JP3431985B2 - Inverter type X-ray high voltage device - Google Patents

Inverter type X-ray high voltage device

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JP3431985B2
JP3431985B2 JP07130394A JP7130394A JP3431985B2 JP 3431985 B2 JP3431985 B2 JP 3431985B2 JP 07130394 A JP07130394 A JP 07130394A JP 7130394 A JP7130394 A JP 7130394A JP 3431985 B2 JP3431985 B2 JP 3431985B2
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rectifier circuit
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敬信 畠山
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Hitachi Medical Corp
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、交流電源を直流に変換
し、その直流をインバータ回路を用いて高周波の交流に
変換し、その出力電圧を昇圧すると共に整流してX線管
に印加しX線を発生させるインバータ式X線高電圧装置
に関し、特に胃の集団検診用X線装置のようなAC10
0V,数kVAの小さい電源を用いる装置に好適なイン
バータ式X線高電圧装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、この種のインバータ式X線高電圧
装置は、図4に示すように構成されていた。すなわち、
商用の100Vの単相交流電源30からの交流電圧を交
流リアクトル1を介してサイリスタで構成された単相全
波整流回路2で直流電圧に変換し、これを平滑コンデン
サ3で平滑してIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ)を用いたフルブリッジ型のインバータ回路4
に入力する。 【0003】このインバータ回路4は、特開昭63−1905
56号公報にも記載されているように、共振用コンデンサ
5と高電圧変圧器6の漏れインダクタンス,浮遊容量な
どとの共振現象を利用してインバータ回路4のスイッチ
ング素子の動作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8への印加電圧に対応する電圧を
出力するもので、このインバータ回路4から出力される
交流電圧を前記高電圧変圧器6で昇圧し、これを整流回
路7で直流に変換してX線管8に印加していた。 【0004】このX線管8に印加する電圧(管電圧)
は、以下のように制御されている。まず、管電圧の設定
値VS1とX線管8に流す電流(管電流)の設定値IS1
に応じてゲート制御回路10で単相全波整流回路2の各
サイリスタを駆動するゲート制御位相角を設定し、これ
をゲートドライブ回路9で増幅して単相全波整流回路2
の各サイリスタのゲートに与える。これにより、単相全
波整流回路2の各サイリスタを駆動するゲート位相を制
御し、負荷条件に応じた電圧をインバータ回路4に入力
する。 【0005】インバータ回路4は、単相全波整流回路2
の出力を平滑コンデンサ3で平滑した直流出力を入力
し、管電圧が設定値VS1 になるように制御しつつ高周
波の交流に変換する。すなわち、位相差,周波数制御回
路12は、管電圧,管電流の各検出値VS2,IS2とそ
れらの設定値VS1,IS1が入力され、管電圧について
は、それが設定値になるように、インバータ回路4の周
波数,スイッチング素子41と44及び42と43の位
相差をフィードバック制御する。この位相差,周波数制
御回路12の出力信号がゲートドライブ回路11で増幅
されてインバータ回路4の各IGBTのゲートに与えら
れ、それらが駆動される。これによりインバータ回路4
は、管電圧が設定値VS1になるように制御しつつ、単
相全波整流回路2,平滑コンデンサ3の直流出力を高周
波の交流に変換する。管電流の制御は、X線管8のフィ
ラメントの加熱量を制御して行うが、ここではその説明
は省略する。 【0006】このような、インバータ式X線高電圧装置
は、主に商用の100V単相交流電源を電源とする胃の
集団検診装置や外科用X線テレビ装置等に適用されてい
る。なお、インバータ回路4の位相差,周波数の制御で
所定の負荷範囲を制御できる場合には整流回路2のサイ
リスタをダイオードに置き換え、インバータ回路4への
入力電圧を制御不能としてもよい。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】従来のインバータ式X
線高電圧装置においては、整流回路2のサイリスタのゲ
ート制御信号の位相が交流電源電圧の位相に対して遅れ
位相で与えられるために、例えば図5に示すように、電
流イは電圧ロよりもφだけ位相が遅れ、力率が低下し
た。したがって、無効電力が多く、交流電源の設備容量
はその分だけ大きくなった。また、電流波形も歪み、高
調波成分が多く、これによって高調波電流の電源系統へ
の流入、延いては同電源系統に接続された他の機器への
障害波及の虞があった。特に、透視時のような場合、X
線管に入力する電力は数百W程度と非常に小さいにもか
かわらず、力率が低いために交流電源に流れる電流は数
十Aにも達し、しかも時間が長く、数kVAの容量の電
源にとっては負担の大きいものであった。 これらの問
題は整流回路2のサイリスタをダイオードに置き換えた
ものでもほぼ同じであった。 【0008】本発明の目的は、交流電源を直流に変換す
る整流回路と、力率改善と交流入力電流の正弦波化が可
能な整流回路に改良することによって、電源設備容量の
低減と高調波電流による障害の除去が図れるインバータ
式X線高電圧装置を提供することにある。 【0009】 【課題を解決するための手段】前記目的は、交流電源を
