Dispositif d'obtention et de commutation de hautes tensions de polarisaion d'électrodes de tube à rayons X

Abstract

 L'invention concerne un dispositif qui permet d'obtenir des tensions de polarisation d'électrodes de déviation du faisceau d'électrons émis par une cathode d'un tube à rayons X.
L'invention réside dans le fait que l'on génère (30,40) quatre tensions continues ±V₁ et ±V₂ pour les appliquer à un circuit mélangeur (55) dans lequel on les additionne algébriquement par des diodes (D₁ à D₄) à des tensions impulsionnelles ±V₃ à référence flottante de manière à obtenir des tensions de charge VS₁,VS₂,VS′₁, VS′₂ des condensateurs C₁₅ et C₁₄ telles que :

Description

[0001] L'invention concerne généralement les appareils de radiologie et, plus particulièrement dans de tels appareils, les dispositifs de polarisation des électrodes constituant le tube à rayons X de manière à appliquer auxdites électrodes des hautes tensions et à les commuter de manière rapide.

[0002] Un tube à rayons X comporte, dans une enceinte sous vide, une cathode constituée d'un filament chauffé qui émet des électrons et d'un dispositif de concentration adossé au filament qui focalise les électrons émis sur une anode portée à un potentiel positif par rapport à la cathode. Le point d'impact du faisceau d'électrons sur l'anode constitue la source de rayonnement X sous la forme d'un faisceau.

[0003] Pour déplacer angulairement le faisceau de rayons X, il est généralement proposé de déplacer le point d'impact du faisceau d'électrons sur l'anode à l'aide de moyens de déflexion. Ces moyens de déflexion sont habituellement constitués par des lentilles magnétiques ou électrostatiques qui sont disposées sur le trajet du faisceau ou à proximité de ce trajet entre la cathode et l'anode. La mise en oeuvre de ces lentilles nécessite une énergie non négligeable du fait de l'importante énergie cinétique des électrons du faisceau due à leur grande vitesse par suite d'une différence de potentiels élevée entre la cathode et l'anode, supérieure à cent kilovolts.

[0004] Dans le brevet français 2 538 948, il a été proposé un tube à rayons X à balayage dans lequel le dispositif de concentration comporte au moins deux pièces métalliques qui sont électriquement isolées l'une de l'autre et du filament pour permettre leur polarisation indépendante par rapport à ce dernier et ainsi obtenir une déflexion du faisceau d'électrons.

[0005] La figure 1 montre schématiquement un tube à rayons X du type de celui décrit dans la demande de brevet précitée. Il comprend, dans une enceinte sous vide représentée par le rectangle 11 en tirets, un filament 12, un dispositif de concentration 13 adossé au filament 12 et une anode 14. Le filament 12 et le dispositif de concentration 13 constituent une cathode C. Le dispositif de concentration 13 est constitué d'une première pièce métallique 15 et d'une seconde pièce métallique 16 qui sont électriquement isolées l'une de l'autre par une cloison isolante 17 solidaire d'une embase isolante 18. Les pièces métalliques 15 et 16 sont disposées symétriquement de part et d'autre du filament 12 par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire au plan de la figure 1. Ce plan de symétrie contient l'axe du filament 12 perpendiculaire au plan de la figure 1 et est perpendiculaire à l'embase 18. L'intersection de ce plan de symétrie avec le plan de la figure 1 définit l'axe 19 du faisceau d'électrons.

[0006] En général, les tensions qui sont appliquées aux pièces métalliques 15 et 16 sont choisies pour focaliser les électrons sur une surface déterminée de l'anode 14. En modifiant ces tensions, il est possible de déplacer le point d'impact du faisceau d'électrons sur l'anode mais on modifie également les caractéristiques de la surface d'impact.

[0007] Aussi, pour obtenir des déviations relativement importantes du faisceau d'électrons sans modifier les caractéristiques de la surface d'impact, il est connu d'utiliser deux électrodes métalliques supplémentaires W₁ et W₂ qui sont portées par la pièce de concentration 13 à l'extrémité de la dernière marche d'escalier de chaque pièce métallique 15 et 16.

[0008] Ces électrodes W₁ et W₂ sont isolées respectivement des pièces métalliques 15 et 16 par une zone isolante 20 ou 21, en alumine par exemple.

[0009] Lorsqu'aucune tension VS₁ ou VS₂ n'est appliquée entre le filament 12 et, respectivement, l'électrode W₁ et l'électrode W₂, le faisceau d'électrons F se propage suivant l'axe 19.

[0010] Lorsque des tensions égales sont appliquées aux électrodes W₁ et W₂, la cathode C émet un faisceau d'électrons F suivant l'axe 19 dont la concentration est obtenue par la géométrie de la cathode C.

[0011] Pour obtenir une déflexion du faisceau d'électrons, c'est-à-dire conférer à ce dernier une direction moyenne différente de l'axe d'émission 19, il suffit d'introduire une dissymétrie au champ électrique créé autour du faisceau d'électrons en donnant des valeurs différentes aux tensions appliquées VS₁ et VS₂ aux électrodes métalliques W₁ et W₂. Ainsi on obtient un faisceau F′ d'axe 19′ pour une tension VS₁ positive et une tension VS₂ négative; par contre, on obtient un faisceau F˝ d'axe 19˝ pour une tension VS₁ négative et une tension VS₂ positive.

