KR100331442B1

KR100331442B1 - 공진형인버터식x선고전압장치

Info

Publication number: KR100331442B1
Application number: KR1019950048331A
Authority: KR
Inventors: 이해돈
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 2002-08-08
Also published as: KR970058389A

Abstract

본 발명은 공진형 인버터식 X선 고전압장치에 관한 것으로서, 본 발명의 장치는 X선관에 인가하고자 하는 세팅전압(Vset)과 X선관에 접속된 피검체에 상응하는 세팅주파수(Vf)를 설정하며, 세팅주파수(Vf)에 상당하는 삼각파신호(S1)와 구형파신호(S2)를 출력하는 제어수단; 제어수단에서 출력되는 삼각파신호(S1)와 공진형 인버터에 인가되는 가변전압(Vin)을 피드백하여 진폭이 가변된 삼각파신호(S4)를 출력하는 곱셈수단; X선관에 인가되는 전압을 피드백한 실제 관전압과, 제어부에서 설정된 세팅전압(Vset)과, 곱셈수단으로부터 출력되는 삼각파신호(S4)를 비교하여 펄스폭이 변조된 구형파신호(S5)를 출력하는 비교수단; 및 비교수단에서 출력되는 구형파신호(S5)와 제어부에서 출력되는 구형파신호(S2)를 입력받아 위상차신호를 발생시켜 공진형 인버터 출력하는 위상차신호 발생수단을 포함한다. 따라서, 본 발명은 인버터의 입력전압을 피드백 제어하므로서 상용전원의 변동에 대해서 일정한 관전압을 출력할 수 있으며, X선 발생장치의 크기를 소형화 할 수 있다.

Description

공진형 인버터식 X선 고전압장치

본 발명은 공진형 인버터식 X선 고전압장치에 관한 것으로서 특히, 공진형 인버터의 입력전압과 X선관에 인가되는 전압을 피드백하여 제어하므로서 X선 방사전과 X선 방사시의 인버터 입력전압의 변동에 대해서 일정한 관전압을 출력하여 출력전압을 안정하게 제어하는 공진형 인버터식 X선 고전압장치에 관한 것이다.

종래의 X선 발생장치는 상용전원(60Hz, 또는 50Hz)을 수전하여 전압조정용 변압기를 이용하여 조정한 전압을 고압변압기로 승압하여 X선관에 인가하는 구성이 사용되어져 왔다. 그러나, 최근에는 전력반도체의 발전으로 전력제어기술을 적용한 인버터식 X선발생장치가 개발되고 있으며, 인버터식 X선 발생장치는 전력반도체를사용하므로 전력제어의 응답이 종래의 전력용 변압기를 사용한 구성보다 상당히 빠르다. 또한, X선 방사중의 관전압 조정이 비교적 쉽기 때문에 관전압을 피드백하여 제어하므로서 정밀도가 높은 관전압을 얻을 수가 있다.

제1도는 종래의 공진형 인버터식 X선 고전압장치의 블럭도로서, 상용교류전원(60Hz)을 정류하여 직류전압을 출력하는 입력정류회로(1)와, 입력정류회로(1)에서 출력되는 DC전압을 변환하는 DC/DC 콘버터(2)와, DC/DC 콘버터(2)에서 출력되는 전압을 고주파로 변환하는 공진형 인버터(4)와, 공진형 인버터(4)에서 출력되는 고주파신호를 승압하는 고압변환기(5)와, 고압변환기(5)에서 출력되는 고주파 전압을 정류하는 출력정류회로(6)와, 출력정류회로(6)에서 출력되는 관전압을 입력받아 X선을 방출하는 X선관(7)과, 관전압 설정치와 실제 관전압의 피드백이 같도록 비교하는 차동증폭기(12)와, 차동증폭기(12)의 출력에 따라 DC/DC 콘버터(2)의 듀티를 제어하기 위한 듀티제어회로(10)와, DC/DC 콘버터(2) 입력전압의 피드백과 입력정류회로 출력전압 설정치가 같도록 비교하는 차동증폭기(13)와, 차동증폭기(13)의 출력에 따라서 입력정류회로(1)의 위상을 제어하는 위상제어회로(8)와, 위상제어회로(8)의 출력을 게이트하는 회로(9)와, X선 방사신호와 듀티제어회로(10)의 출력을 입력받아 DC/DC 콘버터(2)를 구동시키는 구동회로(11)를 구비한다. 제1도의 동작을 설명하면 다음과 같다.

출력정류회로(6)의 출력을 저항(16, 17)으로 분압하여, 분압된 전압과 관전압 설정치를 오차증폭기(12)로 비교하여 듀티제어회로(10)를 통해 DC/DC 콘버터(2)의 듀티를 제어하므로서 X선관에 입력되는 관전압을 제어한다. 또한, DC/DC콘버터(2)의 입력전압을 저항(14, 15)으로 분압하여, 이 전압과 정류회로 출력전압 설정치를 오차증폭기(13)로 비교하여 위상제어회로(8)와 게이트회로(9)를 통해 입력정류회로(1)의 사이리스터의 위상을 제어한다.

