JP2002171759A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ及びこれを用いたｘ線高電圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ソフトスイッチングのための補助回路の双方
向スイッチの不意の遮断による過電圧を発生させること
なく上記双方向スイッチの破壊を防止することができる
ＤＣ−ＤＣコンバータ及びこれを用いたＸ線高電圧装置
の電力変換効率の向上、安全性、信頼性のを向上を図
る。 【解決手段】 インバータ4の第一から第四のトランジ
スタ２０ａ〜20dには、コンデンサ22a〜22dをそれぞれ
並列接続し、上記インバータの第一及び第二のトランジ
スタ20a，20bの接続点と直流電源1の中性点との間、並
びに第三及び第四のトランジスタ20c，20dの接続点と直
流電源1の中性点との間に補助回路としてリアクトル23a
と双方スイッチ及びリアクトル23bと双方スイッチを接
続する。電流還流手段は、上記双方向スイッチ42aにダ
イオード28a，28bを、双方向スイッチにダイオード28
c，28dを接続した回路を上記直流電源1の正極と負極間
に接続して成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は，適宜の直流電源か
らインバータを介して交流電圧を変圧器に送りその出力
を整流して直流電圧を所要の負荷に供給するＤＣ−ＤＣ
コンバータに関し、特に上記インバータの各スイッチン
グ素子にかかる電圧変化率を小さくしてノイズを低減す
ると共に、上記スイッチング素子での電力損失を低減し
て高効率化を図ることができるＤＣ−ＤＣコンバータ及
びこれを用いたＸ線高電圧装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年，電力損失や電磁ノイズの低減を目
的として、スイッチング素子に印加される電圧がゼロの
状態、あるいはスイッチング素子に流れる電流がゼロの
状態で前記スイッチング素子をターンオン、ターンオフ
させるソフトスイッチングと称される技術を用いたＤＣ
−ＤＣコンバータが開発されている。従来この種のＤＣ
−ＤＣコンバータとしては，特開平6-22551号に開示さ
れたものがある。

【０００３】上記公報に記載されたＤＣ−ＤＣコンバー
タは、図15に示すように、直流電源1と、この直流電源1
の正極に接続された第一のスイッチ20a及びその負極に
接続された第二のスイッチ20bから成る第一の直列接続
体を有すると共に上記正極に接続された第三のスイッチ
20c及び負極に接続された第四のスイッチ20dから成り上
記第一の直列接続体に並列接続された第二の直列接続体
を有し且つ上記第一から第四のスイッチにそれぞれ逆並
列接続された第一から第四のダイオード3a〜3dを有し上
記直流電源1から直流を受電して交流に変換するインバ
ータ4と、このインバータ4の出力側に接続された変圧器
7と、この変圧器7の出力を直流に変換する整流器8と、
この整流器8の出力側に接続された負荷17と、上記イン
バータ4の第一から第四のスイッチにはロスレス（無損
失）スナバ回路として用いるコンデンサ22a〜22dをそれ
ぞれ並列接続し、上記インバータ4の第一及び第二のス
イッチの接続点と直流電源1の中性点との間並びに第三
及び第四のスイッチの接続点と直流電源1の中性点との
間のどちらか一方又は両方に補助回路としてリアクトル
23a，23bを接続し、上記負荷に印加する電圧及び負荷に
流す電流の設定信号に応じて上記第一から第四のスイッ
チ20a〜20dのオン／オフのタイミングを制御する手段と
を有して成っていた。なお、図13において、符号5は共
振回路としてのリアクトル、符号6は同じく共振用のコ
ンデンサである。

【０００４】また，上記第一から第四のスイッチ20a〜2
0dとダイオード3a〜3dとで、それぞれ第一のアーム10a
と、第二のアーム10bと、第三のアーム10cと、第四のア
ーム10dとが構成されている。また、上記整流器8は、四
つのダイオード11a，11b，11c，11dで入力電圧を全波整
流するようになっている。さらに，符号12は整流器8か
らの出力電圧を平滑して負荷に供給するためのコンデン
サである。

【０００５】上記のように構成された従来のＤＣ−ＤＣ
コンバータに特開昭63-190556号公報に開示されている
位相シフトＰＷＭ（Puls width Modulation）制御を適
用し、リアクトル23a，23bのインダクタンスの値を適当
に選択すれば、インバータ4の第一から第四のスイッチ2
0a〜20dについては常に逆並列ダイオードに電流が流れ
ている状態でターンオン、そしてスイッチの順方向に電
流が流れている状態でターンオフさせることが可能とな
り、デッドタイム期間（前記スイッチ20aと20b及び20c
と20dとが同時にオンすることによって生じる電源短絡
を防止するために設けた前記スイッチ20aと20bの両方及
び20cと20dの両方をオフする期間）中にロスレススナバ
回路を効果的に利用したソフトスイッチング動作が実現
できる。

【０００６】次に、上記図15の回路に双方向補助スイッ
チ26aと26bを追加した図16に示す回路が知られている
（R.W.De Doncker,et al :“The AuＸillary Resonant
CommutatedPole Converter”,IEEE-IAS（1990）、pp.12
28-1235）。この双方向スイッチは、電力用半導体スイ
ッチング素子とこの素子に逆並列に接続されたダイオー
ドとから成る二組みの接続体をそれぞれ極性が逆方向に
なるように直列に接続して構成され、双方向スイッチ26
aはスイッチング素子24a1とダイオード25a1及びスイッ
チング素子24a2とダイオード25a2とで構成され、双方向
スイッチ26bはスイッチング素子24b1とダイオード25b1
及びスイッチング素子24b2とダイオード25b2とで構成さ
れており、これらのスイッチング素子24a1，24a2，24b
1，24b2には絶縁ゲート形バイポーラトランジスIGBTの
ような自己消弧可能なスイッチング素子が適している。

【０００７】図15の回路においては、動作位相シフト角
や負荷条件によってはリアクトル23a，23bに不必要に大
きい電流が流れてしまい，スイッチ20a〜20dの導通損失
やリアクトル23a，23bの損失の点で無駄の多い状態があ
ったが、図16の回路はこれを改善するものである。すな
わち、この回路では，図17に示すように、第一及び第二
のスイッチのオン／オフのタイミングを基準としてその
前後の一定の期間（図17中の△t）のみ（基準のタイミ
ング前後のオン時間は同じ）補助スイッチ24a1あるいは
24a2をオンさせる。そして，第一から第二のアーム10
a，10bの各スイッチの電流の状態に応じて上記△tを制
御することにより上記スイッチ20aと20bに対しソフトス
イッチングの実現に必要な分だけ電流（以下、補助電流
と呼ぶ）を流すことができる回路とすることによって電
力変換効率の向上を図ったものである。第三及び第四の
アームのスイッチ20cと20dについても同様に動作させる
ことによってソフトスイッチングを実現できる。なお、
図16の回路は、負荷範囲の非常に広い（負荷抵抗にして
10⁴倍も変化する）Ｘ線高電圧装置等へ適用した場合、
全ての負荷条件において常に効率のよい動作が可能にな
るという点で大きなメリットがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図16の
回路方式をＸ線高電圧装置やその他の産業用機器への適
用を図った場合、以下に述べる困難な問題に直面する。
すなわち、ここでは左右の補助回路27a，27bのうち，左
側の補助回路27aについて考えると、通常の動作におい
ては、補助スイッチ24a1，24a2は常にゼロ電流スイッチ
ング（補助スイッチ24a1，24a2に流れる電流がゼロの状
態でスイッチ動作を行うこと）を行う（図17参照）た
め、リアクトル23aの両端には、該リアクトル23aのイン
ダクタンスの値をＬaとすると、このＬaと図17に示した
電流Iaの傾きとの積で決まる程度の電圧Ｌa(dIa／dt)し
か印加されない。しかしながら、何らかの原因で、例え
ば直流電源1の電圧の変動等によりその中性点の電位がE
／2でなくなったとすると、リアクトル23aの電流Iaが増
加する際と減少する際とでその電流の傾き及びその絶対
値が異なることとなり、補助スイッチ24a1，24a2は図18
のようにゼロ電流スイッチングができなくなる。そうす
ると、リアクトル23aの両端にかかる最大電圧は、リア
クトル23aに流れている電流Iaを遮断する際の遮断電流
の傾きで決まる非常に高い電圧が発生することになる。

【０００９】また，上記電源変動以外でも、例えば本Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータを適用したシステムに異常が生じて
該システムの異常処理を行う場合等において、インバー
タを突然停止しなければならない際等には、上記リアク
トル（インダクタンス値La）に電流が流れている状態で
第一〜第四のスイッチ20a〜20d及び上記補助スイッチ24
a1，24a2を遮断しなければならない場合があり得るが、
この時には最悪の場合にはIaがピーク値の時にその電流
を遮断することとなり、上記の電源変動時以上にリアク
トル（インダクタンスの値La）の両端に高い電圧が発生
することとなる。

