Brevet FR2666000A1 — publié le 19920221

DISPOSITIF D'ALIMENTATION ET DE REGULATION EN COURANT D'UN FILAMENT DE CATHODE D'UN TUBE RADIOGENE L'invention concerne un dispositif pour alimenter en courant un filament d'une cathode d'un tube radiogène et pour réguler ledit courant à une valeur sélectionnée. Un tube radiogène est généralement constitué comme une diode, c'est-àdire par deux électrodes dont l'une, appelée cathode, émet des électrons tandis que l'autre, appelée anode, reçoit ces électrons sur une petite surface qui constitue la source de rayonnement X. La cathode comporte un filament chauffé qui constitue la îO source d'électrons Quand la haute tension, fournie par un générateur, est appliquée aux bornes des deux électrodes, de façon que la cathode soit à un potentiel négatif, un courant dit anodique s'établit au travers du générateur et traverse l'espace entre la cathode et l'anode sous la forme d'un faisceau d'électrons dont l'intensité dépend de la température du filament, cette température étant fonction de la puissance dissipée dans le filament, c'est-à-dire du courant, appelé courant de chauffage, qui circule dans le filament. La quantité de rayons X émis par l'anode dépend principalement de l'intensité du courant anodique et donc du courant de chauffage du filament Aussi, le courant de chauffage de filament constitue un des paramètres importants qui doivent être déterminés pour chaque pose de radiographie ou de radioscopie au cours d'un examen radiologique d'un patient. Les paramètres de la pose sont déterminés en fonction de la nature de l'examen Généralement, ces paramètres sont prédéterminés par un opérateur qui en affiche les valeurs sur un pupitre de commande par lequel est commandé le fonctionnement des différents organes d'une installation de radiologie tels que, par exemple, le générateur haute tension et le générateur du courant de chauffage du filament De plus en plus souvent, les valeurs de ces paramètres sont déterminées à l'aide d'un dispositif à microprocesseur qui calcule et programme les valeurs optimales de ces paramètres en fonction, par exemple, du type d'examen désiré par le praticien et des caractéristiques spécifiques de l'installation. Les paramètres qui sont calculés et programmés sont, par exemple, la durée du temps de pose, l'énergie du rayonnement X par le choix de la valeur de la haute tension appliquée entre la cathode et l'anode et l'intensité du courant anodique par le choix, notamment, d'une valeur de l'intensité du courant de chauffage du filament. Il est à remarquer que l'intensité du courant de chauffage doit pouvoir être modifiée de manière importante, d'une pose à la suivante, par exemple de 1,5 ampère à 5,5 ampères mais aussi au cours d'une même pose En outre, ces valeurs de courant doivent être obtenus rapidement et automatiquement et être maintenues pendant le temps requis. Il existe de nombreux dispositifs d'alimentation et de régulation du courant de chauffage de filament d'un tube radiogène et l'un d'entre eux est décrit dans le brevet français 2 597 285 Ce dispositif de l'art antérieur, dont le schéma de principe est donné par la figure 1, comprend un circuit d'alimentation en courant 11 et un circuit de régulation 12 (y compris un circuit 8). Le circuit d'alimentation il comprend une source de tension continue 13 représentée par une pile 13 ' et un circuit onduleur 14 Le circuit onduleur 14 comprend un circuit hâcheur 31 comportant des interrupteurs 20 et 21 commandés par un circuit de commande 19 et des diodes 22 et 23, et un circuit résonant 10 comportant les condensateurs 24 et 25 et la bobine 26 Le circuit résonant 10 est connecté à un enroulement primaire 28 d'un transformateur d'isolement 9 dont le circuit secondaire 27 comporte le filament 15 de la cathode du tube radiogène 30 Le filament 15 est éventuellement alimenté par l'intermédiaire d'un circuit redresseur 29 qui est par exemple du type à diodes et à condensateur de filtrage. Le circuit de régulation 12 comprend un circuit de détection 8 du courant de chauffage du filament et un circuit de