JP3053920B2 - High voltage generator - Google Patents

High voltage generator

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JP3053920B2
JP3053920B2 JP3226037A JP22603791A JP3053920B2 JP 3053920 B2 JP3053920 B2 JP 3053920B2 JP 3226037 A JP3226037 A JP 3226037A JP 22603791 A JP22603791 A JP 22603791A JP 3053920 B2 JP3053920 B2 JP 3053920B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線診断装置やX線C
T装置におけるX線管に高電圧を供給するのに好適な高
電圧発生装置に係り、とくに、電圧共振形インバータを
用いた高電圧発生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray diagnostic apparatus and an X-ray C
The present invention relates to a high voltage generator suitable for supplying a high voltage to an X-ray tube in a T device, and more particularly to a high voltage generator using a voltage resonance type inverter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電圧共振形インバータを搭載した
高電圧発生装置としては、図5に示す構成のものがあ
る。図5において、100は空芯トランスであり、この
トランス100の一次コイル100aのセンタ・タップ
はチョーク・コイル101及びチョッパ・トランジスタ
102を介して直流電源103のプラス側に接続されて
いる。この直流電源103のマイナス側はスイッチング
・トランジスタ104及び105を並列に介して一次コ
イル100aの両端に各々接続されると共に、両スイッ
チング・トランジスタ104、105のコレクタ間は共
振コンデンサ106を介して接続されている。図中、1
07は転流ダイオードである。一方、トランス100の
二次コイル100bの両端は、ブリッジ整流器108を
介して負荷であるX線管109に接続されている。上記
チョッパ・トランジスタ102及びスイッチング・トラ
ンジスタ104、105は、トランス100の一次コイ
ル100aにおける励磁バランスなどを考慮して、制御
回路110からの制御信号によりチョッパとスイッチン
グとが同期状態で駆動されるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a high-voltage generator equipped with a voltage resonance type inverter, there is a configuration shown in FIG. In FIG. 5, reference numeral 100 denotes an air-core transformer. The center tap of the primary coil 100a of the transformer 100 is connected to the positive side of a DC power supply 103 via a choke coil 101 and a chopper transistor 102. The negative side of the DC power supply 103 is connected to both ends of the primary coil 100a via switching transistors 104 and 105 in parallel, and the collectors of both switching transistors 104 and 105 are connected via a resonance capacitor 106. ing. In the figure, 1
Reference numeral 07 denotes a commutation diode. On the other hand, both ends of the secondary coil 100b of the transformer 100 are connected to an X-ray tube 109 as a load via a bridge rectifier 108. The chopper transistor 102 and the switching transistors 104 and 105 are driven such that the chopper and the switching are driven in synchronization by a control signal from the control circuit 110 in consideration of the excitation balance in the primary coil 100a of the transformer 100. Has become.

【0003】このため、予め定めた素子定数のトランス
100の一次、二次コイル100a、100bと共振コ
ンデンサ106との間に電圧共振を生じさせ、その共振
電圧をトランス100で直接昇圧して、応答性の良い高
圧出力を得ることができる。その際、前段のチョッパ・
トランジスタ102に対するデューティ比を変えて、チ
ョーク・コイル101の通電電流の大きさを変えること
により、出力電圧を調整できる。
For this reason, voltage resonance is caused between the primary and secondary coils 100a and 100b of the transformer 100 having a predetermined element constant and the resonance capacitor 106, and the resonance voltage is directly boosted by the transformer 100, and the response is increased. A good high-voltage output can be obtained. At that time, the chopper
The output voltage can be adjusted by changing the duty ratio for the transistor 102 and changing the magnitude of the current flowing through the choke coil 101.

【0004】さらに、スイッチング・トランジスタ10
4、105に関しては、共振電圧の正弦波の弧を利用
し、零ボルト又はその近傍の低い電圧値の位相領域でス
イッチング動作を行わせることにより、トランジスタ1
04、105のスイッチング損失及びスイッチングノイ
ズの発生を抑制させることができる。
Further, the switching transistor 10
Regarding the transistors 4 and 105, by using a sine-wave arc of the resonance voltage and performing a switching operation in a phase region of a low voltage value at or near zero volt, the transistor 1
It is possible to suppress the occurrence of switching loss and switching noise of the switches 04 and 105.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、X線用の高
電圧発生装置では一般に、出力可変範囲を広くとるこ
と、及び、出力電圧を平滑化するために容量性負荷の接
続用途があるという特殊な要求がある。このため、ある
条件にて最適なスイッチング周波数を定めておいたとし
ても、例えばX線管の管電圧や管電流の設定を変更する
ことによりX線管のインピーダンスを変えた場合、トラ
ンス100及びコンデンサ106から成る共振回路の固
有周波数が変化し、共振回路の動作モードが変わってし
まう。つまり、図5における一方のスイッチング・トラ
ンジスタ104のコレクタ、エミッタ間電圧Vceで説
明すると、例えば図6(a)の適正状態から同図(b)
の負荷変動状態に位相がずれてしまい、共振電圧が未だ
高い位相角でトランジスタ104のスイッチングを行わ
なければならない。また、2次側高電圧を平滑するため
に容量性負荷を接続した場合も、上記動作モードが過渡
的には大きく変化してしまう。
In general, a high-voltage generator for X-rays has a special purpose in that it has a wide output variable range and a capacitive load connection for smoothing the output voltage. Requests. For this reason, even if the optimum switching frequency is determined under certain conditions, for example, when the impedance of the X-ray tube is changed by changing the tube voltage or tube current setting of the X-ray tube, the transformer 100 and the capacitor The natural frequency of the resonance circuit composed of 106 changes, and the operation mode of the resonance circuit changes. In other words, the voltage Vce between the collector and the emitter of one switching transistor 104 in FIG. 5 will be described, for example, from the proper state in FIG.
In this case, the phase shifts to the load variation state, and the transistor 104 must be switched at a phase angle at which the resonance voltage is still high. Also, when a capacitive load is connected to smooth the secondary-side high voltage, the above-mentioned operation mode is greatly changed transiently.

