Schaltungsanordnung und Verfahren zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung

Abstract

 Schaltungsanordnung (1) zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung, mit einer Wechselrichterschaltung (G_si) zur Erzeugung einer hochfrequenten Wechselspannung, mit einem Hochspannungserzeuger (G_su) zur Umwandlung der Wechselspannung in die Röntgenröhrenhochspannung und mit einer Spannungsregeleinrichtung (G_RU), die auf Basis der Abweichung einer Ist-Röntgenröhrenspannung (V_U(t)) von einer Soll-Röntgenröhrenspannung (W_U(t)) einen ersten Stellgrößenwert (Y_U(t)) für die Wechselrichterschaltung (G_si) erzeugt. Die Schaltungsanordnung weist außerdem eine Messschaltung (7) zur Messung eines an einem Ausgang der Wechselrichterschaltung (G_si) anliegenden Schwingstroms (i_sw(t)) der Hochfrequenzwechselspannung und eine Schwingstromregeleinrichtung (G_RI) auf, um auf Basis der Abweichung eines Ist-Schwingstromwerts(V_I(t)) von einem Schwingstrom-Maximalwert (W_{I_max}) einen zweiten Stellgrößenwert (Y_I(t)) für die Wechselrichterschaltung (G_si) zu erzeugen. Der Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und der Schwingstromregeleinrichtung (G_RI) ist eine Schalteinrichtung (8) nachgeschaltet, welche den ersten Stellgrößenwert (Y_U(t)) und den zweiten Stellgrößenwert (Y_I(t)) vergleicht und nur den jeweils kleineren Stellgrößenwert (Y_U(t),Y_I(t)) als resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) an die Wechselrichterschaltung (G_si) weiterleitet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung mit einer Wechselrichterschaltung zur Erzeugung einer hochfrequenten Wechselspannung, mit einem Hochspannungserzeuger zur Umwandlung der hochfrequenten Wechselspannung in eine Hochspannung für die Röntgenröhre und mit einer Spannungsregeleinrichtung, die auf Basis der Abweichung einer Ist-Röntgenröhrenspannung von einer Soll-Röntgenröhrenspannung einen ersten Stellgrößenwert für eine Stellgröße für die Wechselrichterschaltung zur Erreichung einer Anpassung der Ist-Röntgenröhrenspannung an die Soll-Röntgenröhrenspannung erzeugt. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE 29 43 816 C2 bekannt.

[0002] Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Röntgengenerator mit einer derartigen Schaltungsanordnung, eine Röntgeneinrichtung mit einem solchen Röntgengenerator sowie ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung.

[0003] Moderne Röntgengeneratoren weisen zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung häufig Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art auf. Da die Netzfrequenz zunächst gleichgerichtet und dann wieder in eine hochfrequente Wechselspannung umgewandelt wird, welche schließlich auf die gewünschte Spannung transformiert wird, werden derartige Generatoren auch als Hochfrequenzgeneratoren bezeichnet. Die Spannungsregeleinrichtung dient hierbei dazu, die Hochspannung an der Röntgenröhre möglichst zeitoptimal auf den diagnostisch erforderlichen Wert zu regeln und dort mit der erforderlichen Genauigkeit zu halten. Gegenüber konventionellen Generatoren, bei denen die Hochspannung mit der vorliegenden Netzfrequenz zunächst transformiert, dann gleichgerichtet und schließlich der Röntgenröhre zugeführt wird, hat eine solche Schaltungsanordnung den Vorteil, dass sie im Prinzip durch einen relativ schnellen Regelkreis von Änderungen sowohl der Netzspannung als auch des Röhrenstroms nahezu unabhängig gemacht werden kann und daher die Röhrenspannung sehr gut reproduzierbar ist und konstant gehalten werden kann. Gegenüber den ebenfalls bekannten sogenannten Gleichspannungsgeneratoren, bei denen eine mit Netzfrequenz transformierte und gleichgerichtete Hochspannung mit Hilfe von Trioden fein geregelt wird, haben die Hochfrequenzgeneratoren den Vorteil eines relativ kleinen Bauvolumens und niedrigerer Herstellungskosten. Diese Vorteile sind der Grund für den bevorzugten Einsatz solcher Schaltungsanordnungen in den heutigen Röntgengeneratoren.

