JPH02126600A - インバータ式ｘ線発生電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ｘ線発生用電源装置に係り、特に装置の小型
・軽量化を計るために共振型インバータを用いたｘＩｊ
Ａ発生用電源装置に対する改良技術に関するものである
１゜ 〔従来の技術〕 Ｘ線発生用電源装置の小型・軽量化を計るには、商用電
源の電圧をＸ線管に印加するための高電圧に昇圧する高
圧変圧器を小型で軽量な物とすることが最も大きな課題
であった。

高圧変圧器は、それへの入力電圧の周波数を高くするこ
とで小型・軽量化が計れるものである。

そのような高圧変圧器への入力電圧を高周波化する技術
は、近年発達の著しい電力制御用の半導体デバイスをス
イッチング素子として用いることによって開発されてい
る。すなわち、商用電源を整流した直流電圧又は蓄電池
により供給される電圧を、前記スイッチング素子により
構成したインバータで高周波電圧に変換して高圧変圧器
に入力する。いわゆるインバータ式Ｘ線発生用電源装置
として実用化されている。

そのようなインバータ式Ｘ線装置の一方式として、米国
特許第４２２５７８８号に開示されている直列共振型イ
ンバータを用いたものがある。

上記直列共振型インバータ式Ｘ線発生用電源装置は、高
圧変圧器の漏洩インダクタンスＬｔと、この変圧器の一
次巻線と直列に接続されたコンデンサＣとの共振を利用
するもので、基準インピーダンスＪ［）てに対して、負
荷抵抗Ｒ，（Ｘ線管の等価抵抗で、Ｘ線管電圧／Ｘ線管
電流）と出力電力Ｐｏとの間には、第３図のような関係
がある。

すなわち、基準インピーダンスに対して出力Ｐｏが最大
となる負荷抵抗Ｒｘがあり、実際の装置を構成するに当
っては、この条件に合うように上記漏洩インダクタンス
Ｌｔ　、コンデンサの容量Ｃ１高圧変圧器の巻数比等を
選定する必要があるので、共振型インバータを用いたか
らと言っても、装置を構成するうえでの制限は残る。

ところで　−膜内にＸ線装置はＸ線発生条件（Ｘ線管電
圧／Ｘ線管電流、Ｘ線放射時間）の範囲が非常に広く、
管電圧において２０ＫＶ程度から１５０ＫＶ程度までの
広い範囲での制御が要求され、管電流において０．１ｍ
Ａ程度から１０１００Ｏ程度までの範囲での制御が要求
されるものであるが、従来の共振型インバータを用いた
装置での管電圧制御は、インバータの周波数制御や位相
制御によってなされていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｘ線発生装置へ上記各制御方式の共振型インバータを用
いた場合に次のような問題点が生ずる。

（１）周波数制御方式の場合 周波数制御方式の共振型インバータは、高圧変圧器の漏
洩インダクタンスＬｔ　と共振用のコンデンサＣによっ
て決まる共振周波数 作周波数Ｆ、を変えるもので、入力電圧ｖｉと高圧変圧
器の出力電圧Ｖｏとの比Ｖ　ｏ　／　Ｖ　Ｉと、上記周
波数の比Ｆ　Ｉ／　Ｆ　ｒとの関係は、負荷抵抗Ｒ。

（Ｒ１＞Ｒ２＞・・・〉Ｒ５）をパラメータとすると第
４図のようになることが米国特許第４５０４８９５号に
て知られている。この方式では、Ｆｌ／Ｆｒ幻１のとき
にＶｏが最大となり、インバータの動作周波数Ｆｌを共
振周波数Ｆｒより低くするか、または高くするとＶ。が
低下する。現実的には共振周波数Ｆ、を高くするよりは
低くする方が、スイッチング素子でのターンオン・ター
ンオフ損失が小さくなるのでＦｌを低くすることでＶｏ
を下げることになる。

ところが、前述のように管電圧を４０ＫＶ〜１５０ＫＶ
もの広い範囲で制御する場合、低管電圧を設定しようと
すると、インバータの動作周波数Ｆ１が人間にとっての
可聴周波数領域内（２０ＫＨｚ以下）へ入ってしまい、
高圧変圧器から生ずる音が騒音となってしまうという問
題があった。

また、インバータの動作周波数Ｆ＋　を下げると、高圧
変圧器における印加電圧時間積が大きくなるので、高圧
変圧器の鉄心の断面積を大きくしなければならず、高圧
変圧器が大型化し、共振型インバータを組み合わせたメ
リットが失われるという問題を有していた。

（２）位相制御方式の場合 位相制御方式の共振型インバータを用いたＸ線発生装置
は、例えば特開昭６３−１９０５５６号公報に記載され
ている。位相制御方式の詳しい説明は前記公報に記載さ
れているので省略する。