【0006】このような状況において、上記従来装置は
負荷変動に伴う共振回路の動作モードの変化を考慮して
いないので、負荷インピーダンスが大きく変わった場
合、共振モードがずれ、図6(b)のようにスイッチン
グのタイミングがずれてしまう。このため、導通時に流
れる電流と断時にかかる電圧との交差面積が大きくな
り、スイッチング損失やノイズが増大するという問題が
あった。また、放熱対策の必要性などに因り小形化が阻
害されたり、高出力化が困難になったり、さらにS/N
比が低下するという問題があった。これに対して、負荷
インピーダンスを所定値に固定したり、容量性負荷を接
続しないようにすれば、上記問題は生じないが、X線用
の高電圧発生装置に求められている前記要求を満たすこ
とができず、汎用性の低い装置になってしまう。
In such a situation, the conventional device does not consider the change in the operation mode of the resonance circuit due to the load fluctuation. Therefore, when the load impedance changes greatly, the resonance mode shifts and the resonance mode shifts as shown in FIG. Thus, the switching timing is shifted. For this reason, there is a problem that the cross-sectional area between the current flowing during conduction and the voltage applied during disconnection increases, and switching loss and noise increase. In addition, miniaturization is hindered due to the necessity of heat radiation measures, high output becomes difficult, and
There was a problem that the ratio decreased. On the other hand, if the load impedance is fixed to a predetermined value or a capacitive load is not connected, the above-mentioned problem does not occur, but the above-mentioned demands for the high voltage generator for X-rays are satisfied. This makes the device less versatile.

【0007】本発明は、このような従来技術の問題に鑑
みてなされたもので、負荷であるX線管などのインピー
ダンスが変わった場合でも、共振モードの変化に伴うス
イッチングタイミングのずれを自動的に抑制することが
でき、これによりスイッチング損失の増大やスイッチン
グノイズの発生を防止することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem of the prior art. Even when the impedance of an X-ray tube or the like as a load changes, the switching timing shift due to the change of the resonance mode is automatically performed. Accordingly, it is an object to prevent an increase in switching loss and generation of switching noise.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、負荷側と電源側との間に挿入された変
圧用のトランスと、このトランスの1次コイルへの供給
電流を断続するスイッチング素子と、上記トランスのコ
イルとの間で所定固有周波数の電圧共振を発生させるコ
ンデンサとを有したインバータ回路を備えると共に、上
記電圧共振状態の電圧値を検出する共振状態検出手段
と、この共振状態検出手段の検出値に基づき、予め設定
した基準位相角に対応した基準電圧を設定する基準電圧
設定手段と、この基準電圧設定手段の設定値と前記共振
状態検出手段の検出値とが一致したことを示すタイミン
グ信号を形成するタイミング信号形成手段と、このタイ
ミング信号形成手段の形成信号に同期して前記スイッチ
ング素子の断続を制御するスイッチング制御手段とを備
えた。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a transformer for voltage transformation inserted between a load side and a power supply side, and a supply current to a primary coil of the transformer is intermittently connected. A resonance element detecting means for detecting a voltage value of the voltage resonance state, and an inverter circuit having a switching element for performing the voltage resonance at a predetermined natural frequency between the coil of the transformer and the capacitor. A reference voltage setting unit that sets a reference voltage corresponding to a preset reference phase angle based on a detection value of the resonance state detection unit; and a setting value of the reference voltage setting unit matches a detection value of the resonance state detection unit. Timing signal forming means for forming a timing signal indicating that the switching has been performed, and controlling the switching of the switching element in synchronization with the forming signal of the timing signal forming means. That includes a switching control unit.

