KR20080005000A - A power supply for the portable x-ray generator - Google Patents
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Abstract
Description
도1a는 종래의 X-Ray 발생기용 전원공급장치를 도시한 순서도 이다.Figure 1a is a flow chart showing a power supply for a conventional X-Ray generator.
도1b는 도1의 X-Ray 발생기용 정류부의 콘덴서 배치상태를 도시한 회로도 이다.FIG. 1B is a circuit diagram showing a condenser arrangement of the rectifier for the X-ray generator of FIG.
도2는 본 발명에 따른 전원공급장치를 도시한 순서도 이다.2 is a flowchart illustrating a power supply apparatus according to the present invention.
도3은 본 발명에 따른 전원공급장치의 콘덴서의 배치상태를 도시한 회로도 이다.Figure 3 is a circuit diagram showing the arrangement of the capacitor of the power supply apparatus according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings
126...승압정류부 127...튜브126
200...충전기 300...PCM보드200 ... Charger 300 ... PCM Board
400...리튬폴리머전지 500...전원제어부400
600...시퀀스제어부 600 ... sequence control unit
본 발명은 휴대형으로서 리튬폴리머 전지를 이용한 100kHz대 X-Ray 발생기에 적용할 수 있도록 하는 X-Ray 발생기용 전원공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply device for an X-Ray generator that can be applied to a 100kHz band X-Ray generator using a lithium polymer battery as a portable type.
보다 상세하게로는, X-Ray 발생기의 전원공급장치에서 필라멘트제어용 스윗칭소자를 필라멘트용 전원승압제어부를 통하여 스퀀스제어부에 연결하며, 상기 관전압제어부를 관전압지령연산부를 개재하여 스퀀스제어부에 연결하고, 상기 관전류제어부를 관전류지령연산부를 개재하여 스퀀스제어부에 연결하도록 하는 휴대용 X-Ray 발생기의 전원공급장치에 관한 것이다.More specifically, in the power supply of the X-Ray generator, the filament control switching element is connected to the sequence control unit via the filament power boost control unit, and the tube voltage control unit is connected to the sequence control unit via the tube voltage command operation unit. The present invention relates to a power supply apparatus for a portable X-ray generator for connecting the tube current control unit to a sequence control unit via a tube current command operation unit.
본 발명에 의하면, 부품배치 공간을 축소시키도록 하고, 고전압에 의한 간섭을 방지하도록 하는 것이다.According to the present invention, it is possible to reduce the component placement space and to prevent interference by high voltage.
일반적으로 엑스레이 촬영기기는 물질에 따라 투과율이 달라지는 방사선(X-ray)을 이용하여 인체 내부의 여러 기관의 투과율 차이를 엑스레이 영상(인체 내의 각종 구조가 필름 위에 투영된 그림자의 영상)으로 보여주는 것으로서 각종 장기나 폐 등의 진단과 더불어 구조물 내부의 결함을 밝혀내는 비파괴검사 등에 이용되고 있다.In general, an X-ray photographing apparatus uses X-rays, the transmittance of which varies depending on a material, to show a difference in transmittance between various organs in the human body as an X-ray image (images of shadows in which various structures in the human body are projected onto a film). In addition to diagnosing organs and lungs, they are used for nondestructive testing to identify defects in structures.
그리고, 최근 들어서는 휴대가 가능한 소형 엑스레이 촬영기기가 개발되고 있으며, 이러한 소형 엑스레이 촬영기기는 상대적으로 낮은 70KV전압으로도 엑스레이 발생이 가능해져 소형화된 휴대용 촬영기기의 생산이 가능하게 되었다.In recent years, portable x-ray imaging apparatuses have been developed, and such small x-ray imaging apparatuses can generate x-rays even at a relatively low 70 KV voltage, thereby enabling the production of miniaturized portable imaging apparatuses.