位相制御方式の共振型インバータを用いれば、前記周波
数制御方式の主たる問題点は解決されるが、前記管電圧
を２０ＫＶ〜１５０ＫＶもの広い範囲で制御する場合、
インバータへの入力電圧を、例えば２００Ｖの単相商用
電源とすると、管電圧の高い範囲ではインバータのスイ
ッチング素子を流れるインバータ電流が大きくなるので
、半導体デバイスは電流容量の大きなものを用いなけれ
ばならない問題があった。この問題は周波数制御方式に
おいても同じである。

本発−明は、高圧変圧器を従来装置よりも更に小型・軽
量にするとともに、スイッチング素子として用いる半導
体デバイスを電流容量の小さなものにすることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、交流電源電圧を受電しそれを整流する第一
の整流回路と、この第一の整流回路の出力電圧を平滑す
る平滑回路と、この平滑回路の出力電圧を高周波交流に
変換する共振型インバータと、このインバータの出力電
圧を昇圧する高圧変圧器と、この高圧変圧器の出力電圧
を整流する第二の整流回路と、この第二の整流回路の出
力電圧が平滑して印加されるＸ線管と、このＸ線管に印
加される電圧を制御するインバータ制御回路とを備えた
インバータ式Ｘ線発生用電源装置において、前記第一の
整流回路と平滑回路とで倍電圧整流回路を構成するとと
もに、Ｘ線管電圧の設定値が所定値より高いか低いかを
判定しその結果を前記インバータ制御回路へ出力する設
定管電圧判定回路と、この設定管電圧判定回路の判定結
果が高いとき前記交流電源を前記倍電圧整流回路へ接続
し、判定結果が低いとき前記交流電源を前記第一の整流
回路へ接続する電源接続切換手段とを設けることにより
達成される。

〔作用〕

管電圧が設定されると、設定値に対応した信号が設定管
電圧判定回路に入力される。設定管電圧判定回路は予め
設定された管電圧の所定値に対し設定管電圧が高いか低
いかを判定する。この判定結果に従ってインバータ及び
電源接続切換手段は制御され、設定ｑ：ｆ　Ｎ圧が所定
値より高いときには電源を倍電圧整流回路へ接続し、低
いときには電源を第一の整流回路へ接続する。このよっ
に管電圧の設定値に応じてインバータへ印加される電圧
は高低２種類に設定される。したがって、高圧変圧器に
おける昇圧比は低減でき、２００Ｖ電源使用時を例にと
ると１本発明を実施した場合、従来装置より高圧変圧器
の巻数比は約１／４となり、高圧変圧器の小型・軽量化
が計れる。また、管電圧が高いときには、インバータへ
の入力電圧を高くするため、インバータ電流が低減し、
半導体デバイスは容量の小さいものを使用することがで
きるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第２図により説明す
る。

第１図は本発明の一実施例によるインバータ式Ｘ線発生
用電源装置の主要回路を示している。図において、１及
び２は一極の接触器で単相入力電源の一相に挿入されて
いる。３は４個のダイオード３−１〜３−４をブリッジ
接続して成る全波整流回路、４，５は平滑コンデンサ、
６はトランジスタ７〜１ｏとこれらのトランジスタに逆
並列接続されたダイオード１１〜１４とから成るフルブ
リッジ型インバータ、１５は高圧変圧器１６の一次巻線
に直列接続された共振用コンデンサ、１７は高圧変圧器
の出力電圧を整流する整流回路、１９はＸ線管、１８は
Ｘ線管１９のアノードとカンード間に印加される電圧（
以下、管電圧と記す）を検出する抵抗、２０は管゛Ｉａ
圧設定値と前記管電圧検出値とを比較し、この両者が一
致するようにインバータ６を制御する周波数信号を生成
する電圧制御器、２１は電圧制御器２０の出力信号を切
幅し、インバータ６のトランジスタ７〜１０のベースへ
それを供給するベースドライブ回路、２２は管電圧設定
信号を入力し、設定管電圧が所定値より高いか低いかを
判定する設定管電圧判定回路であり、その判定結果に基
づいて、接触器１と２を二者択一的に開閉する信号及び
接触器の１と２のどちらを閉路しているかの信号を電圧
制御回路２ｏへ出力するものである。