【0009】[0009]

【作用】電源からトランスの1次コイルに供給する電流
をスイッチング素子が所定周期で断続して高周波化する
ことにより、そのトランスのコイルとコンデンサとの間
で電圧共振が起こる。この共振電圧はそのままトランス
で昇圧され、その後、直流の高電圧に変換されて負荷に
供給される。このとき、正弦波の弧を描く共振電圧は共
振状態検出手段により検出され、その検出値に基づき基
準位相角に対応した基準電圧が基準電圧設定手段におい
て設定される。これと共に、タイミング信号形成手段で
は基準電圧設定値と共振電圧検出値とを比較しながら、
両者が一致したことを示すタイミング信号が形成され
る。即ちタイミング信号が形成されたときは、共振電圧
の観測位相角が基準位相角に達した状態となる。そこ
で、スイッチング制御手段により、タイミング信号に同
期してインバータ回路のスイッチング素子が断続制御さ
れる。
The switching element interrupts the current supplied from the power supply to the primary coil of the transformer at a predetermined period to increase the frequency, thereby causing voltage resonance between the coil of the transformer and the capacitor. This resonance voltage is directly boosted by a transformer, and then converted into a high DC voltage and supplied to a load. At this time, the resonance voltage that draws a sine wave arc is detected by the resonance state detection means, and a reference voltage corresponding to the reference phase angle is set by the reference voltage setting means based on the detected value. At the same time, the timing signal forming means compares the reference voltage set value with the resonance voltage detection value,
A timing signal indicating that they match is formed. That is, when the timing signal is formed, the observation phase angle of the resonance voltage reaches the reference phase angle. Therefore, the switching element of the inverter circuit is intermittently controlled by the switching control means in synchronization with the timing signal.

【0010】これにより、負荷として例えばX線管を用
い、その管電圧や管電流の設定を変更してトランス2次
側の負荷インピーダンスが変わり、共振周波数がずれた
場合でも、インバータ回路のスイッチングタイミング
(動作周期)は、常に、変化した共振モード電圧波形の
中の基準位相角に強制的に同期させられる。このため、
その基準位相角を共振電圧の零ボルト近傍の適宜な値に
予め設定しておくことにより、共振電圧の高い値となっ
た時点でスイッチングが行われるという状態が確実に回
避され、負荷変動があってもスイッチング損失及びノイ
ズ発生の増大が抑えられる。
Thus, even when an X-ray tube is used as a load and the tube voltage and tube current are changed to change the load impedance on the secondary side of the transformer and the resonance frequency is shifted, the switching timing of the inverter circuit is changed. The (operating cycle) is always forcibly synchronized with the reference phase angle in the changed resonance mode voltage waveform. For this reason,
By preliminarily setting the reference phase angle to an appropriate value near zero volt of the resonance voltage, a state in which switching is performed at the time when the resonance voltage becomes a high value is reliably avoided, and a load fluctuation may occur. However, an increase in switching loss and noise generation can be suppressed.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図4を参照
して説明する。この実施例はプッシュプル形電圧共振イ
ンバータを用いた、X線管用の高電圧発生装置である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. This embodiment is a high voltage generator for an X-ray tube using a push-pull type voltage resonance inverter.

【0012】図1に示した高電圧発生装置は電圧変換部
1a及びスイッチング制御部1bを備えている。電圧変
換部1aは、商用電圧の直流電源10と、昇圧用のトラ
ンス11と、直流電源10及び昇圧用トランス11間に
接続されたチョッパ・トランジスタ(MOS型)12、
チョーク・コイル13、転流ダイオード14、及びスイ
ッチング・トランジスタ(MOS型)15、16と、昇
圧用トランス11の1次側に接続された共振コンデンサ
17及び検出用トランス18と、昇圧用トランス11の
2次側(負荷側)に装備されたブリッジ整流器19とを
備えている。
The high-voltage generator shown in FIG. 1 includes a voltage converter 1a and a switching controller 1b. The voltage converter 1a includes a DC power supply 10 of commercial voltage, a transformer 11 for boosting, a chopper transistor (MOS type) 12 connected between the DC power supply 10 and the transformer 11 for boosting,
A choke coil 13, a commutation diode 14, and switching transistors (MOS type) 15 and 16; a resonance capacitor 17 and a detection transformer 18 connected to the primary side of the step-up transformer 11; A bridge rectifier 19 provided on the secondary side (load side).