[0012] Pour obtenir une déviation du faisceau de l'ordre d'un millimètre à quelques millimètres dans le cas d'une distance filament-anode de vingt millimètres, il faut appliquer des tensions VS₁ et VS₂ de l'ordre de 2.000 volts à 3.000 volts.

[0013] Plus précisément, comme le montrent les diagrammes des figures 2-a et 2-b, on applique sur les électrodes W₁ et W₂ des tensions égales et opposées de ±V₁ pour obtenir une certaine position de foyer et ±V₂ pour obtenir une autre position du foyer. Il faut donc effectuer des commutations de tensions de +V₁ à -V₂ puis de nouveau +V₁ sur l'électrode W₁ et de -V₁ à +V₂ puis de nouveau -V₁ sur l'électrode W₂.

[0014] La figure 3 est un schéma de principe d'un dispositif de commutation des tensions ±V₁ et ±V₂. Il comprend quatre générateurs de tensions G₁, G₂, G₃ et G₄ qui fournissent respectivement les tensions +V₁, -V₁, -V₂ et +V₂, ces tensions étant appliquées aux électrodes W₁ et W₂ par l'intermédiaire d'interrupteurs I₁, I₂, I₃ et I₄ dont les ouvertures et fermetures sont commandées respectivement par des signaux P₁, P₂, P₃ et P₄ fournis par un circuit de commande P. En fermant simultanément les interrupteurs I₁ et I₂, I₃ et I₄ étant ouverts, une tension +V₁ est appliquée sur W₁ et une tension -V₁ est appliquée sur W₂; de même, en fermant simultanément I₃ et I₄, I₁ et I₂ étant ouverts, une tension -V₂ est appliquée sur W₁ et une tension +V₂ est appliquée sur W₂.

[0015] Il est connu de nombreux circuits électroniques qui permettent de réaliser les fonctions décrites en relation avec le schéma de la figure 3, notamment la commutation des hautes tensions ±V₁ et ±V₂. Pour cette commutation, on utilise de plus en plus des transistors à effet de champ du type métal-oxyde, plus connus sous l'abréviation anglo-saxonne de transistors MOSFET. Cependant, ces transistors ne peuvent pas en général supporter des tensions supérieures à quelques centaines de volts de sorte qu'il est nécessaire d'en mettre plusieurs en série (par exemple sept) pour permettre la commutation de tension de plusieurs milliers de volts. En outre, il faut un circuit de commande de puissance de l'ensemble des transistors de l'interrupteur pour l'application des signaux P₁ à P₄ d'où un circuit d'alimentation approprié.

[0016] Par ailleurs, il arrive que les tubes à rayons X se mettent en court-circuit entre la cathode et l'anode, et il en résulte que les transistors de l'interrupteur sont soumis à des perturbations électromagnétiques contre lesquelles ils doivent être protégés, par des circuits d'écrêtage des surtensions notamment.

[0017] Un tel dispositif de commutation conduit donc à utiliser de nombreux composants qui sont coûteux et encombrants. Un but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif de commutation de hautes tensions de polarisation qui soit simple, peu onéreux et qui ne nécessite pas l'utilisation de transistors de commutation.

[0018] Enfin, ces transistors ainsi que leurs circuits de commande et de protection sont portés à un potentiel de -75 kilovolts par rapport à la masse, ce qui nécessite de les disposer dans un bloc haute tension isolant, c'est-à-dire dans une enceinte isolée contenant un fluide isolant, bloc haute tension qui fournit par ailleurs les hautes tensions d'alimentation de la cathode et de l'anode.

[0019] Un autre but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif de commutation de hautes tensions de polarisation qui commute lesdites hautes tensions par rapport à la masse et non pas par rapport au potentiel de cathode de -75 kilovolts, ce qui permet de le disposer à l'extérieur du bloc haute tension qui fournit les tensions d'alimentation de la cathode et de l'anode. L'invention concerne un dispositif d'obtention et de commutation de tensions VS₁, VS₂ ou VS′₁, VS′₂ de polarisation d'électrodes de tube à rayons X caractérisé en ce qu'il comprend :

• des premiers moyens pour générer un premier couple de tensions continues réglables +V₁, -V₁ d'amplitudes égales et opposées
• des deuxièmes moyens pour générer un deuxième couple de tensions continues réglables +V₂, -V₂ d'amplitudes égales et opposées,
• des troisièmes moyens pour générer un couple de tensions impulsionnelles +V₃, -V₃ d'amplitudes égales et opposées et,
• des quatrièmes moyens connectés aux premiers, deuxièmes et troisièmes moyens, pour combiner à des instants déterminés le couple de tensions impulsionnelles +V₃, -V₃ avec l'une des tensions des premier et deuxième couples de tensions continues de manière à charger des condensateurs et obtenir des tensions continues
  
  pendant un certain intervalle de temps, puis des tensions continues
  
  pendant un autre intervalle de temps.

[0020] D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels :

• la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une cathode et d'une anode d'un tube à rayons X qui comporte des électrodes de déviation du faisceau d'électrons,
• les figures 2-a et 2-b sont des diagrammes temporels des tensions qui sont appliquées aux électrodes de déviation,
• la figure 3 est un schéma de principe d'un dispositif de commutation de tensions de polarisation,
• la figure 4 est un schéma du dispositif d'obtention et de commutation de tensions de polarisation selon l'invention,
• les figures 5-a à 5-d sont des diagrammes temporels de signaux pour la compréhension de l'obtention des tensions obtenues.
• la figure 6 est un schéma d'un circuit de commande 33 (ou 43) de l'onduleur 34 (ou 44).
• la figure 7 est un diagramme montrant la courbe d'étalonnage du circuit 30 ou du circuit 40 du dispositif de la figure 4.
• les figures 8-a à 8-f sont des diagrammes permettant de comprendre le fonctionnement des circuits 30 et 40 du dispositif de la figure 4.

