JP3012992B2 - インバータ式ｘ線装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直流電源からの直流電圧をインバータを用
いて交流電圧に変換し、その出力電圧を昇圧すると共に
整流して直流電圧をＸ線管に供給してＸ線を放射するイ
ンバータ式Ｘ線装置に関し、特にインバータ入力電圧の
電圧降下や脈動があっても常に安定した管電圧をＸ線管
に供給することができるインバータ式Ｘ線装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来のインバータ式Ｘ線装置、特に共振現象を利用し
てインバータの位相差と周波数を制御することにより負
荷であるＸ線管に管電圧を供給すると共にその管電圧を
制御可能な周波数位相差制御方式のＸ線装置は、第７図
に示すように、商用電源を整流して直流電圧を得る直流
電源１と、この直流電源１からの直流を受電して交流電
圧に変換すると共に共振現象を利用して電力を制御する
インバータ２と、このインバータ２からの交流電圧を昇
圧する変圧器３と、この変圧器３からの出力を直流に変
換する整流回路４と、この整流回路４からの出力電圧を
入力してＸ線を放射するＸ線管５と、上記整流回路４の
出力側に接続されＸ線管５の管電圧を検出する管電圧検
出器６と、外部から与えられる目標管電圧Vr及び上記管
電圧検出器６からの検出信号（V₀）を入力して両者を比
較演算し上記Ｘ線管５の管電圧V₀が所定の電圧になるよ
うに上記インバータ２へ制御信号Ｓを送出するフィード
バック制御装置７とを備えて成っていた。そして、上記
フィードバック制御装置７は、目標管電圧Vr及び上記管
電圧検出器６で検出した管電圧V₀を入力して両者の差を
演算する第一の比較手段８と、この演算結果を入力して
その積分値を得る積分調節手段９と、上記管電圧V₀を入
力して定数倍する比例調節手段10と、上記管電圧V₀を入
力して微分する微分調節手段11と、前記積分調節手段９
からの積分値及び比例調節手段10からの定数倍値並びに
微分調節手段11からの微分値をそれぞれ入力して上記積
分値から定数倍値及び微分値を差し引きする第二の比較
手段12と、この第二の比較手段12で生成された管電圧設
定信号Uiを入力してインバータ２の制御信号Ｓを決定し
該インバータ２へ送出する周波数位相決定手段13とから
構成されていた。

ここで、上記直流電源１は、例えば第８図に示すよう
な内部構成とされており、50Hzまたは60Hzの交流の商用
電源の電力を、ダイオードD₁〜D₄などの整流素子で整流
すると共に、コンデンサＣなどの平滑素子で平滑するこ
とによって擬似的に直流電圧を得るようになっている。
そして、この直流電圧が第７図に示すインバータ２の入
力電圧Viとなっていた。なお、第８図においては、配線
などによる回路抵抗をまとめて抵抗Ｒとして示してい
る。このような直流電源１は、負荷電流が“0"のときは
出力電圧は商用電源の電圧の最大値を保ち、負荷電流が
多くなると出力電圧（Vi）が降下したり、商用電源の交
流周波数に応じた脈動が生じるものであった。

第７図及び第８図に示すように構成されたインバータ
式Ｘ線装置では、前述の管電圧設定信号UiとＸ線管５の
管電圧V₀との関係は、インバータ２の入力電圧Viが“1"
としたとき、例えば第９図に示すように比例関係にあ
る。このときの比例定数をGvとする。また、管電圧設定
値が“1"としたとき、インバータ２の入力電圧ViとＸ線
管５の管電圧V₀との関係は、例えば第10図に示すように
比例関係にあり、その比例定数をGeとする。このとき、
上記管電圧設定信号Uiとインバータ入力電圧Viと管電圧
V₀との関係は、次式のようになる。

V₀＝Gv・Ge・Ui・Vi …（１） ところで、第７図に示すフィードバック制御装置７内
の積分調節手段９及び比例調節手段10並びに微分調節手
段11は、ラプラス変換の演算子ｓを用いて表現すると、
それぞれ次のように表せる。ここで、Ki,Kp,Kdはそれぞ
れ定数である。

