JPH03108298A - インバータ式ｘ線電源装置 - 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、ｘｇ発生装置用の電源に係り、特に小型・軽
量化に好適な共振型インバータ式Ｘ線発生用電源装置に
関するものである。

〔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線管へ印加するための高電圧へ昇圧する高圧
変圧器を小型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
とによって小型軽量化を計れるものである。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。いわゆ
る、インバータ式Ｘ線装置と称されて現在実用化されて
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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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Ｌｉ　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ｒ−７
でに対して、負荷抵抗Ｒｘ（Ｘ線管の等価抵抗で、Ｘ線
管電圧／Ｘ線管電流）と出力電圧ＰＯとの間には、第２
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Ｃ５高圧変圧器の巻数比等を選
定する必要がある。

第２図を参照すると解かるように、出力Ｐｏが最大とな
る負荷抵抗Ｒｘは非常に小さな値（対数目盛）となるた
め、高圧変圧器への入力電圧が低い場合、例えば２００
ｖ交流電圧をそのまま直流に変換してインバータに供給
し、高周波化して高圧変圧器に印加し、その出力電圧を
そのままＸ線管に印加する方法では、高圧変圧器の巻数
比を非常に大きくしなければならない。したがって、高
圧変圧器の二次巻線数が非常に多くなり、高圧変圧器の
小型軽量化を阻害するばかりでなく、二次巻数と接地間
の静電容量も大きくなるため効率も悪くなる。

また、インバータへの入力電圧が低い場合にはインバー
タ電流が増大するので、インバータスイッチング素子の
定格電流容量も大きなものにしなければならない。

本発明は、Ｘ線発生用電源装置における高圧変圧器の小
型軽量化と同時に、インバータのスイッチング素子の電
流容量の低減を計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、単相電源を受電しこ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第
一の平滑回路と、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
圧が印加されるＸ線管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が前記第一の
平滑回路とで第一の倍電圧整流回路を閘成し、この出力
電圧を前記インバータの入力電圧とし、前記第二の整流
回路とこの出力電圧を平滑する第二の平滑回路とで第二
の倍電圧整流回路を構成し、この出力電圧を前記Ｘ線管
に印加することにより達成される。

より詳しくは、前記インバータ式Ｘ線発生用電源装置に
おいて、前記第一、第二の平滑回路は前記第一、第二の
整流回路の直流出力端子へ直列接続された一対のコンデ
ンサから成り、前記第一第二の整流回路は２組の単相半
波整流回路から成るものである。

〔作用〕

上記構成によれば、高圧変圧器への入力電圧（インバー
タへの入力電圧でもある。）は、例えば電源電圧が２０
０Ｖの場合には、倍電圧整流回路によって４００ｖに昇
圧され、これを高圧変圧器で昇圧し、この出力電圧をさ
らに倍電圧に昇圧してＸ線管に印加する。

したがって、高圧変圧器における昇圧比は低減でき、２
００Ｖ電源を使用し、第二の倍電圧整流回路で２倍に昇
圧する場合を例にとると、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１／８となり、高圧変
圧器の小型・軽量化が計れる。また、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は
交流電源、２，３はダイオード、４及び５は平滑コンデ
ンサ、６はトランジスタ７〜１０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とで構成さ
れたフルブリッジ型インバータ、１５は共振用コンデン
サ、１６は高圧変圧器で１７は１次巻線、１８．１９は
２次巻線である。

２０．２１，２４．２５はダイオード、２２゜２３．２
６，２７はコンデンサ、２８はＸ線管２９のアノードと
カソ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、３０は管電圧設定値と抵抗２９によ
って検出された管電圧検出値とを比較し、この両者が一
致するように制御する電圧制御器、３１は電圧制御器３
０の出力を増幅し、これをインバータ６のトランジスタ
７〜１０のベースに供給するベース駆動回路である。

上記構成において、交流電源１の極性が正のときは、ダ
イオード２によりコンデンサ４に半波の電圧が同図に示
す極性に充電され、負の極性時には、ダイオード３によ
りコンデンサ５に半波の電圧が同図に示す極性に充電さ
れる。

したがって、インバータ６にはコンデンサ４と５の電圧
、すなわち交流電源１の半波整流電圧の２倍の電圧が入
力されることになる。

一方、高圧変圧器１６の出力電圧は、２次巻線１８の出
力電圧がダイオード２０．２１とコンデンサ２２．２３
の倍電圧整流回路により倍電圧整流されて、前記コンデ
ンサ２２と２３の両端には半波整流電圧の２倍の電圧が
印加され、同様に、２次巻線１９の出力電圧もダイオー
ド２４．２５とコンデンサ２６．２７の倍電圧電流回路
により、前記コンデンサ２６．２７の両端にも半波整流
電圧の２倍の電圧が印加される。

したがって、Ｘ線管２９には高圧変圧器１６で昇圧され
た電圧の２倍の電圧が印加されることになる。

次に、第１図に示す構成のインバータ式Ｘ線発生用電源
装置の動作を説明する。

先ず、被検体へ放射するＸ線の条件（管電圧。

管電流及び撮影時間）を設定する。これらのＸ線条件の
うち第１図は管電圧のみの設定及び制御を示している。

所望の管電圧を設定し、Ｘ線曝射開始信号を与えると、
管電圧設定信号により、電圧制御器３０はインバータ６
を制御する信号をベース駆動回路３１に与えると、ベー
ス駆動回路３１はそれを増幅し、インバータ６のトラン
ジスタ７〜１０のベースに出力する。すると、インバー
タ６は前記管電圧を設定するための所定の周期でトラン
ジスタ７と１０、及び８と９とを交互にオン／オフする
スイッチング動作を開始し、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１
６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１７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
巻線の眉間の存在する浮遊容量とであり、インダクタン
スは高圧変圧器１６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。