【0013】この内、直流電源10のプラス側はチョッ
パ・トランジスタ12及びチョーク・コイル13を介し
て昇圧用トランス11の1次コイル11aのセンタタッ
プに接続されている。この1次コイル11aの両端は図
示のようにスイッチング・トランジスタ15、16のド
レインに接続され、各トランジスタ15、16のソース
が直流電源10のマイナス側に至る。チョーク・コイル
13及びトランジスタ12間の中間点と直流電源10の
マイナス側との間には、転流ダイオード14が挿入され
ている。さらに、両方のスイッチング・トランジスタ1
5、16のドレイン間、即ち昇圧用トランス11の1次
コイル11a両端は、コンデンサ17を介して相互に接
続されている。
The positive side of the DC power supply 10 is connected to the center tap of the primary coil 11a of the step-up transformer 11 via the chopper transistor 12 and the choke coil 13. Both ends of the primary coil 11a are connected to the drains of the switching transistors 15 and 16 as shown, and the sources of the transistors 15 and 16 reach the minus side of the DC power supply 10. A commutation diode 14 is inserted between an intermediate point between the choke coil 13 and the transistor 12 and a minus side of the DC power supply 10. Furthermore, both switching transistors 1
The drains 5 and 16, that is, both ends of the primary coil 11 a of the step-up transformer 11 are connected to each other via a capacitor 17.

【0014】昇圧用トランス11は空芯トランスであ
り、その全インダクタンスLと共振コンデンサ17の静
電容量Cとで所定固有周波数の電圧共振回路を構成して
いる。ここで、昇圧用トランス11、スイッチング・ト
ランジスタ15、16、及びコンデンサ17は電圧共振
形インバータ回路を形成している。昇圧用トランス11
の2次コイル11bは、ブリッジ整流器19を介して、
負荷であるX線管20に至る。
The step-up transformer 11 is an air-core transformer, and the total inductance L and the capacitance C of the resonance capacitor 17 constitute a voltage resonance circuit having a predetermined natural frequency. Here, the step-up transformer 11, the switching transistors 15, 16 and the capacitor 17 form a voltage resonance type inverter circuit. Step-up transformer 11
Is connected via a bridge rectifier 19 to
The load reaches the X-ray tube 20.

【0015】さらに、検出用トランス18は降圧用トラ
ンスであり、その1次コイル18aが共振コンデンサ1
7に並列に接続されている。これにより、コンデンサ1
7両端の数百Vの共振電圧を2次コイル18bで数Vの
交流電圧に降圧し、その交流電圧をスイッチング制御部
1bに供給する。
The detecting transformer 18 is a step-down transformer, and its primary coil 18a is connected to the resonance capacitor 1
7 are connected in parallel. Thereby, the capacitor 1
The secondary coil 18b reduces the resonance voltage of several hundred V at both ends to an AC voltage of several V, and supplies the AC voltage to the switching control unit 1b.

【0016】スイッチング制御部1bは、検出用トラン
ス18の2次コイル18bに接続された制御回路24
と、この制御回路24の出力側に接続された、インバー
タ制御用発振器25、インバータ駆動回路26及びチョ
ッパ制御用発振器27、チョッパ駆動回路28の2系統
の回路群とを備えている。
The switching controller 1b includes a control circuit 24 connected to the secondary coil 18b of the detecting transformer 18.
And an inverter control oscillator 25, an inverter drive circuit 26, a chopper control oscillator 27, and a chopper drive circuit 28, which are connected to the output side of the control circuit 24.

【0017】制御回路24は、図2に示す如く、共振コ
ンデンサ17両端の共振電圧を入力する全波整流器30
と、この全波整流器30の整流電圧のピーク値をホール
ドするピークホールド回路31と、このピークホールド
回路31の出力電圧を分圧する分圧回路32とを備える
一方で、分圧回路32の出力電圧を基準入力とし、前記
全波整流器30の整流電圧を比較入力とする比較器33
と、この比較器33の出力電圧に立上がりに付勢されて
一定時間幅の方形パルスを出力する単安定マルチバイブ
レータ34とを備えている。分圧回路32は、入力電圧
に所定の係数(<1)を掛けることで分圧を行うもので
ある。また単安定マルチバイブレータ34には、インバ
ータ制御用発振器25及びチョッパ制御用発振器27が
各々並列に接続されている。なお、単安定マルチバイブ
レータ34の出力信号はピークホールド回路31のリセ
ット信号にもなっている。
As shown in FIG. 2, the control circuit 24 includes a full-wave rectifier 30 for inputting a resonance voltage across the resonance capacitor 17.
And a peak hold circuit 31 for holding the peak value of the rectified voltage of the full-wave rectifier 30, and a voltage divider 32 for dividing the output voltage of the peak hold circuit 31, while the output voltage of the voltage divider 32 is Is used as a reference input and the rectified voltage of the full-wave rectifier 30 is used as a comparison input.
And a monostable multivibrator 34 which is energized to the rising edge of the output voltage of the comparator 33 and outputs a rectangular pulse having a fixed time width. The voltage dividing circuit 32 performs voltage division by multiplying the input voltage by a predetermined coefficient (<1). In addition, the monostable multivibrator 34 is connected with an inverter control oscillator 25 and a chopper control oscillator 27 in parallel. Note that the output signal of the monostable multivibrator 34 is also a reset signal of the peak hold circuit 31.