제2도는 종래의 공진형 인버터식 X선 고전압장치의 다른 블럭도로서, 공진형 인버터식 X선 발생장치의 구성을 나타낸다. 제2도에 도시한 X선 발생장치에 의하면, X선을 투사하는 경우 조작기(20)로부터 출력되는 주파수신호(Vf)가 주파수발생기(18)에 입력되어 공진용 인버터의 스위칭소자를 턴온/턴오프 하며, 피드백 제어수단에 의하여 X선관(7)에 인가되는 관전압과 미리 설정한 관전압(Vset)이 일치하도록 비교기(21)를 사용하여 인버터(4)의 입력전압을 피드백 제어한다. 또한, X선에 의한 촬영시에는 위상차 제어수단(19)에 의해 실제 관전압(Vx)과 미리 설정한 관전압(Vset)을 비교기(23)을 이용하여 양쪽이 일치하도록 공진형 인버터(4)의 스위칭소자의 '턴온' 위상차를 제어하고, 설정한 관전압(Vset)과 인버터(4)의 입력전압을 비교기(22)로 비교하여 입력정류회로(1)의 사이리스터의 위상각을 제어함으로서 상용전원의 입력변동이나 X선 방사시 인버터(4)의 입력전압이 강하되는 것을 방지한다.

제1도 및 제2도와 같은 종래의 X선 발생장치는 공진형 인버터(4)의 입력에 DC/DC 콘버터(2)를 사용하기 때문에 X선 발생장치의 크기가 커질뿐만 아니라, 입력정류회로(1)를 위상제어하므로서 상용전원의 입력변동이나 X선 방사시 공진형 인버터(4)의 입력전압의 강하를 방지하기 때문에 X선 발생장치의 역률이 저하되며, 제어가 복잡하게 되는 문제점이 있다.

또한, X선 방사시 급격한 부하변화나 고압케이블의 정전용량에 따른 충전으로 인하여 입력 필터 콘덴서의 전압이 일시적으로 저하하여 X선관 전압의 파형이 일그러지는 문제점이 발생한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공진형 인버터에 인가되는 전압과 X선관에 인가되는 관전압을 검출하여 인버터의 위상을 제어하므로서 공진형 인버터의 입력전압변동과 부하변동에 대한 출력전압의 변동을 안정하게 제어하는 공진형 인버터식 X선 고전압장치를 제공하는 데에 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 상용전원의 변동에 의하여 인버터의 입력전압이 강하되거나 X선 방사로 인하여 인버터의 입력전압이 강하되는 것을 간단하게 방지하므로서 X선 발생장치를 소형화, 경량화하는 공진형 인버터식 X선 고전압장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 공진형 인버터식 X선 고전압장치는 상용전원을 입력받아 정류하는 입력정류회로와, 입력정류회로에서 출력되는 직류전압을 고주파의 교류전압으로 변환하는 공진형 인버터와, 공진형 인버터의 출력전압을 승압하는 고압변압기와, 고압변압기에서 출력되는 교류전압을 정류하는 출력정류회로와, 고압변압기에서 출력되는 고전압을 입력받아 피검체에 X선을 방사하는 X선관을 구비하는 공진형 인버터식 X선 고전압장치에 있어서,

X선관에 인가하고자 하는 세팅전압(Vset)과 X선관에 접속된 피검체에 상응하는 세팅주파수(Vf)를 설정하며, 세팅주파수(Vf)에 상당하는 삼각파신호(S1)와 구형파신호(S2)를 출력하는 제어수단;

제어수단에서 출력되는 삼각파신호(S1)와 공진형 인버터에 인가되는 가변전압(Vin)을 피드백하여 진폭이 가변된 삼각파신호(S4)를 출력하는 곱셈수단;

X선관에 인가되는 전압을 피드백한 실제 관전압(Vx)과, 제어부에서 설정된 세팅전압(Vset)과, 곱셈수단으로부터 출력되는 삼각파신호(S4)를 비교하여 펄스폭이 변조된 구형파신호(S5)를 출력하는 비교수단; 및

비교수단에서 출력되는 구형파신호(S5)와 제어부에서 출력되는 구형파신호(S2)를 입력받아 위상차신호를 발생시켜 공진형 인버터로 출력하는 위상차신호 발생수단을 포함함을 특징으로 한다.