[0004] Bei den herkömmlichen Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art ergeben sich jedoch Schwierigkeiten aus der Tatsache, das die Parameter der aus dem Wechselrichter und dem Hochspannungskreis bestehenden Regelstrecke in Abhängigkeit vom gewählten Arbeitspunkt der Röntgenröhre einen großen Wertebereich umfassen und dass insbesondere der Wechselrichter-bedingt durch Resonanzerscheinungen im Wechselrichter - ein stark nichtlineares Regelkreisglied darstellt. Weiterhin darf der Schwingstrom des Wechselrichters einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten, um eine Beschädigung der Leistungshalbleiter zu vermeiden. Bei einem konventionellen, einläufigen Röntgenröhrenspannungsregelkreis muss daher dessen Regelgeschwindigkeit zumindest so langsam eingestellt werden, dass der Schwingkreisstrom auch beim Hochfahren den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet. Dadurch wird zwangsläufig aber auch das Kleinsignalverhalten des Regelkreises unnötig verlangsamt, was ein langsameres Ausregeln von Störgrößen zur Folge hat, als dies an sich möglich wäre. Außerdem wird bei einer solchen einläufigen Regelung der Schwingstrom nur indirekt begrenzt. Daher sind bei einer Umdimensionierung des Wechselrichters auch die Regelparameter der Regelung bezüglich des Schwingstroms entsprechend anzupassen. Eine einfache Spannungsregeleinrichtung kann somit die an sie gestellten Anforderungen nur unbefriedigend lösen.

[0005] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zu dem bekannten Stand der Technik zu schaffen, welche eine Regelung mit hoher Geschwindigkeit erlaubt, ohne dass der maximal zulässige Schwingstrom dabei überschritten wird.

[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst.

[0007] Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung hierzu zusätzlich eine Messschaltung zur Messung eines an einem Ausgang der Wechselrichterschaltung anliegenden Schwingstroms der hochfrequenten Wechselspannung auf. Mittels einer Schwingstromregeleinrichtung wird dann auf Basis der Abweichung eines ermittelten aktuellen Ist-Schwingstromwerts von einem vorgegebenen Schwingstrom-Maximalwert ein zweiter Stellgrößenwert für die genannte Stellgröße für die Wechselrichterschaltung erzeugt. Der Spannungsregeleinrichtung und der Schwingstromregeleinrichtung ist dann eine Schalteinrichtung nachgeschaltet, welche den ersten Stellgrößenwert und den zweiten Stellgrößenwert vergleicht und nur den jeweils kleineren Stellgrößenwert als resultierenden Stellgrößenwert an die Wechselrichterschaltung weiterleitet.

[0008] Durch das erfindungsgemäße Verfahren, mittels einer Schwingstromregeleinrichtung separat einen zweiten Stellgrößenwert anhand der Abweichungen eines Ist-Schwingstromwerts von einem vorgegebenen Schwingstrom-Maximalwert zu ermitteln und mit dem ersten Stellgrößenwert der Spannungsregeleinrichtung zu vergleichen und dabei nur den jeweils kleineren Stellgrößenwert der Wechselrichterschaltung zuzuführen, wird erreicht, dass im Normalfall eine sehr schnelle Regelung durch die Spannungsregeleinrichtung erfolgt, die nur in den Grenzfällen, wenn ein kritischer Bereich bezüglich des Schwingstroms erreicht ist, durch die Schwingstromregeleinrichtung abgelöst wird. Das heißt, bei dieser _"Ablöseregelung" wird, solange die Spannungsregeleinrichtung "normal" arbeitet und nur einen Schwingstrom "beansprucht", der kleiner ist als der maximal zulässige Schwingstrom, die Stellgröße der Spannungsregeleinrichtung an die Regelstrecke weitergegeben. Nur dann, wenn der maximal zulässige Schwingstrom erreicht bzw. überschritten würde, was z. B. beim Hochfahren in der Regel der Fall sein wird, greift die Schwingstromregeleinrichtung ein und begrenzt den Schwingstrom auf seinen maximal zulässigen Wert.