積分調節手段 9:Ki/s 比例調節手段10:Kp 微分調節手段11:Kd・ｓ そして、これらのラプラス変換の演算子ｓを用いて表
現した状態で第７図に示す従来のインバータ式Ｘ線装置
の制御ブロック図を示すと、第11図のようになる。第11
図において、符号14は、第７図における周波数位相決定
手段13とインバータ２と変圧器３と整流回路４とＸ線管
５と管電圧検出器６とをまとめて表現した制御対象を示
しており、前述の管電圧設定信号Uiとインバータ入力電
圧Viとから管電圧V₀を得るものである。この制御対象14
については、入力が管電圧設定信号Uiとインバータ入力
電圧Viの二つあるので、その入力と出力との関係を前記
第（１）式を用いてブロック図中に表記した。このよう
な状態で、目標管電圧Vrとインバータ入力電圧Viとから
管電圧V₀が得られるまでの過程を、ラプラス変換による
伝達関数で表すと次式のようになる。

V₀/Vr＝Ki・Gv・Ge・Vi/s（Ki/s＋Kp＋Kd・ｓ） …
（２） この第（２）式から、管電圧V₀は、インバータ２の入
力電圧Viに比例することがわかる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような従来のインバータ式Ｘ線装置にお
いては、上記第（２）式に示すように、インバータ２の
入力電圧ViとＸ線管５の管電圧V₀とは比例関係にあるの
で、第８図に示すような直流電源１によって第７図に示
すインバータ２に電力を供給すると、第12図に示すよう
に、インバータ入力電圧Viが降下したり、脈動したりす
ることにより、管電圧V₀も降下したり、脈動したりする
ものであった。従って、目標管電圧Vrに対し、実際にＸ
線管５に供給される管電圧V₀は、正しく一致しないこと
があった。このような管電圧V₀の降下や脈動は、Ｘ線管
５の出力Ｘ線量に大きく影響し、その出力Ｘ線量が変動
して、精度の高いＸ線撮影が阻害されるものであった。

そこで、本発明は、このような問題点を解決し、イン
バータ入力電圧の電圧降下や脈動があっても常に安定し
た管電圧をＸ線管に供給することができるインバータ式
Ｘ線装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によるインバータ
式Ｘ線装置は、直流電源と、この直流電源からの直流を
受電して交流に変換するインバータと、このインバータ
からの交流電圧を昇圧する変圧器と、この変圧器からの
出力を直流に変換する整流回路と、この整流回路からの
出力電圧を入力してＸ線を放射するＸ線管と、上記整流
回路の出力側に接続されＸ線管の管電圧を検出する管電
圧検出器と、目標管電圧及び上記管電圧検出器からの検
出信号を入力して両者を比較演算し上記Ｘ線管の管電圧
が所定の電圧になるように上記インバータへ制御信号を
送出するフィードバック制御装置とを備えて成るインバ
ータ式Ｘ線装置において、上記直流電源の出力側に、そ
の出力電圧を検出する出力電圧検出器を設け、上記フィ
ードバック制御装置内には、上記出力電圧検出器で検出
した出力電圧を入力しこの入力信号で上記目標管電圧及
び管電圧検出器からの検出信号の両者を比較演算した値
を除して管電圧設定信号を生成する演算手段を設けたも
のである。

〔作 用〕

このように構成されたインバータ式Ｘ線装置は、直流
電源の出力側に設けられた出力電圧検出器により、上記
直流電源の出力電圧を検出し、フィードバック制御装置
内に設けられた管電圧設定信号演算手段により、上記出
力電圧検出器で検出した出力電圧を入力しこの入力信号
で目標管電圧及び管電圧検出器からの検出信号の両者を
比較演算した値を除して管電圧設定信号を出力するもの
である。これにより、インバータ入力電圧の電圧降下や
脈動があっても常に安定した管電圧をＸ線管に供給する
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本発明によるインバータ式Ｘ線装置の実施例
を示すブロック図である。このインバータ式Ｘ線装置
は、直流電源からの直流電圧をインバータを用いて交流
電圧に変換し、その出力電圧を昇圧すると共に整流して
直流電圧をＸ線管に供給してＸ線を放射するもので、図
に示すように、直流電源１と、インバータ２と、変圧器
３と、整流回路４と、Ｘ線管５と、管電圧検出器６と、
フィードバック制御装置７とを備えて成る。