[0021] Le dispositif d'obtention et de commutation de tensions selon l'invention comprend (figure 4) un premier dispositif d'obtention 30 des tensions +V₁ et -V₁, un deuxième dispositif d'obtention 40 des tensions +V₂ et -V₂ et un dispositif de commutation 29 desdites tensions ±V₁ et ±V₂ auquel ces dernières sont appliquées.

[0022] Les premier et deuxième dispositifs 30 et 40 sont identiques et comprennent chacun les circuits suivants qui ont été décrits dans la demande de brevet français n° 90 10348 déposée le 14 août 1990 et intitulée : "Dispositif d'obtention d'une tension continue réglable".

[0023] Un microprocesseur 31 (ou 41) auquel l'utilisateur indique sur son entrée 50 (ou 51), par exemple par l'intermédiaire d'un clavier, la tension ±V₁ (ou ±V₂) à obtenir. Le microprocesseur 31 (ou 41) fournit sur sa sortie un code numérique N₁ (ou N₂) qui est significatif d'une valeur d'une fréquence F₁ (ou F₂). Ce code numérique N₁ (ou N₂) est appliqué à un compteur programmable 32 (ou 42) qui fournit des impulsions de fréquence variable F₁ (ou F₂) selon la valeur de N₁ (ou N₂). Ces impulsions sont appliquées à un circuit de commande 33 (ou 43) qui fournit des impulsions de commande d'un circuit onduleur 34 (ou 44) du type hyporésonant. Les signaux de sortie du circuit onduleur 34 (ou 44) sont appliqués à un enroulement primaire 35p (ou 45 p) d'un transformateur d'isolement 35 (ou 45) du type impulsionnel dont l'enroulement secondaire 35s (ou 45s) est connecté à un circuit de redressement et filtrage 36 (ou 46) qui comporte trois bornes de sortie 37,38 et 39 (ou 47,48 ou 49). La borne de sortie 37 (ou 47) est au potentiel +V₁ (ou +V₂) par rapport à la borne 39 (ou 49); la borne de sortie 38 (ou 48) est au potentiel -V₁ (ou -V₂) par rapport à la borne (39 ou 49); la borne de sortie 39 (ou 49) est connectée à une borne 58 du filament 12 (figure 1) et est donc au potentiel de ce dernier.

[0024] Ces différentes bornes de sortie 37,38 et 39 (ou 47,48 et 49) sont connectées au circuit de commutation 29. Le circuit de commutation 29 comprend un circuit 52 d'obtention d'une tension continue E qui est régulée et réglable, un circuit 53 de commutation de la tension E, un transformateur d'isolement 54 de type impulsionnel et un circuit mélangeur 55 des tensions ±V₁, ±V₂ avec les tensions fournies par le transformateur 54 de manière à obtenir les tensions à appliquer aux électrodes W₁ et W₂ sur des bornes de sortie 56,57 et 58. Ces bornes de sortie 56,57 et 58 sont connectées respectivement à l'électrode W₁, à l'électrode W₂ et au filament émissif de la cathode (figure 1).

[0025] On va maintenant décrire de manière détaillée les différents circuits qui ont été présentés ci-dessus de manière fonctionnelle.

[0026] Le microprocesseur 31 (ou 41) réalise la fonction :

c'est-à-dire qu'il donne pour chaque valeur de la tension |V₁| (ou |V₂|), un code numérique, par exemple à huit chiffres ou digits qui, appliqué au compteur 32 (ou 42), conduit ce dernier à fournir des impulsions de fréquence F1 (ou F2). Ces impulsions de fréquence F₁ (ou F2) ont pour but de commander alternativement les interrupteurs du circuit onduleur 34 (ou 44) par l'intermédiaire du circuit 33 (ou 43) de manière à créer des impulsions de courant dont le redressement et le filtrage dans le circuit 36 (ou 46) conduisent aux tensions ±V₁ (ou ±V₂) souhaitées entre les bornes 39,37 et 39,38 (ou 49,47 et 49,48).

[0027] En d'autres termes, le microprocesseur 31 et le compteur 32 réalisent la fonction F₁ = f′|V₁|(ou F₂ = f′|V₂|, fonction qui est obtenue par étalonnage et dont l'allure est donnée par la courbe 81 de la figure 7. Cette courbe 81 tient compte des défauts de linéarité du système tandis que la courbe 80 est une courbe théorique.

[0028] Le circuit de commande 33 (ou 43) comprend (figure 6) un premier circuit ET logique 82 qui comporte deux entrées sur l'une desquelles sont appliquées les impulsions de fréquence variable F₁ (ou F2) fournies par le circuit 32 (ou 42) tandis que l'autre entrée est connectée à un premier circuit retardateur 83 dont le retard est Θ₁. La sortie du circuit ET 82 est connectée, d'une part, à un circuit bistable 85 et, d'autre part, au premier circuit retardateur 83 ainsi qu'à un deuxième circuit retardateur 84 dont le retard est Θ₂.