【0018】インバータ制御用発振器25及びチョッパ
制御用発振器27は、それらへの入力電圧の立上がりに
同期した制御パルス信号を、後段のインバータ駆動回路
26及びチョッパ駆動回路28に各々出力する。この
内、インバータ駆動回路26は、発振器25の制御パル
ス信号に同期して駆動し、スイッチング・トランジスタ
15、16を交互にオン、オフさせる。またチョッパ駆
動回路28は発振器27の制御パルス信号に同期して駆
動し、チョッパ・トランジスタ12をオン、オフさせる
ようになっている。
The inverter control oscillator 25 and the chopper control oscillator 27 output a control pulse signal synchronized with the rise of the input voltage to the inverter control circuit 26 and the chopper drive circuit 28, respectively. Among them, the inverter drive circuit 26 drives in synchronization with the control pulse signal of the oscillator 25, and turns on and off the switching transistors 15 and 16 alternately. The chopper drive circuit 28 is driven in synchronization with a control pulse signal of the oscillator 27 to turn on and off the chopper transistor 12.

【0019】本実施例では、検出用トランス18及び全
波整流器30が本発明の共振状態検出手段を成し、ピー
クホールド回路31及び分圧回路32が基準電圧設定手
段を成し、比較器33及び単安定マルチバイブレータ3
4がタイミング信号形成手段を成す。さらに、インバー
タ制御用発振器25及びインバータ駆動回路26がスイ
ッチング制御手段を形成している。
In this embodiment, the detecting transformer 18 and the full-wave rectifier 30 constitute the resonance state detecting means of the present invention, the peak hold circuit 31 and the voltage dividing circuit 32 constitute the reference voltage setting means, and the comparator 33 And monostable multivibrator 3
Reference numeral 4 denotes timing signal forming means. Further, the inverter control oscillator 25 and the inverter drive circuit 26 form a switching control means.

【0020】次に、本実施例の動作を図3、4を用いて
説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0021】いま、X線管20のインピーダンスZが予
め設定した規定値であり、この状態でインバータ制御用
発振器25及びチョッパ制御用発振器27が制御回路2
4からの方形波パルス信号に基づいて同一周波数で発振
し、各々、インバータ駆動回路26及びチョッパ駆動回
路28を駆動させているものとする。これにより、イン
バータ駆動回路26は図3(a),(b)の実線に示す
ように、スイッチング・トランジスタ15、16を交互
に同一周期Ta/2でオン(導通)、オフ(非導通)さ
せる。また、チョッパ駆動回路27は図3(c)の実線
に示すように、チョッパ・トランジスタ12を周期Tb
毎にオン(期間Tb1)及びオフ(期間Tb2)を繰り返
す。このとき、チョッパ・トランジスタ12のオン周期
Tb1は、スイッチング・トランジスタ15、16の両方
のオン周期に等分に重ねられる。これよりトランス11
の一次コイル11aの励磁バランスが良好に保持され
る。
Now, the impedance Z of the X-ray tube 20 is a specified value set in advance. In this state, the inverter control oscillator 25 and the chopper control oscillator 27
4 oscillates at the same frequency based on the square wave pulse signal, and drives the inverter drive circuit 26 and the chopper drive circuit 28, respectively. As a result, the inverter drive circuit 26 turns on (conducts) and turns off (non-conducts) the switching transistors 15 and 16 alternately at the same cycle Ta / 2, as shown by the solid lines in FIGS. 3 (a) and 3 (b). . The chopper drive circuit 27 sets the chopper transistor 12 to the cycle Tb as shown by the solid line in FIG.
On (period Tb1) and off (period Tb2) are repeated every time. At this time, the ON period Tb1 of the chopper transistor 12 is evenly overlapped with the ON periods of both the switching transistors 15 and 16. From this transformer 11
The excitation balance of the primary coil 11a is well maintained.

【0022】このため、直流電源10の電源電圧はチョ
ッパ・トランジスタ12によってチョッパして高周波化
され、負荷のインバータ回路に供給される。このとき、
インバータ回路では固有周波数に対応してスイッチング
・トランジスタ15、16のオン、オフが切り換えられ
るため、トランス11の全インダクタンスと共振コンデ
ンサ17の静電容量とにより、図3(e)の実線に示す
正弦波波形の電圧共振が生じる。いま、負荷インピーダ
ンスZ(X線管の管電流、管電圧)が規定値であるか
ら、電圧共振モードも予め設定したスイッチング損失や
ノイズ発生等が最も少ない規定状態である。この共振電
圧はトランス11にてそのまま昇圧され、整流器19で
整流されてX線管20に供給される。
For this reason, the power supply voltage of the DC power supply 10 is chopper-converted by the chopper transistor 12 to have a high frequency, and is supplied to the inverter circuit of the load. At this time,
In the inverter circuit, the on and off of the switching transistors 15 and 16 are switched in accordance with the natural frequency. Therefore, the sine shown by the solid line in FIG. Voltage resonance of the wave waveform occurs. Now, since the load impedance Z (tube current and tube voltage of the X-ray tube) is a specified value, the voltage resonance mode is also a specified state in which preset switching loss and noise generation are minimized. This resonance voltage is directly boosted by the transformer 11, rectified by the rectifier 19, and supplied to the X-ray tube 20.