上記直流電源１は、直流電圧を供給する装置であり、
例えば第８図に示すと同様に、50Hzまたは60Hzの交流の
商用電源の電力を、ダイオードD₁〜D₄などの整流素子で
整流すると共に、コンデンサＣなどの平滑素子で平滑す
ることによって擬似的に直流電圧を得るようになってい
る。そして、この直流電圧が後述のインバータ２の入力
電圧Viとなる。なお、第８図においては、配線などによ
る回路抵抗をまとめて抵抗Ｒとして示している。

インバータ２は、上記直流電源１から出力される直流
電圧を受電して交流電圧に変換すると共に共振現象を利
用して電力を制御するものである。変圧器３は、上記イ
ンバータ２からの交流電圧を昇圧するもので、その一次
巻線がインバータ２の出力側に接続されている。整流回
路４は、上記変圧器３からの出力を直流に変換するもの
で、その変圧器３の二次巻線の出力端に接続されてい
る。また、Ｘ線管５は、上記整流回路４からの出力電圧
を入力してＸ線を放射するもので、整流回路４の出力側
に接続されている。さらに、管電圧検出器６は、上記Ｘ
線管５に供給される管電圧を検出するもので、上記整流
回路４の出力側にてＸ線管５の入力側に接続されてい
る。

そして、フィードバック制御装置７は、目標管電圧Vr
及び上記管電圧検出器６で検出した管電圧V₀の信号を入
力して両者を比較演算し上記Ｘ線管５の管電圧V₀が所定
の電圧になるように上記インバータ２へ制御信号Ｓを送
出するもので、第７図に示す従来例と同様に、第一の比
較手段８と、積分調節手段９と、比例調節手段10と、微
分調節手段11と、第二の比較手段12と、周波数位相決定
手段13とを備えている。

ここで、本発明においては、前記直流電源１の出力側
に出力電圧検出器15が設けられると共に、上記フィード
バック制御装置７内には管電圧設定信号演算手段が設け
られている。上記出力電圧検出器15は、直流電源１から
の出力電圧を検出して上記フィードバック制御装置７に
インバータ２への入力電圧Viを送出するもので、該直流
電源１の出力側にてインバータ２の入力側に接続されて
いる。また、管電圧設定信号演算手段は、上記出力電圧
検出器15で検出した出力電圧（インバータ入力電圧Viと
なる）を入力しこの入力信号で上記目標管電圧Vr及び管
電圧検出器６からの検出信号（管電圧V₀）の両者を比較
演算した値を除して管電圧設定信号Uiを生成するもの
で、上記出力電圧検出器15によって検出したインバータ
入力電圧Viを入力してそのインバータ入力電圧Viの逆数
を演算する逆数演算手段16と、この逆数演算手段16の出
力と前記第二の比較手段12の出力とを入力してその積を
演算し管電圧設定信号Uiを出力する乗算手段17とから成
る。そして、この乗算手段17から出力された管電圧設定
信号Uiは、周波数位相決定手段13へ入力するようになっ
ている。

次に、このように構成されたインバータ式Ｘ線装置の
動作について説明する。まず、外部からの目標管電圧Vr
と管電圧検出器６で検出したＸ線管５の管電圧V₀とは、
フィードバック制御装置７内の第一の比較手段８へ入力
する。そして、この第一の比較手段８により両者の差が
演算される。次に、上記第一の比較手段８からの演算結
果は積分調節手段９へ入力し、この積分調節手段９は、
上記演算結果を積分して第二の比較手段12へ送出する。