[0029] La sortie correspondant à l'état 1 du circuit bistable 85 est connectée à une des deux entrées d'un deuxième circuit ET logique 86 tandis que la sortie correspondant à l'état 0 est connectée à une des deux entrées d'un troisième circuit ET logique 87. La deuxième entrée des circuits ET 86 et 87 est connectée à la sortie du deuxième circuit retardateur 84. Les bornes de sortie des circuits ET 86 et 87 portent respectivement les références 33a et 33b.

[0030] Le circuit onduleur 34 (ou 44) comprend au moins deux interrupteurs (T₃, T₄) ou (T₅, T₆) réalisés par des transistors à effet de champ selon la technologie métal-oxyde, plus connus sous l'abréviation anglo-saxonne de transistors MOSFET. De par construction, ces transistors T₃, T₄ (ou T₅, T₆) comportent en parallèle chacun une diode D₁₄ (ou D₁₆) pour le transistor T₄ (ou T₆) et une diode D₁₃ (ou D₁₅) pour le transistor T₃ (ou T₅), diodes dont l'anode est connectée à la source et la cathode connectée au drain du transistor associé. La grille du transistor T₄ (ou T₆) est connectée à la sortie 33a (ou 43a) du circuit de commande 33 tandis que la grille du transistor T₃ est connectée à la sortie 33b (ou 43b) du circuit de commande 33 (ou 43).

[0031] Le circuit onduleur comprend également un circuit résonant constitué des condensateurs C₅ et C₆ (ou C₇ et C₈) et d'une bobine L₁ (ou L₂). Les condensateurs C₅ et C₆ sont connectés en série entre le drain du transistor T₄ et la source du transistor T₃ tandis que la bobine L₁ (ou L₂) est disposée dans le circuit primaire 35p (ou 45p) du transformateur 35 (ou 45). Cette bobine L₁ (ou L₂) est connectée, d'un côté, directement à la source du transistor T₄ (ou T₆) et, de l'autre côté, au point commun des condensateurs C₅ et C₆ (ou C₇, C₈), par l'intermédiaire de l'enroulement primaire 35p (ou 45p) du transformateur 35 (ou 45). Dans une variante connue, le circuit onduleur peut ne comporter qu'un seul condensateur, au lieu de deux condensateurs C₅ et C₆ (ou C₇,C₈), qui serait connecté par exemple à la borne négative du circuit d'alimentation 52.

[0032] Le circuit de redressement et de filtrage 36 (ou 46) est de type classique et comporte des diodes de redressement D₅ et D₆ (ou D₇, D₈) et des condensateurs de filtrage C₁ et C₂ (ou C₃, C₄) qui sont connectés entre eux de manière connue. L'impédance de sortie du circuit 36 (ou 46) est constituée par deux résistances égales R₁ et R₂ (ou R₃ et R₄) dont le point commun constitue la borne de sortie 39 (ou 49) qui est connectée au point commun des condensateurs C₁ et C₂ (ou C₃ et C₄). On obtient alors la tension +V₁ (ou +V₂) entre les bornes 39 et 37 (ou 49 et 47) et la tension -V₁ (ou -V₂) entre les bornes 39 et 38 (ou 49 et 48).

[0033] Seul, le fonctionnement du dispositif 30 sera maintenant expliqué à l'aide des figures 4,6,7 et 8, le fonctionnement du dispositif 40 étant identique. A une tension de polarisation +V₁ correspond un code numérique N₁ qui, appliqué au compteur 32, conduit ce dernier à fournir des impulsions 72 et 72′ (figure 8-a) à la fréquence F₁ selon la correspondance donnée par la courbe 81 de la figure 7. Ces impulsions ont par exemple, une fréquence de 30 kilohertz pour obtenir |V₁| = 3.000 volts et une durée d'une microseconde environ. Si l'on suppose que le circuit retardateur 83 fournit un signal d'ouverture 73, l'impulsion 72 commande le changement d'état du circuit bistable 85 qui passe, par exemple, à l'état 1. L'impulsion 72 commande le circuit retardateur 83 pour terminer le signal d'ouverture 73 (figure 8-c) de sorte que le circuit ET 82 se ferme pendant un temps Θ₁. L'impulsion 72 commande également le circuit retardateur 84 pour qu'il fournisse un signal T′₄ de durée Θ₂ (figure 8-b) qui rend passant les circuits ET 86 et 87. Seul le circuit ET 86, qui reçoit le signal de l'état 1 du circuit bistable 85, fournit le signal T′₄ rendant conducteur le transistor T₄ au temps t_o (figure 8-d).

[0034] Ce signal T′₄ rend et maintient conducteur le transistor T₄ et un courant i₁ (figure 8-d), dit positif, circule dans le transistor T₄, la bobine L₁, l'enroulement primaire 35p du transformateur 35, les condensateurs C₅ et C₆ et le circuit d'alimentation 52 (en fait i₁/2 dans chaque condensateur).

[0035] Ce courant i₁ donne naissance à une tension V (figure 8-e) de forme rectangulaire aux bornes de l'enroulement primaire 35p et il en résulte un courant I(t) (figure 8-f) dans l'enroulement secondaire 35s du transformateur 35, courant d'allure identique au courant i₁ circulant dans l'enroulement primaire.