이와 같은 기술과 관련된 종래 X선발생기의 전원공급장치는 도1에서와 같이, 전원(1)의 공급시 상기 전원은 충전기(2)를 거쳐 PCM Board(3)를 통과한 후 이에 연결되는 리튬폴리머 전지(4)에 충전되고, 상기 리튬폴리머 전지(4)의 전압은 전원제어부(6)에 연결되는 시퀀스제어부(7)에 의해 관전압제어용 스윗칭 소자(9)(10) 및 필라멘트용 스윗칭 소자(11)(12)의 양단에 각각 인가되도록 설치된다.The power supply device of the conventional X-ray generator related to this technology is a lithium polymer connected to the power supply after passing through the PCM Board (3) via the charger (2) as shown in Figure 1, when supplying the power (1) The
또한, 기기사용자로부터 엑스레이 조사스위치가 눌려지면 스퀀스제어부(6)는 외부로부터 설정된 엑스레이 조사조건에 맞는 관전압 직류지령치 및 관전류 직류지령치를 결정하여 관전압 제어용 PWM IC(7)및 관전류 제어용 PWM IC(8)에 각각 전달하도록 설치된다.In addition, when the X-ray irradiation switch is pressed by the user of the device, the
그리고, 상기 관전압 제어용 PWM IC(7)는 관전압 직류지령치와 관전압 검출부의 출력(17)을 입력받아 결정된 출력을 해당 스윗칭 소자(9)(10)의 게이트에 입력시켜 관전압용 트랜스포머(13)의 1차측 전압을 발생시키고, 2차측에 유기된 전압은 승압정류부(15)에 의해 고압으로 승압되고 DC로 정류되어 튜브(16)에 인가되록 설치된다.In addition, the tube voltage
계속하여, 상기 관전류 제어용 PWM IC(8)는 관전류 직류지령치와 관전류 검출부(18)의 출력치를 입력받아 결정된 출력을 해당 스윗칭 소자(11)(12)의 게이트에 입력시켜 필라멘트용 트랜스포머(14) 1차측 전압을 발생시키고, 2차측에 유기된 전압에 의해 튜브(16)의 코일을 가열시키도록 하는 구성으로 이루어 진다.Subsequently, the tube current control PWM IC 8 receives the tube current direct current command value and the output value of the tube
그러나, 상기와 같은 전원공급장치는, 엑스레이의 조사시 전지로부터 순간적으로 막대한 에너지를 사용하게 될 때 필라멘트용 전원승압 제어부가 없어 리튬폴리머 전지(4)의 전압이 변하게 되면서 튜브(16)의 필라멘트의 가열(heating)정도에 영향을 미치게 되어 엑스레이 조사량이 연동하여 변하게 되므로 안정한 엑스레이 조사가 어렵게 되는 단점이 있다.However, such a power supply device does not have a power boost controller for filament when a large amount of energy is instantaneously used from the battery during X-ray irradiation, so that the voltage of the
더하여, 관전압 절환을 위한 Open Loop 제어와 Closed Loop제어의 선택적용 이 불가능하므로 검출과정에서 부품의 오차와 제품의 경년변화, 리튬폴리머 전지의 전압등의 영향에 의한 미세변동을 반영하지 못하게 되어 제품의 신뢰성을 저하시키는 단점이 있다.In addition, it is impossible to select open loop control and closed loop control for tube voltage switching. Therefore, it is not possible to reflect the micro fluctuations caused by the component error, the secular variation of the product, and the voltage of the lithium polymer battery. There is a disadvantage that the reliability is lowered.
그리고, 관전압 펄스폭 연산시에는 튜브(16)의 관전압 발생시간을 줄이기 위하여 관전압 상승시간을 줄여야 하는데 이때 관전류의 크기가 순간적으로 급격하게 상승하여 과전류 현상이 발생이 발생하여 엑스레이 조사가 중지되는 등, 제품의 신뢰성을 떨어뜨리게 되는 단점이 있는 것이다.In addition, when calculating the tube voltage pulse width, the tube voltage rise time should be shortened to reduce the tube voltage generation time of the
또한, 관전압과 관전류의 제어를 위하여 아날로그(Analog)형태의 PWM IC(7)(8)를 사용하여 PWM IC(7)(8)에 미리 설정되어 있는 데드타임(Deadtime)에 의해 일정시간의 펄스폭이 고정적으로 잘려나가게 되어 유효펼스폭이 줄어들게 되므로서 100kHz대의 고주파 구현은 힘들게 되는 것이다.In addition, in order to control the tube voltage and tube current, a pulse of a predetermined time is set by using a dead time preset in the PWM IC 7 and 8 using an
