JP3602163B2

JP3602163B2 - Ｘ線管用高圧電源

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Publication number: JP3602163B2
Application number: JP20848494A
Authority: JP
Inventors: ジェームズ・アーサー・ブレイク; ジョナサン・リチャード・シュミット; マイケル・アウグスティナ・ウー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JPH07153591A; IL110748A; DE4430643A1; IL110748A0; US5400385A

Description

【０００１】
この発明はＸ線作像装置に用いられる高圧電源、更に具体的に云えば、こう云う電源で使われるインバータを制御する回路に関する。
Ｘ線露出の間、Ｘ線管の陽極及び陰極の間の高い電圧は注意深く調整しなければならない。この調整は、正しいＸ線露出が行なわれる様に保証する為に必要なだけでなく、多すぎて有害なＸ線量が発生されない様に保証する為にも必要である。典型的には、この調整は、Ｘ線管に対する高圧電源の出力を感知することによって行なわれる。感知された電圧を選ばれた露出パラメータに対する所望の電圧と比較する。この比較結果を使って、Ｘ線管を励振する陽極−陰極間の高電圧の発生を制御する。
【０００２】
高圧電源は直列共振インバータ回路を利用することが出来る。その普通の形式が「Ｈ形ブリッジ」と呼ばれる。インバータに対する負荷がＨ形ブリッジの水平枝路に、インダクタンス及び静電容量と直列に接続され、Ｈ形の４つの垂直枝路の各々には電気的に作動されるスイッチが入っている。Ｈ形の上下の枝路の端の間には高い直流電圧が印加される。対角線上で向かい合った対の電気スイッチの状態を敏速に交番させることにより、負荷の間に交番電圧を印加することが出来る。インバータによって発生される交番電圧が電圧増倍器に結合される。この電圧増倍器は、電圧を、Ｘ線管を正しく励振してＸ線を発生するのに必要なレベルまで増加する。
【０００３】
インバータが制御回路によって作動される。この制御回路は、オペレータが選んだ露出に必要な高電圧のレベルを示す指令基準信号を受取る。更に、制御回路は電圧増倍器によって発生された出力電圧の測定値を受取る。この情報を制御回路で用いて、インバータのスイッチ素子に対する特定の駆動周波数を発生する。Ｘ線管に対する普通の高圧電源は陰極及び陽極バイアス電位に対して別個のインバータ及び電圧増倍器を用い、２つの電圧増倍器の出力をその中間にある大地節と直列に接続する。陽極インバータは、陽極電圧増倍器が、所定のインバータ駆動周波数で、陰極インバータ及び電圧増倍器の組み合わせより、一層高い出力電圧を発生する様に調節される場合が多い。この構成では、陽極電圧増倍器の出力を指令基準信号と比較して誤差信号を取り出し、この誤差信号が陽極インバータのデューティ・サイクルを強制的に調節して、陽極電圧増倍器からの出力電圧を下げ、Ｘ線管を励振する為の所望の電圧レベルに達する様にする。しかし、この方法は、普通「スピット」と呼ばれるＸ線管の高電圧降伏からの回復の際に問題がある。応答時間は、帯域通過フィードバック・ループの安定性の拘束によって左右されるので、必然的に非常に遅い。回復時間が遅ければ遅い程、Ｘ線データが失われ、計算機式断層写真装置の場合は、画像が失われる。
【０００４】
この制御方法は、陽極及び陰極の両方に対するインバータの共振周波数の注意深い調節をも必要とする。調節を正しくしないと、制御出来なくなることがある。
【０００５】
【発明の要約】
Ｘ線管に対する高圧電源が、Ｘ線管に対する所望のバイアス電圧の大きさを特定する基準電圧の源を有する。インバータが、制御信号に応答して、直流入力電圧から交番電圧を発生する。この交番電圧が電圧増倍器によって増大させられて、Ｘ線管をバイアスする為の出力電圧を発生する。