[0036] Le courant i₁ charge le condensateur C₅ et décharge le condensateur C₆ et leur tension de charge s'oppose à la circulation du courant i₁ de sorte que ce dernier s'annule à l'instant t₁, c'est-à-dire avant la fin du signal T′₄. Le condensateur C₅ se décharge ensuite tandis que le condensateur C₆ se charge et un courant i₂ (figure 8-d), dit négatif, circule dans les condensateurs C₅ et C₆ (en fait i₂/2 dans chaque condensateur), l'enroulement primaire 35p, la bobine L₁, la diode D₁₄ et le circuit d'alimentation 52.

[0037] Ce courant négatif donne naissance à une tension rectangulaire négative (figure 8-e) aux bornes de l'enroulement primaire 35p et, par voie de conséquence, à un courant I(t) (figure 8-f) négatif dans l'enroulement secondaire 35s. Lorsque le courant i₂ s'annule, l'impulsion est terminée.

[0038] Avant l'instant t₂, le signal T′₄ prend fin par l'effet du circuit retardateur 84 introduisant un retard Θ₂ de sorte que les circuits ET 86 et 87 sont bloqués.

[0039] Après l'instant t₂ et plus précisément après un retard Θ₁ à compter de la fin du signal 73 (figure 8-c), le circuit retardateur 83 fournit un signal 73′ qui rend passant le circuit ET 82.

[0040] Après un temps variable défini par la fréquence F₁, une impulsion 72′ est fournie par le circuit 32 et son front avant commande le changement d'état du circuit bistable 85, qui passe à l'état 0, ainsi que la remise à zéro des circuits retardateurs 83 et 84.

[0041] Cette remise à zéro a pour effet de terminer le signal 73′ et de fournir le signal T′₃ qui ouvre les circuits ET 86 et 87. Comme le circuit bistable 85 est à l'état 0, seul le circuit ET 87 fournit un signal de sortie sur la borne 33b et une impulsion est appliquée à l'électrode de commande du transistor T₃ à l'instant t′_o pour le rendre conducteur. Un courant i′₁, dit négatif, circule alors dans le transistor T₃, le circuit 52, les condensateurs C₅ et C₆ (en fait i′₁/2 dans chaque condensateur), l'enroulement primaire 35p du transformateur 35 et la bobine L₁. Ce courant négatif donne naissance à une tension V négative (figure 8-e) de forme rectangulaire aux bornes de l'enroulement primaire 35p et il en résulte un courant I(t) négatif (figure 8-f) dans l'enroulement secondaire 35s du transformateur 35, courant d'allure identique au courant i′₁ circulant dans l'enroulement primaire.

[0042] Le courant i′₁ négatif charge le condensateur C₆ et décharge le condensateur C₅ et leur tension de charge s'oppose à la circulation du courant i′₁ de sorte que ce dernier s'annule au temps t′₁. Le condensateur C₆ se décharge ensuite tandis que le condensateur C₅ se charge et un courant i′₂ positif circule dans les condensateurs C₅ et C₆ (en fait i′₂/2 dans chaque condensateur), l'enroulement primaire 35p, la bobine L₁, la diode D₁₃ et le circuit d'alimentation 52. Ce courant positif donne naissance à une tension rectangulaire positive (figure 8-e) aux bornes de l'enroulement primaire 35p et, par voie de conséquence, à un courant I(t) positif (figure 8-f) dans l'enroulement secondaire 35s. Lorsque le courant i′₂ s'annule, l'impulsion est terminée.

[0043] Les impulsions qui sont ainsi créées par le circuit onduleur 34 sont appliquées au transformateur 35 et sont redressées et filtrées dans le circuit 36 de sorte qu'il apparaît aux bornes de chaque résistance R₁ et R₂ une tension V₁ correspondant à la fréquence F₁ déterminée par étalonnage.

[0044] Cette relation entre la fréquence F₁ et la tension V₁ résulte du fait que la charge électrique contenue dans chaque impulsion (figures 8-d et 8-f) est toujours la même quel que soit le point de fonctionnement à condition que la fréquence F₁ soit inférieure à la fréquence du circuit résonant du circuit onduleur, ce qui signifie que le circuit onduleur est du type hyporésonant impulsionnel.

[0045] En effet, la charge électrique Q d'une impulsion (figure 8-d) est donnée par :


avec
   E la tension d'alimentation,
   V la tension aux bornes de l'enroulement primaire 35p,
   z=

l'impédance du circuit résonant, avec C = C₅ + C₆
   T= 2 π

[0046] On en déduit Q = 2 CE, c'est-à-dire une constante si E et C sont constants, ce qui est le cas car le circuit d'alimentation 52 fournit une tension régulée et la capacité C est fixée par construction.

[0047] Or le courant I_r qui circule dans la résistance de charge R₁ est donné par :

de sorte que la tension V₁ = R₁ = R₁ x Q x F₁, ce qui signifie que V₁ est proportionnel à F₁ car R₁ et Q sont des constantes. Ceci correspond à la courbe en pointillés 80 de la figure 7. Cependant, en pratique, le phénomène n'est pas parfaitement linéaire et la courbe réelle est celle référencée 81. Pour que le dispositif selon l'invention fonctionne selon la courbe 81, il est nécessaire de réaliser un étalonnage en utilisant au moins deux points de fonctionnement, par exemple ceux définis par A et B sur la courbe 81.