整流する第1の整流回路と、この第1の整流回路の出力
電圧を平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサ
の出力を高周波の交流に変換するインバータ回路と、こ
のインバータ回路の出力電圧を昇圧する高電圧変換器
と、この高電圧変圧器の出力を整流する第2の整流回路
とを備え、この第2の整流回路の出力電圧をX線管に印
加してX線を発生させるインバータ式X線高電圧装置に
おいて、前記第1の整流回路は自己消弧可能なスイッチ
ング素子とこのスイッチング素子と逆並列に接続された
ダイオードとの接続体を少なくとも2つ以上含む全波ブ
リッジで構成され、この全波ブリッジと前記交流電源と
の間に交流リアクトルを備え、透視時のみ前記交流電源
の電流と電圧の位相差及び前記平滑コンデンサの出力電
圧の設定値との誤差に応じて前記第1の整流回路のスイ
ッチング素子をパルス幅変調制御し、前記交流電源の電
流と電圧の位相を一致させると共に前記平滑コンデンサ
の出力電圧を設定値に制御する電流,電圧制御回路を具
備し、前記平滑コンデンサの出力電圧を前記インバータ
回路に入力し、撮影時には前記スイッチング素子はオフ
のままで前記ダイオードによる整流電圧を前記平滑コン
デンサで平滑した電圧を前記インバータ回路に入力する
ことにより達成される。 【0010】特に、撮影時は出力は大きいが曝射時間が
短いので、この時のパワーは前記平滑コンデンサに充電
されたエネルギを電力源とし、透視時のような出力は小
さいが曝射時間の長い時のみ上記交流電源より電力を供
給するような場合には、上記第1の整流回路の自己消弧
可能なスイッチング素子には透視時に供給するパワーに
合わせて小さい容量の素子を用い、撮影時にはこの素子
をオフのままにすることにより、透視時の力率改善が可
能となり本目的を達成できる。 【0011】 【作用】電流,電圧制御回路は、交流電源の電流と電圧
の位相差及び平滑コンデンサの出力電圧の設定値との誤
差に応じて第1の整流回路のスイッチング素子をパルス
幅変調制御し、交流電源の線電流と相電圧の位相を一致
させると共に平滑コンデンサの出力電圧を設定値に制御
する。 【0012】これにより、交流電源の電流と電圧の位相
が一致し、かつ歪のない正弦波となる。したがって、力
率が改善されて皮相電力が小さくなり、電源設備容量は
低減し、電源高調波も除去される。また、撮影時の電力
は上記平滑コンデンサから供給し、透視時のみ上記交流
電源より電力を供給する場合には、上記自己消弧可能な
スイッチング素子には電流定格の小さい素子の使用が可
能となるので、より経済的になる。 【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。図1は、本発明によるインバータ式X線高電圧装
置の一実施例を示す回路図である。この図1において、
30は単相交流電源、1は交流リアクトル、3は平滑コ
ンデンサ、4はIGBTを用いたフルブリッジ型のイン
バータ回路、5は共振用コンデンサ、6は高電圧変圧
器、7は高電圧整流回路(第2の整流回路)、8は負荷
であるX線管、11は第2のゲートドライブ回路、12
はインバータ回路4の位相差,周波数制御回路、13は
第1の整流回路(単相全波整流回路)、14は単相交流
電源30の電流検出器、15は単相交流電源の電圧検出
器、16は第1のゲートドライブ回路、17は前記単相
交流電源30の電流と前記第1の整流回路13の出力電
圧を制御する電流,電圧制御回路、32は各条件を設定
する操作卓である。 【0014】ここで、前記第1の整流回路13は、交流
リアクトル1を介して入力された単相交流電源30から
の交流電圧を直流電圧に整流するもので、自己消弧可能
なスイッチング素子、ここではIGBT(絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ)からなる4つのスイッチング
素子131〜134を組み合わせてフルブリッジ型に構成
すると共に、それら各スイッチング素子131〜134
ダイオードD1〜D4を逆並列接続してなるものである。
これらのスイッチング素子131〜134は透視時のみ動
作して次のように制御される。すなわち電流,電圧制御
回路17は、単相交流電源30の電流の位相を電圧の位
相に一致させ、かつ第1の整流回路13の出力電圧を設
定値に制御すべくパルス幅変調制御パルスを作成し、こ
れが第1のゲートドライブ回路16で増幅されてスイッ
チング素子131〜134の各ゲートに与えられ、スイッ
チング素子131〜134がスイッチング制御される。 【0015】図2は前記電流,電圧制御回路17の具体
例をその周辺回路部分と共に示す図で、ここでは、電
流,電圧制御回路17は単相正弦波発生器20,誤差増
幅器21,乗算器22,誤差増幅器23,鋸歯状波発生
器24,比較器25とを備えてなり、以下のように動作
する。まず、第1の整流回路13の出力電圧、すなわち
平滑コンデンサ3の電圧VS4 を検出し、これと設定値
VS3(管電圧,管電流に応じて設定される)とを、電圧
フィードバック制御を行うための誤差増幅器21で比
較,増幅する。 【0016】一方、単相交流電源30の電圧を電圧検出
器15により検出し、これを単相正弦波発生器20に入
力して電源電圧に同期した単相正弦波基準信号を作成す
る。この単相正弦波基準信号と前記誤差増幅器21から
の信号を乗算器22で掛算し、単相交流電源30の電流
を制御するための電流基準信号(交流電源30の電圧波
形に同期した正弦波状の交流電源の電流指令波形)を作
成し、これと電流検出器14からの電流信号(実際の電
流波形)とを誤差増幅器23に入力して電流フィードバ
ック制御偏差(前記電流指令波形と実際の電流波形との
誤差信号)を生成する。 【0017】この制御偏差と鋸歯状波発生器24からの
鋸歯状波を比較器25で比較して変調波信号を作成し、
これを、第1の整流回路13のスイッチング素子131
〜134 のスイッチングのタイミングを決定する信号と
して出力する。この変調波信号を第1のゲートドライブ
回路16で増幅してスイッチング素子(IGBT)13
1〜134のゲートに与え、前記第1の整流回路13の出
力電圧(平滑コンデンサ3の電圧)VS4が設定値VS3
と等しく、かつ単相交流電源30の電流と電圧の位相が