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 소형기기에서 고주파의 구현이 가능하여 치과용으로 사용이 가능하도록 하고, 실제의 관전류치를 매순간마다 검출하여 관전류치가 일정치 이상이 되지 못하도록 하는 범위에서 관전압 펄스폭을 연산, 결정하므로 제품의 신뢰성 향상과 아울러, 관전압의 상승시간을 단축시킬 수 있도록 하는 휴대용 X-Ray 발생기의 전원공급장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for improving the conventional problems as described above, it is possible to implement a high frequency in a small device can be used for dental use, so that the tube current value is not detected above a certain value by detecting the actual tube current every minute. By calculating and determining the tube voltage pulse width in the range of the above, it is to provide a power supply of a portable X-ray generator that can improve the reliability of the product and shorten the rise time of the tube voltage.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 공급되는 전원이 충전기를 통과한 후 PCM Board에 연결되는 리튬폴리머 전지에 충전되고, 상기 리튬폴리머 전지의 전압은 관전압 및 필라멘트제어에 사용되는 스윗칭 소자에 각각 인가되며, 상기 관전압 스윗칭소자에는 관전압트랜스포머와 승압정류부를 거치고 필라멘트제어용 소자는 트랜지스토를 거친 후 튜브에 각각 공급되고, 상기 PCM Board에 인가된 전압은 시퀀스제어부에 입력되어 관전압제어부와 관전류제어부에 각각 공급되어 튜브의 관전압및 관전류를 공급토록 하며, 상기 승압정류브를 통과한 전압을 관전압 및 관전류검출부를 통하여 측정한 후 관전류 및 관전압을 제어하도록 설치되는 전원공급장치에 있어서, The present invention, in order to achieve the above object, the power supplied to the lithium polymer battery connected to the PCM Board after passing through the charger, the voltage of the lithium polymer battery is a switching device used for tube voltage and filament control The tube voltage switching elements are respectively applied to the tube voltage transformer and the boost rectifying unit, and the filament control elements are supplied to the tubes after passing through the transistor, and the voltage applied to the PCM board is input to the sequence control unit and is connected to the tube voltage control unit. In the power supply device which is respectively supplied to the tube current control unit to supply the tube voltage and tube current of the tube, and the voltage passing through the boost rectification through the tube voltage and tube current detector to control the tube current and tube voltage,
상기 필라멘트제어용 스윗칭소자는, 필라멘트용 전원승압제어부를 통하여 스퀀스제어부에 연결되며, The filament control switching device is connected to the sequence control unit through the power boost control unit for the filament,
상기 관전압제어부는, 관전압지령연산부를 개재하여 스퀀스제어부에 연결되고,The tube voltage controller is connected to a sequence controller through a tube voltage command operator.
상기 관전류제어부는, 관전류지려연산부를 개재하여 스퀀스제어부에 연결되는 것을 특징으로 하는 휴대용 X-Ray 발생기의 전원공급장치를 제공한다.The tube current control unit provides a power supply of the portable X-Ray generator, characterized in that connected to the sequence control unit via the tube current operation calculation unit.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2 및 도3에서와 같이 본 발명은, 외부의 교류전원(100)을 리튬폴리머 전지(400)에 충전토록 충전회로가 구비되는 충전기(200)가 설치되고, 상기 충전기(200)의 일측에 리튬 이온 전지의 셀에 충전 전류를 공급하면서 방전 전류를 출력시키도록 PCM 보드(300)가 구비된다.2 and 3, in the present invention, a
그리고, 상기 PCM Board(300)의 일측은 전원제어부(500)에 연결되고, 상기 전원제어부(500)의 일측에는 출력 제어전원을 위하여 시퀀스 제어부(600)가 연결된다.One side of the PCM