[0048] Dans le circuit de commutation 29, le circuit 52 d'obtention de la tension continue E comprend un premier circuit 59 de redressement et filtrage qui est alimenté par le réseau alternatif entre les bornes 63 et 64. La tension continue fournie par le circuit 59 est appliquée à un circuit onduleur 60 de type hyporésonant, analogue aux circuits onduleurs 34 et 44 décrits ci-dessus. Ce circuit onduleur 60 comprend deux transistors MOSFET T₇ et T₈ connectés en série entre les bornes de sortie du circuit 59 et un circuit résonant comportant les condensateurs C₁₁ et C₁₂, la bobine L₃ et l'enroulement primaire d'un transformateur d'isolement 61 de type impulsionnel. Une borne de la bobine L₃ est connectée directement au point commun des transistors T₇ et T₈ tandis que l'autre borne est connectée au point commun des condensateurs C₁₁ et C₁₂ par l'intermédiaire de l'enroulement primaire du transformateur 61.

[0049] L'enroulement secondaire du transformateur 61 est connecté à un circuit de redressement et filtrage 62 qui comprend les diodes D₉, D₁₀, D₁₁ et D₁₂ montées en pont redresseur, un condensateur électrolytique de filtrage C₁₃ et un pont diviseur résistif comportant les résistances R₇ et R₈.

[0050] Ce circuit 62 fournit une tension continue E qui est régulée et réglable par l'intermédiaire d'un circuit 65. Ce circuit 65 reçoit une tension image de la tension E fournie par le pont résistif R₇, R₈ et une tension E_c dite de consigne indiquée par l'utilisateur. Ce circuit 65 fournit alors des impulsions de commande des transistors T₇ et T₈ de manière que la différence (E - E_c) soit nulle, ce qui signifie que E = E_c. Ce circuit 65 peut être du type convertisseur tension/fréquence.

[0051] Cette tension continue E est appliquée aux circuits onduleurs 34 et 44 décrits ci-dessus et au circuit de commutation 53. Le circuit de commutation comprend un premier transistor MOFSET T₁ qui est alimenté sous la tension E par l'intermédiaire d'une résistance de charge R₅ en série avec le drain. Ce drain du transistor T₁ est connecté à une borne d'un premier enroulement primaire 54₁ du transformateur 54 par l'intermédiaire d'un condensateur C₁₀, l'autre borne de ce premier enroulement étant connectée directement à la borne positive de la tension E.

[0052] Le circuit de commutation 53 comprend un deuxième transistor MOSFET T₂ qui est alimenté sous la tension E par l'intermédiaire d'une résistance de charge R₆ en série avec le drain. Ce drain du transistor T₂ est connecté à une borne d'un deuxième enroulement primaire 54′₁ du transformateur 54 par l'intermédiaire d'un condensateur C₉, l'autre borne de ce deuxième enroulement étant connectée directement à la borne positive de la tension E.

[0053] Les électrodes de commande des transistors T₁ et T₂ sont connectées à un circuit de commande 66 qui fournit des impulsions 70 et 71 représentées respectivement par les diagrammes temporels des figures 5-a et 5-b. Ce circuit de commande 66 est lui-même commandé par un microprocesseur 67 qui définit les intervalles de temps entre la première impulsion 70 et la première impulsion 71, puis entre cette dernière et la deuxième impulsion 70 et ensuite entre cette dernière et la deuxième impulsion 71.

[0054] A titre indicatif, les impulsions 70 et 71 ont une durée fixe de quelques dizaines de microsecondes tandis que l'intervalle de temps qui les sépare est de l'ordre de la milliseconde à quelques millisecondes.

[0055] Les deux enroulements primaires 54₁ et 54′₁ sont enroulés en sens inverse et il en est de même des enroulements secondaires correspondants 54₂ et 54′₂. De ces sens des enroulements, il résulte que les tensions V₃ et V′₃ apparaissant respectivement aux bornes de sortie des enroulements secondaires 54₂ et 54′₂ sont de sens opposés et égales en valeur absolue si les enroulements primaires et secondaires sont identiques, ce qui est le but recherché.

[0056] Le circuit mélangeur 55 des tensions ±V₁, ±V₂ et V₃,V′₃ comprend les diodes D₁,D₂,D₃ et D₄. La diode D₁ a son anode qui est connectée à la borne de sortie 38 (tension -V₁) du circuit de redressement et filtrage 36 et sa cathode qui est connectée, d'une part, à l'anode de la diode D₂ et, d'autre part, à une borne de sortie de l'enroulement secondaire 54₂, l'autre borne de sortie dudit enroulement secondaire 54₂ constituant la borne de sortie 56 du dispositif selon l'invention. La cathode de la diode D₂ est connectée à la borne de sortie 47 (tension +V₂) du circuit de redressement et filtrage 46. La diode D₃ a son anode qui est connectée à la borne de sortie 48 (tension -V₂) du circuit de redressement et filtrage 46 et sa cathode qui est connectée, d'une part, à l'anode de la diode D₄ et, d'autre part, à une borne de sortie de l'enroulement secondaire 54′₂, l'autre borne de sortie dudit enroulement constituant la borne de sortie 57 du dispositif selon l'invention. La cathode de la diode D₄ est connectée à la borne de sortie 37 (tension +V₁) du circuit de redressement et filtrage 36. Par ailleurs, la troisième borne de sortie 58 du circuit mélangeur 55 est connectée, d'une part, au point commun des résistances R₁ et R₂ du circuit de redressement et filtrage 36 et, d'autre part, au point commun des résistances R₃ et R₄ du circuit de redressement et filtrage 46.