【００１０】このように、何らかの原因でIaをゼロでな
い電流で遮断するケースがあり得るが，その際上記のリ
アクトル23aの両端に高電圧が発生すると、リアクトル2
3aの片側の接続点である直流電源12の中点は比較的安定
した電位であることを考えると、もう片側の接続点すな
わち双方向スイッチとの接続点の電位が非常に高く（あ
るいは低く）なる。そうすると、補助スイッチ24a1，24
a2及びそれらと逆並列接続されたダイオード25a1，25a2
の両端には非常に高い電圧を発生することとなり、これ
が補助スイッチ24a1，24a2，あるいはそれらの逆並列接
続ダイオード25a1，25a2の耐圧を越えた場合にはそれら
が破壊されることが懸念される。しかしながら従来の装
置においては、そのような点について、十分な配慮がな
されていなかった。

【００１１】このように全ての負荷条件、動作条件でソ
フトスイッチングを実現するための補助回路として、リ
アクトルと双方向スイッチとを直列接続した回路（図1
6）を用いてＤＣ−ＤＣコンバータを構成した場合、直
流電源の変動やシステムの異常処理時において、双方向
スイッチが破壊される可能性があることに対し、従来の
技術では配慮されていなかった。

【００１２】そこで本発明は、上記の問題点に対処し、
簡便な方法で補助回路部品の破壊を防止し、信頼性の高
いＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記ＤＣーＤＣコンバータをＸ線高電
圧装置に用いることによって、該Ｘ線高電圧装置を高効
率で安全性、信頼性の高いものにすることを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は以下の手段に
よって達成される。 （1）直流電源と、電力用半導体スイッチング素子の電
圧を略ゼロにして該スイッチング素子をターンオン及び
ターンオフさせるゼロ電圧スイッチング手段を備え、こ
のゼロ電圧スイッチング手段により前記スイッチング素
子をターンオン及びターンオフさせて前記直流電源の電
圧を交流電圧に変換するインバータと、このインバータ
の出力側に接続された変圧器と、この変圧器の出力を直
流に変換する整流器と、この整流器の出力側に接続され
た負荷と、この負荷に印加する電圧及び負荷に流す電流
の設定信号に応じて上記インバータのスイッチング素子
のターンオン、ターンオフのタイミングを制御する手段
とを有して成るＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、上記イ
ンバータに上記ゼロ電圧スイッチング手段の遮断時にこ
のゼロ電圧スイッチング手段に流れている電流を環流さ
せる電流環流手段を設ける。

【００１４】（2）上記ゼロ電圧スイッチング手段を備
えたインバータは、上記直流電源の正極に接続された第
一のスイッチ及びその負極に接続された第二のスイッチ
から成る第一の直列接続体を有すると共に上記正極に接
続された第三のスイッチ及びその負極に接続された第四
のスイッチから成り上記第一の直列接続体に並列接続さ
れた第二の直列接続体を有し且つ上記第一から第四のス
イッチにそれぞれ逆並列接続された第一から第四のダイ
オード及びコンデンサを有すると共に上記第一及び第二
のスイッチのスイッチング素子のターンオン及びターン
オフ時に前記第一及び第二のダイオードの順方向に電流
を供給する第一の補助電流供給手段と、上記第三及び第
四のスイッチのスイッチング素子のターンオン及びター
ンオフ時に前記第三及び第四のダイオードの順方向に電
流を供給する第二の補助電流供給手段とを備えて成り、
上記電流環流手段は上記第一及び第二の補助電流供給手
段に流れている電流を還流させる手段である。

【００１５】（3）上記第一の補助電流供給手段は、上
記第一及び第二のスイッチの接続点と上記直流電源の中
性点との間に第一のリアクトルと第一の双方向スイッチ
との直列接続体を接続して成り、上記第二の補助電流供
給手段は、上記第三及び第四のスイッチの接続点と上記
直流電源の中性点との間に第二のリアクトルと第二の双
方向スイッチの直列接続体を接続して成り、上記電流環
流手段は、上記第一及び第二の双方向スイッチをオン状
態からオフにした時に上記第一及び第二の補助電流供給
手段に流れている電流を還流させる手段である。

【００１６】（4）上記電流還流手段は、 1）上記第一のリアクトルと上記第一の双方向スイッチ
との接続点に第一のダイオードのアノードと第二のダイ
オードのカソードとの直列接続体の接続点を接続し、上
記第一のダイオードのカソードを上記直流電源の正極に
接続し、上記第二のダイオードのアノードを上記直流電
源の負極に接続して成る第一の電流環流手段と、上記第
二のリアクトルと上記第二の双方向スイッチとの接続点
に第三のダイオードのアノードと第四のダイオードのカ
ソードとの直列接続体の接続点を接続し、上記第三のダ
イオードのカソードを上記直流電源の正極に接続し、上
記第四のダイオードのアノードを上記直流電源の負極に
接続して成る第二の電流環流手段とを有する。

【００１７】2）上記第一の双方向スイッチの一端に第
一のダイオードのアノードと第二のダイオードのカソー
ドとの直列接続体の接続点を接続し、上記第一のダイオ
ードのカソードを上記直流電源の正極に接続し、上記第
二のダイオードのアノードを上記直流電源の負極に接続
して成る第一の電流環流手段と、上記第一の双方向スイ
ッチのもう一方の一端に第三のダイオードのアノードと
第四のダイオードのカソードとの直列接続体の接続点を
接続し、上記第三のダイオードのカソードを上記直流電
源の正極に接続し、上記第四のダイオードのアノードを
上記直流電源の負極に接続して成る第二の電流環流手段
と、上記第二の双方向スイッチの一端に第五のダイオー
ドのアノードと第六のダイオードのカソードとの直列接
続体の接続点を接続し、上記第五のダイオードのカソー
ドを上記直流電源の正極に接続し、上記第六のダイオー
ドのアノードを上記直流電源の負極に接続して成る第三
の電流環流手段と、上記第二の双方向スイッチのもう一
方の一端に第七のダイオードのアノードと第八のダイオ
ードのカソードとの直列接続体の接続点を接続し、上記
第七のダイオードのカソードを上記直流電源の正極に接
続し、上記第八のダイオードのアノードを上記直流電源
の負極に接続して成る第四の電流環流手段とを有する。

【００１８】（5）上記第一及び第二の双方向スイッチ
は、 1）それぞれ、スイッチング素子とこのスイッチング素
子に逆並列に接続されたダイオードから成る二組みの接
続体をこの接続体のスイッチング素子の導通方向が逆に
なるように直列に接続された接続体で構成して成る。 2）それぞれ、４つのダイオードから成る全波整流回路
とこの全波整流回路の正極と負極との間にスイッチング
素子を設け、この素子の正極を前記全波整流回路の正極
に接続し、該スイッチング素子の負極を前記全波整流回
路の負極に接続して成る。

【００１９】（6）上記双方向スイッチは上記（5）の
1）の双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、
第一から第三までの三つのダイオードを含む第一の電流
環流手段と、第四から第六までの三つのダイオードを含
む第二の電流環流手段から成り、上記第一の電流環流手
段は、上記第一のダイオードを上記第一の双方向スイッ
チの二組みの接続体の接続点から上記直流電源の正極に
導通するように接続し、上記第二のダイオードを上記直
流電源の負極から上記第一の双方向スイッチの一端に導
通するように接続し、上記第三のダイオードを上記直流
電源の負極から上記第一の双方向スイッチのもう一方の
一端に導通するように接続して成り、上記第二の電流環
流手段は、上記第四のダイオードを上記第二の双方向ス
イッチの二組みの接続体の接続点から上記直流電源の正
極に導通するように接続し、上記第五のダイオードを上
記第二の双方向スイッチの一端に導通するように接続
し、上記第六のダイオードを上記直流電源の負極から上
記第二の双方向スイッチのもう一方の一端に導通するよ
うに接続して成る。

【００２０】（7）上記双方向スイッチは上記（5）の
1）の双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、
第一と第二のダイオードを含む第一の電流環流手段と、
第三と第四のダイオードを含む第二の電流環流手段とか
ら成り、上記第一の電流環流手段は、上記第一のダイオ
ードを上記第一の双方向スイッチの二組みの接続体の接
続点から上記直流電源の正極に導通するように接続し、
上記第二のダイオードを上記直流電源の負極から上記第
一の双方向スイッチの一端に導通するように接続し、上
記第二の電流環流手段は、上記第三のダイオードを上記
第二の双方向スイッチの二組みの接続体の接続点から上
記直流電源の正極に導通するように接続し、上記第四の
ダイオードを上記直流電源の負極から上記第二の双方向
スイッチの一端に導通するように接続して成る。