一方、上記管電圧検出器６で検出した管電圧V₀は、フ
ィードバック制御装置７内の比例調節手段10と微分調節
手段11とにそれぞれ入力する。すると、上記比例調節手
段10は入力した管電圧V₀を定数倍し、微分調節手段11は
上記入力した管電圧V₀を微分して、それぞれ上記第二の
比較手段12へ送出する。これにより、第二の比較手段12
は、上記積分調節手段９の出力から比例調節手段10及び
微分調節手段11の出力をそれぞれ差し引きし、その演算
結果を上記乗算手段17の一方の入力端子へ送出する。こ
れと同時に、前記出力電圧検出器15で検出したインバー
タ入力電圧Viは、フィードバック制御装置７内の逆数演
算手段16へ入力する。すると、上記逆数演算手段16は、
入力したインバータ入力電圧Viの逆数を演算し、その演
算結果を上記乗算手段17の他方の入力端子へ送出する。

これにより、乗算手段17は、前記第二の比較手段12か
らの出力と逆数演算手段16からの出力との積を演算して
管電圧設定信号Uiを生成し、周波数位相決定手段13へ送
出する。すると、この周波数位相決定手段13は、上記生
成された管電圧設定信号Uiに応じてインバータ２のスイ
ッチングのタイミングを決定し、インバータ制御信号Ｓ
として上記インバータ２へ送出する。その結果、該イン
バータ２は、前記直流電源１が出力する直流電圧を交流
電圧に変換し、変圧器３へ送出する。

このような構成及び動作とされた本発明のインバータ
式Ｘ線装置の制御ブロック図を示すと、第２図のように
なる。第２図において、符号14は、従来例の説明のため
の第11図と同様に周波数位相決定手段13とインバータ２
と変圧器３と整流回路４とＸ線管５と管電圧検出器６と
をまとめて表現した制御対象を示しており、前述の管電
圧設定信号Uiとインバータ入力電圧Viとから管電圧V₀を
得るものである。そして、目標管電圧Vrとインバータ入
力電圧Viとから管電圧V₀が得られるまでの過程を、ラプ
ラス変換による伝達関数で表すと次式のようになる。

V₀/Vr＝Ki・Gv・Ge/s（Ki/s＋Kp＋Kd・ｓ） …（３） ここで、第２図から明らかなように、乗算手段17に対
して逆数演算手段16からインバータ入力電圧Viの逆数c₁
＝1/Viが入力しているので、第（３）式においては従来
例における伝達関数を表す前述の第（２）式に対してVi
の項が消去されており、管電圧V₀は、インバータ入力電
圧Viに関係しないことがわかる。すなわち、インバータ
２への入力電圧Viが変動してもＸ線管５の管電圧V₀には
全く影響しないこととなる。この関係をグラフで表すと
第３図に示すようになり、インバータ入力電圧Viが降下
したり、脈動したりしても、最終出力である管電圧V
₀は、目標管電圧Vrと一致した状態で安定し、且つ良好
な波形を示している。

第４図は本発明の第二の実施例を示すブロック図であ
る。この実施例は、第１図における直流電源１をバッテ
リ18に置き換えたものである。バッテリ18は、第８図で
説明した商用電源を整流して直流に変換した直流電源１
とは異なり、電圧の脈動はない。しかし、内部の化学反
応により電力を発生しているので、連続的に電力を取り
出すと、第５図に示すように、インバータ入力電圧Viも
大きく降下する。ところが、本発明によれば、第（３）
式から明らかなように、管電圧V₀はインバータ入力電圧
Viに関係しないので、第５図に示すように、インバータ
入力電圧Viが大きく降下しているにもかかわらず、管電
圧V₀は安定することとなる。

第６図は本発明の第三の実施例を示す要部のブロック
図である。この実施例は、第１図及び第４図に示すフィ
ードバック制御装置７において、逆数演算手段16と乗算
手段17との組み合わせから成る管電圧設定信号演算手段
を、一つの除算手段19に置き換えたものである。この除
算手段19は、前記第二の比較手段12からの出力を一方の
入力端子へ取り込むと共に、出力電圧検出器15からのイ
ンバータ入力電圧Viを他方の入力端子へ取り込み、上記
第二の比較手段12からの出力をインバータ入力電圧Viで
除算するものである。この場合も、前記第（３）式に示
すと同様に、Viの項が消去されて、管電圧V₀は、インバ
ータ入力電圧Viに関係しないこととなる。