一致するようにスイッチング素子131〜134をスイッ
チング制御する。 【0018】図3は単相交流電源30の電流ハと、パル
ス幅変調信号(第1のゲートドライブ回路16への電
流,電圧制御回路17の出力パルス。この信号の基本波
は電源電圧と同相である。)ニの波形図である。 【0019】電流ハの波形は、インバータ回路4が動作
してX線管8に電力を供給し、インバータ回路入力電圧
(平滑コンデンサ3の電圧)がその設定値よりも降下し
た場合は電源電圧と同相となり、電力は交流電源30か
ら平滑コンデンサ3側に供給する。インバータ回路入力
電圧がその設定値よりも上昇した場合は、前記交流電流
ハの波形は電源電圧と逆相となり、平滑コンデンサ3側
から交流電源30に電力の回生が行われる。正弘波のパ
ルス幅変調(PWM)制御においてもPWM周波数に相
当するリップル成分が含まれるが、交流電源30側にフ
ィルタ(図示せず)を挿入したり、PWM周波数を高く
することなどにより滑らかな正弦波電流が得られる。 【0020】図1に説明を戻すと、インバータ回路4
は、このようにして得られた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X線管8に供
給する電力を制御するもので、ここではIGBTからな
る4つのスイッチング素子41,42,43,44を組
み合わせてフルブリッジ型に構成すると共に、それら各
スイッチング素子41〜44にダイオードD7〜D10
逆並列接続してなるものである。 【0021】コンデンサ5は、インバータ回路4の出力
電圧によって共振電流を生じさせる共振素子の1つであ
る。高電圧変圧器6は、その1次巻線が前記コンデンサ
5と直列に接続され、コンデンサ5と漏れインダクタン
スとで共振を起こさせ、その共振出力を昇圧するもので
ある。 【0022】第2の整流回路7は、前記高電圧変圧器6
の2次巻線に接続され、その出力の交流電圧を直流に変
換するものである。X線管8は、本発明装置の負荷とな
るもので、前記第2の整流回路7の出力電圧が印加され
てX線を発生するものである。 【0023】次に、上述本発明装置の動作について説明
する。操作卓32で透視,撮影,管電圧,管電流等の条
件が設定されて、これらが本装置に入力される。先ず、
透視の時は透視ON信号により、第1の整流回路13の
電流,電圧制御回路17とインバータ回路4の位相差,
周波数制御回路12に透視時の管電圧,管電流等の設定
信号が入力される。電圧,電流制御回路17は管電圧,
管電流の各設定値VS1,IS1に対応したインバータ回
路4の入力電圧VS3を設定し、これと実際のインバー
タ回路4の入力電圧VS4を比較してフィードバック制
御を行い、前述したように単相交流電源30の電圧と電
流の位相を一致させ、インバータ回路4の入力電圧VS
4が設定値VS3になるように、第1の整流回路13のス
イッチング素子131〜134をスイッチング制御する。 【0024】インバータ回路4は、この第1の整流回路
13(平滑コンデンサ3)の直流出力を、管電圧が設定
値VS1 になるように制御しつつ高周波の交流に変換す
る。すなわち、位相差,周波数制御回路12は、管電
圧,管電流の各検出値VS2,IS2とそれらの設定値V
1,IS1が入力され、管電圧については、それが設定
値VS1 になるように、インバータ回路4の周波数,ス
イッチング素子41と44及び42と43の位相差をフ
ィードバック制御する。この位相差,周波数制御回路1
2の出力信号が第2のゲートドライブ回路11で増幅さ
れてインバータ回路4のスイッチング素子41〜44の
ゲートに与えられ、それらが駆動される。これらよりイ
ンバータ回路4は、管電圧が設定値VS1 になるように
制御しつつ、第1の整流回路13(平滑コンデンサ3)
の直流出力を高周波の交流に変換する。管電流の制御
は、X線管8のフィラメントの加熱量を制御して行う。 【0025】次に、撮影時は、操作卓32で撮影条件が
設定されると、透視ON信号は電流,電圧制御回路17
に入力されず、これによってゲートドライブ回路16の
出力はオフとなり、第1の整流回路13のスイッチング
素子131〜134はオフのままとする。すなわち、撮影
時は第1の整流回路13はダイオードD1〜D4の単相全
波整流回路を形成し、交流電源30の全波整流電圧を平
滑コンデンサ3で平滑した電圧をインバータ回路4の入
力電圧とするものである。そして、撮影条件に応じた管
電圧,管電流になるように、上記と同様にインバータ回
路4の位相,周波数を制御するものである。したがっ
て、撮影時は撮影時間が非常に短いので(0.1秒程
度)、透視時のようにスイッチング素子131〜134
パルス幅変調制御をせずとも電源に与える影響は透視時
よりは小さい。 【0026】以上のように本発明装置においては、交流
電源30の電圧と、電流は同相で力率は1となり、かつ
電流を正弦波に制御できるので、電源設備容量低減によ
る電源設備費の節約ができると共に電源高調波障害も除
去できる。特に、胃の集団検診装置のように単相100
V,数kVAの小さい容量の電源から透視時のような長
い時間曝射するような場合に本発明を適用することによ
って、大幅な力率改善と電源高調波低減が可能となり、
電源への負担を著しく軽減できる。 【0027】更に、管電圧が低く、管電流の小さい負荷
の場合、従来は図4の単相全波整流回路2のサイリスタ
によりインバータ回路4の入力電圧を電源電圧の波高値
以下に制御し、インバータ回路4を位相差のみで制御し
ていたが、本発明ではインバータ回路4の位相差のみな
らず周波数も制御してインバータ回路4の制御範囲を拡
大することにより、従来と同様に広範囲の負荷に対応で
きる。 【0028】図1の実施例では、第1の整流回路のスイ
ッチング素子131〜134とダイオードD1〜D4をそれ
ぞれ個別に用いる例について説明したが、これらが一体
となったパワーモジュールを使用する場合は、図6のよ
うにモジュールと直列にダイオードD11〜D14を、並列
にD15〜D18を接続するようにしても良い。すなわち、
本発明のスイッチング素子131〜134とこれに内蔵さ
れた逆並列のダイオードD1〜D4は透視時のみ使用する
ので、撮影時にこのダイオードD1〜D4が導通しないよ
うに、これと逆方向にダイオードD11〜D14を接続し、