더하여, 상기 리튬폴리머 전지(400)의 일측에는 입력되는 전압을 감시하여 외부에 알려주는 저전압감시부(700)가 더 연결되고, 상기 저전압감시부(700)는 적색, 녹색의 LED나 디지털화면으로 구현되는 LCD표시창으로 이루어져 입력되는 전압값에 따라 반응토록 설치된다.In addition, one side of the
또한, 상기 PCM 보드(300)의 출력은 전지전원 감시부(800)를 개재하여 Sequence 제어부(600)에 연결되도록 설치된다.In addition, the output of the
이때, 상기 PCM 보드(300)의 출력은 관전압 제어용 스윗칭소자(109)(110)의 드레인과 소스 양단에 각각 연결되면서 필라멘트용 전원승압제어부(111)에 연결된다.At this time, the output of the
그리고, 상기 시퀀스 제어부(600)의 출력은 필라멘트용 승압조건 판정부(114), 관전압 지령연산부(115) 및 관전류 지령연산부(120)에 각각 연결되고, 상기 관전압 지령연산부(115)의 출력은 관전압제어부(116)로, 관전압 제어부(116)의 출력은 관전압 절환부(170)를 거쳐 관전압 펄스폭 연산부(180)에 출력되도록 설치된다.The output of the
이때, 상기 관전압 펄스폭 연산부(180)는 관전압 스윗칭 소자(109)(110)의 게이트에 각각 연결된다.In this case, the tube voltage
계속하여, 상기 관전류 지령연산부(200)의 출력은 관전류 제어부(122)를 통 과한 후 그 출력이 필라멘트 펄스폭 연산부(123)에 전달되고, 상기 필라멘트 펄스폭 연산부(123)의 출력은 필라멘트 제어용 스윗칭 소자(112)(113)의 게이트에 연결된다.Subsequently, the output of the tube
그리고, 상기 관전압 제어용 스윗칭 소자(109)(110)의 출력은 관전압용 트랜스포머(124)를 통과한 후 승압정류부(126)를 거쳐 튜브(127)의 양단에 인가되도록 설치된다.Then, the output of the tube voltage control switching element 109 (110) is installed to be applied to both ends of the
또한, 상기 필라멘트 제어용 스윗칭 소자(112)(113)의 출력은 필라멘트용 트랜스포머(125)을 거친 후 승압되어 그 단부에 연결되는 튜브(127)에 인가되도록 설치된다.In addition, the output of the filament control switching element (112, 113) is installed to be applied to the
더하여, 상기 필라멘트용 승압조건 판정부(114)는, PCM Board(300)의 출력에 연결되는 필라멘트용 전원 승압제어부(111)에 연결되고, 상기 필라멘트용 전원 승압제어부(111)는 필라멘트 제어용 스윗칭 소자(112)(113)의 게이트 및 필라멘트용 트랜스포머(125)에 각각 연결되며, 상기 필라멘트용 트랜스포머(125)는 튜브(127)의 필라멘트 코일에 인가되도록 설치된다.In addition, the filament boosting
또한, 상기 승압정류부(126)의 출력측에는 관전압제어부(116) 및 관전류제어부(122)에 각각 연결되는 관전압검출부(119) 및 관전류검출부(121)가 각각 연결되는 구성으로 이루어 진다.In addition, the output side of the
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention having the configuration as described above are as follows.
도2 내지 도4에서와 같이, 공급되는 외부의 전원(100)은 충전기(200)를 거친 후 전원감시 보호용 PCM Board(300)에 공급되고, 상기 PCM Board(300)를 통과한 에 너지가 리튬폴리머 전지(400)에 의해 충전된다.2 to 4, the
그리고, 상기 리튬폴리머 전지(400)의 전압은 관전압제어용 스윗칭 소자 (109)(110)의 드레인과 소스 양단에 각각 인가된다.The voltage of the
한편, 상기 PCM Board(300)에 인가된 전압은 전원제어부(500)를 거쳐 제어에 필요한 제어전원들이 만들어 진후 시퀀스 제어부(600)에 입력된다. On the other hand, the voltage applied to the PCM
이때, 기기 사용자로부터 엑스레이 조사용 스위치가 온(on)시키면 시퀀스제어부(600)의 동작에 의해 필라멘트용 승압조건 판정부(114)를 통하여 필라멘트용 전원 승압제어부(111)의 전원이 일정한 전압으로 승압되도록 제어하여 리튬폴리머 전지(400)의 전압이 변동하더라도 항상 일정한 DC 전압이 유지되도록 한다.At this time, when the X-ray irradiation switch is turned on by the user of the device, the power of the filament power
그리고, 상기 시퀀스제어부(600)의 출력은 관전압 지령연산부(115)를 통하여 외부로부터 설정된 엑스레이 조사조건에 맞는 관전압 지령치를 결정한 후 관전압 제어부(116)에 전달된다.In addition, the output of the
계속하여, 관전류 지령연산부(200)를 통하여 조사조건에 맞는 관전류 지령치를 결정한 후 이를 관전류 제어부(122)에 전달한다. Subsequently, after determining the tube current command value corresponding to the irradiation condition through the tube current
이때, 상기 관전압 제어부(116)에서는 순시 검출때 관전류 검출부(119)를 통하여 검출되는 값이 지령치의 제한값을 넘지않도록 제어 하면서 관전압 지령연산부(115)의 출력치, 관전압 검출부(119)의 검출치, 관전류 검출부(121)의 출력치를 고려하여 출력값을 결정한 후 관전압 절환부(170)에 전달한다.At this time, the tube