mesure 16 de ce courant de chauffage du filament, un circuit comparateur 17 du courant mesuré avec une valeur prédéterminée, dite de consigne, un circuit convertisseur 18 tension-fréquence variable qui est appliqué au circuit onduleur 14 de manière à en modifier la fréquence et ainsi obtenir un courant de chauffage dont la valeur est égale à une valeur de consigne Ic. Le dispositif qui vient d'être décrit succinctement présente les inconvénients suivants Le blocage brutal des transistors des interrupteurs 20 et 21 du circuit onduleur 14 donne naissance à des variations rapides du courant qui créent des signaux parasites, ces derniers perturbant les circuits environnants et, notamment, le circuit primaire 28 du transformateur qui comporte le circuit de détection 8 du courant de chauffage Les signaux de mesure comportent donc des parasites qui créent une erreur dans le circuit de régulation 12. Lorsque cette erreur est reproductible, elle peut-être corrigée par étalonnage du dispositif. Une telle reproductibilité n'est possible que si le régime de fonctionnement est stable, ce qui est obtenu par une régulation de la tension E de la source 13. Le blocage brutal des transistors du circuit onduleur 14 a aussi pour effet que le courant qui circule dans le filament 15 a une forme évoluant entre la sinusoïde et la dent de scie lorsque la tension E de la source varie. Or, dans le circuit de régulation 12, il est prévu de calculer le courant efficace qui caractérise la température du filament en portant au carré la mesure effectuée Lorsque le courant de chauffage se rapproche de la dent de scie, sa valeur au carré présente des pointes qui correspondent à des harmoniques de rang élevé que le circuit de mesure de la valeur efficace ne peut reproduire car sa bande passante est insuffisante. Pour éviter un tel phénomène, il est connu de réguler la tension E de la source de tension 13. Un but de la présente invention est donc de réaliser un circuit d'alimentation dans lequel les phases de fonctionnement du circuit onduleur ne comportent pas de blocage brutal du courant dans les semi-conducteurs, ni de forme d'onde de courant de filament présentant des harmoniques élevés. Pour atteindre ce but, l'invention propose un circuit onduleur du type hyporésonant à fonctionnement discontinu dans lequel la fréquence de commutation des semi-conducteurs du circuit onduleur est inférieure à la fréquence de résonance du circuit résonant et dans lequel la commutation des semi-conducteurs est effectuée lorsque le courant dans ces derniers est nul. L'invention concerne donc un dispositif d'alimentation et de régulation du courant d'un filament d'une cathode d'un tube radiogène comportant un circuit d'alimentation en courant dudit filament et un circuit de régulation dudit courant, ledit circuit d'alimentation comprenant: une source de tension continue, un circuit onduleur pour obtenir des impulsions de courant à partir de la source de tension continue, et un transformateur d'isolement dont l'enroulement primaire est connecté à la sortie du circuit onduleur, caractérisé en ce que le circuit onduleur est du type hyporésonant et fournit des impulsions de courant haute fréquence, et en ce que le transformateur d'isolement, du type impulsionnel, a 1 o son enroulement secondaire qui est directement connecté audit filament de la cathode. Le circuit de régulation de la figure 1, correspondant à l'art antérieur, présente un temps de retard important entre l'application d'une valeur de consigne et la réalisation de cette consigne au niveau du courant de filament Ce temps de retard est dû au filtrage introduit par le circuit de calcul de la valeur efficace du courant de filament dans la chaîne de mesure Or, tout filtrage dans la chaîne de mesure est équivalent à une dérivation dans la chaîne directe, dérivation qui est source d'instabilité Pour éviter cette instabilité, la chaîne directe comporte un filtrage qui limite beaucoup la bande passante de la boucle d'asservissement, ce qui se traduit par le retard signalé ci-dessus. Un autre but de la présente