공진형 인버터식 X선 고전압장치에 있어서, 비교수단은 X선관에 인가되는 전압을 피드백한 실제 관전압(Vx)과 제어부에서 설정한 세팅전압(Vset)을 입력받아 DC전압(S6)을 출력하는 제1비교기와, 제1비교기로부터 출력되는 DC전압(S6)과 곱셈수단으로부터 출력되는 삼각파신호(S4)를 입력받아 펄스폭 변조된 구형파신호(S5)를 출력하는 제2비교기를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

제3A도는 본 발명에 의한 공진형 인버터식 X선 고전압장치를 도시한 블럭도로서, 상용전원으로부터 교류전원을 입력받아 직류로 변환하는 입력정류회로(31)와, 입력정류회로(31)에서 출력되는 직류전압을 고주파의 교류로 변환하는 공진형 인버터(32)와, 공진형 인버터(32)의 출력에 연결된 공진형 콘덴서와, 공진형 콘텐서에 직렬로 연결되어 공진형 인버터(32)의 출력전압을 승압하는 고압변압기(33)와, 고압변압기(33)에서 출력되는 전압을 전파정류하는 출력정류회로(34)와, 고압변압기(34)에서 출력되는 전압이 고압 케이블을 거쳐 피검체(미도시)에 X선을 방사하는 X선관(35)과, X선관에 인가하고자 하는 관전압(Vset)을 세팅하고 X선관에 연결된 부하에 상응하는 주파수 전압(Vf)을 출력하는 조작기(30)를 구비한다. 또한, 주파수전압(Vf)에 상당하는 삼각파(S1)와 구형파(S2)를 출력하는 주파수 발생기(37)와, 공진형 인버터(32)의 입력전압을 절연하여 부궤환 하기 위한 절연증폭기(36)와, 절연증폭기(36)의 출력(S3)과 주파수 발생기(37)의 삼각파(S1)를 승산하는 승산기(38)와, 피드백되는 실제의 관전압(Vx)과 조작기(30)에서 설정한 관전압(Vset)을 비교하여 일정신호(S6)를 출력하는 비교기(39)와, 비교기(39)의 출력(S6)과 승산기(38)의 출력(S4)을 비교하여 펄스폭이 변조된 구형파(S5)를 출력하는 비교기(40)와, 비교기(40)의 출력(S5)과 주파수 발생기(37)의 출력(S2)을 입력하여 위상차신호를 발생하는 위상차신호 발생기(41)와, 공진형 인버터(32)를 구동시키는 구동회로(42)를 구비한다.

제3B도는 제3도에 도시한 인버터의 상세회로도로서, 전력제어용 반도체 소자인 트랜지스터(4a, 4b, 4c, 4d)와 각 트랜지스터에 역병렬로 접속된 바이패스 다이오드(4e, 4f, 4g, 4i)로 구성되며, 입력정류회로(31)와 인덕터스 및 콘덴서에 의해 평활된 직류전압(Vin)을 입력하여 고주파의 교류전압(Vo)으로 변환한다.

제4도는 제3A도에 도시한 각부에서의 동작파형도이다.

상술한 구성에 의거하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

X선 발생장치에 사용하고자 하는 관전압(Vset)과 관전류를 조작기(30)에 설정하면 조작기(30)에 내재하는 기억장치에 미리 기억시킨 주파수전압(Vf)이 출력되며, 이 주파수전압(Vf)이 주파수 발생기(37)에 인가되어 주파수전압(Vf)에 상당하는 삼각파(S1)와 구형파(S2)를 출력한다.

주파수 발생기(37)에서 출력되는 삼각파(S1)는 승산기(38)의 일측입력단자로 인가되고, 구형파(S2)는 위상차신호 발생기(41)의 일측입력단자로 입력된다. 입력정류회로(31)의 평활용 필터에서 분압된 직류전압(Vin)은 절연증폭기(36)를 통하여 승산기(38)의 타측입력단자로 인가된다. 여기서, 직류입력전압(Vin)이 높으면 절연증폭기(36)의 출력전압(S3)은 낮아지고, 직류입력전압(Vin)이 낮으면 절연증폭기(36)의 출력전압(S3)은 높아진다. 따라서, 승산기(38)에서 출력되는 삼각파신호(S4)는 직류입력전압(Vin)의 크기에 따라서 진폭이 가변된다.

비교기(39)는 조작기(30)에 설정된 관전압(Vset)과 X선관에 인가되는 실제 관전압(Vx)이 일치하도록 피드백하여 그 결과를 비교기(40)로 출력한다. 비교기(40)는 승산기(38)로부터 출력되는 삼각파(S4)와 비교기(39)로부터 출력되는 신호(S6)를 비교하여 비교기(39)의 출력전압(S6)이 승산기(38)로부터 출력되는 삼각파(S4)보다 클때 '하이'를 출력하고, 비교기(39)의 출력전압(S6)이 승산기(38)로부터 출력되는 삼각파(S4)보다 작을때 '로우'를 출력한다. 즉, 비교기(40)에서 출력되는 구형파(S5)는 승산기(38)에서 출력되는 삼각파(S4)에 따라서 펄스폭이 가변된다.

