JP2009043571A - X線高電圧装置 - Google Patents
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Abstract
管電圧の立ち上がりが高速で、管電圧リップルを小さくすることができ、かつ小型、軽量化が可能なコッククロフト・ウォルトン回路を用いたインバータ式X線高電圧装置を提供する。
【解決手段】
直流電源1と、インバータ回路2と、高電圧変圧器3と、全波2倍型コッククロフト・ウォルトン回路4とを備えたでインバータ式X線高電圧装置において、前記コッククロフト・ウォルトン回路4の第1の平滑コンデンサ412と第2の平滑コンデンサ422の静電容量を第1の電圧維持コンデンサ411a、411b及び第2の電圧維持コンデンサ421a、421bの静電容量よりも大きくする。特に、前記第2の電圧維持コンデンサ411a、411bの静電容量を前記第1の平滑コンデンサ412及び第2の平滑コンデンサ422の静電容量の1/5にする。
【選択図】 図1
Description
このら旋CTは、スキャナ回転部にX線発生装置とX線検出器を搭載し、前記スキャナ回転部を連続回転させると同時に、被検体を載置したテーブルを前記被検体の体軸方向に連続移動させて、前記X線発生装置とX線検出器とを前記被検体に対し相対的にら旋運動をさせるものである。
前記2段の全波多倍昇圧回路の平滑コンデンサの静電容量は、前記要求される管電圧のリップルの値によって決まり、このリップルの大きさは、インバータ式X線高電圧装置の負荷であるX線管の陽極と陰極間の抵抗値が最小となるX線条件で決まる。
このX線条件は、管電圧が最小で管電流が最大となる撮影条件で、X線CT装置の場合は、例えば管電圧が80kV、管電流が800mAで、X線管の陽極と陰極間の等価負荷抵抗は100kΩとなる。
すなわち、前記特許文献1に開示されている2倍に昇圧する2段の全波多倍昇圧回路の場合は、最大定格管電圧150kVに対して前記直列に接続された2組の平滑コンデンサの両端には、それぞれ75kVの電圧が印加されることになる。
この小型・軽量化されたインバータ式X線高電圧装置をX線CT装置のスキャナに搭載することにより、さらなるスキャンの高速化に寄与するものとなる。
なお、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符合を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態によるインバータ式X線高電圧装置の回路構成図である。このインバータ式X線高電圧装置は、直流電源1と、この直流電源1の電圧を所定の周波数の交流電圧に変換するインバータ回路(直流/交流変換手段)2と、このインバータ回路2の交流電圧を昇圧する高電圧変圧器3と、この高電圧変圧器3の電圧をさらに2倍の電圧に昇圧して直流電圧に変換する2段の全波多倍型コッククロフト・ウォルトン回路4とで構成され、この2段の全波多倍型コッククロフト・ウォルトン回路4の出力電圧を陽極接地型X線管5の陽極5aと陰極5b間に印加してX線を発生させる。このうち前記高電圧変圧器3と前記2段の全波多倍型コッククロフト・ウォルトン回路4とによって高電圧発生装置6が構成される。
また、前記高電圧変圧器3は、インバータ回路2から出力された交流電圧を昇圧するもので、その一次巻線がインバータ回路2の出力側に、二次巻線が2段の全波多倍型コッククロフト・ウォルトン回路4の入力側に接続されている。
すなわち、管電圧は前記高電圧変圧器3の出力電圧のピーク値の2倍の電圧に昇圧された電圧となる。
シミュレーションに使用したソフトウエアは、電気回路、電子回路のシミュレータであり、回路のアナログ動作を再現するSPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)と呼ばれるソフトウエアである。
すなわち、平滑コンデンサ412と422は直列に接続されるので、最大定格管電圧値を150kVとした場合、前記平滑コンデンサ412と422はそれぞれ定格電圧75kV以上、静電容量10nF以上となる。
管電圧リップルを目標の1.5%以下とするための平滑コンデンサ412、422の正規化値は1.0以上となるので、小型化を考慮して該平滑コンデンサ412、422の静電容量の正規化値は1.0が適切な値である。
このため、コンデンサのリップル電圧をできるたけ小さくして許容損失の小さいコンデンサを使用できるようにすることが求められる。
このシミュレーション結果から、第1の電圧維持コンデンサのリップル電圧は該コンデンサの静電容量の正規化値が0.5以上、第2の電圧維持コンデンサのリップル電圧は該コンデンサの静電容量の正規化値が0.2以上からはあまり変化せず、リップル電圧の点からも前記静電容量の値は適切であることが分る。