【０００６】
出力電圧の発生はフィードバック制御回路によって調整される。この制御回路は、出力電圧の大きさを表すセンサ信号を発生するセンサを含む。回路が、センサ信号と電圧レベル基準信号との間の差を決定し、その差を積分して積分信号を発生する。別の源が、インバータの動作の１００％のデューティ・サイクルに対応する電圧レベルを持つデューティ・サイクル基準信号を発生する。合算装置が積分信号、デューティ・サイクル基準信号及びセンサ信号を算術的に組み合わせて、デューティ・サイクル指令信号を形成する。
【０００７】
インバータ駆動器がインバータに対する制御信号を発生する。インバータ駆動器が積分器及び合算装置に結合され、制御信号は積分信号によって定められる周波数を持つと共に、デューティ・サイクル指令信号によって定められるデューティ・サイクルを有する。好ましい実施例では、インバータ駆動器は、積分信号及びデューティ・サイクル指令信号の信号レベルのブール代数論理表式の真理表に基づいて１つの動作状態から別の動作状態に変化する状態装置である。各々の状態が、インバータに対する制御信号のレベルの幾つかの組み合わせの内の１つに対応し、所定の状態にある状態装置が、信号レベルのその組み合わせを持つ制御信号を発生する。
【０００８】
【実施例の説明】
最初に図１について説明すると、計算機式断層写真（ＣＴ）作像装置１０がガントリー１２を持ち、それに設けられたＸ線源１３がＸ線の扇形ビーム１４を投射する。Ｘ線の扇形ビーム１４が作像される患者１５を通過して、Ｘ線検出器１６に入射する。検出器は複数個の検出素子１８の配列であり、これらの検出素子が併せて、Ｘ線が患者１５を透過したことによって生ずる投影像を検出する。ガントリー１２及びその上に設けられた部品が回転中心１９の周りに回転して、患者の多数の画像を収集する。
【０００９】
ＣＴ装置１０の制御機構がガントリーに付設された制御モジュール２１を持ち、これはＸ線源１３に対する電力を供給するＸ線制御器２２、ガントリー１２の回転速度及び位置を制御するガントリー・モータ制御器２３、検出素子１８からの投影データを標本化して、そのデータを後で計算機で処理する為のディジタル・ワードに変換するデータ収集装置（ＤＡＳ）２４を含む。
【００１０】
ＤＡＳ２４の出力が像処理装置２５に接続される。この処理装置は、ＤＡＳからの標本化されてディジタル化された投影データを受取り、公知の方法に従って高速で像を再生する。像再生装置２５は配列プロセッサであってよい。再生された像が入力として主計算機２６に印加され、この主計算機が大量記憶装置２９に像を記憶する。
【００１１】
Ｘ線制御器２２及びガントリー・モータ制御器２３が、計算機２６からの制御信号を受取る様に接続されている。主計算機２６が、主計算機に接続されたオペレータ・コンソール３０のキーボードを介してＸ線技師が入力した、走査に対するパラメータに応答して、適当な制御信号を発生する。再生された像及びその他の性能情報が、主計算機によってオペレータ・モニタ３２に表示される。大量記憶装置２９はＣＴ作像装置の動作プログラム及び較正プログラムをも記憶している。
【００１２】
図２はＸ線制御器２２内にある高圧電源の部品を示しており、これは普通のフィラメント電源及び放出電流監視回路（図面に示してない）をも含んでいる。主計算機２６からの制御信号が１組の信号母線４０を介して、Ｘ線制御器２２内にあるＸ線管制御計算機４２に伝えられる。露出の始めに、これらの信号が、Ｘ線管１３に印加すべき高電圧及び電流のレベルを定める。Ｘ線管制御計算機４２がこれに応答して、インバータ制御装置４４に指令を送り、この制御装置によって陽極インバータ４６及び陰極インバータ４８に対する１組の制御信号を発生させる。
【００１３】