なお、以上の各実施例においては、フィードバック制
御装置７内において積分調節手段９と比例調節手段10と
微分調節手段11とを組み合わせたものとして示したが、
本発明はこれに限らず、いずれか二つの調節手段を組み
合わせたもの、或いは積分調節手段９のみまたは比例調
節手段10のみとしてもよい。また、上記フィードバック
制御装置７内の各種演算手段は、オペアンプなどによる
ハードウエア演算器で構成してもよい。さらに、上記フ
ィードバック制御装置７内における各種比較及び演算
は、マイクロプロセッサまたはシグナルプロセッサなど
を用いてソフトウェアにより実行してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されたので、直流電源１の
出力側に設けられた出力電圧検出器15により、上記直流
電源１の出力電圧（インバータ入力電圧Vi）を検出し、
フィードバック制御装置７内に設けられた管電圧設定信
号演算手段により、上記出力電圧検出器15で検出した出
力電圧（インバータ入力電圧Vi）を入力しこの入力信号
で目標管電圧Vr及び管電圧検出器６からの検出信号（管
電圧V₀）の両者を比較演算した値を除して管電圧設定信
号Uiを出力することができる。これにより、インバータ
入力電圧Viの電圧降下や脈動があっても常に安定した管
電圧V₀をＸ線管５に供給することができる。従って、目
標管電圧Vrに対し、実際にＸ線管５に供給する管電圧V₀
を正しく一致させることができる。このことから、上記
Ｘ線管５の出力Ｘ線量を正確に制御することができ、精
度の高いＸ線撮影を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインバータ式Ｘ線装置の実施例を
示すブロック図、第２図はその動作を説明するための制
御ブロック図、第３図は本発明におけるインバータ入力
電圧と管電圧との関係を示すグラフ、第４図は本発明の
第二の実施例を示すブロック図、第５図は第二の実施例
におけるインバータ入力電圧と管電圧との関係を示すグ
ラフ、第６図は本発明の第三の実施例を示す要部のブロ
ック図、第７図は従来のインバータ式Ｘ線装置を示すブ
ロック図、第８図は直流電源の内部構成を示す回路図、
第９図は管電圧設定信号と管電圧との比例関係を示すグ
ラフ、第10図はインバータ入力電圧と管電圧との比例関
係を示すグラフ、第11図は従来例の動作を説明するため
の制御ブロック図、第12図は従来例におけるインバータ
入力電圧と管電圧との関係を示すグラフである。 １……直流電源、２……インバータ、３……変圧器、４
……整流回路、５……Ｘ線管、６……管電圧検出器、７
……フィードバック制御装置、15……出力電圧検出器、
16……逆数演算手段、17……乗算手段、18……バッテ
リ、19……除算手段、Vr……目標管電圧、V₀……管電
圧、Vi……インバータ入力電圧、Ui……管電圧設定信
号、Ｓ……インバータ制御信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−274397（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05G 1/20 H05G 1/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源と、この直流電源からの直流を受
   電して交流に変換するインバータと、このインバータか
   らの交流電圧を昇圧する変圧器と、この変圧器からの出
   力を直流に変換する整流回路と、この整流回路からの出
   力電圧を入力してＸ線を放射するＸ線管と、上記整流回
   路の出力側に接続されＸ線管の管電圧を検出する管電圧
   検出器と、目標管電圧及び上記管電圧検出器からの検出
   信号を入力して両者を比較演算し上記Ｘ線管の管電圧が
   所定の電圧になるように上記インバータへ制御信号を送
   出するフィードバック制御装置とを備えて成るインバー
   タ式Ｘ線装置において、上記直流電源の出力側に、その
   出力電圧を検出する出力電圧検出器を設け、上記フィー
   ドバック制御装置内には、上記出力電圧検出器で検出し
   た出力電圧を入力しこの入力信号で上記目標管電圧及び
   管電圧検出器からの検出信号の両者を比較演算した値を
   除して管電圧設定信号を生成する演算手段を設けたこと
   を特徴とするインバータ式Ｘ線装置。