撮影時にはダイオードD15〜D18により交流電源電圧の
全波整流電圧をインバータ回路に入力する。このように
することによって、上記スイッチング素子131〜134
とダイオードD1〜D4のパワーモジュールには透視時の
パワーに合わせて電流定格の小さい素子の使用が可能と
なるので、より経済的な装置を実現できる。 【0029】なお、図1,図6の実施例の第1の整流回
路にはフルブリッジの全アームに自己消弧のスイッチン
グ素子を用いる例について説明したが、これらには図7
あるいは図8のように交流側の2アーム又は直流側の2
アームのみに用いても良い。このようにすることによっ
て、前記の実施例とほぼ同様の効果が得られる他に、さ
らに経済的な装置を提供することができる。 【0030】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、交
流電源の電圧と電流が同位相で力率が1になり、皮相電
力が小さくなって電源設備容量が低減し、電源設備費及
び電力料金の節約ができる。また、電源電流の波形も正
弦波になるので電源高調波障害が除去される。特に、胃
の集団検診装置のような交流100V,数kVAの電源
を使用する場合に、これらのメリットはより発揮され
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention converts an AC power supply into a direct current, converts the direct current into a high-frequency alternating current using an inverter circuit, and boosts the output voltage. X-ray high-voltage apparatus for generating an X-ray by applying a current to an X-ray tube by rectifying the X-ray with the X-ray tube.
The present invention relates to an inverter type X-ray high voltage device suitable for a device using a small power supply of 0 V and several kVA. 2. Description of the Related Art Conventionally, an inverter type X-ray high voltage device of this kind has been configured as shown in FIG. That is,
An AC voltage from a commercial 100 V single-phase AC power supply 30 is converted to a DC voltage by a single-phase full-wave rectifier circuit 2 composed of a thyristor via an AC reactor 1, and the DC voltage is smoothed by a smoothing capacitor 3 and then converted to an IGBT ( Full-bridge type inverter circuit 4 using insulated gate bipolar transistor)
To enter. The inverter circuit 4 is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-1905.
As described in Japanese Patent Publication No. 56, the phase difference and the frequency of the operation of the switching element of the inverter circuit 4 by utilizing the resonance phenomenon of the leakage inductance and the stray capacitance of the resonance capacitor 5 and the high-voltage transformer 6. Is controlled to output a voltage corresponding to the voltage applied to the X-ray tube 8 as a load. The AC voltage output from the inverter circuit 4 is boosted by the high-voltage transformer 6 and is increased. The direct current was converted to direct current by the rectifier circuit 7 and applied to the X-ray tube 8. A voltage (tube voltage) applied to the X-ray tube 8
Is controlled as follows. First, the set value VS 1 of the tube voltage and the set value IS 1 of the current (tube current) flowing through the X-ray tube 8.
The gate control circuit 10 sets a gate control phase angle for driving each thyristor of the single-phase full-wave rectifier circuit 2 in accordance with the above, and amplifies this with a gate drive circuit 9 to amplify the same.
