JPH05159892A - インバータ式ｘ線高電圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】三相２００Ｗ電源を入力電源とするインバータ
式Ｘ線高電圧装置において、高電圧変圧器の小形化，イ
ンバータ回路電流の低減及び管電圧リップルの低減を図
る。 【構成】管電圧設定値と管電流の設定値により負荷の大
小を判定し、負荷が大きいときは三相交流電源電圧を倍
電圧整流してインバータ回路に印加し、負荷が小さいと
きは前記三相交流電源の全波整流電圧あるいはこの電源
の単相倍電圧整流電圧，単相全波整流電圧，単相半波整
流電圧等による上記負荷が大きいときの電圧より低い電
圧をインバータ回路に印加する。これにより、インバー
タ入力電圧を負荷が大きいときは高い電圧を、負荷が小
さいときは低い電圧とすることができ、上記目的を達成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三相交流電源を入力電源
とし、これを整流して前記交流電源周波数よりも高い交
流電圧に変換するインバータ回路を用いたＸ線高電圧装
置に係り、特にインバータ回路に入力する電圧を高くし
て装置の小型化，高効率化に好適なインバータ式Ｘ線高
電圧装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型で高性能のＸ線高電圧装置として、
近年発達の著しい電力半導体素子を用いたインバータ回
路により交流電源周波数をそれよりも高い交流電圧に変
換し、これを高電圧変圧器に入力するインバータ式Ｘ線
高電圧装置が開発され、実用化されている。この方式
は、商用交流電源電圧を整流して直流にし、これをイン
バータ回路で高周波の交流電圧に変換し、この電圧を高
電圧変圧器で昇圧して整流しＸ線管に印加するもので、
前記交流電源は単相でも三相でも使用できる利点があ
る。

【０００３】このインバータ方式において、インバータ
回路と高電圧変圧器を小型なものにするためには、イン
バータ回路及び高電圧変圧器の入力電圧を高くしてイン
バータ回路の電流を小さくし、高電圧変圧器の巻数比を
小さくした方が得策である。特に、三相交流電源が使用
される大容量の装置における２００Ｖ電源の場合は、昇
圧変圧器で２００Ｖから４００Ｖに昇圧し、この電圧を
全波整流するか、あるいは２００Ｖの全波整流電圧を昇
圧チョッパ回路で昇圧する方法をとっていた。しかし、
この方法では装置が大型で高価であるという問題の解決
は不充分であるために、これを回避する方法として前記
の三相交流電源をそのまま倍電圧整流する方法が考えら
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、三相２００Ｖ電源の場合は昇圧チョッパ回路や昇圧
変圧器を必要とするために大型で高価なものとなってい
た。すなわち、昇圧チョッパ回路による方法では、トラ
ンジスタや絶縁ゲート形バイポーラトランジスタのよう
な大容量の自己消弧形半導体スイッチング素子とその制
御回路や、リアクトルやコンデンサのような複数の大型
受動部品を必要とする。また、昇圧変圧器による方法で
は、上記交流電源と同程度の容量の変圧器を必要とする
ために昇圧チョッパ回路による方法よりも高価で大型と
なる。そこで、前記したように三相倍電圧整流による方
法が考えられるが、透視時のような軽負荷時は以下のよ
うな問題があった。

【０００５】インバータ回路のみでＸ線管の電圧（以
下、管電圧と略記）を制御する方法では、２００Ｖ電源
の場合、定常時のインバータ回路の入力電圧は無負荷時
とほぼ等しい約６００Ｖとなる。この電圧で、例えば米
国特許第4225788 号に開示されているインバータの周波
数を制御する方法によって管電圧を低くするためには、
インバータ動作周波数も低くしなければならないので、
管電圧脈動が大きくなってＸ線質が悪化し、また、高電
圧変圧器における印加電圧時間積が大きくなるので、高
電圧変圧器の鉄心の断面積を大きくしなければならず、
高電圧変圧器が小型化できず、共振型インバータを組合
せたメリットが失われる。また、特開昭63−190556号に
開示されているインバータの位相差を制御する方法によ
って管電圧を低くする場合、位相差を非常に大きくする
必要があり、位相差の大きい領域では利得が大きくなる
ため、インバータ回路の入力電圧が約600Ｖと高い場合
は管電圧制御が非常に難しくなる。