トランジスタ７．１０が駆動された所定周期の半周期間
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１７→トランジ
スタ１ｏの回路で共振周波数の弧を描いて流れ、ある（
前記半周期の１７２）時間経過後共振電流が零になり、
今度は逆方向にダイオード１４→高圧変圧器１６の一次
巻線１７→共振コンデンサ１５→ダイオード１１の＠路
で流れる。そして、トランジスタ７．１０がオフし、次
の半周期には、トランジスタ８，９がオンする。

すると、上記に対し、ト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２次巻線１８．１９に誘起される
電圧を倍電圧整流し、平滑コンデンサ２２．２３，２６
，２７で平滑された電圧をＸ＃ｉ管２９に印加する。

管電圧検出用抵抗２８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３０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、この信号はベース駆動回路３１を介してトランジ
スタ７〜１０のベースに与える。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。

上記動作において、電源より負荷であるＸ線管に印加さ
れるまでの電圧変換は次のような順になされている。使
用電源が例えば単相の２００ｖの場合には、ダイオード
２，３と平滑コンデンサ４゜５とが成す半波倍電圧整流
回路によって半波倍電圧整流され、略４００Ｖの直流電
圧に変換される。

この略４００Ｖの直流電圧は、インバータ６に入力され
る。電圧制御回路３０は、高圧変圧器１６の昇圧比と設
定管電圧との関係から、インバータ６における電圧変換
率に対応したインバータ６の動作周波数を決定し、ベー
ス駆動回路３１を介してインバータ６のトランジスタを
制御する。上記路４００Ｖの直流電圧が印加されたイン
バータ６及び高圧変圧器１６は前述の共振により、高圧
変圧器１６の二次側に高周波電圧を発生する。この高周
波電圧は２組の倍電圧整流回路によって直流電圧に変換
され、管電圧としてＸ線管２９に印加される。

本実施例によれば、２００ｖ電源を使用する場合に、本
発明を適用した装置の高圧変圧器と、そうでない装置の
高圧変圧器とで、本発明を適用した装置の高圧変圧器の
方が巻数比を小さい（約１／８程度）できる。したがっ
て、高圧変圧器の小型・軽量化が計れる。

また、インバータへの入力電圧を略２倍にできるので、
インバータ電流が半減し、したがってスイッチング素子
には容量の小さいものが使用できるので、経済的効果も
図れる。

第３図は、高圧変圧器の出力電圧を４倍に昇圧してＸ−
線管２９に印加する実施例である。

第３図において、２次巻線を４組設け、これらの出力電
圧をダイオード３８〜４５．コンデンサ４６〜５３より
成る４組の倍電圧整流回路に入力し、その出力を加算し
て、Ｘ線管２９に印加する。

この実施例によれば、高圧変圧器の巻数比をさらに小さ
くできるので一層の小型化が図れる。

なお、上記実施例は、インバータはトランジスタを用い
たフリブリッジ型でかつ周波数制御方式とし、共振回路
は直列共振回路として説明したが、本発明はそれらに限
定することなく変更が可能であることは言うまでもない
。例えば、インバータのスイッチング素子はトランジス
タに替えてサイリスタのような自己消弧素子型の素子を
用いても良く、またフリブリッジ型インバータの代りに
プッシュプル型インバータでも良い、更に、インバータ
の制御方式は周波数制御に代えて位相制御方式でも良く
、共振回路は直列共振に代え、高圧変圧器の漏洩インダ
クタンスと二次巻線の浮遊容量を共振素子として用いる
ものでも良い。

さらに、交流電源１は２００Ｖ電源に限定するものでは
なく、１００Ｖ、４００Ｖ電源にも有効であることは言
うまでもない。

なお、３相電源時には任意の２相を用い単相として使用
すれば良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、インバータへの入力電圧をほぼ２倍の
直流電圧とし、かつ高圧変圧器の出力電圧も２倍以上に
することができるので、高圧変圧器の小型・軽量化が計
れるとともに、インバータへの入力電圧が高くできるた
めインバータ電流が低減でき、スイッチング素子は電流
容量の小さい素子を使うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は負荷抵抗
と出力電圧の関係を示す図、第３図は本発明の他の実施
例における高圧側のみを示した回路図である。 ２．３・・・ダイオード、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、２０，２１，２４．２５・・・
ダイオード、２２，２３，２６．２７・・・平滑コンデ
ンサ、？ ム Ｒ× 口 も ？

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単相電源を受電しこ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第一の平滑
   回路と、この平滑回路の出力電圧を高周波交流に変換す
   る共振型のインバータと、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
   圧が印加されるＸ線管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前記第一の
   平滑回路とで第一の倍電圧整流回路を構成し、この出力
   電圧を前記インバータの入力電圧とし、 前記第二の整流回路とこの出力電圧を平滑する第二の平
   滑回路とで第二の倍電圧整流回路を構成し、この出力電
   圧を前記Ｘ線管に印加することを特徴とするインバータ
   式Ｘ線発生用電源装置。 ２、前記第一及び第二の倍電圧整流回路は、直列接続さ
   れた一対のダイオードの直流出力端子を、直列接続され
   た一対のコンデンサの両端に接続し、前記ダイオードの
   接続点とコンデンサの接続点に入力電源を入力して成る
   請求項１に記載のインバータ式Ｘ線発生用電源装置。