Give to each thyristor gate. Thereby, the gate phase for driving each thyristor of the single-phase full-wave rectifier circuit 2 is controlled, and a voltage corresponding to the load condition is input to the inverter circuit 4. The inverter circuit 4 includes a single-phase full-wave rectifier circuit 2
Enter the smoothed direct current output by the smoothing capacitor 3 the output is converted into a high frequency alternating current while controlling so tube voltage becomes a set value VS 1. That is, the phase difference and frequency control circuit 12 receives the respective detected values VS 2 and IS 2 of the tube voltage and the tube current and their set values VS 1 and IS 1 , and the tube voltage becomes the set value. Thus, the frequency of the inverter circuit 4 and the phase difference between the switching elements 41 and 44 and between the switching elements 42 and 43 are feedback-controlled. The output signal of the phase difference / frequency control circuit 12 is amplified by the gate drive circuit 11 and applied to the gate of each IGBT of the inverter circuit 4 to drive them. Thereby, the inverter circuit 4
, While controlled so that the tube voltage becomes a set value VS 1, converts single-phase full-wave rectifier circuit 2, a DC output of the smoothing capacitor 3 into an AC high frequency. The control of the tube current is performed by controlling the heating amount of the filament of the X-ray tube 8, but the description is omitted here. [0006] Such an inverter type X-ray high voltage apparatus is mainly applied to a gastric mass examination apparatus, a surgical X-ray television apparatus and the like, which are powered by a commercial 100 V single-phase AC power supply. When a predetermined load range can be controlled by controlling the phase difference and the frequency of the inverter circuit 4, the thyristor of the rectifier circuit 2 may be replaced with a diode to make the input voltage to the inverter circuit 4 uncontrollable. [0007] The conventional inverter type X
In the line high-voltage device, since the phase of the gate control signal of the thyristor of the rectifier circuit 2 is given as a phase delayed from the phase of the AC power supply voltage, for example, as shown in FIG. The phase was delayed by φ, and the power factor decreased. Therefore, the reactive power is large, and the installed capacity of the AC power supply is correspondingly increased. In addition, the current waveform is also distorted, and there are many harmonic components, which may cause the harmonic current to flow into the power supply system, which may cause a disturbance to other devices connected to the power supply system. Especially in the case of fluoroscopy, X
Although the power input to the tube is as small as several hundred W, the power factor is so low that the current flowing in the AC power supply reaches several tens of amperes, and the time is long and the power supply has a capacity of several kVA. It was a heavy burden for us. These problems were substantially the same even when the thyristor of the rectifier circuit 2 was replaced with a diode. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rectifier circuit for converting an AC power supply into a DC power supply and a rectifier circuit capable of improving a power factor and converting an AC input current into a sine wave, thereby reducing the power supply equipment capacity and achieving higher harmonics. An object of the present invention is to provide an inverter-type X-ray high-voltage device capable of removing a failure due to current. The above object is achieved by a first rectifier circuit for rectifying an AC power supply, a smoothing capacitor for smoothing an output voltage of the first rectifier circuit, and an output of the smoothing capacitor. An inverter circuit for converting into a high-frequency AC, a high-voltage converter for boosting the output voltage of the inverter circuit, and a second rectifier circuit for rectifying the output of the high-voltage transformer; In the inverter type X-ray high-voltage device for generating X-rays by applying the output voltage of (1) to an X-ray tube, the first rectifier circuit is connected to a self-extinguishing switching element and anti-parallel to the switching element. A full-wave bridge including at least two or more connection bodies with a diode, an AC reactor is provided between the full-wave bridge and the AC power supply, and the current of the AC power supply is only provided during fluoroscopy. And a pulse width modulation control of the switching element of the first rectifier circuit in accordance with an error between the phase difference of the voltage and the set value of the output voltage of the smoothing capacitor, to make the phases of the current and the voltage of the AC power supply coincide with each other. A current and voltage control circuit for controlling the output voltage of the smoothing capacitor to a set value; inputting the output voltage of the smoothing capacitor to the inverter circuit; By inputting a voltage smoothed by the smoothing capacitor to the inverter circuit. In particular, during imaging, the output is large but the exposure time is short, so the power at this time is obtained by using the energy charged in the smoothing capacitor as a power source. In the case where power is supplied from the AC power supply only for a long time, a self-extinguishing switching element of the first rectifying circuit uses a small-capacity element in accordance with the power supplied at the time of fluoroscopy. By keeping this element off, the power factor during fluoroscopy can be improved, and this object can be achieved. The current / voltage control circuit controls the switching element of the first rectifier circuit in accordance with the phase difference between the current and the voltage of the AC power supply and the set value of the output voltage of the smoothing capacitor. Then, the line current of the AC power supply and the phase of the phase voltage are made to coincide with each other, and the output voltage of the smoothing capacitor is controlled to a set value. As a result, the current and the voltage of the AC power supply have the same phase and have a sine wave without distortion. Therefore, the power factor is improved, the apparent power is reduced, the power supply capacity is reduced, and power supply harmonics are also eliminated. In addition, when the power during imaging is supplied from the smoothing capacitor and the power is supplied from the AC power supply only during fluoroscopy, an element having a small current rating can be used as the self-extinguishing switching element. So it will be more economical. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an inverter type X-ray high voltage device according to the present invention. In this FIG.