【０００６】以上のように、非常に負荷の範囲が広いＸ
線高電圧装置の場合、インバータ回路のみで管電圧を制
御するには種々問題があるので、三相交流電源を整流す
る回路にも電圧制御機能を持たせたいが、前記した三相
倍電圧整流回路にサイリスタを用いて制御する場合に
は、前述のように電圧の可変範囲が０〜６００Ｖまでと
非常に広く、透視時のような軽負荷時は低い電圧まで安
定に制御することは困難である。

【０００７】本発明の目的は、三相交流２００Ｖ電源の
場合でも小型，安価で透視時の軽負荷まで安定に管電圧
の制御が可能な大容量のインバータ式Ｘ線高電圧装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、三相交流電
源を受電しこれを整流する制御整流器を用いた電圧制御
可能な第一の整流回路と、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インバータ回路と、このインバータ
回路の出力電圧を昇圧する高電圧変圧器と、この高電圧
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線高電圧装置において、前記Ｘ線管に対
する負荷の設定値が予め定められた所定値より大きいか
小さいかを判定し、その結果を前記インバータ制御回路
へ出力する負荷条件判定回路と、この負荷条件判定回路
の判定結果により負荷が大きいときは前記第一の整流回
路と平滑回路とで三相倍電圧整流回路を構成して前記三
相交流電源を前記三相倍電圧整流回路へ接続し、負荷が
小さいときは前記第一の整流回路と平滑回路とで上記三
相倍電圧整流回路の出力電圧よりも低い電圧が得られる
整流回路を構成して、これらの出力電圧を前記インバー
タ回路の入力電圧とすることにより達成される。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、インバータ回路と高電圧変
圧器への入力電圧は、負荷条件に応じて高低２種類の電
圧が印加される。すなわち、三相交流電源電圧が２００
Ｖの場合、負荷が大きいときは三相倍電圧整流回路によ
り略６００Ｖの電圧が、負荷が小さいときは単相全波あ
るいは単相半波等の整流回路により上記三相倍電圧整流
回路の略半分の電圧がインバータ回路に印加される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図３により
説明する。図１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、２は三相交流電源で、ｕ，ｖ，ｗの各相からは電源
側に発生する高調波を抑制するためのリアクトルＬｕ，
Ｌｖ，Ｌｗを介して整流回路１に三相交流電力を供給す
る。整流回路１は、サイリスタ２ｕ，３ｕ，１ｖ〜４
ｖ，１ｗ〜４ｗ及び７ｕ，８ｕ、ダイオード１ｕ，４
ｕ、コンデンサ５ｕ，６ｕ，５ｖ，６ｖ，５ｗ，６ｗか
ら成る。

【００１１】４は平滑リアクトル、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とから成るフ
ルブリッジインバータ、１５は高電圧変圧器１６の１次
巻線に直列接続された共振用コンデンサ、１７は高電圧
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線管のアノードとカソード間に印加される電圧
（管電圧）を検出する抵抗、２０は管電圧設定値と前記
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の動作周波数を制御する周波数信号又はイン
バータ６のトランジスタ７〜１０の動作位相差を制御す
る位相差信号を生成する電圧制御器、２１は電圧制御器
２０の出力信号を増幅し、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は管電圧設定信号と管電流設定信号とを入力
し、これらにより負荷の大小を判定する負荷条件判定回
路であり、その判定結果に基づいて、前記サイリスタ２
ｕ，３ｕ，１ｖ〜４ｖ，１ｗ〜４ｗ及び７ｕ，８ｕを選
択し、開閉する信号を上記サイリスタのゲート回路２
３，２４，２５に入力する。また、負荷条件判定回路か
らは前記サイリスタのどれが開閉しているかの信号を電
圧制御回路２０へ出力する。