[0057] La tension VS₁, qui est appliquée entre le filament et l'électrode W₁, est prise entre les bornes de sortie 58 et 56 tandis que la tension VS₂, qui est appliquée entre le filament et l'électrode W₂, est prise entre les bornes de sortie 58 et 57. Les condensateurs C₁₄ et C₁₅ représentent les capacités parasites des conducteurs qui connectent respectivement les bornes de sortie 56,57 et 58 à l'électrode W₁, à l'électrode W₂ et au filament 12.

[0058] Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 sera maintenant expliqué en relation avec les diagrammes des figures 5-a, 5-b, 5-c, et 5d. Les figures 5-a et 5-b représentent les diagrammes temporels de deux impulsions consécutives 70 et 71 qui définissent les instants de commutation des tensions appliquées aux électrodes W₁ et W₂. Bien entendu, sur chaque diagramme ces impulsions sont répétitives et ont une durée d'environ trente microsecondes. L'impulsion 70 et les suivantes (non représentées) sont appliquées à l'électrode de commande du transistor T₁ tandis que l'impulsion 71 et les suivantes (non représentées) sont appliquées à l'électrode de commande du transistor T₂.

[0059] L'impulsion 70 sature le transistor T₁ de sorte qu'une tension positive +V₃ apparaît aux bornes de l'enroulement secondaire 54₂ et une tension négative -V₃ apparaît aux bornes de l'enroulement secondaire 54′₂. Comme la valeur absolue de cette tension V₃ est supérieure aux valeurs absolues des tensions V₁ et V₂, les condensateurs C₁₅ et C₁₄ se chargent respectivement aux tensions :

[0060] En effet, un courant de charge du condensateur C₁₅ circule de la borne de sortie 56 vers la borne 58, puis vers la borne 39, dans la capacité C₁ vers la borne 38 et revient vers l'autre borne de sortie de l'enroulement secondaire 54₂ par la diode D₁ qui est conductrice alors que la diode D₂ est bloquée.

[0061] Par ailleurs, un courant de charge du condensateur C₁₄ circule de la borne de sortie 57 vers la borne 58, puis vers la borne 49, dans la capacité C₃ vers la borne 48 et revient vers l'autre borne de sortie de l'enroulement secondaire 54′₂ par la diode D₃ qui est conductrice alors que la diode D₄ est bloquée. La tension VS₁ reste à la valeur (V₃ - V₁) après la fin de l'impulsion 70 par suite de la présence de la tension +V₂ qui maintient le blocage de la diode D₂. De même, la tension VS₂ reste à la valeur (-V₃ + V₂) après la fin de l'impulsion 70 par suite de la présence de la tension +V₁ qui maintient le blocage de la diode D₄.

[0062] L'impulsion 71 sature le transistor T₂ de sorte qu'une tension négative -V₃ apparaît aux bornes de l'enroulement secondaire 54₂ et une tension positive +V₃ apparaît aux bornes de l'enroulement secondaire 54′₂, c'est-à-dire des polarités opposées à celles qui résultent de l'impulsion 70 et qui sont indiquées par les flèches correspondantes. Les condensateurs C₁₅ et C₁₄ se chargent respectivement aux tensions :

[0063] En effet, un courant circule dans le condensateur C₁₅ de la borne 58 vers la borne 56 dans l'enroulement 54₂, dans la diode conductrice D₂ (la diode D₁ est bloquée) vers la borne 47, dans la capacité C₄ vers la borne 49 qui est connectée à la borne 58.

[0064] Par ailleurs, un courant circule dans le condensateur C₁₄ de la borne 58 vers la borne 57, dans l'enroulement 54′₂, dans la diode conductrice D₄ (la diode D₃ est bloquée) vers la borne 37, dans la capacité C₂ vers la borne 39 qui est connectée à la borne 58.

[0065] La tension VS′₁ reste à la valeur (-V₃ + V₂) après la fin de l'impulsion 71 par suite de la présence de la tension -V₁ qui maintient le blocage de la diode D₁. De même, la tension VS′₂ reste à la valeur (V₃ - V₁) après la fin de l'impulsion 71 par suite de la présence de la tension -V₂ qui maintient le blocage de la diode D₃. Au cas où l'intervalle de temps entre les impulsions de commutation 70 et 71 serait grand et entraînerait une légère décharge des condensateurs C₁₅ et C₁₄, leur maintien à leur tension de charge peut être obtenu en appliquant à nouveau une ou plusieurs impulsions 70 pour l'intervalle entre une impulsion 70 et une impulsion 71 ou une ou plusieurs impulsions 71 pour l'intervalle de temps entre une impulsion 71 et une impulsion 70. Ainsi, les tensions VS₁, VS₂ et VS′₁, VS′₂ peuvent être maintenues à ces valeurs aussi longtemps qu'il est souhaitable et même de manière continue.

[0066] Pour modifier les tensions VS₁, VS₂ et VS′₁, VS′₂, il suffit de modifier ±V₁ et ±V₂ en changeant les fréquences correspondantes F₁ et F₂ par l'intermédiaire des microprocesseurs 31 et 41 respectivement.