Reference numeral 30 denotes a single-phase AC power supply, 1 denotes an AC reactor, 3 denotes a smoothing capacitor, 4 denotes a full-bridge type inverter circuit using an IGBT, 5 denotes a resonance capacitor, 6 denotes a high-voltage transformer, and 7 denotes a high-voltage rectifier circuit ( A second rectifier circuit), 8 is an X-ray tube as a load, 11 is a second gate drive circuit, 12
Is a phase difference and frequency control circuit of the inverter circuit 4, 13 is a first rectifier circuit (single-phase full-wave rectifier circuit), 14 is a current detector of the single-phase AC power supply 30, and 15 is a voltage detector of the single-phase AC power supply. , 16 is a first gate drive circuit, 17 is a current and voltage control circuit for controlling the current of the single-phase AC power supply 30 and the output voltage of the first rectifier circuit 13, and 32 is a console for setting each condition. is there. The first rectifier circuit 13 rectifies an AC voltage input from the single-phase AC power supply 30 via the AC reactor 1 into a DC voltage, and includes a switching element capable of self-extinguishing. here with constituting a full-bridge combination of four switching elements 131-134 consisting of an IGBT (insulated gate bipolar transistor) may reverse the diode D 1 to D 4 in their respective switching elements 131-134 These are connected in parallel.
The switching elements 131-134 are controlled by operating only when fluoroscopy as follows. That is, the current / voltage control circuit 17 generates a pulse width modulation control pulse so that the phase of the current of the single-phase AC power supply 30 matches the phase of the voltage, and the output voltage of the first rectifier circuit 13 is controlled to a set value. and, it is amplified by the first gate drive circuit 16 is supplied to the gates of the switching elements 131-134, a switching element 131-134 is switching control. FIG. 2 is a diagram showing a specific example of the current / voltage control circuit 17 together with its peripheral circuits. Here, the current / voltage control circuit 17 is a single-phase sine wave generator 20, an error amplifier 21, a multiplier, 22, an error amplifier 23, a saw-tooth wave generator 24, and a comparator 25, and operate as follows. First, the output voltage of the first rectifier circuit 13, i.e., detects the voltage VS 4 the smoothing capacitor 3, which the set value VS 3 and (tube voltage is set in accordance with the tube current), the voltage feedback control The comparison and amplification are performed by an error amplifier 21 for performing the comparison. On the other hand, the voltage of the single-phase AC power supply 30 is detected by the voltage detector 15, and the detected voltage is input to the single-phase sine wave generator 20 to generate a single-phase sine wave reference signal synchronized with the power supply voltage. This single-phase sine wave reference signal is multiplied by a signal from the error amplifier 21 by a multiplier 22 to provide a current reference signal for controlling the current of the single-phase AC power supply 30 (a sinusoidal waveform synchronized with the voltage waveform of the AC power supply 30). , And a current signal (actual current waveform) from the current detector 14 is input to the error amplifier 23, and the current feedback control deviation (the current command waveform and the actual current An error signal with the waveform is generated. The control deviation and the sawtooth wave from the sawtooth wave generator 24 are compared by a comparator 25 to create a modulated wave signal.
This is connected to the switching element 13 1 of the first rectifier circuit 13.
And outputs as a signal for determining the timing of to 13 fourth switching. This modulated wave signal is amplified by the first gate drive circuit 16 and the switching element (IGBT) 13
1-13 give a fourth gate (the voltage of the smoothing capacitor 3) an output voltage of the first rectifier circuit 13 VS 4 set value VS 3
Equally, and switching control of the switching elements 131-134 as the phase of the current and voltage of the single-phase AC power source 30 matches. FIG. 3 shows the current C of the single-phase AC power supply 30 and the pulse width modulation signal (current to the first gate drive circuit 16, output pulse of the voltage control circuit 17. The fundamental wave of this signal is in phase with the power supply voltage. It is a waveform diagram of d. When the inverter circuit 4 operates to supply electric power to the X-ray tube 8 and the inverter circuit input voltage (the voltage of the smoothing capacitor 3) drops below its set value, the waveform of the current c indicates the power supply voltage. In phase, power is supplied from the AC power supply 30 to the smoothing capacitor 3 side. When the input voltage of the inverter circuit rises above the set value, the waveform of the AC current c has a phase opposite to that of the power supply voltage, and the power is regenerated from the smoothing capacitor 3 to the AC power supply 30. Although the ripple component corresponding to the PWM frequency is also included in the pulse width modulation (PWM) control of Masahiro wave, smoothness can be obtained by inserting a filter (not shown) on the AC power supply 30 side or increasing the PWM frequency. A sinusoidal current is obtained. Returning to FIG. 1, the inverter circuit 4
Is to receive the DC voltage thus obtained, convert it to an AC voltage, and control the power supplied to the X-ray tube 8 using the resonance phenomenon. together constituting the full bridge by combining elements 41, 42, 43 and 44, in which their respective switching elements 41 to 44 formed by antiparallel connected diodes D 7 to D 10. The capacitor 5 is one of resonance elements for generating a resonance current by the output voltage of the inverter circuit 4. The high voltage transformer 6 has its primary winding connected in series with the capacitor 5, causes resonance with the capacitor 5 and the leakage inductance, and boosts its resonance output. The second rectifier circuit 7 includes the high-voltage transformer 6