[0009] Die abhängigen Ansprüche enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

[0010] Vorzugsweise wird zumindest für eine der beiden Regeleinrichtungen, besonders bevorzugt für beide Regeleinrichtungen, jeweils zumindest ein PI-Regler (Proportional/Integral-Regler) verwendet. Der Integralanteil des betreffenden Reglers hat die Aufgabe, den stationären Regelfehler, d. h. den Regelfehler im eingeschwungenen Zustand, zu Null zu zwingen. Damit wird eine bleibende Regelabweichung sicher vermieden. Die Regeleinrichtungen bestehen hierbei vorzugsweise aus hintereinander geschalteten Proportionalteilen und Integralteilen. Der Vorteil gegenüber einer parallelen PI-Reglerstruktur besteht darin, dass hierbei die Reglerparameter betreffend die Verstärkung und die Nachstellzeit getrennt voneinander eingestellt werden können. Anstelle eines PI-Reglers kann auch jeweils ein PID-Regler verwendet werden.

[0011] Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Ausgang der Schalteinrichtung mit einem Eingang der Spannungsregeleinrichtung und/oder der Schwingstromregeleinrichtung verbunden, um den resultierenden Stellgrößenwert zurückzuführen. Die Spannungsregeleinrichtung und/oder die Schwingstromregeleinrichtung sind dabei derart ausgebildet, dass sie mit dem resultierenden Stellgrößenwert mitgeführt werden, wenn der von der betreffenden Regeleinrichtung erzeugte Stellgrößenwert nicht selbst als resultierender Stellgrößenwert weitergeleitet wird. Hierzu vergleicht die jeweilige Regeleinrichtung die resultierende Stellgröße mit dem eigenen, intern ebenfalls rückgeführten Stellgrößenwert. Durch diese Variante werden zusätzliche Einschwingvorgänge aufgrund von Sprüngen beim Umschalten zwischen den beiden Regeleinrichtungen sicher verhindert.

[0012] Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung derart ausgebildet, dass sie zumindest einen vorgegebenen Stellgrößen-Minimalwert als resultierenden Stellgrößenwert an die Wechselrichterschaltung weiterleitet. Außerdem wird vorzugsweise auch maximal ein vorgegebener Stellgrößen-Maximalwert als resultierender Stellgrößenwert an die Wechselrichterschaltung weitergeleitet. Dadurch wird die resultierende Stellgröße aktiv auf einen Bereich zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert begrenzt.

[0013] Da die Reglerparameter, d. h. die Reglerverstärkung und die Nachstellzeit, in der Regel arbeitspunktabhängig sind, weisen die Spannungsregeleinrichtung und/oder die Schwingstromregeleinrichtung bevorzugt jeweils Mittel auf, um in Abhängigkeit von einer eingestellten Röntgenröhrenspannung und/oder in Abhängigkeit von einem eingestellten Röntgenröhrenstrom zumindest eine Kenngröße ( = Reglerparameter) der betreffenden Regeleinrichtung zu variieren. Das heißt, es wird ein Wert für die eingestellte Röntgenröhrenspannung sowie vorzugsweise auch für den eingestellten Röntgenröhrenstrom auf entsprechende Eingänge der jeweiligen Regeleinrichtung gegeben, wodurch intern die Kenngrößen der betreffenden Regeleinrichtungen passend eingestellt werden.

[0014] Eine solche erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung kann prinzipiell in jedem herkömmlichen Röntgengenerator eingesetzt werden, unabhängig davon, wie der Röntgengenerator bezüglich seiner weiteren Komponenten wie beispielsweise der verschiedenen Messeinrichtungen oder der Heizstromversorgung aufgebaut ist. Ebenso kann die Erfindung weitgehend unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Wechselrichterschaltung und des Hochspannungserzeugers eingesetzt werden.