【0023】このようにしてX線管20にパワーが供給
されると、電圧共振形インバータ回路内に蓄積された電
力エネルギーが徐々に減ってくる。そこで、この減少し
た分のエネルギーは、スイッチング・トランジスタ1
5、16の導通時において、その導通期間とチョッパ・
トランジスタ12の導通期間の重複する間に、直流電源
10から平滑コイル13を介して供給されるから、共振
状態が継続する。平滑コイル13を流れる電流IL は、
図3(d)の実線のようになる。
When power is supplied to the X-ray tube 20 in this manner, the power energy stored in the voltage resonance type inverter circuit gradually decreases. Therefore, the energy of this reduced amount is used as the switching transistor 1
At the time of conduction of 5 and 16, the conduction period and the chopper
Since the DC power is supplied from the DC power supply 10 via the smoothing coil 13 during the overlapping of the conduction periods of the transistor 12, the resonance state is maintained. Current I L flowing through the smoothing coil 13,
It becomes like the solid line of FIG.3 (d).

【0024】なお、トランス11の2次側出力電圧は、
チョッパ・トランジスタ12のデューティ比を変えるこ
とにより、共振モードとは無関係の状態で変更される。
The secondary output voltage of the transformer 11 is
By changing the duty ratio of the chopper transistor 12, it is changed in a state independent of the resonance mode.

【0025】一方、上記電源供給状態において、共振コ
ンデンサ17の両端には正弦波状に振動する共振電圧v
R が図4(a)に示す如く発生している。この共振電圧
R は検出用トランス17により所定比で降圧され、こ
の降圧された共振電圧vR が制御回路24に入力する。
On the other hand, in the power supply state, the resonance voltage v oscillating sinusoidally across both ends of the resonance capacitor 17.
R is generated as shown in FIG. The resonance voltage v R is stepped down at a predetermined ratio by the detecting transformer 17, and the stepped down resonance voltage v R is input to the control circuit 24.

【0026】制御回路24では、まず全波整流器30が
共振電圧vR を全波整流し、図4(b)に示す電圧波形
に変換する。この整流波形がピークホールド回路31に
てピークホールドされると、図4(c)の電圧波形のよ
うに、ピーク値に達した後はそのピーク値が保持された
波形に変換される。このようにピーク値をホールドする
のは、正弦波の共振電圧波形における90度の位相(即
ちピーク値の位相)を設定するためである。
In the control circuit 24, first, the full-wave rectifier 30 performs full-wave rectification of the resonance voltage v R and converts it into a voltage waveform shown in FIG. When this rectified waveform is peak-held by the peak hold circuit 31, after reaching the peak value, it is converted into a waveform in which the peak value is held, as shown in the voltage waveform of FIG. The reason why the peak value is held in this way is to set a 90-degree phase (that is, the phase of the peak value) in the sinusoidal resonance voltage waveform.

【0027】次いで、このピークホールド電圧波形は分
圧回路32で所定係数が乗じられて分圧波形に図4
(d)の如く変換される。これにより、90度以下の基
準位相角に対応した波高値を有する基準電圧値(波形)
が形成される。なお、分圧回路32の係数値を変えるこ
とにより、基準電圧波形の波高値を適宜変更することが
できる。
Next, the peak hold voltage waveform is multiplied by a predetermined coefficient in a voltage dividing circuit 32 to obtain a divided voltage waveform shown in FIG.
It is converted as shown in (d). Thereby, a reference voltage value (waveform) having a peak value corresponding to a reference phase angle of 90 degrees or less.
Is formed. The peak value of the reference voltage waveform can be appropriately changed by changing the coefficient value of the voltage dividing circuit 32.

【0028】このように形成された基準電圧値は比較器
33において全波整流値と比較される。全波整流波形が
基準電圧波形を上回っている間は、比較器33の出力は
論理Lレベルを維持しているが、図4のタイミングt
で示すように、全波整流波形が基準電圧波形よりも小さ
くなる時点で、比較器33の出力は論理Hレベルに立ち
上がる(図4(e)参照)。この比較器33の立上がり
に付勢されて、次段の単安定マルチバイブレータ34が
図4(f)の如く一定時間TBだけ出力を立ち上げる。
この立上げによる方形波パルス信号はインバータ制御用
発振器25及びチョッパ制御用発振器27に供給され、
それらの発振器25、27における発振タイミングが強
制的に入力パルス信号に同期する。
The reference voltage value thus formed is compared with the full-wave rectified value in the comparator 33. While the full-wave rectified waveform exceeds the reference voltage waveform, the output of the comparator 33 maintains the logic L level, but the timing t 3 in FIG.
As shown by, when the full-wave rectified waveform becomes smaller than the reference voltage waveform, the output of the comparator 33 rises to the logic H level (see FIG. 4E). Energized at the rise of the comparator 33, the monostable multivibrator 34 at the next stage rises its output for a fixed time TB as shown in FIG.
The square-wave pulse signal generated by the start-up is supplied to the inverter control oscillator 25 and the chopper control oscillator 27.
The oscillation timing of the oscillators 25 and 27 is forcibly synchronized with the input pulse signal.