invention est donc de réaliser un circuit de régulation qui ne comporte pas de circuit de filtrage dans la chaîne de mesure. Pour atteindre un tel but, le signal de mesure est élevé du carré et est comparé à la valeur au carré d'une consigne et il n'est donc pas nécessaire d'utiliser un circuit de calcul de la racine carrée qui comporterait un circuit de filtrage. Ainsi le circuit de régulation est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de mesure du courant I(t) dans le filament, un circuit de calcul du carré 12 (t) du courant I(t), un circuit différentiateur pour obtenir la différence e entre 12 (t) et un signal I 2 ref représentant le carré du courant Iref à obtenir dans le filament, un circuit intégrateur de la différence e, un circuit comparateur pour comparer le signal intégré à un seuil et obtenir un signal de sortie dès que le signal intégré dépasse ledit seuil, un circuit de commande du circuit onduleur qui est commandé par le signal de sortie du deuxième circuit comparateur et fournit des signaux de commande des interrupteurs du circuit onduleur de manière à créer une impulsion de courant dans l'enroulement primaire du transformateur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'alimentation et de régulation du courant de filament d'un tube radiogène selon l'art antérieur, la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'alimentation et de régulation du courant de filament d'un tube radiogène selon la présente invention. la figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié du circuit de commande 51 du schéma de la figure 2, et les figures 4-a à 4-h sont des diagrammes de signaux en fonction du temps qui sont utiles pour la compréhension du fonctionnement du dispositif d'alimentation et de régulation selon la présente invention. Le schéma de la figure 1 a été décrit succinctement dans le préambule pour montrer certains inconvénients des dispositifs d'alimentation et de régulation du courant de filament de tubes radiogènes selon l'art antérieur. Le dispositif d'alimentation et de régulation du courant d'un filament 40 de cathode d'un tube radiogène 41 comportant une anode 42 comprend un circuit d'alimentation en courant 43 et un circuit de régulation 44 du courant circulant dans le filament 40. Le circuit d'alimentation 43 comprend une source de tension continue 45, un circuit onduleur 46 et un transformateur d'isolement 50. La source de tension continue 45 peut être de tous types connus sans régulation de tension Elle comprend, par exemple, une source 47 de tension alternative qui est connectée à des diodes Dl à D 4 montées en pont redresseur double alternance Les bornes de sortie du pont redresseur sont connectées au circuit onduleur 46 par l'intermédiaire d'une cellule de filtrage qui est constituée principalement d'un condensateur électrolytique Cl. Le circuit onduleur 46 comprend un circuit hâcheur 48 et un circuit résonant 49. Le circuit hâcheur 48 comprend, par exemple, deux transistors à effet de champ Tl et T 2 qui sont connectés en série sur les bornes de sortie du circuit d'alimentation 45 et deux diodes D 5 et D 6 qui sont connectées respectivement en parallèle entre le- drain et la source des transistors Tl et T 2 dont les sorties sont connectées chacune à la grille de commande du transistor Tl ou T 2 de manière que leur anode soit connectée à la source du transistor correspondant Il comprend également un circuit de commande 51 des transistors Tl et T 2. Le circuit résonant 49 comprend, par exemple, deux condensateurs C 2 et C 3 qui sont connectés en série sur les bornes de sortie du circuit onduleur 48 et une bobine Ll dont une borne est connectée directement à l'anode de la diode D 5 et dont l'autre borne est connectée, par l'intermédiaire d'un enroulement primaire 52 du transformateur 50, au point commun C des condensateurs C 2 et C 3. Le transformateur d'isolement 50, du type à impulsions, comporte, outre l'enroulement primaire 52, un enroulement secondaire 53 dont les bornes de sortie sont connectées directement au filament 40 de la cathode du tube radiogène 