[0015] Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Aus den beschriebenen Beispielen sowie den Zeichnungen ergeben sich weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung. Es zeigen:

Figur 1a

eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik mit einer Wechselrichterschaltung und einem dahinter geschalteten Hochspannungserzeuger zu Erzeugung einer Hochspannung für eine Röntgenröhre,

Figur 1b

eine Modelldarstellung eines Regelkreises für eine Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik gemäß Figur 1a,

Figur 2

eine Modelldarstellung des Regelkreises einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und

Figur 3

eine detailliertere Modelldarstellung des Regelkreises einer besonders vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

[0016] In Figur 1a sind die typischen Komponenten eines Röntgengenerators dargestellt, die bezüglich der Regelung der Röntgenröhrenspannung U_Rö die Regelstrecke darstellen. Hierzu gehören zunächst ein Schwingkreiswechselrichter G_si, ein Hochspannungserzeuger G_su sowie eine Röntgenröhre 6.

[0017] Die Wechselrichterschaltung G_si weist mehrere Leistungshalbleiter 3 auf, welche entsprechend so geschaltet werden, dass eine Zwischenkreisgleichspannung V_z in eine Hochfrequenzspannung umgewandelt wird. Die Wechselrichterschaltung G_si weist außerdem einen Spannungsfrequenzwandler 2 auf, welcher einen Spannungswert Y(t) in eine Ansteuerfrequenz f_a umwandelt, mit der die Leistungshalbleiter 3 des Wechselrichters G_si angesteuert werden. Die Eingangsspannung bildet somit die Stellgröße Y(t) der Regelstrecke.
Bei der Wechselrichterschaltung G_si handelt es sich hier um einen Schwingkreiswechselrichter (Inverter). Es können aber auch andere Wechselrichterschaltungen, beispielsweise ein Rechteckwechselrichter bzw. beliebige Serien- oder Multiresonanzwechselrichter, verwendet werden.

[0018] Der Hochspannungserzeuger G_su besteht zum einen aus einem Transformator 4 mit einem Übertragungsfaktor ü und einer dem Transformator nachgeschalteten Gleichricht- und Glättungseinrichtung 5. Die am Ausgang der Gleichricht- und Glättungseinrichtung 5 vorliegenden Röntgenröhrenspannung U_Rö wird der Röntgenröhre 6 zugeführt.

[0019] Figur 1b zeigt ein Strukturbild für einen Regelkreis nach dem Stand der Technik. Die Wechselrichterschaltung G_si wird hier als Block dargestellt und kann im regelungstechnischen Sinn durch den proportionalen Übertragungsfaktor K_si und eine Zeitkonstante T_si beschrieben werden, wobei insbesondere der proportionale Übertragungsfaktor K_si durch Resonanzerscheinungen im Wechselrichter G_si stark nichtlinear ist, d. h. vom Arbeitspunkt des Wechselrichters G_si abhängt.

[0020] Der Hochspannungserzeuger G_su wird ebenfalls als Block dargestellt. Er kann durch den proportionalen Übertragungsfaktor K_su und die Zeitkonstante T_su beschrieben werden, wobei beide Größen unmittelbar von der Röntgenröhrenspannung U_Rö und dem Röntgenröhrenstrom I_Rö abhängen, d. h. arbeitspunktabhängig einen großen Wertebereich umfassen. i_sw(t) ist der Schwingstrom des Wechselrichters G_si, der die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 4 des Hochspannungserzeugers G_su versorgt. Um eine Beschädigung der Leistungshalbleiter 3 in der Wechselrichterschaltung G_si zu vermeiden, darf der Schwingstrom i_sw(t) einen Maximalwert nicht übersteigen.

[0021] Gemäß dem Stand der Technik wird zur Regelung der Ausgangsspannung am Hochspannungserzeuger G_su die dort zu einem bestimmten Zeitpunkt t anliegende Ist-Spannung V_u(t) mit einem Sollwert W_U(t) verglichen, welcher der gewünschten Röntgenröhrenspannung U_Rö entspricht, d. h. die Differenz wird einer Spannungsregelung G_RU zugeführt, welche hier ebenfalls in Form eines Blocks dargestellt ist.