【0029】なお、単安定マルチバイブレータ34の出
力によってピークホールド回路31がリセットされるか
ら、比較器33の立上がり信号は立上がり後直ちに立ち
下がり、トリガーパルスとなる。
Since the peak hold circuit 31 is reset by the output of the monostable multivibrator 34, the rising signal of the comparator 33 falls immediately after the rising, and becomes a trigger pulse.

【0030】そこで、いま、負荷としてのX線管20の
管電圧や管電流を必要があって変更したため、負荷側イ
ンピーダンスZが変わり、共振電圧の位相が例えば図3
(e)中の実線図示の規定モードから仮想線図示の位相
モードに変化したとする。このように共振電圧の位相が
ずれた場合でも、制御回路24は、前述した監視制御を
行うことで、そのずれた共振電圧波形に対する基準位相
角θ(図4参照)のタイミングを割り出し、その基準位
相角θにインバータ、チョッパ制御用発振器25、27
の発振周波数を強制的且つ自動的に同期させる。これに
より、チョッパ回路及びインバータ回路の各スイッチタ
イミングは図3中の仮想線図示のように夫々変更され、
前述したと同一の電源供給動作が行われる。なお、分圧
回路32の分圧比を変えることにより、基準位相角θ、
即ち強制同期タイミングを容易に可変できる。
Therefore, since the tube voltage and the tube current of the X-ray tube 20 as the load need to be changed, the load side impedance Z changes, and the phase of the resonance voltage is changed, for example, as shown in FIG.
It is assumed that the specified mode shown by the solid line in (e) changes to the phase mode shown by the virtual line. Even in the case where the phase of the resonance voltage is shifted in this way, the control circuit 24 determines the timing of the reference phase angle θ (see FIG. 4) for the shifted resonance voltage waveform by performing the above-described monitoring control. Inverter and chopper control oscillators 25 and 27 at phase angle θ
Oscillating frequency is forcibly and automatically synchronized. As a result, the switch timings of the chopper circuit and the inverter circuit are respectively changed as shown by the phantom lines in FIG.
The same power supply operation as described above is performed. By changing the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit 32, the reference phase angle θ,
That is, the forced synchronization timing can be easily changed.

【0031】このように、インバータ回路のスイッチン
グタイミングは常に共振電圧の基準位相角θに合致する
から、共振周波数が変化しても常に好適な共振モードに
復帰させることができる。その結果、スイッチング損失
を減少させて、高効率でX線線量を増加させると共に、
スイッチングノイズの発生を抑制してS/N比を向上さ
せることができる。また、整流器19の負荷側に容量性
負荷を併設して2次側高電圧を平滑化し、電圧リップル
を抑えることも容易に行えるから、CT画像の分解能、
解像度も向上する。さらに、この実施例の装置によれ
ば、スイッチング損失やスイッチングノイズを抑制した
まま、X線管の出力電流、出力電圧の可変範囲を広くと
ることができるから、汎用性の高い装置を提供できる。
さらに、電源フィルタの能力を削減して、装置の小形化
を推進できる。
As described above, since the switching timing of the inverter circuit always matches the reference phase angle θ of the resonance voltage, it is possible to always return to a suitable resonance mode even if the resonance frequency changes. As a result, the switching loss is reduced, and the X-ray dose is increased with high efficiency.
S / N ratio can be improved by suppressing generation of switching noise. In addition, since a capacitive load is provided on the load side of the rectifier 19 to smooth the secondary high voltage and suppress the voltage ripple, the resolution of the CT image,
Resolution also improves. Further, according to the device of this embodiment, the variable range of the output current and the output voltage of the X-ray tube can be widened while suppressing the switching loss and the switching noise, so that a highly versatile device can be provided.
Further, it is possible to reduce the size of the device by reducing the capacity of the power supply filter.

