JP3132767B2 - Ｘ線発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ回路を利用
して直交変換した電圧を昇圧，整流して得られた高圧直
流電圧をＸ線管に供給してＸ線を発生させるＸ線発生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＸ線ＣＴ装置，Ｘ線診断装置等の
ようにＸ線管を用いて診断を行う装置においては、Ｘ線
管からＸ線を発生するために高圧直流電圧を供給しなけ
ればならない。

【０００３】最近においては、このような高圧直流電圧
を得るために、直流電圧を入力してこれをスイッチング
して交流電圧に変換した後、この交流電圧を昇圧，整流
するような構成としたインバータ方式の高圧直流電源が
広く用いられている。このような電源によれば、信頼性
に優れた半導体素子を回路部品として用いて構成するこ
とにより、小型，軽量，高効率で動作するＸ線発生装置
を実現することができる。

【０００４】図５はこのようなインバータ方式を利用し
た従来のＸ線発生装置の構成を示すもので、１は交流電
源、２は交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換
器、３は直流電圧を図６に示したような断続波形にスイ
ッチングするチョッパ回路、４は直流電圧をスイッチン
グして交流電圧に変換するインバータ回路である。５は
インバータ回路４から出力された交流電圧を高圧交流電
圧に昇圧するトランス、６は高圧直流電圧を整流して高
圧直流電圧を生成する整流回路、７は高圧直流電圧を供
給するＸ線管である。８は出力電圧（高圧直流電圧）Ｖ
ｏをモニタして、予め設定された基準電圧Ｖｒと比較し
て両者間の誤差を検出する誤差検出回路、９は誤差電圧
に基いてこの誤差がなくなるようにチョッパ回路３を制
御するフィードバック制御回路である。

【０００５】以上のような構成で、Ｘ線管７に供給され
る出力電圧Ｖｏが常に誤差検出回路８によってモニタさ
れて、基準電圧Ｖｒと比較される。ここで比較結果がＶ
ｏ＞Ｖｒの関係にあったとすると、両者の誤差が制御回
路９に出力され、これに基いて制御回路９はチョッパ回
路３に対して、図６の波形においてパルス幅をＷ1 を小
さくするような制御電圧を加える。これによりチョッパ
回路３からインバータ回路４に出力される直流電圧が減
少され、結果として出力電圧Ｖｏが減少されるように制
御される。

【０００６】一方、比較結果がＶｏ＜Ｖｒの関係にあっ
たとすると、両者の誤差が制御回路９に出力され、これ
に基いて制御回路９はチョッパ回路３に対して図６の波
形においてパルス幅Ｗ1 を大きくするような制御電圧を
加える。これによりチョッパ回路３からインバータ回路
４に出力される直流電圧が増加され、結果として出力電
圧Ｖｏが増加するようになる。このような制御動作の繰
返しによって、出力電圧Ｖｏは常に基準電圧Ｖｒと等し
くなるような方向に自動的に調整される。

【０００７】このように出力電圧Ｖｏが変動すると、常
に基準電圧Ｖｒとの誤差が検出され、この誤差に基いて
チョッパ回路３の出力電圧のパルス幅Ｗを制御すること
により、入力側から出力側に伝達されるパワーを調整す
るようなフィードバック制御が行われるので、Ｘ線管７
に供給される高圧直流電圧の安定化が図れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来のＸ線発
生装置では、チョッパ回路３において入力直流電圧のス
イッチングを行うとき比較的大きな電圧を断続するの
で、スイッチングノイズが発生するという問題がある。
例えば商用交流電源を利用するときは、１００Ｖ入力の
場合はＡＣ／ＤＣ変換器２から出力された約１３０Ｖの
直流電圧をスイッチングすることになり、あるいは２０
０Ｖ入力の場合はＡＣ／ＤＣ変換器２から出力された約
２５０Ｖの交流電圧をスイッチングすることになるの
で、スイッチングノイズの発生が避けられない。

【０００９】このため医療機関においては近接して設置
してある他の医療機器に対してそのノイズが与える影響
が無視できなくなる。またそのように比較的大きな電圧
をスイッチングすることにより、スイッチング損失も大
きくなるので効率が低下するようになる。