【００２１】（8）上記双方向スイッチは上記（5）の
1）の双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、
第一から第三までの三つのダイオードを含む第一の電流
環流手段と、第四から第六までの三つのダイオードを含
む第二の電流環流手段から成り、上記第一の電流環流手
段は、上記第一と第二のダイオードをそれぞれ上記第一
の双方向スイッチの両端から上記直流電源の正極に導通
するように接続し、上記第三のダイオードを上記直流電
源の負極から上記双方向スイッチの二組みの接続体の接
続点に導通するように接続し、上記第二の電流環流手段
は、上記第四と第五のダイオードをそれぞれ上記第二の
双方向スイッチの両端から直流電源の正極に導通するよ
うに接続し、上記第六のダイオードを上記直流電源の負
極から上記双方向スイッチの二組みの接続体の接続点に
導通するように接続して成る。

【００２２】（9）上記双方向スイッチは上記（5）の
1）の双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、
第一と第二の二つダイオードを含む第一の電流環流手段
と、第三から第四までの二つのダイオードを含む第二の
電流環流手段から成り、上記第一の電流環流手段は、上
記第一のダイオードを上記第一の双方向スイッチの一端
から上記直流電源の正極に導通するように接続し、上記
第二のダイオードを上記直流電源の負極から上記双方向
スイッチの二組みの接続体の接続点に導通するように接
続し、上記第二の電流環流手段は、上記第三のダイオー
ドを上記第二の双方向スイッチの一端から上記直流電源
の正極に導通するように接続し、上記第四のダイオード
を上記直流電源の負極から上記双方向スイッチの二組み
の接続体の接続点に導通するように接続して成る。

【００２３】（10）上記双方向スイッチは上記（5）の
2）の双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、
第一と第二の二つダイオードを含む第一の電流環流手段
と、第三と第四の二つのダイオードを含む第二の電流環
流手段から成り、上記第一の電流環流手段は、上記第一
のダイオードを上記第一の双方向スイッチの正極から上
記直流電源の正極に導通するように接続し、上記第二の
ダイオードを上記直流電源の負極から上記双方向スイッ
チの負極に導通するように接続し、上記第二の電流環流
手段は、上記第三のダイオードを上記第二の双方向スイ
ッチの正極から上記直流電源の正極に導通するように接
続し、上記第四のダイオードを上記直流電源の負極から
上記双方向スイッチの負極に導通するように接続して成
る。

【００２４】（11）上記双方向スイッチのスイッチング
素子は、自己消弧可能なスイッチング素子である。

【００２５】（12）上記ＤＣ−ＤＣコンバータの負荷は
Ｘ線管とし、このＤＣ−ＤＣコンバータを用いてインバ
ータ式Ｘ線高電圧装置を構成する。

【００２６】このように構成されたＤＣ−ＤＣコンバー
タは、補助回路の双方向スイッチの不意の遮断（オン状
態からオフにすること）による過電圧を発生させること
なく上記双方向スイッチの破壊を防止することができ、
これをＸ線高電圧装置に適用することにより電力変換効
率の向上、安全性、信頼性のを向上を図ることが可能と
なる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。

【００２８】（実施例１）図1は、本発明によるＤＣ−
ＤＣコンバータをインバータ式Ｘ線高電圧装置に適用し
た第1の実施例を示す回路構成図である。このＤＣ-ＤＣ
コンバータを用いたＸ線高電圧装置は、商用電源を直流
に変換するコンバータからの直流電圧をインバータ回路
を用いて交流電圧に変換し、その出力を昇圧した後にこ
れを整流して直流の高電圧をＸ線管に印加してＸ線を放
射するものであり、直流電源1と、インバータ4と、リア
クトル5及びコンデンサ6と、高電圧変圧器7と、高電圧
整流器8と，負荷としてのＸ線管17と、位相決定回路18
及び位相制御回路19と、IGBT駆動回路21（21a〜21h）と
を有して成り、共振型インバータ式Ｘ線高電圧装置と呼
ばれるものである。

【００２９】次に上記構成要素のそれぞれの機能につい
て簡単に説明する。直流電源1は、直流電圧を供給する
装置であり、50Hzまたは60Hzの商用の交流電源の電圧を
整流した後の直流電圧あるいはバッテリィなどから供給
される直流電圧であるが、図1においては便宜上左右対
称に二つずつの電源電圧E／2を図示している。

【００３０】インバータ4は、直流電圧を受電して高周
波の交流電圧に変換すると共に出力の制御を行うもの
で、上記直流電源1の正極に接続された第一のスイッチ
としてのIGBT20a及びその負極に接続された第二のスイ
ッチとしてのIGBT20bから成る第一の直列接続体と上記
正極に接続された第三のスイッチとしてのIGBT20c及び
第四のスイッチとしてのIGBT20dから成り上記第一の直
列接続体に並列接続された第二の直列接続体と上記各IG
BT20a〜20dにそれぞれ逆並列接続された第一〜第四のダ
イオード3a〜3dとから成る。なお、上記各IGBT20a〜20d
は、それぞれ駆動信号を与えることによってターンオン
／オフするようになっている。そして、第一のIGBT20a
と第一のダイオード3aとで第一のアーム10aを、第二のI
GBT20bと第二のダイオード3bとで第二のアーム10bを、
第三のIGBT20cと第三のダイオード3cとで第三のアーム1
0cを、第四のIGBT20dと第四のダイオード3dとで第四の
アーム10dとが各々構成されている。そして、上記第一
〜第四のIGBT20a〜20dには、ロスレススナバ回路として
用いるコンデンサ22a〜22dがそれぞれ並列に接続される
と共に、第一及び第二のIGBT20aと20bの接続点と直流電
源1の中性点（電位E／2）との間、並びに第三及び第四
のIGBT20cと20dの接続点と上記直流電源1の中性点との
間のそれぞれに第一の補助回路27a及び第二の補助回路2
7bとが接続されている。上記第一の補助回路27aとして
は、直流電源1の中性点にリアクトル23aの一端が接続さ
れ、そのリアクトル23aのもう一方の一端には補助スイ
ッチとしてのIGBT24a1，24a2とこれに逆並列接続したダ
イオード25a1，25a2との組を二つ逆向きに直列接続した
双方向スイッチ26aを直列接続すると共にその双方向ス
イッチ26aのもう片方の一端を第一及び第二のIGBT20a，
20bの接続点に接続してある。一方、第二の補助回路27b
の構成も第一の補助回路27aと同様である。

【００３１】上記インバータ4の出力側にはリアクトル5
が接続されると共に、このリアクトル5にはコンデンサ6
が直列接続されている。そして、このリアクトル5のイ
ンダクタンスとコンデンサ6のキャパシタンスとで共振
回路を構成している。上記リアクトル5及びコンデンサ6
には高電圧変圧器7が接続されており、この変圧器7で前
記インバータ4からの出力電圧を昇圧すると共に、その
出力を絶縁している。整流器8は、上記変圧器7からの出
力電圧を全波整流して直流に変換するもので、4つのダ
イオード11a〜11dから成る。さらに、上記整流器8の出
力側には、Ｘ線管17が負荷として接続されている。ま
た、符号12は，上記整流器8の出力電圧をＸ線管17に印
加するための高電圧ケーブルの静電容量を示しており、
上記整流器8からの出力を平滑する作用がある。なお、
高電圧変圧器7の漏れインダクタンスとコンデンサ6のみ
で共振動作が可能であればリアクトル5は必ずしも必要
ではない。さらにコンデンサ6は高電圧変圧器7の漏れイ
ンダクタンスの影響で高周波の電流が上記高電圧変圧器
7の巻線に十分に流れないことを改善する目的で挿入し
てあり、その必要のない場合は挿入しなくてもよい。

【００３２】そして、位相決定回路18及び位相制御回路
19は、上記Ｘ線管17に印加する電圧及びＸ線管17に流す
電流の設定信号に応じて上記第一〜第四のIGBT20a〜20d
のオン／オフのタイミングを制御する信号を生成する手
段となるもので、位相決定回路18は管電圧設定信号S1及
び管電流設定信号S2によって各スイッチとしてのIGBT20
a〜20dの動作位相を決めるものであり、位相制御回路19
は上記位相決定回路18からの出力信号S3に応じて上記IG
BT20a〜20dが動作する位相を制御する信号及び補助スイ
ッチとしてのIGBT24a1，24a2，24b1，24b2のオン／オフ
のタイミングを制御する信号を、図示省略のコントロー
ラから入力するＸ線曝射信号S4が入力された際に出力す
るものである。なお、符号21a〜21hは、上記位相制御回
路19から出力される各制御信号に従ってそれぞれスイッ
チとしてのIGBT20a〜20d及び補助スイッチとしてのIGBT
24a1，24a2，24b1，24b2を駆動する駆動回路である。