[0022] Bei dieser Spannungsregeleinrichtung G_RU handelt es sich herkömmlicherweise um einen einfachen PI-Regler, welcher in Abhängigkeit von der Abweichung des Istwerts V_U(t) vom Sollwert W_U(t) die Stellgröße Y(t) erzeugt, welche dann auf den Eingang des Spannungsfrequenzwandlers 2 der Wechselrichterschaltung G_si gegeben wird.

[0023] Bei einem solchen konventionellen Regelkreis gemäß Figur 1b muss die Regelgeschwindigkeit der Spannungsregeleinrichtung G_RU so langsam eingestellt werden, dass der Schwingstrom i_sw(t) auch beim Hochfahren den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet. Dies bedeutet, dass keine schnelle Regelung mit dem Spannungsregler G_RU möglich ist und damit auch Störungen nur langsam ausgeregelt werden. Bei einer Umdimensionierung der Wechselrichterschaltung G_si müssen außerdem die Reglerparameter des Spannungsreglers G_RU entsprechend angepasst werden, da hier ja nur eine indirekte Begrenzung des Schwingstroms i_sw(t) erfolgt.

[0024] Figur 2 zeigt im Vergleich zu Figur 1b deutlich die erfindungsgemäße Änderung der Struktur des Regelkreises. Bei dieser Ablöserregelung wird erfindungsgemäß zwischen zwei im Prinzip parallel geführten Regelkreisstrukturen umgeschaltet.

[0025] Wie beim Stand der Technik gemäß Figur 1b bildet auch hier die Röntgenröhren-Spannungsregeleinrichtung G_RU aus der Differenz zwischen der gewünschten Röntgenröhrenspannung, d. h. der Sollspannung W_U(t), und der tatsächlichen Röntgenröhrenspannung, d. h. der Ist-Röntgenröhrenspannung V_U(t) in sinnvoller Weise eine Stellgröße Y_U(t).

[0026] Zusätzlich wird jedoch mittels eines Glättungsglieds 7 der Schwingstrom i_sw(t) gemessen. Dieses Glättungsglied 7 wird durch die zusätzliche Zeitkonstante T_MI regeltechnisch beschrieben. Der dabei ermittelte Ist-Schwingstromwert V_I(t) wird mit einem maximal zulässigen Schwingstromwert W_{I_max} (=Sollwert) verglichen, d. h. es wird die Differenz dieser Werte gebildet und einer weiteren Regeleinrichtung, der Schwingstromregeleinrichtung G_RI, zugeführt, welche ebenfalls einen Stellgrößenwert Y_I(t) für die Stellgröße für die Wechselrichterschaltung G_si bildet.

[0027] Sowohl der erste Stellgrößenwert Y_U(t), der von der Spannungsregeleinrichtung G_RU gebildet wird, als auch der zweite Stellgrößenwert Y_I(t), der von der Schwingstromregeleinrichtung G_RI gebildet wird, werden zu einer Schalteinrichtung 8 geführt. Diese Schalteinrichtung 8 wählt zwischen den beiden Stellgrößenwerten Y_U(t) und Y_I(t) denjenigen Stellgrößenwert Y_U(t), Y_I (t) aus, der zum aktuellen Zeitpunkt t kleiner ist, und leitet diesen Stellgrößenwert Y_U(t), Y_I(t) als resultierenden Stellgrößenwert Y(t) an die Wechselrichterschaltung G_si weiter.

[0028] Beide Regeleinrichtungen G_RI, G_RU beinhalten hier jeweils einen PI-Regler. Durch den Integralanteil der PI-Regler wird eine bleibende Regelabweichung vermieden.

[0029] Diese Ablöseregelung gemäß Figur 2 hat den Vorteil, dass im _"Normalfall" die Spannungsregeleinrichtung G_RU für die Regelung der Röntgenröhrenspannung zuständig ist. Lediglich in den Fällen, in denen der von der Spannungsregeleinrichtung G_RU erzeugte aktuelle Stellgrößenwert Y_U(t) dazu führen würde, dass der Schwingstrom i_sw(t) einen erlaubten Maximalwert überschreiten würde, ist der von der Schwingstromregeleinrichtung G_RI erzeugte aktuelle Stellgrößenwert Y_I(t) kleiner als der von der Spannungsregeleinrichtung G_RU erzeugte Stellgrößenwert Y_U(t). Daher wird in diesen Fällen die Spannungsregeleinrichtung G_RU quasi außer Kraft gesetzt und es wirkt nur die Schwingstromregeleinrichtung G_RI. Dies hat den Vorteil, dass die Spannungsregeleinrichtung G_RU erheblich schneller eingestellt werden kann als bei einem Regelkreis gemäß dem Stand der Technik und somit dementsprechend schnell Störgrößen ausgeregelt werden können. Durch die Ablösung in Extremfällen wird dennoch sicher verhindert, dass der Schwingstrom i_sw(t) den zulässigen Maximalwert überschreitet.