【００１０】本発明は以上のような問題に対処してなさ
れたもので、スイッチングノイズ及びスイッチング損失
の低減を図るようにしたＸ線発生装置を提供することを
目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、スイッチングためのトランジスタを有し、直流電源
の出力である直流電圧を交流電圧に変換する共振形イン
バータ回路と、前記共振形インバータ回路から出力され
た交流電圧を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段から出
力された交流電圧を整流する整流手段と、前記整流手段
の出力である直流電圧が印加されるＸ線管と、前記Ｘ線
管に印加された直流電圧をモニタし、その結果に基づい
て前記トランジスタをオンおよびオフすることにより前
記共振形インバータ回路の出力電圧を制御する制御手段
とを具備し、前記制御手段は、前記トランジスタをオン
とした時点から、前記共振形インバータ回路に流れる電
流が、最初に略零となる時点で、前記トランジスタをオ
フすることを特徴とする。

【００１２】

【作用】チョッパ回路を省略し、共振形インバータ回路
に直流電圧を入力する。スイッチングされて出力された
交流電圧は、昇圧後高圧直流電圧に変換されてＸ線管に
供給される。これによって、共振形インバータ回路は小
さい電圧又は電流のタイミングでスイッチングするよう
に動作するので、スイッチングにノイズを低減すること
ができ、これに伴いスイッチング損失も低減することが
できる。また、共振形インバータ回路を複数並列接続し
た場合、広い出力の可変範囲を有するＸ線管の要求に対
処させることができる。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１４】図１は本発明のＸ線発生装置の実施例を示
すブロック図で、１は商用電源等から成る交流電源、２
は交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換器で、
これら電源１及び変換器２でもって共通の直流電源１０
が構成される。

【００１５】１１は互いに並列接続された複数のユニッ
ト１１Ａ，１１Ｂ，…１１Ｎから成る共振形インバータ
回路で各ユニットはそれら直流電源１０に共通に接続さ
れる。５はトランスで各ユニット１１Ａ，１１Ｂ，…１
１Ｎに対応した複数個５Ａ，５Ｂ，…５Ｎから構成され
ている。６は整流回路で各トランス５Ａ，５Ｂ，…５Ｎ
に対応した複数個６Ａ，６Ｂ，…６Ｎから構成されてい
る。各整流回路６の出力は互いが加わるように共通に接
続され、これにＸ線管７が接続される。

【００１６】８はＸ線管７に供給される出力電圧（高圧
直流電圧）Ｖｏをモニタして、予め設定された基準電圧
Ｖｒと比較して両者間の誤差を検出する誤差検出回路、
１２は誤差電圧に基いてこの誤差がなくなるように各共
振形インバータ回路１１（１１Ａ，１１Ｂ，…１１Ｎ）
に可変周波数ｆの制御電圧Ｖｃを加えて制御するフィー
ドバック制御回路である。

【００１７】共振形インバータ回路１１はその一構成例
を示すと、図２のように前記制御電圧Ｖｃによってオ
ン，オフが制御されるスイッチングトランジスタＴＲA
と、このトランジスタＴＲA に並列接続されたダイオー
ドＤA と、トランジスタＴＲAに直列接続されたコンデ
ンサＣA とから構成されている。またこのコンデンサＣ
A はトランス５ＡのインダクタンスＬと共振回路を構成
している。

【００１８】トランジスタＴＲA には図４に示したよう
にパルス幅Ｗ2が一定で周期Ｔｃが可変する可変周波数
ｆ（＝１／Ｔｃ）の制御電圧Ｖｃが加えられる。そして
周波数ｆを可変してトランジスタＴＲA のオンする時間
を制御することにより、いわゆる周波数変調を行うこと
によって入力側から出力側に伝達されるパワーを調整す
るように構成されている。

【００１９】コンデンサＣとインダクタンスＬとによっ
て決まる時定数に比較して、パルス幅Ｗ2 の時間を十分
大きく設定することによりトランジスタＴＲA に流れる
電流Ｉの値が十分小さくなったタイミングでトランジス
タＴＲA をオフさせることができる。よってスイッチン
グノイズを低減させることが可能となる。