41 Il est à remarquer que, par rapport au schéma de la figure 1, il n'y a pas de circuit redresseur dans le circuit secondaire de sorte que le filament 40 est alimenté en courant impulsionnel. Cependant, le dispositif selon l'invention peut être mis en oeuvre dans le cas o un circuit redresseur est connecté entre l'enroulement secondaire 53 et le filament 40. Le circuit onduleur 46 est du type hyporésonant, c'est-à-dire que la fréquence de commutation des transistors Tl et T 2, telle que définie par le circuit de commande 51, est inférieure à la fréquence de résonance du circuit résonant 49. Le circuit de régulation 44 comprend un circuit 54 de détection et de mesure du courant de chauffage I(t) qui est connecté, par exemple, dans le circuit primaire 52 du transformateur 50 Le signal détecté par ce circuit de mesure est appliqué à un circuit multiplieur 55 qui effectue la multiplication du signal d'entrée proportionnel à I(t) par lui-même de sorte que le signal à la sortie est proportionnel à I 2 (t) Le signal sortie proportionnel à I 2 (t), est appliqué à une entrée d'un circuit différentiateur 56 qui reçoit par ailleurs, sur son autre entrée, un signal de référence I 2 ref correspondant au courant Iref que l'on souhaite obtenir dans le filament 40 Ce signal I 2 ref est fourni par un dispositif de commande 59 Le signal d'erreur e = I 2 ref 12 (t) est appliqué à un circuit intégrateur 57 dont le signal de sortie est appliqué à un comparateur 58 dont le potentiel de référence est la masse Le comparateur 58 fournit une impulsion dès que le signal intégré est, par exemple, supérieur au potentiel de la masse et cette impulsion dure jusqu'au moment o ledit signal intégré devient inférieur au potentiel de la masse Cette impulsion, fournie par le comparateur 58, est appliqué au circuit de commande 51 pour déclencher la conduction de l'un ou l'autre transistor Tl ou T 2 selon que le transistor qui a été précédemment conducteur a été T 2 ou Tl. La figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié du circuit de commande 51; ce dernier comprend un circuit logique ET 60 dont une entrée 60- a est connectée à la sortie du circuit comparateur 58 et dont l'autre entrée -b est connectée à un circuit retardateur 64 La sortie du circuit ET 60 est connectée, d'une part, à une entrée d'un circuit bistable 61 et, d'autre part, à l'entrée de deux circuits retardateurs, l'un référencé 64 et l'autre référencé 65 Le circuit bistable 61 comporte deux sorties 61-a et 61-b, correspondant la première à l'état 1 et la deuxième à l'état 0, qui sont connectées respectivement à une des deux entrées de circuits logiques ET 62 et 63 L'autre entrée des circuits ET 62 et 63 est connectée à la sortie du circuit retardateur 65. Le circuit ET 60 fournit une impulsion de commande de changement d'état du circuit bistable 61 chaque fois que le circuit 58 fournit une impulsion et qu'un certain temps ou délai el s'est écoulé depuis la dernière impulsion Ce délai el est obtenu à l'aide du circuit retardateur 64. Le circuit bistable 65 fournit les signaux de commande des transistors Tl et T 2 par l'intermédiaire des circuits ET 62 et 63 dont l'ouverture est commandée par le signal du circuit retardateur 65 qui fixe la durée minimale de conduction e 2 desdits transistors. Les valeurs de el et e 2 peuvent être respectivement de microsecondes et 37 microsecondes dans le cas o la fréquence maximale de commutation est de 20 kilohertz. Le fonctionnement du dispositif d'alimentation et de régulation selon l'invention sera maintenant expliqué à l'aide des figures 2, 3 et 4 en supposant qu'une impulsion T'l, (figure 4-g) est appliquée au temps to à l'électrode de commande du transistor Tl Cette impulsion T'l rend et maintient conducteur le transistor Tl et un courant il (figure 4-a) dit positif, circule dans le transistor Tl, la bobine Li, l'enroulement primaire 52 du transformateur 50, les condensateurs C 2 et C 3 et la source 45 (en fait i 1/2 dans chaque condensateur). Ce courant il donne naissance à une tension V (figure 4-b) de forme sinusoïdale aux