[0030] Die Röntgenröhrenspannungsregelung selbst wird bei dem erfindungsgemäßen Aufbau im Normalfall nicht durch die Messzeitkonstante T_MI des Schwingstroms i_sw(t) verlangsamt, da das Glättungsglied 7 nicht im Regelkreis der Röntgenröhrenspannung liegt.

[0031] Da die Parameter der beiden Teilregelstrecken jeweils vom aktuellen Arbeitspunkt der Röntgenröhre 6 abhängen, lässt sich die Dimensionierung der beiden Regeleinrichtungen G_RU, G_RI wesentlich erleichtern, wenn ihre Kenngrößen, d. h. die Reglerverstärkungen und die Nachstellzeiten, arbeitspunktabhängig gesteuert werden. Hierzu werden, wie dies in Figur 2 schematisch dargestellt wird, den beiden Regeleinrichtungen G_RI, G_RU jeweils die Werte der eingestellten Röntgenröhrenspannung U_Rö und des eingestellten Röntgenröhrenstroms I_Rö zugeführt.

[0032] Figur 3 zeigt ein detaillierteres Strukturbild des Regelkreises gemäß Figur 2, wobei die Regelkreise hier zusätzliche, besonders vorteilhafte Merkmale aufweisen.

[0033] Ein zusätzliches Merkmal besteht darin, dass hier die Schalteinrichtung 8 weitere Eingänge aufweist, über die der Schalteinrichtung 8 ein Stellgrößenmaximalwert Y_max und ein Stellgrößenminimalwert Y_min vorgegeben werden. Die Schalteinrichtung 8 ist dabei so aufgebaut, dass zumindest der Stellgrößenminimalwert Y_min und maximal der Stellgrößenmaximalwert Y_max ausgegeben werden. Das heißt, es wird dynamisch ein Stellgrößenbereich vorgegeben, innerhalb dessen sich die aktuell an die Wechselrichterschaltung G_si weitergeleitete Stellgröße Y(t) bewegt. Der Stellgrößenmaximalwert Y_max und der Stellgrößenminimalwert Y_min werden in der Regel werkseitig eingestellt. Sie können insoweit auch durch entsprechende Auslegung der Schalteinrichtung 8 selbst bereits vorgegeben sein.

[0034] Außerdem ist in Figur 3 ein genauerer Aufbau der Spannungsregeleinrichtung G_RU und der Schwingstromregeleinrichtung G_RI dargestellt. Es handelt sich hierbei jeweils um PI-Regler mit einem Proportionalanteil 12, 15 und einem dahintergeschalteten Integralanteil 13, 14. Regelungstechnisch sind die Proportionalanteile 12, 15 wieder jeweils durch die Übertragungsfaktoren K_PRI bzw. K_PRU bestimmt und die Integralanteile 13, 14 durch die Zeitkonstanten T_NI bzw. T_NU.

[0035] Dieser in Figur 3 dargestellte Aufbau mit hintereinander geschalteten Proportionalanteilen 12, 15 und Integralanteilen 13, 14 hat gegenüber einer parallelen PI-Reglerstruktur den Vorteil, dass hier die Reglerverstärkungen K_PRI, K_PRU und die Nachstellzeiten T_NI, T_NU jeweils getrennt voneinander eingestellt werden können.

