) is coupled to the control input of one of the semiconductor actuators (11) and that this actuator Starting from the output voltage of an actuator, the setpoint for the subsequent actuator is derived. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterstrecke (27) eine Einheit (29) zur Spannungsbegrenzung parallelgeschaltet ist.2. Circuit arrangement according to claim 1,
characterized in that the semiconductor path (27) is connected in parallel with a unit (29) for voltage limitation. 3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stellglied eine Vergleichsschaltung (20) enthält, die eine der Differenz von Sollwert und Istwert entsprechende Ausgangsspannung zur Steuerung der Halbleiterstrecke (27) liefert, und daß die Versorgungsspannung für die Vergleichsschaltung aus der Ausgangsspannung des Stellgliedes abgeleitet ist.3. Circuit arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that each actuator contains a comparison circuit (20) which supplies an output voltage corresponding to the difference between the setpoint and actual value for controlling the semiconductor path (27), and in that the supply voltage for the comparison circuit is derived from the output voltage of the actuator. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stellglied zwischen seinen Ausgangsklemmen einen Spannungsteiler (22) zur Erzeugung des Istwertes enthält.4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that each actuator contains between its output terminals a voltage divider (22) for generating the actual value. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang der nicht mit der Steuerspannungsquelle gekoppelten Stellglieder mit dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden ist, der zwischen die Ausgangsklemme des zugehörigen Stellgliedes und die Ausgangsklemme des voraufgehenden Stellgliedes geschaltet ist.5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4,
characterized in that the control input of the actuators not coupled to the control voltage source is connected to the tap of a voltage divider which is connected between the output terminal of the associated actuator and the output terminal of the preceding actuator.
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