【００１２】上記構成において、整流回路１のサイリス
タ２ｕ，３ｕ，１ｖ〜４ｖ，１ｗ〜４ｗ及び７ｕ，８ｕ
はスイッチとして使用する。すなわち、各サイリスタに
は順方向に電圧が印加されている期間は全てオンとする
ようにゲート信号を与え、ダイオードとして使用する。
ここで、これらのサイリスタとダイオード１ｕ，４ｕ、
コンデンサ５ｕ，６ｕ，５ｖ，６ｖ，５ｗ，６ｗの関係
について説明する。図２（Ａ）に示すように、サイリス
タ７ｕ，８ｕをオフし、他のサイリスタ２ｕ，３ｕ，１
ｖ〜４ｖ，１ｗ〜４ｗをオンすると、サイリスタ２ｕ，
３ｕとコンデンサ５ｕ，６ｕ、サイリスタ２ｖ，３ｖと
コンデンサ５ｖ，６ｖ、サイリスタ２ｗ，３ｗとコンデ
ンサ５ｗ，６ｗとでそれぞれ単相倍電圧整流回路を構成
する。これらの直流出力をダイオード１ｕ，４ｕ、サイ
リスタ１ｖ，４ｖ，１ｗ，４ｗとで合成し、この出力を
直流リアクトル５とコンデンサ６とで平滑すると、イン
バータ６に図３（ｂ）の電圧が印加される。この電圧
は、コンデンサ５ｕ，６ｕ，５ｖ，６ｖ，５ｗ，６ｗの
電圧と電源電圧が加算されたものとなり、電源電圧の３
倍の電圧となる。

【００１３】上記とは逆に図２（Ｂ）に示すように、サ
イリスタ１ｖ〜４ｖ，１ｗ〜４ｗをオフし、サイリスタ
２ｕ，４ｕ，７ｕ，８ｕをオンすると、これらのサイリ
スタで単相全波整流回路が構成され、単相交流電圧の全
波整流された電圧がリアクトル４とコンデンサ５とで平
滑され、図３（ｂ）の電圧がインバータに印加される。

【００１４】次に、図１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，時間）を設定する。本発明は管電圧
制御に係わるものであるため、図１は管電圧制御に関係
した主要部のみを示している。いま、負荷が大きいと
き、例えば撮影時のように管電流が大きいときはその条
件に対応した管電圧と管電流設定信号の一方又は双方が
電圧制御回路２０及び負荷条件判定回路２２に入力す
る。管電圧及び管電流設定信号が入力されると、負荷条
件判定回路２２は負荷の大きさが予め設定された所定
値、例えば管電圧が１００ｋＶ，管電流が３００ｍＡの
とき、その積３０ｋＷが所定値よりも大きいか小さいか
を判定する。いま、仮に、この判定が大きいとなったと
すると、負荷条件判定回路２２はサイリスタ７ｕ，８ｕ
をオフ、他のサイリスタをオンする信号をゲート回路２
３，２４，２５に出力するとともに、電圧制御回路２０
へインバータ６に印加される電圧は三相交流電源電圧を
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は管電圧設定信号と負荷
条件判定回路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のベースに供給され
る。

【００１５】ここで、Ｘ線曝射信号（図示省略）を入力
すると、三相交流電源電圧は前述の整流回路１にて倍電
圧整流・平滑されてインバータ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、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）
が高電圧変圧器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、コンデンサは高電圧変圧
器１６の一次巻線に直列接続された共振用コンデンサ１
５と、高電圧変圧器１６の二次巻線の層間に存存する浮
遊容量と、高電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電圧変圧器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。

【００１６】トランジスタ７，１０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→高電圧変
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→高電圧変圧器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７，１０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、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。この高電圧変圧器１６の一次巻線を流
れる一次電流から高電圧変圧器１６の励磁電流と二次巻
線の浮遊容量に流れる電流とを減じた交流電流が整流回
路１７で整流され、高電圧ケーブルの浮遊容量で平滑さ
れてＸ線管１９へ印加される。管電圧検出抵抗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。