[0036] Als weiteres Merkmal wird bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils durch eine Verbindung des Ausgangs 9 der Schalteinrichtung 8 mit zusätzlichen Eingängen 10, 11 der Spannungsregeleinrichtung G_RU bzw. der Schwingstromregeleinrichtung G_RI der resultierende Stellgrößenwert Y(t) zurückgekoppelt. Intern wird außerdem der jeweils von der Regeleinrichtung G_RU, G_RI erzeugte eigene Stellgrößenwert Y_U(t), Y_I(t) vor den Integralanteil 13, 14 zurückgekoppelt und die Differenz zwischen dem rückgekoppelten, resultierenden Stellgrößenwert Y(t) und dem jeweils eigenen Stellgrößenwert Y_U(t), Y_I(t) gebildet.

[0037] Das heißt, beide Regeleinrichtungen G_RU, G_RI weisen jeweils Begrenzungsbeobachter auf, die derart gekoppelt sind, dass der Integralanteil 13, 14 der jeweils inaktiven Regeleinrichtung G_RU, G_RI vom Integralanteil 13, 14 der aktiven Regeleinrichtung - d. h. der Regeleinrichtung G_RU, G_RI, deren Stellgrößenwert Y_U(t), Y_I(t) gerade den resultierenden Stellgrößenwert Y(t) bildet - mitgeführt wird. Auf diese Weise werden Störungen beim Umschalten zwischen den Regeleinrichtungen G_RU,G_RI vermieden. Ansonsten würde die Gefahr bestehen, dass die Regeleinrichtungen G_RU, G_RI in den Anschlag laufen, was zur Folge hätte, dass die Integralanteile 13, 14 überladen werden. Dies würde wiederum eine Verschlechterung des Einschwingverhaltens beim Umschalten zur Folge haben (Wind-Up-Effekt).

[0038] Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren dargestellten Schaltungsanordnungen nur um Ausführungsbeispiele handelt und für den Fachmann eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bestehen. So kann z. B. auch eine adaptive Regelung des Spannungsreglers in der Weise erfolgen, dass die Nachstellzeit abhängig vom Röhrenspannungsistwert im Verlauf der Röhrenspannung eingestellt wird.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung (1) zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung
mit einer Wechselrichterschaltung (G_si) zur Erzeugung einer hochfrequenten Wechselspannung,
mit einem Hochspannungserzeuger (G_su) zur Umwandlung der hochfrequenten Wechselspannung in eine Hochspannung für die Röntgenröhre (6)
und mit einer Spannungsregeleinrichtung (G_RU), die auf Basis der Abweichung einer Ist-Röntgenröhrenspannung (V_U(t)) von einer Soll-Röntgenröhrenspannung (W_U(t)) einen ersten Stellgrößenwert (Y_U(t)) für eine Stellgröße für die Wechselrichterschaltung (G_si) zur Erreichung einer Anpassung der Ist-Röntgenröhrenspannung (V_U(t)) an die Soll-Röntgenröhrenspannung (W_U(t)) erzeugt,
gekennzeichnet durch
eine Messschaltung (7) zur Messung eines an einem Ausgang der Wechselrichterschaltung (G_si) anliegenden Schwingstroms (i_sw(t)) der hochfrequenten Wechselspannung,
eine Schwingstromregeleinrichtung (G_RI), um auf Basis der Abweichung eines ermittelten Ist-Schwingstromwerts (V_I (t)) von einem vorgegebenen Schwingstrom-Maximalwert (W_{I_max}) einen zweiten Stellgrößenwert (Y_I(t)) für die genannte Stellgröße zu erzeugen,
und eine der Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und der Schwingstromregeleinrichtung (G_RI) nachgeschaltete Schalteinrichtung (8), welche derart ausgebildet ist, dass sie den ersten Stellgrößenwert (Y_U(t)) und den zweiten Stellgrößenwert (Y_I(t)) vergleicht und nur den jeweils kleineren Stellgrößenwert (Y_U(t), Y_I(t)) als resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) an die Wechselrichterschaltung (G_si) weiterleitet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder die Schwingstromregeleinrichtung (G_RI) einen PI-Regler umfassen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang (9) der Schalteinrichtung (8) zur Rückführung des resultierenden Stellgrößenwerts (Y(t)) mit einem Eingang (10, 11) der Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder der Schwingstromregeleinrichtung (G_RI) verbunden ist und dass die Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder die Schwingstromregeleinrichtung (G_RI) derart ausgebildet sind, dass sie mit dem resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) mitgeführt werden, wenn der von der betreffenden Regeleinrichtung erzeugte Stellgrößenwert (Y_U(t), Y_I(t)) nicht als resultierender Stellgrößenwert (Y(t)) weitergeleitet wird.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie zumindest einen vorgegebenen Stellgrößenminimalwert (Y_min) als resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) an die Wechselrichterschaltung (G_si) weiterleitet.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (8) derart ausgebildet ist, dass sie maximal einen vorgegebenen Stellgrößenmaximalwert (Y_max) als resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) an die Wechselrichterschaltung (G_si) weiterleitet.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder die Schwingstromregeleinrichtung (G_RI) jeweils Mittel aufweisen, um in Abhängigkeit von einer eingestellten Röntgenröhrenspannung (U_Rö) und/oder in Abhängigkeit von einem eingestellten Röntgenröhrenstrom (I_Rö) zumindest eine Kenngröße der betreffenden Regeleinrichtung (G_RU, G_RI) zu variieren.