【００２０】図２はまたトランジスタＴＲA がオン時の
等価回路を示しており、コンデンサＣが徐々に充電され
ると共にトランジスタＴＲA の電流Ｉは図４の正側のよ
うにインダクタンスＬの存在により徐々に減少してく
る。なおこのときの特性Ｎの勾配はコンデンサＣとイン
ダクタンスＬとの時定数によって決まる。

【００２１】図３はトランジスタＴＲA がオフ時の等価
回路を示しており、トランジスタＴＲA の電流Ｉは図４
の負側に切換えられた以後コンデンサＣの放電電流が矢
印ＹのようにダイオードＤA を介して流れる。以上のよ
うなオン，オフ動作が各ユニットにおいて制御電圧Ｖｃ
が加えられる各周期Ｔｃごとに繰返される。次に本実施
例の作用を説明する。

【００２２】なお複数の共振形インバータ回路１１の動
作は全く同じように行われるので、このうち一構成例で
あるユニット１１Ａの作用を代表して説明するものとす
る。Ｘ線管７に供給される出力電圧Ｖｏが常に誤差検出
回路８によってモニタされて、基準電圧Ｖｒと比較され
る。ここで比較結果がＶｏ＞Ｖｒの関係にあったとする
と、両者の誤差がフィードバック制御回路１２に出力さ
れ、これに基いて制御回路１２は共振形インバータ回路
１１ＡのトランジスタＴＲA に対して、図４の波形にお
いて周波数ｆを低くするような（パルス数が少なくな
る）制御電圧Ｖｃを加える。これによりトランジスタＴ
ＲA のオンする時間は短くなるので、伝達されるパワー
は減少するため結果として出力電圧Ｖｏが減少されるよ
うに制御される。

【００２３】一方、比較結果がＶｏ＜Ｖｒの関係にあっ
たとすると、両者の誤差が制御回路１２に出力され、こ
れに基いて制御回路１２は共振形インバータ回路１１Ａ
のトランジスタＴＲA に対して、図４の波形において周
波数ｆを高くするような（パルス数が多くなる）制御電
圧Ｖｃを加える。これによりトランジスタＴＲA のオン
する時間は長くなるので、伝達されるパワーは増加する
ため結果として出力電圧Ｖｏが増加するように制御され
る。

【００２４】このように出力電圧Ｖｏが変動すると、常
に基準電圧Ｖｒとの誤差が検出され、この誤差に基いて
共振形インバータ回路１１Ａに対してトランジスタＴＲ
A に加える制御電圧Ｖｃの周波数ｆを変化させることに
より、入力側から出力側に伝達されるパワーを調整する
ようなフィードバック制御が行われるので、Ｘ線管７に
供給される高圧直流電圧の安定化が図られる。他のユニ
ットに対しても同様な制御が行われる。

【００２５】このように共振形インバータ回路１１の動
作を周波数変調して制御する場合、特に本実施例によれ
ばインバータ回路として共振形を利用することにより、
スイッチング動作を行うトランジスタのオンからオフへ
の切換えを電圧又は電流の小さいタイミングで行われる
ので、スイッチングノイズを低減することができ、また
これに伴ってスイッチング損失を低減することができ
る。従って効率の向上により電力の上でランニングコス
トの低下が見込める。また近接した位置に設置してある
他の医療機器に対するノイズの影響を抑えることができ
るようになる。さらに本実施例によれば、共振形インバ
ータ回路を複数並列接続することにより、次のような効
果が得られる。以下これについて説明する。

【００２６】例えばＸ線ＣＴ装置で用いられるＸ線管
は、被検体の撮影部位に応じて、あるいは同一部分であ
ってもその組織の厚さの大小等に応じて、Ｘ線曝射条件
が可変されるように構成されている。一例として同一部
位を撮影する場合でもその組織厚さが大の被検体と小の
被検体とでは、同一線曝射条件で撮影しても得られる画
質は異なってくる。このため組織厚が大の被検体に対し
てはノイズの影響を避けて優れた画質が得られるよう
に、Ｘ線量を大となすようなＸ線曝射条件で撮影が行わ
れる。このようなＸ線曝射を行うＸ線管に設定される出
力すなわち管電圧及び管電流の定格は、例えば１２０Ｋ
Ｖ，５０ｍＡあるいは１２０ＫＶ，３００ｍＡのように
設定される。