【００３３】ここで、本発明においては、上記第一の補
助回路27a中のリアクトル23aと双方向スイッチ26aとの
接続点に第一の保護ダイオード28aのアノード側と第二
の保護ダイオード28bのカソード側とを共に接続し上記
第一の保護ダイオード28aのカソード側を直流電源1の正
極に接続し且つ上記第二の保護ダイオード28bのアノー
ド側を直流電源1の負極に接続し、さらに第二の補助回
路27b中のリアクトル23bと双方向スイッチ26bとの接続
点に第三の保護ダイオード28cのアノード側と第四の保
護ダイオード28dのカソード側とを共に接続し上記第三
の保護ダイオード28cのカソード側を直流電源1の正極に
接続し且つ上記第四の保護ダイオード28dのアノード側
を直流電源1の負極に接続した構成としている。

【００３４】続いて、このように構成されたＤＣ−ＤＣ
コンバータの動作について説明する。本発明による回路
方式の補助スイッチとしてのIGBT24a1，24a2，24b1，24
b2がゼロ電圧スイッチングを行う通常の（基本的）動作
については，上記図16に示した回路（R.W.De Doncker,e
t al :“The AuＸillary Resonant Commutated PoleCon
verter”,IEEE-IAS（1990）、pp.1228-1235）と同様で
あり、上述した保護ダイオード28a〜28dは通常動作に影
響を与えない。ここで、補助スイッチとしてのIGBT24a
1，24a2，24b1，24b2は、その動作条件に応じてソフト
スイッチングが実現可能な最小限の補助電流をスイッチ
としてのIGBT20a〜20dに供給するよう制御される（補助
電流Iaの波形は図16に示している）。

【００３５】この補助スイッチとしてのIGBT24a1，24a
2，24b1，24b2のオン／オフのタイミングは，位相決定
回路18によって決定されたスイッチとしてのIGBT20a〜2
0dのオン／オフのタイミングを基準として、その前後に
ある一定の期間△t（ソフトスイッチングするために必
要な最小限の期間）を設け、この△tの期間のみに補助
スイッチとしてのIGBT24a1，24a2，24b1，24b2をオンさ
せることによりソフトスイッチングを可能とする。

【００３６】ここで，何らかの原因、例えば直流電源1
の変動によりその中性点の電位が正確にE／2ではなくな
り、補助電流の増加時と減少時とでその傾き（時間変化
率）の絶対値が異なった場合を想定し、左側の補助回路
27aの動作を考える。上記図15の回路動作によれば図16
に示すような、補助スイッチ24a1，24a2はゼロ電流スイ
ッチングは実現できず、ある値の電流を遮断するするこ
ととなり、補助電流は図17のように非常に早い傾きを持
つ。そうすると、リアクトル23aの両端には非常に高い
電圧が発生する。例えばリアクトル23aのインダクタン
スの値が10μH、遮断電流値が50A、補助スイッチのター
ンオフ時間を0.5μsとすれば，リアクトル23aの両端に
発生する電圧Vaは、 Va＝La×dIa／dt ＝10×10−6[H]×50[A]／0.5×10−6[s] ＝1000[V] となる。このような場合、リアクトル23aの一方の接続
点である直流電源1の中性点の電位は比較的安定した電
位であると見なすと、もう一方の接続点すなわちリアク
トル23aと双方向スイッチ26aとの接続点の電位が非常に
高く（あるいは非常に低く）なってしまう。

【００３７】これによって、保護ダイオード28a〜28dを
設けていない従来の回路では、上記高電圧によって、双
方向スイッチ26a，26bの両端には高い電圧が発生し、こ
れが補助スイッ24a1，24a2，24b1，24b2あるいはダイオ
ード25a1，25a2，25b1，25b2の耐圧を越える場合にはそ
れらが破壊されるものであった。さらに、装置の異常処
理時等において第一〜第四のスイッチとしてのIGBT20a
〜20d及び補助スイッチとしてのIGBT24a1，24a2，24b
1，24b2を遮断しなければならなくなった際、最悪の場
合には、補助電流がピーク値となった時にその電流を遮
断する場合があり得る。このような場合には、さらに高
い電圧がリアクトル23a，23bに発生してしまい、やはり
補助スイッチ24a1，24a2，24b1，24b2やダイオードが破
壊されてしまう。

【００３８】しかしながら、本発明の図１の実施例によ
れば、上記のように補助電流値がゼロでない時にその電
流を遮断したとしても、保護ダイオード28a〜28dの効果
により補助スイッチとしてのIGBT24a1，24a2，24b1，24
b2あるいはダイオード25a1，25a2，25b1，25b2にかかる
高電圧を抑制することが可能となり、装置の信頼性を高
めることができるが、このことを図2を用いて説明す
る。ここでは，左側の補助回路27aについて、まず補助
リアクトル23aに図示のように右方向に電流が流れてい
る時にその電流を遮断する場合について考える。リアク
トル23aの電流値（すなわち補助電流値）がIaの時にこ
の電流が遮断され、リアクトル23aの両端にはVaという
高電圧が発生したとすると、直流電源1の中性点の電位
はほぼ固定された電位と考えるとダイオード28aとダイ
オード28bとの接続点（以下接続点Pとする）の電位Epは
ほぼ， Ep＝E／2＋Va となる。この時Vaが十分大きく、 Ep＞E となった時、保護ダイオード28aに順バイアスがかかっ
て導通し、その電流は直流電源1に回生される（図2
（a））。従って、リアクトル23aの両端の電圧が上昇す
る僅かな期間、すなわち補助電流遮断時からEp≦Eとな
っている期間だけ双方向スイッチ27aの両端に電圧がか
かることとなるが、双方向スイッチ27aの両端にかかる
電圧の値はせいぜい直流電源の電圧程度しか発生しない
ことになる。また補助電流の方向が逆（左向き）の場合
もこれと同様であり、接続点Pの電位であるEpが、 Ep＝E／2−Va＜0 となった時点で保護ダイオード28bが導通することによ
り、双方向スイッチ27aの過電圧が防止可能となる（図2
（b））。

【００３９】また、上記補助回路のリアクトルと双方向
スイッチの配置を入れ替えたとしても、補助電流の遮断
時には図3に示すような経路で電流が流れることで補助
スイッチの破壊は防止でき、本発明の目的は達せられ
る。

【００４０】図4は、図1の回路の変形例で、補助リアク
トルに流れている電流を環流させるダイオード28a，28c
を配置替えし、新たにダイオード28b’，28d’を設けた
ものである。すなわち、左側の補助回路27a及び電流環
流回路について説明すると、図1の回路のダイオード28a
を双方向スイッチ26aのダイオード25a1と25a2の接続点
と直流電源1の正極に接続し、第一のアーム10aと第二の
アーム10bとの接続点に接続された双方向スイッチ26aと
の接続点と直流電源1の負極間に新たにダイオード28b’
を接続したものである。

【００４１】このような構成の回路においも、通常の動
作及び補助リアクトルに流れている電流を環流される動
作は上記図1と同じで、これに加えて、さらに図4の実施
例では第一のアーム10aと第二のアーム10bとの接続点と
双方向スイッチ26a間の配線に含まれているインダクタ
ンス（以下、単に配線インダクタンスと呼ぶ）に流れて
いる電流も還流させることができる。

【００４２】すなわち、 （1）補助リアクトルに流れている電流の環流経路 1）図4の右方向に流れている場合 補助リアクトル23a→ダイオード25a1→ダイオード28a→
直流電源1→補助リアクトル23a 2）図4の左方向に流れている場合 補助リアクトル23a→直流電源1→ダイオード28b→補助
リアクトル23a

【００４３】（2）配線インダクタンスに流れている電
流の環流経路 1）図4の右方向に流れている場合 配線インダクタンス→ダイオード3a→直流電源1→ダイ
オード28b’→配線インダクタンス 2）図4の左方向に流れている場合 配線インダクタンス→ダイオード25a2→ダイオード28a
→直流電源1→ダイオード3b→配線インダクタンス となる。なお、直流電源1の中性点と双方向スイッチ間
の配線のインダクタンスについては特に言及しなかった
が、これは補助リアクトル23aに含めて考えれば良く、
また補助電流の遮断時には上記（1），（2）で説明した
ような経路で電流が流れるので、補助回路のリアクトル
と双方向スイッチの配置を入れ替えても良い。

【００４４】右側の補助回路27b及び電流環流回路につ
いても上記左側の回路と同様であるので、これについて
は省略する。以上の図1，図4を基本として変形した各種
の回路例を図5〜図7に示す。なお、上記したように、補
助回路は右側、左側共に同様に動作するので、ここでは
右側の補助回路のみを示す。