위상차신호 발생기(41)는 비교기(40)로부터 출력되는 구형파(S5)와 주파수 발생기(37)로부터 출력되는 구형파(S2)를 입력받아, 구형파(S5)의 펄스폭에 상응하는 위상차신호를 구동회로(42)로 출력한다. 구동회로(42)에서 출력되는 신호는 제4도의 (4a)∼(4d)로서, 제3A도에 도시한 인버터의 트랜지스터 4a∼4d의 베이스 단자에 각각 입력되어 트랜지스터를 구동한다. 이때, 인버터의 입력전압은 입력정류회로(31)에서 출력되는 직류전압(Vin)이며, 출력전압(Vo)은 변압기(33)에 인가된다.

이와같은 구성으로 이루어진 공진형 인버터식 X선 고전압장치는, 공진형 인버터(32)의 입력전압(Vin)이 높으면 실제의 관전압(Vx)도 높아지므로 위상차 신호발생기(41)의 위상차신호를 크게 하여 공진형 인버터(32)의 '턴온' 기간을 짧게하므로서 관전압(Vx)을 낮춘다.

마찬가지 방법으로, 공진형 인버터(32)의 입력전압(Vin)이 낮으면 실제의 관전압(Vx)도 낮아지므로 위상차 신호발생기(41)의 위상차신호를 작게 하여 공진형 인버터(32)의 '턴온' 기간을 늘림으로서 관전압(Vx)을 높게한다. 여기서, 관전압의 증감은 피드백을 통하여 조정하며, 실제의 관전압 피드백은 공진형 인버터(32)의 입력전압 피드백과 유사하게 수행한다.

상술한 바와같이 본 발명에 의한 공진형 인버터식 X선 고전압장치는, 인버터의 입력전압을 피드백 제어하므로서 X선 방사전과 X선 방사시의 인버터 입력전압의 변동에 대해서 일정한 관전압을 출력할 수 있다.

또한, 인버터에 인가되는 전압과 X선관에 인가되는 전압을 피드백하여 미리 설정된 관전압과 비교하여 위상차신호를 발생시키고, 이 신호에 따라서 인버터의 위상을 제어하므로서 X선 발생장치의 크기를 소형화할 수 있다.

제1도는 종래의 공진형 인버터식 X선 고전압장치의 블럭도.

제2도는 종래의 공진형 인버터식 X선 고전압장치의 다른 블럭도.

제3A도는 본 발명에 의한 공진형 인버터식 X선 고전압장치를 도시한 블럭도.

제3B도는 제3도에 도시한 인버터의 상세회로도.

제4도는 제3A도에 도시한 각부에서의 동작파형도이다.

Claims

상용전원을 입력받아 정류하는 입력정류회로와, 입력정류회로에서 출력되는 직류전압을 고주파의 교류전압으로 변환하는 공진형 인버터와, 공진형 인버터의 출력전압을 승압하는 고압변압기와, 고압변압기에서 출력되는 교류전압을 정류하는 출력정류회로와, 고압변압기에서 출력되는 고전압을 입력받아 피검체에 X선을 방사하는 X선관을 구비하는 공진형 인버터식 X선 고전압장치에 있어서,

X선관에 인가하고자 하는 세팅전압과 X선관에 접속된 피검체에 상응하는 세팅주파수를 설정하며, 세팅주파수에 상당하는 삼각파신호와 구형파신호를 출력하는 제어수단;

상기 제어수단에서 출력되는 삼각파신호와 공진형 인버터에 인가되는 가변전압을 피드백하여 진폭이 가변된 삼각파신호를 출력하는 곱셈수단;

X선관에 인가되는 전압을 피드백한 실제 관전압과, 상기 제어부에서 설정된 세팅전압과, 상기 곱셈수단으로부터 출력되는 삼각파신호를 비교하여 펄스폭이 변조된 구형파신호를 출력하는 비교수단; 및

상기 비교수단에서 출력되는 구형파신호와 상기 제어부에서 출력되는 구형파신호를 입력받아 위상차신호를 발생시켜 공진형 인버터로 출력하는 위상차신호 발생수단을 포함하는 공진형 인버터식 X선 고전압장치.
제1항에 있어서, 상기 비교수단은 X선관에 인가되는 전압을 피드백한 실제관전압과 상기 제어부에서 설정한 세팅전압을 입력받아 DC전압을 출력하는 제1비교기와, 상기 제1비교기로부터 출력되는 DC전압과 상기 곱셈수단으로부터 출력되는 삼각파신호를 입력받아 구형파신호를 출력하는 제2비교기를 포함하는 공진형 인버터식 X선 고전압장치.