上記構成において、全波整流回路３と平滑コンデンサ４
，５と接触器１，２との関係について説明する。第２図
（Ａ）に示すように、接触器１を開路して接触器２を閉
路すると、交流電源電圧はその一相がダイオード３−１
と３−２との接続点に、他の一相がダイオード３−３と
３−４との接続点に入力され、入力電圧は全波整流され
、平滑コンデンサ４，５で平滑されてインバータ６へ出
力される。上記とは逆に第２図（Ｂ）に示すように、接
触器１を閉路して接触器２を開路すると、交流電源電圧
はその一相がダイオード３−１と３−２との接続点に入
力され、他の一相は平滑コンデンサ４と５との接続点に
入力される。このとき全波整流回路３と平滑コンデンサ
４，５とは半波の倍電圧整流回路を形成し、入力電圧は
倍電圧整流され平滑されてインバータ６へ出力される。

次に第１図により上記実施例の回路動作を説明する。先
ず、被検者の撮影部位に応じたＸ線条件（管電圧、管電
流、撮影時間）を設定する。本発明は管電圧の制御に係
わるものであるため、第１図は管電圧制御に関係した主
要部のみを示している。いま管電圧を消化管撮影の９０
ＫＶを設定すると、その値に対応したＸ線管電圧設定信
号が電圧制御回路２０及び設定管電圧判定回路２２へ入
力する。管電圧設定信号が入力すると、設定管電圧判定
回路２２は設定管電圧が予め設定された所定値、例えば
前述の管電圧制御範囲の最大値１５０ＫＶの１／２の値
７５ＫＶより高いか低いかを判定する。この場合、その
判定は当然高いとなり、設定管電圧判定回路２２は接触
器１を閉路し、接触器２を開路する信号を出力するとと
もに、電圧制御回路２ｏヘインバータ６へ印加される電
圧は電源電圧を倍電圧整流したものであることを伝える
信号を出力する。すると、電圧制御回路２０はＸ線管電
圧設定信号と設定管電圧判定回路２２がらの信号とによ
り、管電圧を設定値にするために必要なインバータ６へ
の制御信号を生成する。この制御信号はベースドライブ
回路２１で増幅されてインバータ６のトランジスタ７〜
１０のベースへ供給される。

ここでｘｖＡ曝射信号（図示省略）を人力すると、交流
電源電圧は前述の倍電圧整流回路にて整流・平滑され、
入力電圧より高められてインバータ６へ印加される。イ
ンバータ６は前記制御信号に対応した周期で、トランジ
スタ７と１０、及び８と９とを対として交互にターンオ
ン／ターンオフするスイッチング動作を開始し５コンデ
ンサとインダクタンスで定まる振動周期の電流（共振電
流）が高圧変圧器１６に流れる。

振動周期を定めるコンデンサとインダクタンスのうち、
コンデンサは高圧変圧器１６の一次巻線に直列接続され
た共振用コンデンサ１５と、高圧変圧器１６の二次巻線
の層間に存在する浮遊容量と、高圧ケーブルの浮遊容量
（図示省略）とであり、インダクタンスは高圧変圧器１
６の漏洩インダクタンスと配線のインダクタンスとであ
る。

１〜ランジスタフ′、１０がターンオンされた前記周波
数の周期の半周期間内において、共振電流は先ず、トラ
ンジスタ７→共振コンデンサ１５→高圧変圧器１６の一
次巻線→トランジスタ１０の回路で共振周波数の弧を描
いて流れ、ある時間（共振周期の１／２）経過後に共振
電流が零となり。

今度は逆方向にダイオード１４→高圧変圧器１６の一次
巻線→共振コンデンサ１５→ダイオード１１の回路で流
れる。そして、トランジスタ７゜１ｏがターンオフし、
次の半周期には、トランジスタ８，９がターンオンする
。すると、上記に対し、［−ランジスタ及びダイオード
を入れ替えた回路で共振電流が流れる。

この高圧変圧器１６の一次巻線を流れる一次電流から高
圧変化器１６の励６３１電流と二次巻線の；・ｌ遊客量
に流れる電流とを；威じた交流電流が整流回路１７で整
流され、高圧ケーブルの動遊容量で平滑されてＸ線管１
９へ印加される。

管電圧検出用抵抗１８により検出された実際の管電圧に
対応した信号は電圧制御回路２０に入力され、設定管電
圧信号とそれとの差が零となるように、インバータの動
作周波数あるいはパルス幅を制御するための信号が作成
され、この信号はベースドライブ回路２１を介してトラ
ンジスタ７〜１０のベースに与えられる。これにより次
の周期におけるインバータ６の動作周波数が補正され、
管電圧が設定値に対し正確に制御される。

次に低管電圧で撮影を行う場合について説明する。撮影
部位を軟部組織として、管電圧を４゜ＫＶに設定する。

設定管電圧４０ＫＶに対応した信号が、電圧制御回路２
０及び設定管電圧判定回路２２へ入力すると、設定管電
圧判定回路２２は前述の７５ＫＶと４０ＫＶとの大小比
較を行す。