, And converts the output AC voltage to DC. The X-ray tube 8 serves as a load of the apparatus of the present invention, and generates X-rays when the output voltage of the second rectifier circuit 7 is applied. Next, the operation of the apparatus of the present invention will be described. Conditions such as fluoroscopy, imaging, tube voltage, and tube current are set on the console 32, and these are input to the apparatus. First,
At the time of fluoroscopy, the current of the first rectifier circuit 13, the phase difference between the voltage control circuit 17 and the inverter circuit 4,
A setting signal such as a tube voltage and a tube current during fluoroscopy is input to the frequency control circuit 12. The voltage and current control circuit 17 is a tube voltage,
Set the input voltage VS 3 of the inverter circuit 4 corresponding to the set value VS 1, IS 1 tube current, to compare with the feedback control of the input voltage VS 4 of the actual inverter circuit 4 and which, as described above And the phase of the voltage and current of the single-phase AC power supply 30 are matched, and the input voltage VS of the inverter circuit 4 is
4 so that the set value VS 3, the switching elements 131-134 of the first rectifier circuit 13 for switching control. The inverter circuit 4 converts the DC output of the first rectifier circuit 13 (smoothing capacitor 3), while controlling so tube voltage becomes a set value VS 1 to a high frequency alternating current. That is, the phase difference and frequency control circuit 12 detects the detected values VS 2 and IS 2 of the tube voltage and the tube current and the set values V
S 1 and IS 1 are input, and for the tube voltage, the frequency of the inverter circuit 4 and the phase difference between the switching elements 41 and 44 and the phase difference between 42 and 43 are feedback-controlled so that the tube voltage becomes the set value VS 1 . This phase difference and frequency control circuit 1
2 is amplified by the second gate drive circuit 11 and applied to the gates of the switching elements 41 to 44 of the inverter circuit 4 to drive them. These from the inverter circuit 4, while controlling so tube voltage becomes a set value VS 1, the first rectifier circuit 13 (the smoothing capacitor 3)
Is converted to a high-frequency alternating current. The control of the tube current is performed by controlling the heating amount of the filament of the X-ray tube 8. Next, at the time of photographing, when photographing conditions are set on the console 32, the fluoroscopic ON signal is output from the current / voltage control circuit 17
Not input to which the output of the gate drive circuit 16 is turned off, the switching element 131-134 of the first rectifier circuit 13 is kept off. That is, at the time of photographing, the first rectifier circuit 13 forms a single-phase full-wave rectifier circuit of diodes D 1 to D 4 , and a voltage obtained by smoothing the full-wave rectified voltage of the AC power supply 30 with the smoothing capacitor 3 This is the input voltage. Then, the phase and the frequency of the inverter circuit 4 are controlled in the same manner as described above so that the tube voltage and the tube current according to the photographing conditions are obtained. Accordingly, since the time of photographing photographing time is very short (approximately 0.1 seconds), without a pulse width modulation control of the switching elements 131-134 as during fluoroscopy effect on power than during fluoroscopy small. As described above, in the apparatus of the present invention, the voltage of the AC power supply 30 and the current are in phase, the power factor is 1, and the current can be controlled to a sine wave. And also eliminates power supply harmonic interference. In particular, a single-phase 100
By applying the present invention to a case where light is irradiated from a power supply having a small capacity of V, several kVA for a long time such as during fluoroscopy, it is possible to greatly improve the power factor and reduce power supply harmonics.
The load on the power supply can be significantly reduced. Further, in the case of a load having a low tube voltage and a small tube current, conventionally, the input voltage of the inverter circuit 4 is controlled to be equal to or less than the peak value of the power supply voltage by the thyristor of the single-phase full-wave rectifier circuit 2 in FIG. Although the inverter circuit 4 is controlled only by the phase difference, in the present invention, not only the phase difference of the inverter circuit 4 but also the frequency is controlled to expand the control range of the inverter circuit 4, so that a wide range Can respond to. In the embodiment shown in FIG. 1, an example has been described in which the switching elements 13 1 to 13 4 and the diodes D 1 to D 4 of the first rectifier circuit are individually used. If used, the diode D 11 to D 14 in the module series as shown in FIG. 6, may be connected to D 15 to D 18 in parallel. That is,
Since the anti-parallel diode D 1 to D 4 of the switching element 131-134 is built to the present invention is used only during fluoroscopy, as the diode D 1 to D 4 are not conducting at the time of shooting, and this in the opposite direction to connect the diode D 11 to D 14,
Inputs the full-wave rectification voltage of the AC power supply voltage by the diode D 15 to D 18 in the inverter circuit at the time of photographing. By doing so, the switching elements 13 1 to 13 4
In the power module including the diodes D 1 to D 4, an element having a small current rating can be used according to the power at the time of fluoroscopy, so that a more economical device can be realized. The first rectifier circuit of the embodiment shown in FIGS. 1 and 6 has been described with respect to an example in which a self-extinguishing switching element is used for all arms of a full bridge.