【００４５】（1）図5（a）は、補助回路の双方向スイ
ッチを図1の双方向スイッチ26aのIGBT24a1，24a2とダイ
オード25a1，25a2の極性を逆にして構成したもので、こ
のように双方向スイッチを構成しても動作は図1の双方
向スイッチと同じである。 （2）図5（b）は、図1の回路における補助回路のリアク
トル23aを第一のアーム10aと第二のアーム10bとの接続
点と双方向スイッチ26aとの間に接続し、前記リアクト
ル23aの電流をダイオード28aと28bに環流させる回路で
ある。 （3）図5（c）は、補助回路の双方向スイッチ26aを図5
（a）のように構成し、リアクトル23aと環流ダイオード
28a，28bを図5（b）と同じに配置した回路である。 （4）図5（d）は、図1の回路の第一のアーム10aと第二
のアーム10bとの接続点と双方向スイッチ26aとの間に環
流ダイオード28a’，28b’を設け、これらのダイオード
によって前記第一のアーム10aと第二のアーム10bとの接
続点と双方向スイッチ26a間に存在する配線のインダク
タンス29aに流れている電流を環流させる経路を形成し
た回路である。 （5）図6（e）は、前記図5（d）の補助回路の双方向ス
イッチ26aを図5（a）のように構成したものである。 （6）図6（f）は、図4の回路における第一のアーム10a
と第二のアーム10bとの接続点と双方向スイッチ26a間に
存在する配線のインダクタンス29aを考慮したもので、
このように構成することによって配線のインダクタンス
29aに流れている電流を環流させることができる。 （7）図6（g）は、図6（f）の回路を変形したもので、
該回路の双方向スイッチ26aを図5（a）のように構成
し、この双方向スイッチ26aのIGBT24a1と24a2の接続点
と直流電源の負極間に環流ダイオード28bを接続し、前
記双方向スイッチ26aの両端と直流電源の正極間にそれ
ぞれ環流ダイオード28a，28a’を接続したものである。
このように構成してもその動作は図6（f）の回路と同じ
である。 （8）図6（h）は、図6（f）の回路から環流ダイオート2
8b’を除去した回路で、これは配線のインダクタンス29
aが非常に小さく、この配線のインダクタンス29aに流れ
ている電流を遮断時に発生する電圧が双方向スイッチ26
aを構成する素子の定格電圧以下の場合に適用できる。 （9）図7（i）は、図6（g）の回路から環流ダイオート2
8a’を除去した回路で、これは配線のインダクタンス29
aが非常に小さく、この配線のインダクタンス29aに流れ
ている電流を遮断時に発生する電圧が双方向スイッチ26
aを構成する素子の定格電圧以下の場合に適用できる。 （10）図7（j）は、図6（f）の回路において、補助回路
のリアクトル23aを第一のアーム10aと第二のアーム10b
との接続点と双方向スイッチ26aとの間に接続し、環流
ダイオート28bを除去したものである。これは、直流電
源と補助回路間が非常に短く、部品配置の自由度を確保
したい場合に有効である。 （11）図7（k）は、図6（g）の回路において、補助回路
のリアクトル23aを第一のアーム10aと第二のアーム10b
との接続点と双方向スイッチ26aとの間に接続し、環流
ダイオート28aを除去したものである。これは、直流電
源と補助回路間が非常に短く、部品 配置の自由度を確
保したい場合に有効である。

【００４６】このように、本発明の第１の実施例によれ
ば、補助スイッチの遮断時に補助リアクトルに流れてい
た電流を還流させる手段、すなわち、上記実施例ではダ
イオード28a，28a’，28b，28b’，28c，28d，28d’を
設けることによって、前記補助スイッチの遮断によって
発生する過電圧を抑制して補助スイッチとしてのIGBT24
a1，24a2，24b1，24b2あるいはダイオード25a1，25a2，
25b1，25b2の破壊を防止することができる。

【００４７】そして、このＤＣ−ＤＣコンバータを負荷
範囲の非常に広い（負荷抵抗にして10⁴倍も変化する）
Ｘ線高電圧装置に用いることによって、全ての負荷条件
において常にスイッチングノイズ及びスイッチング損失
の少ない効率のよい動作が可能になるという点で大きな
メリットがある。

【００４８】（実施例２）図8は、本発明によるＤＣ−
ＤＣコンバータをインバータ式Ｘ線高電圧装置に適用し
た第２の実施例を示す回路構成図である。

【００４９】この図8に示す第2の実施例のＤＣ−ＤＣコ
ンバータを用いたインバータ式Ｘ線高電圧装置は、上記
第１の実施例の各回路の補助回路が異なるのみで、他は
同一であるので、ここでは異なる部分についてのみ説明
する。補助回路の双方向スイッチには、図9に示す双方
向スイッチを用い、この双方向スイッチ42a，42bの正極
から前記直流電源の正極の方向に導通するようにダイオ
ード28a，28cを接続し、前記直流電源の負極から前記双
方向スイッチの負極の方向に導通するようにダイオード
28b，28dを接続したものである。

【００５０】先ず、図8の回路を説明する前に図9の双方
向スイッチについて説明する。図9の双方向スイッチ
は、同図（a）に示すように4つのダイオード41a1〜41a4
から成る全波整流回路の正極と負極間に順方向に一つの
スイッチ40a1を接続したものである。この構成の双方向
スイッチは、図9（b）に示すような電流経路を形成し、
双方向スイッチとして動作する。このような双方向スイ
ッチを設けることによって、スイッチは一つとなり、回
路を簡素化できる。

【００５１】図8において、第1の補助回路43aとして
は、直流電源1の中性点にリアクトル23aの一端が接続さ
れ、そのリアクトル23aのもう一方の一端には、補助ス
イッチとしてのIGBT40a1とフルブリッジに組んだダイオ
ード41a1，41a2，41a3，41a4とを組み合わせた双方向ス
イッチ42aの前記ダイオード41a1と41a2との接続点に接
続すると共にその双方向スイッチ42aのもう一方の一端
（ダイオード41a3 と41a4との接続点）を第一のアーム1
0aと第二のアーム10bとの接続点に接続する。一方、第
二の補助回路43bも前記第一の補助回路と同様に構成さ
れ、直流電源1の中性点にリアクトル23bの一端が接続さ
れ、そのリアクトル23bのもう一方の一端には補助スイ
ッチとしてのIGBT40b1とフルブリッジに組んだダイオー
ド41b1，41b2，41b3，41b4とを組み合わせた双方向スイ
ッチ42bの前記ダイオード41b1と41b2との接続点に接続
すると共にその双方向スイッチ42bのもう一方の一端
（ダイオード41b3と41b4との接続点）を第三のアーム10
aと第四のアーム10bとの接続点に接続する。

【００５２】続いて、このように構成されたＤＣ−ＤＣ
コンバータの動作について説明する。この第2の実施例
による回路方式の補助スイッチとしてのIGBT40a1，40b1
がゼロ電圧スイッチングを行う通常の（基本的）動作
は、上記第１の実施例と同様に、補助回路のリアクトル
23a，23bに流れている電流を環流させる保護ダイオード
28a〜28dは通常動作に影響を与えない。ここで、補助ス
イッチとしてのIGBT40a1，40b1は，その動作条件に応じ
てソフトスイッチングが実現可能な最小限の補助電流を
スイッチとしてのIGBT20a〜20dに供給するように制御さ
れる（補助電流Iaの波形は図16に示している）。これら
の補助スイッチとしてのIGBT40a1，40b1のオン／オフの
タイミングは、位相決定回路18によって決定されたスイ
ッチとしてのIGBT20a〜20dのオン／オフのタイミングを
基準として、その前後にある一定の期間△t（ソフトス
イッチングするために必要な最小限の期間）を設け、こ
の△tの期間のみに補助スイッチとしてのIGBT40a1，40b
1をオンさせることによりソフトスイッチングを可能と
する。