その判定結果は小となるので、設定管電圧判定回路２２
は接触器１を開略し、接触器２を閉略する信号を出力す
るとともに、電圧制御回路２０ヘインバータ６へ印加さ
れる電圧は電源電圧を全波整流したものであることを伝
える信号を出力する。

電圧制御回路２０はＸ線管電圧設定信号と設定管電圧判
定回路２２からの信号とにより管電圧を設定値にするた
めに必要なインバータ６への制御信号を生成する。この
制御信号はベースドライブ回路で増幅されてインバータ
６のトランジスタ７〜１ｏのベースへ供給される。以後
の動作は管電圧を高く設定した場合と同様であるので説
明を省略する。

以上の実施例によれば、設定管電圧が所定値より高い場
合には電源電圧を倍電圧整流してインバータへ供給し、
設育管電圧を所定値より低い場合には電源電圧を全波整
流してインバータへ供給することが自動的に可能となる
。設定管電圧が高い場合にインバータ及び高圧変圧器の
一次巻線への印加電圧は、従来装置のように電源電圧を
全波・電流したものでなく、電源電圧を倍電圧整流した
ものとなるので、高圧変圧器の巻数比は従来の約１７４
程度にでき、高圧変圧器は著しく小型・軽量化される。

また、巻数比が小さくできることから、二次巻線の浮遊
容量も小さくでき、高圧変圧器の効率も良くなる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、種
々の変更が可能であることは言うまでもない。上記実施
例では、インバータは周波数制御方式の直列共振型で説
明したが１位用制御方式としても良く、また他の共振型
でも良い。また、インバータのスイッチング素子として
トランジスタを用い、かつフルブリッジ型のインバータ
を用いた例を示したが、スイッチング素子は他の自己消
弧素子でも、サイリスタのような自己消弧素子でも良い
し、プッシュプル型のインバータを用いても良い。

更に、上記実施例では単相電源を用いたが、三相電源を
用いる場合にも、本発明を適用することが可能である。

その−構成例を第５図に示す。第５図と第１図との構成
上の差異は、第一の整流回路が三相余波整流回路２５と
なり、第一、第二の接触器が図示のように接続された３
極及び２極の接触器２３．２４に変更された点である。

機能及び動作は第１図のものと同様であるので省略する
。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、管電圧を高く設定し
たときにはインバータには電源電圧が倍電圧整流されて
印加されるため、高圧変圧器は巻数比が従来装置に比較
し約１７４程度で済むので、小型・軽量化が計れる。ま
た、インバータへの入力電圧が高められるため、インバ
ータ電流が低減するため、スイッチング素子に用いる半
導体デバイスは電流容量の小さなものを使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すインバータ式Ｘ線発生
用電源装置の主回路図、第２図は電源と整流回路との接
続状態を示す図、第３図は直列共振型インバータの負荷
抵抗と出力電力との関係を示す図、第４図は周波数制御
方式の共振型インバータのＶ　ｏ　／　Ｖ　、とＦ、／
Ｆｒの関係を示す図、第５図は本発明のその他の実施例
を示す回路図である。 １、．２，２３．２４・・接触器、３，２５・・・全波
整流回路、４，５・・・平滑コンデンサ、６・・インバ
ータ、１５　・共振用コンデンサ、１６・・・高圧変圧
器、１７・・・整流回路、１９・・・Ｘ線管、２０・・
・電圧制御回路、２２・・設定管電圧判定回路。 串２図 （Ａ） （βン め 囚 ｌσＩｇＫ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、交流電源電圧を受電しそれを整流する第一の整流回
   路と、この第一の整流回路の出力電圧を平滑する平滑回
   路と、この平滑回路の出力電圧を高周波交流に変換する
   共振型インバータと、このインバータの出力電圧を昇圧
   する高圧変圧器と、この高圧変圧器の出力電圧を整流す
   る第二の整流回路と、この第二の整流回路の出力電圧を
   平滑して印加されるＸ線管と、このＸ線管に印加される
   電圧を制御するインバータ制御回路とを備えたインバー
   タ式Ｘ線発生用電源装置において、前記第一の整流回路
   と平滑回路とで倍電圧整流回路を構成するとともに、Ｘ
   線管電圧の設定値が所定値より高いか低いかを判定しそ
   の結果を前記インバータ制御回路へ出力する設定管電圧
   判定回路と、この設定管電圧判定回路の判定結果が高い
   とき前記交流電源を前記倍電圧整流回路へ接続し、判定
   結果が低いとき前記交流電源を前記第一の整流回路へ接
   続する電源接続切換手段とを備えたことを特徴とするイ
   ンバータ式Ｘ線発生用電源装置。