【００１７】次に、透視時のような負荷が小さい場合に
ついて説明する。いま、管電圧を８０ｋＶ，管電流を１
ｍＡに設定したとすると、負荷条件判定回路２２は８０
ｋＶと１ｍＡの積を求め所定値との大小比較を行う。そ
の判定結果は小となるので負荷条件判定回路２２はサイ
リスタ１ｖ〜４ｖ，１ｗ〜４ｗをオフし、サイリスタ２
ｕ，３ｕ，７ｕ，８ｕをオンする信号を出力するととも
に、電圧制御回路２０へインバータ６へ印加される電圧
は単相交流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は管電圧設定信号と
負荷条件判定回路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７〜１０のベースへ供給さ
れる。以後の動作は負荷が大きい場合と同様であるので
説明を省略する。

【００１８】以上の説明によれば、負荷が所定値よりも
大きい場合には三相交流電源電圧を整流して約３倍に昇
圧してインバータへ供給し、負荷が所定値よりも小さい
場合には単相交流電源を全波整流してインバータへ供給
することが可能となる。負荷が大きい場合にインバータ
及び高電圧変圧器の一次巻線への印加電圧は、従来装置
のように三相交流電源電圧を全波整流したものでなく、
倍電圧整流したものとなるので、高電圧変圧器の巻数比
は従来の約１／４程度にでき、高電圧変圧器を著しく小
形・軽量化される。また、巻数比を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ることから、高電
圧変圧器の効率も良くなる。逆に負荷が小さい場合、イ
ンバータの入力電圧は負荷が大きい場合の約１／３にな
るので、周波数を下げることなく、また位相差を大きく
せずとも、所定の管電圧の値にできるのでリップルの小
さい安定した管電圧制御が可能となる。

【００１９】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。例えば、図４に示すように、負荷が大きいときはゲ
ート回路２６，２７によりサイリスタ２ｕ，３ｕ及び１
ｖ〜４ｖ，１ｗ〜４ｗをオンして三相交流電源電圧を倍
電圧整流した電圧をインバータ６の入力電圧とすること
は図１の実施例と同じであるが、負荷が小さいときはゲ
ート回路２７によりサイリスタ１ｖ〜４ｖ，１ｗ〜４ｗ
をオフ、ゲート回路２６によりサイリスタ２ｕ，３ｕを
オンして、単相交流電圧を倍電圧整流した電圧をインバ
ータ６の入力電圧とすることもできる。このようにする
ことによって、インバータ６には負荷が大きいときは電
源電圧のピーク値の３倍の電圧が、負荷が小さいときは
電源電圧のピーク値の２倍の電圧が印加されることにな
るので、インバータの入力電圧を負荷が大きいときは高
く、負荷が小さいときは低くできるので、図１の実施例
よりも簡単な回路構成でほぼ同様の効果が得られる。

【００２０】さらに、図５の実施例において、負荷が大
きいときはサイリスタ２ｕ，３ｕ，９ｕ，１０ｕ及び１
ｖ〜４ｖ，１ｗ〜４ｗをオンして三相倍電圧整流電圧を
インバータ入力電圧とすることは上記と同様であるが、
負荷が小さいときに各サイリスタのオン，オフの仕方に
よっていろいろな方法が採用できる。例えば、サイリス
タ２ｕ，３ｖ，９ｕ，４ｖをオンにすれば単相交流電源
の半波整流された電圧がインバータの入力電圧となり、
サイリスタ２ｕ，９ｕ，３ｖ，４ｖと１ｖ，２ｖ，３
ｗ，４ｗをオンにすればｕ〜ｖの半波整流電圧とｖ〜ｗ
の半波整流電圧の合成した電圧がインバータの入力電圧
となり、いずれの場合も負荷が大きいときよりも低い電
圧とすることができる。この他、いろいろな方法が考え
られるが、本発明の主旨は、インバータの入力電圧とし
て、負荷が大きいときは三相倍電圧整流電圧を、負荷が
小さいときは単相倍電圧整流，単相全波整流，単相半波
整流等により負荷が大きいときよりも低い電圧をインバ
ータの入力電圧とすることにある。