bornes de l'enroulement primaire 52 et il en résulte un courant I(t) (figure 4-c) dans l'enroulement secondaire 53 du transformateur 50, courant d'allure identique au courant il circulant dans l'enroulement primaire. Le courant il charge le condensateur C 3 et décharge le condensateur C 2 du circuit résonant et leur tension de charge s'oppose à la circulation du courant il de sorte que ce dernier s'annule au temps tl Le condensateur C 3 se décharge ensuite alors que le condensateur C 2 se il charge et un courant i 2 (figure 4-a), dit négatif, circule dans les condensateurs C 2 et C 3 (en fait i 2/2 dans chaque condensateur), 1 'enroulement primaire 52, la bobine Ll la diode D 5 et la source 45 Ce courant négatif donne naissance à une tension négative (figure 4-b) aux bornes de l'enroulement primaire 52 et, par voie de conséquence, à un courant I(t) (figure 4-c) négatif dans l'enroulement secondaire 53 Lorsque le courant i 2 s'annule, 1 O l'impulsion est terminée. Après un temps variable qui est déterminé par le circuit de régulation, une impulsion T'2 est appliquée à l'électrode de commande du transistor T 2 au temps t'O pour le rendre conducteur Un courant i'1, dit négatif, circule alors dans le transistor T 2, la source 45, les condensateurs C 2 et C 3 (en fait i'l/2 dans chaque condensateur), l'enroulement primaire 52 du transformateur 50 et la bobine Ll Ce courant négatif donne naissance à une tension V négative (figure 4-b) aux bornes de l'enroulement primaire 52 et il en résulte un courant I(t) négatif (figure 4-c) dans l'enroulement secondaire 53 du transformateur 50, courant d'allure identique au courant i'l circulant dans l'enroulement primaire. Le courant i'l négatif charge le condensateur C 2 et décharge le condensateur C 3 et leur tension de charge s'oppose à la circulation du courant i'l de sorte que ce dernier s'annule au temps t'1 Le condensateur C 2 se décharge ensuite tandis que le condensateur C 3 se charge et un courant i 12 positif circule dans les condensateurs C 2 et C 3 (en fait i'2/2 dans chaque condensateur), l'enroulement primaire 52, la bobine Ll, la diode D 6 et la source 45 Ce courant positif donne naissance à une tension positive (figure 4-b) aux bornes de l'enroulement primaire 52 et, par voie de conséquence, à un courant I(t) positif (figure 4-c) dans l'enroulement secondaire 53 Lorsque le courant i'2 s'annule, l'impulsion est terminée. Le circuit de commande 51, décrit en relation avec la figure 3, fonctionne de la manière suivante en supposant que le transistor qui vient d'être conducteur est le transistor T 2 Lorsque le circuit 58 fournit l'impulsion 70 (figure 4-f), son front avant commande le changement l'état (mise à l'état 1) du circuit bistable 61 par l'intermédiaire du circuit ET 60 à condition que la deuxième entrée de ce circuit ET reçoive le signal d'autorisation 71 (figure 4-h) donnée par le circuit retardateur 64 Le signal fourni par le circuit ET 60 remet à zéro les deux circuits retardateurs 64 et 65 de manière que le circuit ET 60 se ferme pendant le temps el (figure 4-h) et que les circuits ET 62 et 63 s'ouvrent pendant le temps e 2 (figure 4-g) Cependant, seul le circuit ET 62, qui reçoit le signal d'état 1 du circuit bistable 61, fournit un signal qui rend conducteur le transistor Tl. Comme on l'a indiqué précédemment, la durée de ce signal est déterminée par la durée e 2 du signal T'l fourni par le circuit retardateur 65, c'est-à-dire au moins égale à la demi-période de la fréquence maximale de commutation, de manière que le transistor Tl (ou T 2) soit maintenu dans l'état conducteur pendant le temps e 2 Le signal T'l (ou T'2) se termine donc toujours après l'instant t 1 (ou t'1). Un temps el après l'impulsion 70, le circuit retardateur 64 fournit un signal 71 ' d'ouverture du circuit ET 60 de sorte que l'impulsion suivante 70 ' change l'état du circuit bistable 61 qui passe à l'état 0, termine le signal 71 ' par l'intermédiaire du circuit retardateur 64 et fournit le signal T'2 par l'intermédiaire du circuit retardateur 65 Le circuit ET 63 fournit alors un