【００２７】ここでこのようにＸ線管に与えられる定格
出力の可変範囲は、これに加えられる出力電圧Ｖｏによ
って決定され、共振形インバータ回路を用いた場合はこ
れに加えられる制御電圧Ｖｃの周波数ｆの可変範囲で定
格出力の範囲は決定される。周波数ｆの下限は可聴周波
数を避ける値で決められ例えば１５ＫＨｚが選ばれる。
一方、周波数ｆの上限はスイッチングトランジスタＴＲ
A の性能によって決められ例えば３０ＫＨｚが選ばれ
る。これら１５ＫＨｚ，３０ＫＨｚは説明を理解し易く
するため選んだものであり、必ずしも実状を反映してい
ない。

【００２８】このようにスイッチングトランジスタＴＲ
A の制御電圧Ｖｃの周波数ｆの下限を１５ＫＨｚ、上限
を３０ＫＨｚに設定したとすると、下限と上限との比は
２倍となる。従ってこれによって制御される出力電圧Ｖ
ｏ、ひいてはＸ線管の定格出力の可変範囲も２倍に制約
されることになる。一例として可変範囲として１２０Ｋ
Ｖ，５０ｍＡ乃至１２０ＫＶ，３００ｍＡの性能を有す
るＸ線管があった場合、可変範囲が２倍に制約されると
いうことは、１２０ＫＶ，５０ｍＡから１２０ＫＶ，１
００ｍＡの間の定格出力しか得られないことを示してお
り、このＸ線管の性能を十分に発揮させられないことに
なる。

【００２９】このような場合本実施例によれば、共振形
インバータ回路１１を３個並列接続すれば、Ｘ線管に対
して定格出力を１個のインバータ回路の場合に比べて３
倍に拡大することができ、１２０ＫＶ，５０ｍＡ乃至１
２０ＫＶ，３００ｍＡの全性能を発揮させるように対処
させることができるようになる。

【００３０】共振形インバータ回路１１の並列接続すべ
き数は目的，用途等に応じて任意に設定することができ
る。またＸ線管の定格出力も一例を示したものであり、
種々の定格出力に対処させることが可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、共振
形インバータ回路を用いることにより、スイッチングノ
イズ及びスイッチング損失の低減を図ることができる。
またさらに、共振形インバータ回路を複数並列に接続し
た場合には、広い出力可変範囲を有するＸ線管の要求に
対処させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線発生装置の実施例を示すブロック
図である。

【図２】本実施例装置に用いられる共振形インバータ回
路の構成及びオン時の等価回路を示す結線図である。

【図３】本実施例装置に用いられる共振形インバータ回
路のオフ時の等価回路を示す結線図である。

【図４】本実施例装置に用いられる共振形インバータ回
路の動作原理を説明する波形図である。

【図５】従来装置の構成を示すブロック図である。

【図６】従来装置に用いられるチョッパ回路の動作原理
を示す波形図である。

【符号の説明】

７ Ｘ線管 ８ 誤差検出回路 １０ 直流電源 １１，１１Ａ，１１Ｂ，…１１Ｎ 共振形インバータ回
路 １２ フィードバック制御回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチングためのトランジスタを有
   し、 直流電源の出力である直流電圧を交流電圧に変換する共
   振形インバータ回路と、 前記共振形インバータ回路から出力された交流電圧を昇
   圧する昇圧手段と、 前記昇圧手段から出力された交流電圧を整流する整流手
   段と、 前記整流手段の出力である直流電圧が印加されるＸ線管
   と、 前記Ｘ線管に印加された直流電圧をモニタし、その結果
   に基づいて前記トランジスタをオンおよびオフすること
   により前記共振形インバータ回路の出力電圧を制御する
   制御手段と、 を具備し、前記制御手段は、前記トランジスタをオンと
   した時点から、前記共振形インバータ回路に流れる電流
   が、 最初に略零となる時点で、前記トランジスタをオフする
   ことを特徴とするＸ線発生装置。
2. 【請求項２】 前記共振形インバータ回路は前記直流電
   源の出力に並列に複数接続され、 前記昇圧手段は前記複数の共振形インバータ回路にそれ
   ぞれ設けられ、 前記整流手段は前記複数の昇圧手段にそれぞれ設けら
   れ、 前記Ｘ線管は前記複数の整流手段の出力が加えられたこ
   とを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置。