【００２１】なお、上記実施例では、サイリスタをスイ
ッチとして動作させたが、適宜これらのゲートの位相角
を制御することにより、さらにきめ細かい制御ができる
ことは言うまでもない。また、整流回路のスイッチとし
てサイリスタを用いた例を示したが、これに限定するこ
となく、トランジスタやゲート・ターンオフ・サイリス
タ，絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ等に置き換え
ることも可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればイン
バータに三相倍電圧整流電圧と単相倍電圧整流，単相全
波整流，単相半波整流等の電圧を負荷の大きさに応じて
入力するようにしたので、高電圧変圧器の小形化，イン
バータ電流の低減，広範囲の負荷に対してリップルの小
さい安定した管電圧制御等が計れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】電源と整流回路との接続状態を示す図。

【図３】整流回路の出力電圧波形図。

【図４】他の実施例図。

【図５】他の実施例図。

【符号の説明】

１ 整流回路 ２ 三相交流電源 ６ インバータ １６ 高電圧変圧器 １９ Ｘ線管 ２０ 電圧制御器 ２２ 負荷条件判定回路 ２ｕ サイリスタ ３ｕ サイリスタ １ｖ サイリスタ ２ｖ サイリスタ ３ｖ サイリスタ ４ｖ サイリスタ １ｗ サイリスタ ２ｗ サイリスタ ３ｗ サイリスタ ４ｗ サイリスタ ７ｕ サイリスタ ８ｕ サイリスタ ９ｕ サイリスタ １０ｕ サイリスタ １ｕ ダイオード ４ｕ ダイオード ５ｕ コンデンサ ６ｕ コンデンサ ５ｖ コンデンサ ６ｖ コンデンサ ５ｗ コンデンサ ６ｗ コンデンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三相交流電源を受電しこれを整流する制御
   整流器を用いた電圧制御可能な第一の整流回路と、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インバータ
   回路と、このインバータ回路の出力電圧を昇圧する高電
   圧変圧器と、この高電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線高電圧装置に
   おいて、前記Ｘ線管に対する負荷の設定値が予め定めら
   れた所定値より大きいか小さいかを判定し、その結果を
   前記インバータ制御回路へ出力する負荷条件判定回路
   と、この負荷条件判定回路の判定結果により負荷が大き
   いときは前記第一の整流回路と平滑回路とで三相倍電圧
   整流回路を構成して前記三相交流電源を前記三相倍電圧
   整流回路へ接続し、負荷が小さいときは前記第一の整流
   回路と平滑回路とで上記三相倍電圧整流回路の出力電圧
   よりも低い電圧が得られる整流回路を構成し、この出力
   電圧及び上記三相倍電圧整流回路の出力電圧を前記イン
   バータ回路の入力電圧とすることを特徴とするインバー
   タ式Ｘ線高電圧装置。
2. 【請求項２】上記三相倍電圧整流回路は、直列接続され
   た一対の制御整流器の直流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、前記制御整流器の接続点
   と前記コンデンサの接続点に前記三相交流電源の任意の
   単相を接続して成る単相倍電圧整流回路を少なくとも２
   組用意し、これらの単相倍電圧整流回路の交流電源端子
   に前記三相交流電源のうち位相の異なる任意の単相交流
   電源を接続し、かつそれぞれの単相倍電圧整流回路の出
   力電圧を合成し、この電圧を前記負荷の大きいときの前
   記インバータ回路の入力電圧とすることを特徴とする特
   許請求の範囲第一項記載のインバータ式Ｘ線高電圧装
   置。
3. 【請求項３】上記負荷が小さいときの整流回路は、上記
   三相倍電圧整流回路の任意サイリスタ，ダイオードを用
   いて単相倍電圧整流回路あるいは単相全波整流回路ある
   いは単相半波整流回路あるいは三相全波整流回路等によ
   り上記三相倍電圧整流回路の出力電圧よりも低い電圧が
   得られる整流回路であることを特徴とする特許請求の範
   囲第一項記載のインバータ式Ｘ線高電圧装置。