그리고, 상기 관전압 절환부(170)에서는 시퀀스제어부(600)로부터 Open Loop인가 Closed Loop제어인가의 설정상태를 전달받아 Open Loop일 경우에는 관전압 지 령지령 연산부(115)의 값에 맞는 관전압 펄스폭을, Closed Loop조건일 경우에는 관전압 제어부(116)에서 연산된 펄스폭을 해당 스윗칭 소자(109)(110)의Gate에 입력시켜 관전압용 트랜스포머(124)의 1차측 전압을 발생시킨다.In addition, the tube
이어서, 상기 트랜스포머(124)의 2차측에 유기된 전압은 승압정류부(126)에 의해 고압으로 승압되고 DC로 정류되어 Tube(127)의 "+"단자와 "-"단자에 각각 인가한다.Subsequently, the voltage induced on the secondary side of the
또한, 상기 관전류 제어부(122)에서는 관전압 지령 연산부(200)의 출력과 관전류 검출부(121)의 출력치를 고려한 후 그 값이 필라멘트 펄스폭 연산부(123)에 입력된다.In addition, the tube
이때, 상기 필라멘트 펄스폭 연산부(123)에서는 조사조건에 맞는 펄스폭을 연산하여 해당 스윗칭 소자(112)(113)의 게이트에 입력시켜 필라멘트용 트랜스포머(125) 1차측 전압을 발생시키고, 2차측에 유기된 전압에 의해 튜브(127)의 필라멘트 코일을 가열시키게 된다.At this time, the filament pulse
계속하여, 상기의 관전압용 트랜스포머(124)와 승압정류부(126)를 거쳐 튜브(127)에 인가된 전압과 필라멘트용 트랜스포머(125)를 거쳐 필라멘트 코일에 인가된 전압이 튜브(127)에 공급되면 설정된 용량만큼의 엑스레이가 외부로 발생하게 된다.Subsequently, when the voltage applied to the
더하여, 상기와 같이 엑스레이 조사가 완료되면 필라멘트용 승압조건 판정부(114)에서 필라멘트 전원승압 제어부(111)의 동작을 중지시키고, 이 결과로 필라멘트용 스윗칭 소자(112)(113)의 스윗칭을 중지되어, 불필요한 스윗칭 손실이 발생 하지 않도록 한다.In addition, when the X-ray irradiation is completed as described above, the filament boosting
이때, 상기 관전압제어용 스윗칭 소자(109)(110)의 스윗칭도 중지되어 다음명령을 기다리게 된다.At this time, the switching of the tube voltage
그리고, 상기 승압정류부(126)는, 관전압용 트랜스포머(124)의 2차측에 유기된 전압을 고전압 직류전원으로 변하시키는데 사용되는 것으로서 복수의 다이오드와 콘덴서가 순차로 연결된다.The
이때, 윗부분의 +측콘덴서(126-1)및 +측다이오드(126-3)로 이루어진 +측정류부(A)를 통하여 튜브(127)의 "+"단자에 걸리는 전압을 승압정류하고, 아랫부분의 -측콘덴서(126-2)및 -측다이오드(126-4)로 이루어진 -측정류부(A)은 튜브(127)의 "-"단자에 걸리는 전압을 승압정류한다.At this time, the voltage applied to the "+" terminal of the
한편, 상기 승압정류부(126)는, 스윗칭 소자(109)(110)을 고주파하면 할수록 다이오드(126-3)(126-4)중 초기의 다이오드(D1)(D3)에 걸리는 순시부하가 증가하게 되나 본 발명은 초기 다이오드(D1)(D3)의 일측에 순시부하에 대응되는 부하를 갖도록 하나이상의 다이오드(D2)(D4)를 더 병렬 연결하여 다이오드가 과부하에 의해 파손되는 것을 방지하게 되는 것이다.On the other hand, the
이상과 같이 본 발명에 의하면, 스윗칭 주파수의 향상시켜 관전압, 관전류 리펄(Ripple)을 개선하고, 관전압 제어에 Open Loop제어와 Closed Loop가 모두 가능하여 시스템 전체의 오차성분을 사전 검출함으로써 실사용시 오차없이 엑스레이가 조사가 가능하며, 필라멘트 전원을 제어하여 배터리 전원전압의 증감에 관계없 이 일정한 관전류를 얻을수 있으며, 관전압 지령연산시 실시간 검출된 관전류 검출치를 연산에 반영하여 자동적으로 관전류가 안정된 값을가지면서 최대한의 짧은 시간에 관전압이 상승하는 효과를 가져오는 것이다.As described above, according to the present invention, the switching frequency is improved to improve tube voltage and tube current ripple, and both open loop control and closed loop can be used for tube voltage control, thereby detecting the error components of the entire system in advance, thereby preventing errors in actual use. X-ray can be irradiated without control, and it can control the filament power to obtain a constant tube current regardless of the increase or decrease of battery power voltage, and the tube current is automatically stabilized by reflecting the tube current detection value detected in real time when calculating the tube voltage command. In addition, the tube voltage rises in the shortest possible time.
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2006
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