7. Röntgengenerator mit einer Schaltungsanordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Röntgeneinrichtung mit einem Röntgengenerator nach Anspruch 7.

9. Verfahren zur Erzeugung einer Röntgenröhrenspannung,
bei dem zunächst mittels einer Wechselrichterschaltung (G_si) eine hochfrequenten Wechselspannung erzeugt wird, welche dann in eine Hochspannung für die Röntgenröhre (6) umgewandelt wird,
wobei auf Basis der Abweichung eines Ist-Spannungswerts (V_U(t)) von einem Soll-Spannungswert(W_U(t)) mittels einer Spannungsregeleinrichtung (G_RU) ein erster Stellgrößenwert (Y_U(t)) für eine Stellgröße für die Wechselrichterschaltung (G_si) zur Anpassung des Ist-Spannungswerts (V_U(t)) an den Soll-Spannungswert (W_U(t)) erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf Basis der Abweichung eines an einem Ausgang der Wechselrichterschaltung (G_si) ermittelten Ist-Schwingstromwerts (V_I (t)) der hochfrequenten Wechselspannung von einem vorgegebenen Schwingstrom-Maximalwert (W_{I_max}) mittels einer Schwingstromregeleinrichtung (G_SI) ein zweiter Stellgrößenwert (Y_I(t)) für die genannte Stellgröße erzeugt wird,
und dann der erste Stellgrößenwert (Y_U(t)) und der zweite Stellgrößenwert (Y_I(t)) verglichen werden und der jeweils kleinere Stellgrößenwert (Y_U(t), Y_I(t)) als resultierender Stellgrößenwert (Y(t)) der Wechselrichterschaltung (G_si) zugeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder als Schwingstromregeleinrichtung (G_SI) ein PI-Regler verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der resultierende Stellgrößenwert (Y(t)) als ein Eingangswert an die Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder die Schwingstromregeleinrichtung (G_RI ) zurückgeführt wird und die betreffende Regeleinrichtung (G_RU, G_RI) mit dem resultierenden Stellgrößenwert (Y(t)) mitgeführt wird, wenn der von ihr erzeugte Stellgrößenwert (Y_u(t), Y_I(t)) nicht als resultierender Stellgrößenwert (Y(t)) der Wechselrichterschaltung (G_SI) zugeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vorgegebener Stellgrößenminimalwert (Y_min) als resultierender Stellgrößenwert (Y(t)) der Wechselrichterschaltung (G_si) zugeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass maximal ein vorgegebener Stellgrößenmaximalwert (Y_max) als resultierender Stellgrößenwert (Y(t)) der Wechselrichterschaltung (G_si) zugeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kenngröße der Spannungsregeleinrichtung (G_RU) und/oder der Schwingstromregeleinrichtung (G_RI) in Abhängigkeit von einer eingestellten Röntgenröhrenspannung (U_Rö) und/oder in Abhängigkeit von einem eingestellten Röntgenröhrenstrom (I_Rö) variiert wird.

Zeichnung