【００５３】ここで、何らかの原因、例えば直流電源1
の変動によりその中性点の電位が正確にE/2ではなくな
り、補助電流の増加時と減少時とでその傾き（時間変化
率）の絶対値が異なった場合は、図18に示したように、
補助スイッチ40a1，40b1はゼロ電圧スイッチングは実現
できず、ある値の電流を遮断するすることとなり、補助
電流は図18のように非常に早い傾きを持つ。そうする
と、リアクトル23a，23bの両端には、上記第１の実施例
で述べたと同様の非常に高い電圧が発生するが、上記の
ように補助電流値がゼロでない時にその電流を遮断した
としても、保護ダイオード28a〜28dの効果により補助ス
イッチとしてIGBT40a1，40b1あるいはダイオード41a1〜
41a4，41b1〜41b4に印加される高電圧を抑制することが
可能となり、上記補助回路のスイッチやダイオード等の
破損を未然に防いで装置の信頼性を高めることができ
る。これについて図10を用いて説明する。ここでは、左
側の補助回路43aについて、まず補助リアクトル23aに図
10（a）に示すように、右方向に電流が流れている時に
その電流を遮断する場合について考える。リアクトル23
aの電流値（すなわち補助電流値）がIaの時にこの電流
が遮断され、リアクトル23aの両端にはVaという高電圧
が発生したとすると、直流電源1の中性点の電位はほぼ
固定された電位と考えると、ダイオード41a1とダイオー
ド41a2との接続点（以下接続点Qとする）の電位Eqはほ
ぼ、 Eq＝E／2＋Va となる。この時Vaが十分大きく、 Eq＞E となった時、双方向スイッチのダイオード41a1と保護ダ
イオード28aは順バイアス状態となって導通し、その電
流は直流電源1に回生される（図10（a））。従って、リ
アクトル23aの両端の電圧が上昇する僅かな期間、すな
わち補助電流遮断時からEq≦Eとなっている期間だけ双
方向スイッチ42aの両端に電圧がかかることとなる。し
かも、その際、双方向スイッチ42aの両端にかかる電圧
の値は直流電源の電圧と同程度である。また、補助電流
の方向が逆（左向き）の場合も上記と同様に，接続点Q
の電位であるEqが、 Eq＝E／2−Va＜0 となった時点で、図10（b）に示すように、双方向スイ
ッチのダイオード41a2と保護ダイオード28bが導通し
て、双方向スイッチ42aに印加される電圧を直流電源電
圧と同程度に抑えることができる。

【００５４】なお、補助回路を形成するための各部品を
接続する配線にはインダクタンス成分が存在するが、本
発明による上記図8の第２の実施例ではこの配線のイン
ダクタンスによって発生する過電圧も抑制する。図11は
これを説明するための全体の回路構成図で、左側の補助
回路の23aは補助リアクトルで、これには直流電源と双
方向スイッチ42a間の配線のインダクタンスも含むもの
とする。一方、双方向スイッチ42aと第一の直列接続体
間の配線のインダクタンスによるリアクトルを29aとす
る。同様に、右側の補助回路の23bは補助リアクトル
で、これには直流電源と双方向スイッチ42b間の配線の
インダクタンスも含むものとする。一方、双方向スイッ
チ42bと第二の直列接続体間の配線のインダクタンスに
よるリアクトルを29bとする。次に、このように構成さ
れた補助回路に発生する過電圧を抑制する動作について
図12を用いて説明する。

【００５５】先ず、左側の補助回路43aについて、補助
リアクトル23a（配線のインダクタンス成分によって形
成されるリアクトルも含む）及び双方向スイッチ42aと
第一の直列接続体間の配線のインダクタンスによるリア
クトル29aに、図12（a）に示すように右方向に電流が流
れている時にその電流を遮断した場合は、保護ダイオー
ド28aと双方向スイッチ42aのダイオード41a1は順バイア
ス状態となって導通し、リアクトル23a→ダイオード41a
1→ダイオード28a→直流電源E/2の経路の第一の環流回
路が形成されて前記リアクトル23aの電流は環流する。

【００５６】これと同時に、ダイオード28b，41a4，3a
が順バイアス状態となって導通し、リアクトル29a→ダ
イオード3a→直流電源E／2→直流電源E／2→ダイオード
28b→ダイオード41a4の経路の第二の環流回路が形成さ
れて前記リアクトル29aの電流は環流する。

【００５７】同様に、補助リアクトル23a（配線のイン
ダクタンス成分によって形成されるリアクトルも含む）
及び双方向スイッチ42aと第一の直列接続体間の配線の
インダクタンスによるリアクトル29aに、図12（b）に示
すように左方向に電流が流れている時にその電流を遮断
した場合は、保護ダイオード28bと双方向スイッチ42aの
ダイオード41a2は順バイアス状態となって導通し、リア
クトル23a→直流電源E／2→ダイオード28b→ダイオード
41a2の経路の第三の環流回路が形成されて前記リアクト
ル23aの電流は環流する。

【００５８】これと同時に、ダイオード28a，3b，41a3
が順バイアス状態となって導通し、リアクトル29a→ダ
イオード41a3→ダイオード28a→直流電源E／2→直流電
源E／2→ダイオード3bの経路の第四の環流回路が形成さ
れて前記リアクトル29aの電流は環流する。

【００５９】以上のように、第一〜第四の環流回路が形
成されて補助回路の各リアクトルに流れていた電流は上
記回路を環流することになるので、補助回路には高電圧
は発生することがなくなり、したがって補助回路部品の
破損を未然に防ぐことができる。以上の図8，図11を基
本として変形した各種の回路例を図13（a）〜（d）に示
す。なお、上記したように、補助回路は右側、左側共に
同様に動作するので、ここでは右側の補助回路のみを示
す。

【００６０】（1）図13（a）は、図8の回路における補
助回路のリアクトル23aを第一のアーム10aと第二のアー
ム10bとの接続点と双方向スイッチ42aとの間に接続し、
前記リアクトル23aの電流をダイオード28aと28bに環流
させる回路である。

【００６１】（2）図13（b）は、図8の回路における補
助回路のリアクトル23aを第一のアーム10aと第二のアー
ム10bとの接続点と双方向スイッチ42aとの間に接続し、
双方向スイッチ42aとリアクトル23aとの接続点と直流電
源の正極，負極間に環流ダイオード28a，28bを設けて、
リアクトル23aの電流を環流させる。この回路は、直流
電源と双方向スイッチ42a間の配線のインダクタタンス
が非常に小さい場合に回路の簡略化に有効である。

【００６２】（3）図13（c）は、図8の回路において、
環流ダイオード28a，28bを補助回路のリアクトル23aと
双方向スイッチ42aとの接続点と直流電源の正極、負極
間に設けた回路で、第一のアーム10aと第二のアーム10b
との接続点と双方向スイッチ42aとの間の配線のインダ
クタンスが小さい場合に、回路の簡略化に有効である。

【００６３】（4）図13（d）は、図11の回路において、
環流ダイオードを双方向スイッチ42aの交流端に設けた
場合である。すなわち、補助リアクトル23aと双方向ス
イッチ42aの接続点と直流電源の正極、負極間に環流ダ
イオード28a，28bを、第一のアーム10aと第二のアーム1
0bとの接続点と双方向スイッチ42aのもう一方の交流端
との接続点と直流電源の正極、負極間に環流ダイオード
28a，28bを設けたもので、このようにしても図11と同様
に、第一のアーム10aと第 二のアーム10bとの接続点と
双方向スイッチ42aとの間の配線のインダクタンスに流
れる電流も環流させることができる。

【００６４】このように、本発明の第２の実施例によれ
ば、補助スイッチの遮断時に補助リアクトルに流れてい
た電流を還流させる手段、すなわち、上記実施例ではダ
イオード28a，28a’，28b，28b’，28c，28dを設けるこ
とによって、前記補助スイッチの遮断によって発生する
過電圧を抑制して補助スイッチとしてのIGBT40a1，40b1
あるいはダイオード41a1〜41a4，41b1〜41b4の破壊を防
止することができる。

【００６５】そして、このＤＣ−ＤＣコンバータを負荷
範囲の非常に広い（負荷抵抗にして10⁴倍も変化する）
Ｘ線高電圧装置に用いることによって、全ての負荷条件
において常にスイッチングノイズ及びスイッチング損失
の少ない効率のよい動作が可能になるという点で大きな
メリットがある。

【００６６】以上のように、補助回路を構成する以下に
述べる、双方向スイッチの形態、双方向スイッチと補助
リアクトルの配置、電流を還流させる手段の組み合わせ
によって種々の回路が構成できる。

【００６７】（1）双方向スイッチの形態 1）４つのダイオードから成る全波整流回路とこの全波
整流回路の正極と負極との間にスイッチング素子を接続
した双方向スイッチで、これを1S4D型と呼ぶことにす
る。この双方向スイッチは、スイッチング素子を１つで
構成できるため、スイッチング素子及びこれを駆動する
ドライブ回路を含めて小型，安価にできる。

【００６８】2）スイッチング素子とこのスイッチング
素子に逆並列に接続されたダイオードから成る二組みの
接続体をこの接続体のスイッチング素子の負極同士を直
列に接続した双方向スイッチで、これを2S2D(E)型と呼
ぶことにする。この2S2D型は自己消弧スイッチ動作がで
きるためにスイッチング時のタイミングをとることが容
易で、流れる電流の向きによって２つのスイッチを交互
に動作できるため、スイッチの動作周波数を半分にでき
る。

【００６９】3）スイッチング素子とこのスイッチング
素子に逆並列に接続されたダイオードから成る二組みの
接続体をこの接続体のスイッチング素子の正極同士を直
列に接続した双方向スイッチで、これを2S2D(C)型と呼
ぶことにする。この2S2D(C)型は二つのスイッチング素
子を駆動するドライブ回路を共有できるというメリット
がある。