[0067] Comme toutes les tensions ±V₁, ±V₂, et ±V₃ sont obtenues aux bornes d'enroulements secondaires de transformateurs d'isolement 35, 45 et 54, les bornes de sortie 56, 57 et 58 peuvent être portées à des potentiels quelconques, par exemple à celui de la cathode, soit à -75 kilovolts, sans avoir recours à des circuits de protection particuliers.

Revendications

1. Dispositif d'obtention et de commutation de hautes tensions de polarisation d'électrodes de tube à rayons X, caractérisé en ce qu'il comprend :

- des premiers moyens (30) pour générer un premier couple de tensions continues réglables +V₁, -V₁ d'amplitudes égales et opposées

- des deuxièmes moyens (40) pour générer un deuxième couple de tensions continues réglables +V₂, -V₂ d'amplitudes égales et opposées,

- des troisièmes moyens (52,53,54) pour générer un couple de tensions impulsionnelles +V₃, -V₃ d'amplitudes égales et opposées et,

- des quatrièmes moyens (55) connectés aux premiers et deuxièmes et troisièmes moyens, pour combiner à des instants déterminés le couple de tensions impulsionnelles +V₃, -V₃ avec l'une des tensions des premier et deuxième couples de tensions continues de manière à charger des condensateurs (C₁₄, C₁₅) et obtenir des tensions continues

pendant un certain intervalle de temps, puis des tensions continues

pendant un autre intervalle de temps.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les troisièmes moyens sont constitués par un transformateur d'isolement 54 de type impulsionnel comportant deux enroulements primaires (54₁ et 54′₁) et deux enroulements secondaires (54₂ et 54′₂) en sens inverses qui sont alimentés par une tension continue constante et régulée (E) par l'intermédiaire de deux interrupteurs (T₁,T₂) chaque interrupteur étant normalement ouvert et étant fermé par une impulsion (70,71).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les quatrièmes moyens comprennent,

- un premier couple de diodes (D₁,D₂) en série dont le point commun est connecté à une borne de sortie de l'un des deux enroulements secondaires (54₂,54′₂), l'anode de l'une des diodes (D₁) étant connectée à la borne (38) des premiers moyens fournissant la tension -V₁ et la cathode de l'autre diode (D₂) étant connectée à la borne (47) des deuxièmes moyens fournissant la tension +V₂, et

- un deuxième couple de diodes (D₃,D₄) en série dont le point commun est connecté à une borne de sortie de l'autre enroulement secondaire (54₂,54′₂), l'anode de l'une des diodes (D₃) étant connectée à la borne (48) des deuxièmes moyens fournissant la tension -V₂ et la cathode de l'autre diode (D₄) étant connectée à la borne (37) des premiers moyens fournissant la tension +V₁.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1,2 ou 3, caractérisé en ce que les premiers moyens (30) ou deuxièmes moyens (40) comprennent chacun :

- des moyens d'alimentation (52) pour élaborer une tension continue E constante,

- des moyens (34 ou 44) pour onduler ladite tension continue E de manière à obtenir des impulsions alternatives de fréquence F correspondant chacune à une quantité d'électricité constante d'une impulsion à la suivante,

- des moyens (D₅, D₆, C₁, C₂ ou D₇, D₈, C₃, C₄) pour redresser et filtrer lesdites impulsions alternatives de manière à obtenir ladite tension continue V_p,

- des moyens (31 ou 41) pour modifier la fréquence F desdites impulsions alternatives en fonction de la tension continue V_p que l'on souhaite obtenir.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour onduler ladite tension continue constante E comportent un circuit oscillant (L₁, C₅, C₆ ou L₂, C₇, C₈) dont la fréquence de résonance est supérieure à la fréquence F.

6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens pour modifier la fréquence F desdites impulsions alternatives comportent :

- des moyens (31 ou 41) pour déterminer par étalonnage la fréquence F desdites impulsions en fonction de la tension V_p à obtenir,

- des moyens (32,33 ou 42,43) pour élaborer des impulsions de commande à la fréquence F à partir de l'information de la valeur de ladite fréquence F, lesdites impulsions étant appliquées auxdits moyens pour onduler ladite tension continue E.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour élaborer des impulsions de commande à la fréquence F comportent :

- un circuit compteur (32 ou 42) qui fournit des impulsions de fréquence F, et

- un circuit logique (32 ou 43) qui fournit des signaux de commande des moyens d'ondulation de la tension E dont la durée est supérieure à la demi-période mais inférieure à ladite période de résonance et dont la période de la répétition est au plus égale à ladite période de résonance;

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit logique (33 ou 43) comprend :

- un premier circuit ET (82) dont une des deux entrées est connectée à la sortie du circuit compteur (32),

- un circuit bistable (85) dont l'entrée de commande est connectée à la sortie du premier circuit ET (82) de manière à changer d'état à chaque signal fournit par ce dernier,

- un deuxième circuit ET (86) dont une des deux entrées est connectée à la sortie du circuit bistable (85) correspondant à l'état 1,

- un troisième circuit ET (87) dont une des deux entrées est connectée à la sortie du circuit bistable (85) correspondant à l'état 0,

- un premier circuit retardateur (83) dont l'entrée est connectée à la sortie du premier circuit ET (82) et dont la sortie est connectée à la deuxième entrée du premier circuit ET (82), et

- un deuxième circuit retardateur (84) dont l'entrée est connectée à la sortie du premier circuit ET (82) et dont la sortie est connectée à l'autre entrée des deuxième et troisième circuits ET (86,87).

Dessins