(1)X線管5の陽極と陰極間と並列に接続されるコッククロフト・ウォルトン回路の出力側の平滑コンデンサ412及び422の充放電電流、すなわち管電圧リップルは、撮影条件である管電圧、管電流によって決まり、他の第1及び第2の電圧維持コンデンサ411a、411b 、421a、421bの影響は受けない。
具体的には、平滑コンデンサ412及び422が定格電圧V、静電容量Cであるのに対して、第1の電圧維持コンデンサ411a、411bは定格電圧V/2、静電容量C/2、第2の電圧維持コンデンサ421a、421bは定格電圧V、静電容量C/5とすることにより、平滑コンデンサ412及び422に対して、第1の電圧維持コンデンサ411a、411bは定格電圧を1/2、静電容量を1/2に、第2の電圧維持コンデンサ421a、421bは静電容量を1/5と小さくして小型化を図ることが可能となる。
この小型・軽量化されたインバータ式X線高電圧装置をX線CT装置のスキャナに搭載することにより、さらなるスキャンの高速化に寄与するものとなる。
図6は、本発明の第2の実施形態によるインバータ式X線高電圧装置の回路構成図である。
このインバータ式X線高電圧装置は、高電圧変圧器3の出力電圧をn倍に昇圧するコッククロフト・ウォルトン回路7が異なるのみで、他は図1の回路と同一であるので、ここでは、コッククロフト・ウォルトン回路7の構成とインバータ回路2の動作周波数によって決まる動作周期よりも長い期間だけ前記高電圧変圧器3の出力電圧のピーク値を維持するための電圧維持コンデンサ及び管電圧を平滑する平滑コンデンサの定数について説明する。
また、初段のコンデンサ711の定格電圧は、他のコンデンサ712、721、722、7n1、7n2の定格電圧の1/2で良い。
本発明によるインバータ式X線高電圧装置は、X線管に陽極接地型X線管を用いたX線発生装置のみに適用するものではなく、中性点接地型X線管を用いたX線発生装置にも適用することができる。
このインバータ式X線高電圧装置は、高電圧変圧器3´の二次巻線を3a´と3b´の二つに分割し、一方の二次巻線3a´には図6の半波型コッククロフト・ウォルトン回路7と同じ構成で、極性が反転した第1のコッククロフト・ウォルトン回路9aを接続し、他方の二次巻線3b´には図6の半波型コッククロフト・ウォルトン回路7と同じ構成の第2のコッククロフト・ウォルトン回路9bを接続してコッククロフト・ウォルトン回路9を構成する。
そして、第1のコッククロフト・ウォルトン回路9aの負の出力端と第2のコッククロフト・ウォルトン回路9bの正の出力端とを接続して該接続点を接地し、前記第1のコッククロフト・ウォルトン回路9aの正の出力端とX線管8の陽極8aとを接続し、前記第2のコッククロフト・ウォルトン回路9bの負の出力端とX線管8の陰極8bとを接続して中性点接地型X線発生装置を構成する。
の静電容量は、他のコンデンサ911a、921a、・・・、9n1a及び911b、921b、・・・、9n1bの静電容量よりも大きくする必要がある。
また、初段のコンデンサ911a及び911bの定格電圧は、他のコンデンサ912a、922a、・・・、9n2a、912b、922b、・・・、9n2b及び921a、・・・、9n1a及び921b、・・・、9n1bの定格電圧の1/2で良い。
コッククロフト・ウォルトン回路には種々の回路形態が在り、X線管の陽極と陰極間に並列に接続されるコッククロフト・ウォルトン回路のコンデンサの静電容量を他のコンデンサの静電容量よりも大きくするという本発明の技術思想の範囲で適宜変更可能である。
また、本発明によるインバータ式X線高電圧装置を用いたX線発生装置の接地方式においても限定するものではなく、陽極接地型及び中性点接地型のいずれの接地方式にも適用可能である。
Claims (2)
- 直流電源と、この直流電源の出力電圧を所定の周波数の交流電圧に変換する直流/交流変換手段と、この直流/交流変換手段で変換された交流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さらに昇圧して直流電圧に変換するコッククロフト・ウォルトン回路とを備えたインバータ式X線高電圧装置において、前記直流/交流変換手段の動作周期の少なくとも半周期間に、前記高電圧変換器の出力電圧のピーク値を維持する電圧維持コンデンサの静電容量よりも、前記コッククロフト・ウォルトン回路の出力電圧を平滑する平滑コンデンサの静電容量が大きいことを特徴とするインバータ式X線高電圧装置。
- 前記電圧維持コンデンサのうちの前記高電圧変圧器の出力巻線に接続される電圧維持コンデンサを除く他の電圧維持コンデンサの静電容量を前記平滑コンデンサの静電容量の1/5以下とすることを特徴とする請求項1に記載のインバータ式X線高電圧装置。
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