【００７０】（2）双方向スイッチと補助リアクトルの
配置 1）補助リアクトルを直流電源の中性点側に接続する場
合で、これを直流側リアクトル型と呼ぶことにする。補
助回路のスイッチ群をまとめて配置することができ、配
線実装の点で有利である。

【００７１】2）補助リアクトルをインバータ回路の主
スイッチの中点に接続した場合で、これをスイッチ側リ
アクトル型と呼ぶことにする。補助回路のスイッチの一
端を安定した電位に固定できる。

【００７２】3）補助リアクトルを直流電源の中性点と
インバータ回路の主スイッチの中点の双方に設けた場合
で、これを双方リアクトル型と呼ぶことにする。双方に
存在する場合とは、補助リアクトルの外に、配線のイン
ダクタンスなどのように、寄生的に回路に存在するイン
ダクタンスを含み、これが補助スイッチを遮断した時に
問題となるような過電圧を発生する場合である。

【００７３】（3）電流を還流させる手段 1）主にリアクトルに流れる電流を還流させるために、
リアクトルの一端を直流電源の正負極に接続する方法
で、これをリアクトルクランプ型と呼ぶことにする。こ
れは回路図的にわかりやすいという特徴がある。

【００７４】2）主にリアクトルに流れる電流を補助ス
イッチによって遮断した場合に発生する該補助スイッチ
のスイッチング素子に印加される高電圧をクランプする
様に、前記リアクトルに流れている電流を前記スイッチ
ング素子の正極側から直流電源の正極側に、直流電源の
負極側からスイッチング素子の負極側に環流するように
環流用ダイオードを配置する方法で、これをスイッチク
ランプ型と呼ぶことにする。この環流手段はより少ない
クランプダイオードで、確実にスイッチング素子を保護
できるという特徴がある。以上の双方向スイッチの種
類，双方向スイッチと補助リアクトルの配置及び電流を
還流させる手段別に整理すると図14のようになる。

【００７５】なお、上記第一及び第二の実施例では、第
一から第四のスイッチのオン，オフのタイミングを制御
する手段として、特開昭63-190556号公報に開示されて
いる位相シフトＰＷＭ制御を適用した例について説明し
たが、本発明はこれに限定するものではなく、負荷に印
加する電圧及び負荷に流す電流の設定信号に応じて上記
第一から第四のスイッチの動作周波数を制御する方法、
あるいは周波数と位相を併用して制御する方法や、コン
デンサ6が不要な非共振形などにも適用できる。

【００７６】また、上記実施例においては，ソフトスイ
ッチングを実現するための補助回路としてリアクトルと
双方向スイッチとを直列接続したものを第一の直列接続
体及び第二の直列接続体の両方に対して設けたが、各ア
ーム10a〜10dの電流波形に応じて、どちらか片方をリア
クトル23aあるいは23bだけの補助回路としてもよいし、
またどちらか一方の補助回路を取り除いてもソフトスイ
ッチングが可能な場合にはそのようにしても構わない。
さらに、上記実施例においては、第一〜第四のスイッチ
20a〜20d及び補助スイッチ24a1，24a2，24b1，24b2，40
a1，40b1等にIGBTを用いたが、ここには適用する装置の
仕様に合わせてMOSFETやバイポーラトランジスタ等他の
スイッチング素子を利用することも可能である。

【発明の効果】以上、本発明によれば、ソフトスイッチ
ングＤＣ−ＤＣコンバータの電源やこの電源を用いたシ
ステムの異常時等に該ソフトスイッチングＤＣ−ＤＣコ
ンバータの補助回路の電流がゼロでない時にその電流を
遮断する際の過電圧を抑制して前記補助回路の双方向ス
イッチを保護できるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ及びこ
れを用いたＸ線高電圧装置を高効率で安全性，信頼性の
高いものにできるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明によるＤＣ−ＤＣコンバータをインバー
タ式Ｘ線高電圧装置に適用した第1の実施例を示す回路
構成図。

【図2】図1の回路の動作説明図（補助リアクトルを直流
電源側に接続した場合）。

【図3】図1の回路の動作説明図（補助リアクトルをイン
バータ回路のスイッチ側に接続した場合）。

【図4】図1の回路を変形した回路構成図。

【図5】図1、図4の回路を変形した回路図。

【図6】図1、図4の回路を変形した回路図。

【図7】図1、図4の回路を変形した回路図。

【図8】本発明によるＤＣ−ＤＣコンバータをインバー
タ式Ｘ線高電圧装置に適用した第2の実施例を示す回路
構成図。

【図9】図8に用いた双方向スイッチの回路図とその動作
説明図。

【図10】図8の回路の動作説明図。

【図11】補助回路の配線のインダクタンスを考慮した図
8の回路の変形例を示す図。

【図12】図11の回路の動作説明図。

【図13】図8，図11の回路を変形した回路図。

【図14】双方向スイッチの種類，双方向スイッチと補助
リアクトルの配置及び電流を還流させる手段別に整理し
た回路図番号。

【図15】従来のＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図。

【図16】図15の従来のＤＣ−ＤＣコンバータに補助スイ
ッチを設けた従来の回路図。

【図17】図15の従来回路，あるいは図1，図8の本発明の
実施例に示した回路の動作（通常の動作）を説明するた
めのタイミング線図。

【図18】図15の従来回路で電源電圧の変動があった場合
の動作を説明するタイミング線図。

【符号の説明】

1…直流電源，3a…第一のダイオード，3b…第二のダイ
オード，3c…第三のダイオード，3d…第四のダイオー
ド，4…インバータ，5…リアクトル，6…コンデンサ，7
…変圧器，8…整流器，17…負荷としてのＸ線管，18…
位相決定回路，19…位相制御回路，20a〜20d…スイッチ
としてのIGBT，21a〜21h…IGBT駆動回路，22a〜22d…ロ
スレススナバ回路としてのコンデンサ，23a…第一のリ
アクトル，23b…第二のリアクトル，24a1，24a2，25a
1，25a2…第一の双方向スイッチ26aを構成するIGBTとダ
イオード，24b1，24b2，25b1，25b2……第二の双方向ス
イッチ26bを構成するIGBTとダイオード，27a…第一の補
助回路，27b…第二の補助回路，28a…保護ダイオード，
28b，28b`…保護ダイオード，28c…保護ダイオード，28
d，28d｀…保護ダイオード，29a，29bc…配線のインダ
クタンス成分によるリアクトル，40a1，40a2，41a1，41
a2，41a3，41a4…IGBTとダイオードとから成る双方向ス
イッチ，40b1，40b2，41b1，41b2，41b3，41b4…IGBTと
ダイオードとから成る双方向スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯嶋 浩和 東京都千代田区内神田１丁目１番14号 株 式会社日立メディコ内 Ｆターム(参考） 5H730 AA14 AA15 AA17 AA20 AS04 AS16 BB27 BB63 BB66 DD03 DD42 EE04 EE07 FG05 XX04 XX12