【0032】なお、上記実施例における高電圧発生装置
にあっては、インバータ回路の前段にチョッパ回路を搭
載する構成としたが、このチョッパ回路は必ずしも搭載
しなくてもよい。
In the high voltage generator of the above embodiment, the chopper circuit is mounted before the inverter circuit. However, the chopper circuit does not always need to be mounted.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明では、負荷側と電源側との間に電
圧共振形のインバータ回路を備え、このインバータ回路
の共振電圧検出値に基づき基準位相角に対応した基準電
圧を設定し、この基準電圧設定値と共振電圧検出値とが
一致したことを示すタイミング信号を形成し、このタイ
ミング信号に同期してインバータ回路のスイッチング素
子の断続を制御するようにした。このため、負荷側イン
ピーダンスが変わって共振電圧の位相ずれなど、共振モ
ードがずれてしまった場合でも、インバータ回路のスイ
ッチングタイミングを基準電圧設定値、即ちスイッチン
グに適した位相に自動的に同期させることから、インバ
ータ回路のスイッチング損失の増大及びスイッチングノ
イズの発生を抑制できるとともに、インバータ動作に悪
影響を及ぼすこと無く、負荷側のインピーダンスを変化
させることが可能な、汎用性の高い装置を提供できる。
According to the present invention, a voltage resonance type inverter circuit is provided between the load side and the power supply side, and a reference voltage corresponding to a reference phase angle is set based on a resonance voltage detection value of the inverter circuit. A timing signal indicating that the reference voltage setting value matches the resonance voltage detection value is formed, and the switching of the switching element of the inverter circuit is controlled in synchronization with the timing signal. Therefore, even when the resonance mode is shifted, such as a phase shift of the resonance voltage due to a change in load-side impedance, the switching timing of the inverter circuit is automatically synchronized with the reference voltage set value, that is, a phase suitable for switching. Accordingly, it is possible to provide a highly versatile device that can suppress an increase in switching loss and generation of switching noise of the inverter circuit and can change the impedance on the load side without adversely affecting the inverter operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の構成を示す、一部ブロック
化した回路構成図。
FIG. 1 is a partially block diagram illustrating a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】図1中の制御回路の詳細な構成を示すブロック
図。
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of a control circuit in FIG. 1;

【図3】(a)〜(e)は本発明の一実施例のチョッパ
動作、インバータ動作のタイミングを示す波形図。
3 (a) to 3 (e) are waveform diagrams showing timings of a chopper operation and an inverter operation according to one embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(f)は本発明の一実施例のインバー
タ同期制御の様子を示す波形図。
4 (a) to 4 (f) are waveform diagrams showing a state of inverter synchronous control according to one embodiment of the present invention.

【図5】従来例の構成を示す、一部ブロック化した回路
構成図。
FIG. 5 is a circuit block diagram showing a configuration of a conventional example, which is partially divided into blocks.

【図6】(a)および(b)は共振モード(位相)のず
れを説明する波形図。
FIGS. 6A and 6B are waveform diagrams for explaining a shift of a resonance mode (phase).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 直流電源 11 昇圧用トランス 15、16 スイッチング・トランジスタ 17 共振コンデンサ 18 検出用トランス 20 X線管 30 全波整流器 31 ピークホールド回路 32 分圧回路 33 比較器 34 単安定マルチバイブレータ 35 インバータ制御用発振器 36 インバータ駆動回路 Reference Signs List 10 DC power supply 11 Step-up transformer 15, 16 Switching transistor 17 Resonant capacitor 18 Detection transformer 20 X-ray tube 30 Full-wave rectifier 31 Peak hold circuit 32 Voltage dividing circuit 33 Comparator 34 Monostable multivibrator 35 Inverter control oscillator 36 Inverter drive circuit

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 負荷側と電源側との間に挿入された変圧
用のトランスと、このトランスの1次コイルへの供給電
流を断続するスイッチング素子と、上記トランスのコイ
ルとの間で所定固有周波数の電圧共振を発生させるコン
デンサとを有したインバータ回路を備えると共に、上記
電圧共振状態の電圧値を検出する共振状態検出手段と、
この共振状態検出手段の検出値に基づき、予め設定した
基準位相角に対応した基準電圧を設定する基準電圧設定
手段と、この基準電圧設定手段の設定値と前記共振状態
検出手段の検出値とが一致したことを示すタイミング信
号を形成するタイミング信号形成手段と、このタイミン
グ信号形成手段の形成信号に同期して前記スイッチング
素子の断続を制御するスイッチング制御手段とを備えた
ことを特徴とする高電圧発生装置。
A transformer for voltage transformation inserted between a load side and a power supply side, a switching element for intermittently supplying current to a primary coil of the transformer, and a predetermined characteristic between a coil of the transformer. A resonance state detecting means for detecting a voltage value of the voltage resonance state, comprising: an inverter circuit having a capacitor for generating voltage resonance at a frequency;
A reference voltage setting unit that sets a reference voltage corresponding to a preset reference phase angle based on a detection value of the resonance state detection unit; and a setting value of the reference voltage setting unit and a detection value of the resonance state detection unit. A high-voltage circuit comprising: a timing signal forming unit that forms a timing signal indicating that the two signals coincide with each other; and a switching control unit that controls intermittent switching of the switching element in synchronization with the forming signal of the timing signal forming unit. Generator.
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