signal de durée 02 qui rend conducteur le transistor T 2. Lors du cycle suivant, le transistor TI sera conducteur car le circuit bistable 61 reviendra à l'état 1. Le circuit de commande 51 décrit en relation avec la figure 3 comporte deux circuits retardateurs 64 et 65 mais on comprend qu'ils peuvent être réalisés à l'aide d'un seul circuit retardateur. Dans le dispositif d'alimentation et de régulation du courant de filament selon l'invention, la régulation de la valeur du courant est obtenue par des impulsions alternatives de courant qui sont sensiblement identiques mais inverses à chaque cycle mais dont la fréquence varie pour obtenir la valeur souhaitée Iref Ainsi, dans le cas o Iref augmente la différence e augmentera et la pente (partie 73-fig 4-e) du signal intégré augmentera également de sorte que l'impulsion 70 ' apparaîtra un peu plus tôt et déclenchera donc le transistor T 2 plus tôt. Dans la description du fonctionnement du circuit onduleur, on a indiqué que les courants il, i 2, i'1 et i'2 circulaient dans les condensateurs C 2 et C 3 mais il est clair que chacun de ces courants se divise en deux parties égales au point C, une moitié vers la branche contenant le condensateur C 2 et l'autre moitié vers la branche contenant le condensateur C 3. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'alimentation et de régulation du courant d'un filament ( 40) d'une cathode d'un tube radiogène ( 41) comportant un circuit d'alimentation en courant ( 43) dudit filament et un circuit de régulation ( 44) dudit courant, ledit circuit d'alimentation ( 43) comprenant: une source de tension continue ( 45), un circuit onduleur ( 46) pour obtenir des impulsions de courant à partir de la source de tension continue ( 45), et un transformateur d'isolement ( 50) dont l'enroulement primaire ( 52) est connecté à la sortie du circuit onduleur ( 46), caractérisé en ce que: le circuit onduleur ( 46) est du type hyporésonant et fournit des impulsions de courant haute fréquence, et en ce que le transformateur d'isolement ( 50), du type impulsionnel, a son enroulement secondaire ( 53) directement connecté audit filament ( 40) de la cathode. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de régulation ( 44) comprend: un circuit de détection ( 54) du courant I(t) dans le filament ( 40), un circuit de calcul ( 55) du carré I 2 (t) du courant I(t), un circuit différenciateur ( 56) pour obtenir la différence e entre I 2 (t) et un signal I 2 ref représentant le carré du courant Iref à obtenir dans le filament ( 40), un circuit intégrateur ( 57) de la différence e, un circuit comparateur ( 58) pour comparer le signal intégré à un seuil et obtenir un signal de sortie dès que le signal intégré dépasse ledit seuil, un circuit de commande ( 51) du circuit onduleur ( 46) qui est commandé par le signal de sortie dudit deuxième circuit comparateur ( 68) et fournit des signaux de commande des interrupteurs (Tl,T 2) du circuit onduleur ( 46) de manière à créer des impulsions de courant dans l'enroulement primaire ( 52) du transformateur. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande ( 51) comprend: un premier circuit ET ( 60) dont une des deux entrées est connectée à la sortie du deuxième circuit comparateur ( 58), un circuit bistable ( 61) dont l'entrée de commande est connectée à la sortie du premier circuit ET ( 60) de manière à changer d'état à chaque signal fournit par ce dernier, un deuxième circuit ET ( 62) dont une des deux entrées est connectée à la sortie du circuit bistable ( 61) correspondant à l'état 1, un troisième circuit ET ( 63) dont une des deux entrées est connectée à la sortie du circuit bistable ( 61) correspondant à l'état O, un premier circuit retardateur ( 64) dont l'entrée est connectée à la sortie du premier circuit ET ( 60) et dont la sortie est connectée à la deuxième entrée du premier circuit ET ( 60), et un deuxième circuit retardateur 65 dont l'entrée est connectée à la sortie du premier circuit ET ( 60) et dont la sortie est connectée à l'autre entrée des deuxième et troisième circuits ET ( 62,63).