Alternatively, as shown in FIG. 8, two arms on the AC side or two arms on the DC side
It may be used only for the arm. By doing so, in addition to obtaining substantially the same effects as in the above embodiment, a more economical device can be provided. As described above, according to the present invention, the voltage and the current of the AC power supply have the same phase and the power factor is 1, the apparent power is reduced, the power supply equipment capacity is reduced, and the power supply is reduced. Equipment costs and electricity charges can be saved. Further, since the waveform of the power supply current also becomes a sine wave, power supply harmonic interference is eliminated. In particular, when a power supply of 100 V AC and several kVA is used as in a mass examination device for stomach, these advantages are exhibited more.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明装置の一実施例を示す回路図である。 【図2】図1中の電流,電圧制御回路の具体例をその周
辺回路部分と共に示す図である。 【図3】図2における単相交流電源の電流とパルス幅変
調信号の波形図である。 【図4】従来装置の回路図である。 【図5】従来装置における単相交流電源の電流と電圧の
波形図である。 【図6】本発明装置の他の実施例を示す回路図である。 【図7】本発明装置の他の実施例を示す回路図である。 【図8】本発明装置の他の実施例を示す回路図である。 【符号の説明】 1 交流リアクトル 2 サイリスタによる単相 3 平滑コンデンサ 4 IGBTを用いたフルブリッジ型のインバータ回路 5 共振用コンデンサ 6 高電圧変圧器 7 高電圧整流回路 8 X線管 11 ゲートドライブ回路(第2のゲートドライブ回
路) 12 インバータ回路の位相差,周波数制御回路 13 第1の整流回路(IGBTによる単相全波整流回
路) 14 単相交流電源の電流検出器 15 単相交流電源の電圧検出器 16 第1のゲートドライブ回路 17 交流電源の電流と第1の整流回路の出力電圧を制
御する電流,電圧制御回路 20 単相正弦波発生器 21 誤差増幅器 22 乗算器 23 誤差増幅器 24 鋸歯状波発生器 25 比較器 30 単相交流電源 32 操作卓
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the device of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a specific example of a current and voltage control circuit in FIG. 1 together with peripheral circuit portions thereof. FIG. 3 is a waveform diagram of a current of a single-phase AC power supply and a pulse width modulation signal in FIG. 2; FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional device. FIG. 5 is a waveform diagram of current and voltage of a single-phase AC power supply in a conventional device. FIG. 6 is a circuit diagram showing another embodiment of the device of the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram showing another embodiment of the device of the present invention. FIG. 8 is a circuit diagram showing another embodiment of the device of the present invention. [Description of Signs] 1 AC reactor 2 Single phase by thyristor 3 Smoothing capacitor 4 Full-bridge type inverter circuit using IGBT 5 Resonance capacitor 6 High voltage transformer 7 High voltage rectifier circuit 8 X-ray tube 11 Gate drive circuit ( Second gate drive circuit) 12 Phase difference of inverter circuit, frequency control circuit 13 First rectifier circuit (single-phase full-wave rectifier circuit using IGBT) 14 Current detector of single-phase AC power supply 15 Voltage detection of single-phase AC power supply Device 16 first gate drive circuit 17 current for controlling the current of the AC power supply and the output voltage of the first rectifier circuit, voltage control circuit 20 single-phase sine wave generator 21 error amplifier 22 multiplier 23 error amplifier 24 sawtooth wave Generator 25 Comparator 30 Single-phase AC power supply 32 Operation console

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05G 1/00 - 2/00 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H05G 1/00-2/00 Practical file (PATOLIS) Patent file (PATOLIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 交流電源を整流する第1の整流回路と、
この第1の整流回路の出力電圧を平滑する平滑コンデン
サと、この平滑コンデンサの出力を高周波の交流に変換
するインバータ回路と、このインバータ回路の出力電圧
を昇圧する高電圧変圧器と、この高電圧変圧器の出力を
整流する第2の整流回路とを備え、この第2の整流回路
の出力電圧をX線管に印加してX線を発生させるインバ
ータ式X線高電圧装置において、前記第1の整流回路は
自己消弧可能なスイッチング素子とこのスイッチング素
子と逆並列に接続されたダイオードとの接続体を少なく
とも2つ以上含む全波ブリッジで構成され、この全波ブ
リッジと前記交流電源との間に交流リアクトルを備え、
透視時のみ前記交流電源の電流と電圧の位相差及び前記
平滑コンデンサの出力電圧の設定値との誤差に応じて前
記第1の整流回路のスイッチング素子をパルス幅変調制
御し、前記交流電源の電流と電圧の位相を一致させると
共に前記平滑コンデンサの出力電圧を設定値に制御する
電流,電圧制御回路を具備し撮影時には前記スイッチ
ング素子はオフのまますることを特徴とするインバー
タ式X線高電圧装置。
(57) [Claim 1] A first rectifier circuit for rectifying an AC power supply,
A smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the first rectifier circuit, an inverter circuit for converting the output of the smoothing capacitor into a high-frequency AC, a high-voltage transformer for boosting the output voltage of the inverter circuit, A second rectifier circuit for rectifying the output of the transformer, wherein the output voltage of the second rectifier circuit is applied to an X-ray tube to generate X-rays. Rectifier circuit is constituted by a full-wave bridge including at least two or more connected bodies of a switching element capable of self-extinguishing and a diode connected in anti-parallel with the switching element. With an AC reactor in between,
Only during fluoroscopy, the switching element of the first rectifier circuit is subjected to pulse width modulation control according to the phase difference between the current and voltage of the AC power supply and the set value of the output voltage of the smoothing capacitor, and the current of the AC power supply is controlled. And control the output voltage of the smoothing capacitor to a set value.
Current, comprising a voltage control circuit, the switching device is an inverter type X-ray high voltage apparatus, characterized in that left off at the time of shooting.
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