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源と、電力用半導体スイッチング
   素子の電圧を略ゼロにして該スイッチング素子をターン
   オン及びターンオフさせるゼロ電圧スイッチング手段を
   備え、このゼロ電圧スイッチング手段により前記スイッ
   チング素子をターンオン及びターンオフさせて前記直流
   電源の電圧を交流電圧に変換するインバータと、このイ
   ンバータの出力側に接続された変圧器と、この変圧器の
   出力を直流に変換する整流器と、この整流器の出力側に
   接続された負荷と、この負荷に印加する電圧及び負荷に
   流す電流の設定信号に応じて上記インバータのスイッチ
   ング素子のターンオン、ターンオフのタイミングを制御
   する手段とを有して成るＤＣ−ＤＣコンバータにおい
   て、上記インバータに上記ゼロ電圧スイッチング手段の
   遮断時にこのゼロ電圧スイッチング手段に流れている電
   流を環流させる電流環流手段を設けたことを特徴とする
   ＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 【請求項２】 上記ゼロ電圧スイッチング手段を備えた
   インバータは、上記直流電源の正極に接続された第一の
   スイッチ及びその負極に接続された第二のスイッチから
   成る第一の直列接続体を有すると共に上記正極に接続さ
   れた第三のスイッチ及びその負極に接続された第四のス
   イッチから成り上記第一の直列接続体に並列接続された
   第二の直列接続体を有し且つ上記第一から第四のスイッ
   チにそれぞれ逆並列接続された第一から第四のダイオー
   ド及びコンデンサを有すると共に上記第一及び第二のス
   イッチのスイッチング素子のターンオン及びターンオフ
   時に前記第一及び第二のダイオードの順方向に電流を供
   給する第一の補助電流供給手段と、上記第三及び第四の
   スイッチのスイッチング素子のターンオン及びターンオ
   フ時に前記第三及び第四のダイオードの順方向に電流を
   供給する第二の補助電流供給手段とを備えて成り、上記
   電流環流手段は上記第一及び第二の補助電流供給手段に
   流れている電流を還流させる手段であることを特徴とす
   る請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
3. 【請求項３】 上記第一の補助電流供給手段は、上記第
   一及び第二のスイッチの接続点と上記直流電源の中性点
   との間に第一のリアクトルと第一の双方向スイッチとの
   直列接続体を接続して成り、上記第二の補助電流供給手
   段は、上記第三及び第四のスイッチの接続点と上記直流
   電源の中性点との間に第二のリアクトルと第二の双方向
   スイッチの直列接続体を接続して成り、上記電流環流手
   段は、上記第一及び第二の双方向スイッチをオン状態か
   らオフにした時に上記第一及び第二の補助電流供給手段
   に流れている電流を還流させる手段であることを特徴と
   する請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
4. 【請求項４】 上記電流還流手段は、上記第一のリアク
   トルと上記第一の双方向スイッチとの接続点に第一のダ
   イオードのアノードと第二のダイオードのカソードとの
   直列接続体の接続点を接続し、上記第一のダイオードの
   カソードを上記直流電源の正極に接続し、上記第二のダ
   イオードのアノードを上記直流電源の負極に接続して成
   る第一の電流環流手段と、上記第二のリアクトルと上記
   第二の双方向スイッチとの接続点に第三のダイオードの
   アノードと第四のダイオードのカソードとの直列接続体
   の接続点を接続し、上記第三のダイオードのカソードを
   上記直流電源の正極に接続し、上記第四のダイオードの
   アノードを上記直流電源の負極に接続して成る第二の電
   流環流手段とを有して成る請求項３に記載のＤＣ−ＤＣ
   コンバータ。
5. 【請求項５】 上記電流還流手段は、上記第一の双方向
   スイッチの一端に第一のダイオードのアノードと第二の
   ダイオードのカソードとの直列接続体の接続点を接続
   し、上記第一のダイオードのカソードを上記直流電源の
   正極に接続し、上記第二のダイオードのアノードを上記
   直流電源の負極に接続して成る第一の電流環流手段と、
   上記第一の双方向スイッチのもう一方の一端に第三のダ
   イオードのアノードと第四のダイオードのカソードとの
   直列接続体の接続点を接続し、上記第三のダイオードの
   カソードを上記直流電源の正極に接続し、上記第四のダ
   イオードのアノードを上記直流電源の負極に接続して成
   る第二の電流環流手段と、上記第二の双方向スイッチの
   一端に第五のダイオードのアノードと第六のダイオード
   のカソードとの直列接続体の接続点を接続し、上記第五
   のダイオードのカソードを上記直流電源の正極に接続
   し、上記第六のダイオードのアノードを上記直流電源の
   負極に接続して成る第三の電流環流手段と、上記第二の
   双方向スイッチのもう一方の一端に第七のダイオードの
   アノードと第八のダイオードのカソードとの直列接続体
   の接続点を接続し、上記第七のダイオードのカソードを
   上記直流電源の正極に接続し、上記第八のダイオードの
   アノードを上記直流電源の負極に接続して成る第四の電
   流環流手段とを有して成る請求項３に記載のＤＣ−ＤＣ
   コンバータ。
6. 【請求項６】 上記第一及び第二の双方向スイッチは、
   それぞれ、スイッチング素子とこのスイッチング素子に
   逆並列に接続されたダイオードから成る二組みの接続体
   をこの接続体のスイッチング素子の導通方向が逆になる
   ように直列に接続された接続体で構成して成る請求項
   ３，４，５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
7. 【請求項７】 上記第一及び第二の双方向スイッチは、
   それぞれ、４つのダイオードから成る全波整流回路とこ
   の全波整流回路の正極と負極との間にスイッチング素子
   を設け、この素子の正極を前記全波整流回路の正極に接
   続し、該スイッチング素子の負極を前記全波整流回路の
   負極に接続して成る請求項３，４，５に記載のＤＣ−Ｄ
   Ｃコンバータ。
8. 【請求項８】 上記双方向スイッチは請求項６に記載の
   双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、第一か
   ら第三までの三つのダイオードを含む第一の電流環流手
   段と、第四から第六までの三つのダイオードを含む第二
   の電流環流手段から成り、上記第一の電流環流手段は、
   上記第一のダイオードを上記第一の双方向スイッチの二
   組みの接続体の接続点から上記直流電源の正極に導通す
   るように接続し、上記第二のダイオードを上記直流電源
   の負極から上記第一の双方向スイッチの一端に導通する
   ように接続し、上記第三のダイオードを上記直流電源の
   負極から上記第一の双方向スイッチのもう一方の一端に
   導通するように接続して成り、上記第二の電流環流手段
   は、上記第四のダイオードを上記第二の双方向スイッチ
   の二組みの接続体の接続点から上記直流電源の正極に導
   通するように接続し、上記第五のダイオードを上記第二
   の双方向スイッチの一端に導通するように接続し、上記
   第六のダイオードを上記直流電源の負極から上記第二の
   双方向スイッチのもう一方の一端に導通するように接続
   して成る請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
9. 【請求項９】 上記双方向スイッチは請求項６に記載の
   双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、第一と
   第二のダイオードを含む第一の電流環流手段と、第三と
   第四のダイオードを含む第二の電流環流手段とから成
   り、上記第一の電流環流手段は、上記第一のダイオード
   を上記第一の双方向スイッチの二組みの接続体の接続点
   から上記直流電源の正極に導通するように接続し、上記
   第二のダイオードを上記直流電源の負極から上記第一の
   双方向スイッチの一端に導通するように接続し、上記第
   二の電流環流手段は、上記第三のダイオードを上記第二
   の双方向スイッチの二組みの接続体の接続点から上記直
   流電源の正極に導通するように接続し、上記第四のダイ
   オードを上記直流電源の負極から上記第二の双方向スイ
   ッチの一端に導通するように接続して成る請求項３に記
   載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
10. 【請求項１０】 上記双方向スイッチは請求項６に記載
    の双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、第一
    から第三までの三つのダイオードを含む第一の電流環流
    手段と、第四から第六までの三つのダイオードを含む第
    二の電流環流手段から成り、上記第一の電流環流手段
    は、上記第一と第二のダイオードをそれぞれ上記第一の
    双方向スイッチの両端から上記直流電源の正極に導通す
    るように接続し、上記第三のダイオードを上記直流電源
    の負極から上記双方向スイッチの二組みの接続体の接続
    点に導通するように接続し、上記第二の電流環流手段
    は、上記第四と第五のダイオードをそれぞれ上記第二の
    双方向スイッチの両端から直流電源の正極に導通するよ
    うに接続し、上記第六のダイオードを上記直流電源の負
    極から上記双方向スイッチの二組みの接続体の接続点に
    導通するように接続して成る請求項３に記載のＤＣ−Ｄ
    Ｃコンバータ。
11. 【請求項１１】 上記双方向スイッチは請求項６に記載
    の双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、第一
    と第二の二つダイオードを含む第一の電流環流手段と、
    第三から第四までの二つのダイオードを含む第二の電流
    環流手段から成り、上記第一の電流環流手段は、上記第
    一のダイオードを上記第一の双方向スイッチの一端から
    上記直流電源の正極に導通するように接続し、上記第二
    のダイオードを上記直流電源の負極から上記双方向スイ
    ッチの二組みの接続体の接続点に導通するように接続
    し、上記第二の電流環流手段は、上記第三のダイオード
    を上記第二の双方向スイッチの一端から上記直流電源の
    正極に導通するように接続し、上記第四のダイオードを
    上記直流電源の負極から上記双方向スイッチの二組みの
    接続体の接続点に導通するように接続して成る請求項３
    に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
12. 【請求項１２】 上記双方向スイッチは請求項７に記載
    の双方向スイッチであって、上記電流還流手段は、第一
    と第二の二つダイオードを含む第一の電流環流手段と、
    第三と第四の二つのダイオードを含む第二の電流環流手
    段から成り、上記第一の電流環流手段は、上記第一のダ
    イオードを上記第一の双方向スイッチの正極から上記直
    流電源の正極に導通するように接続し、上記第二のダイ
    オードを上記直流電源の負極から上記双方向スイッチの
    負極に導通するように接続し、上記第二の電流環流手段
    は、上記第三のダイオードを上記第二の双方向スイッチ
    の正極から上記直流電源の正極に導通するように接続
    し、上記第四のダイオードを上記直流電源の負極から上
    記双方向スイッチの負極に導通するように接続して成る
    請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
13. 【請求項１３】 上記双方向スイッチのスイッチング素
    子は、自己消弧可能なスイッチング素子であることを特
    徴とする請求項６，７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
14. 【請求項１４】 上記請求項１から１３に記載のＤＣ−
    ＤＣコンバータの負荷はＸ線管であることを特徴とする
    Ｘ線高電圧装置。