２つのインバータ４６、４８は同一の構造で、陽極インバータ４６に対してだけ細かく示されている。陽極インバータ４６は、ＵＬ、ＵＲ、ＬＬ、ＬＲと記した４つのスイッチを持つ標準的なＨ形ブリッジ構造である。インバータ制御装置４４からの４つの制御信号が普通の様にこれら４つのスイッチを作動して、電圧増倍器５０に交番電圧を供給する様な形で直流電圧Ｖ＋を切換えさせる。具体的に云うと、スイッチＵＬ及びＬＲが同時に閉じられて、インバータ４６のスイッチＵＲ及びＬＬが開いている間に、一方の極性の電圧を電圧増倍器５０に印加する。次に、スイッチＬＲが開き、スイッチＵＲが閉じて、電圧増倍器５０に対する電圧の印加を遮断する。次に、スイッチＵＬがスイッチＬＲと共に開き、スイッチＵＲ及びＬＬが閉じて、電圧増倍器５０に反対の極性を印加する。その後、スイッチＵＲが開き、スイッチＬＲが閉じて、電圧増倍器５０に対する電圧の印加を遮断する。この後、この過程が繰り返される。陽極インバータ４６内での４つのスイッチのこの切換えサイクルが立て続けに行なわれて交番電圧を発生し、それが電圧増倍器５０の入力に誘導子４７及びキャパシタ４９を介して印加される。増倍器、誘導子及びキャパシタがインバータ４６に対するＲＬＣ回路負荷を構成し、こうしてデューティ・サイクルと共に、インバータのスイッチが動作する周波数によって、Ｘ線管電圧を制御することが出来る様にする。
【００１４】
各々のインバータ４６、４８にあるスイッチＵＬ、ＵＲ、ＬＬ、ＬＲが作動される周波数及びデューティ・サイクルが、１対の電圧増倍器５０、５２に印加される入力電圧レベルを決定する。電圧増倍器は、一定の利得だけ入力電圧を増大して、その出力に更に高い電圧を発生する。陽極電圧増倍器５０の負の出力端子が、作像装置に対する大地に接続された節５３で、陰極電圧増倍器５２の正の出力端子に接続される。陽極電圧増倍器５０の正の出力端子５８がＸ線管１３の陽極に接続され、陰極電圧増倍器５２の負の出力端子５９がＸ線管の陰極に接続される。
【００１５】
陽極電流センサ６５が陽極インバータ４６からの出力線に結合されて、陽極電圧増倍器５０に供給された出力電流のレベルを感知する。感知された電流が所定のレベルを越えた時、信号ＡＣＬがインバータ制御装置４４に送られる。同様な陰極電流センサ６７が、陰極インバータ４８からの出力電流レベルが予め定められたレベルを越える時を示す信号ＣＣＬをインバータ制御装置に送る。両方の電流限界信号ＡＣＬ及びＣＣＬは、それらが低の論理レベルを持つ時に真である。
【００１６】
陽極電圧増倍器５０の正の出力端子５８及び陰極電圧増倍器５２の負の出力端子５９の間に４つの抵抗５４、５５、５６、５７が直列に接続される。抵抗５４−５７の直列接続の中心の節６０が回路の大地に接続される。この接続の結果、抵抗５４、５５が分圧器を形成し、その両端に陽極電圧増倍器５０からの出力電圧が印加される。これらの抵抗５４、５５の値は、抵抗５５の両端の電圧が、陽極電圧増倍器５０の出力に比例すると共に、Ｘ線制御器２２内にあるディジタル制御回路と両立し得る比較的低い電圧レベルになる様にする。同様に、抵抗５６、５７が陰極電圧増倍器５２からの電圧に対する分圧器を形成する。これらの抵抗の値は、抵抗５６の両端の電圧が、陰極電圧増倍器５２の出力に比例する、両立性のある低い電圧になる様にする。
【００１７】
陽極電圧感知線６１、６２が抵抗５５の両端を陽極電圧センサ回路６６の入力に接続する。同様に、陰極電圧感知線６３、６４が抵抗５６の両端を陰極電圧センサ回路６８の入力に結合する。陽極電圧センサ回路６６が、電圧増倍器５０によって発生された陽極電圧に対応する陽極ＫＶと記す電圧レベルを発生する。同様に、陰極電圧センサ回路６８が、電圧増倍器５２によって発生された陰極電圧に対応する、陰極ＫＶと記す出力電圧レベルを発生する。両方の信号陽極ＫＶ及び陰極ＫＶが、インバータ制御回路４４に入力として印加される。インバータ制御回路４４がＸ線露出の所望の陽極−陰極電圧を、信号陽極ＫＶ及び陰極ＫＶによって表される実際の陰極及び陽極電圧と比較する。インバータ制御回路４４の動作が、Ｘ線管を所望の陽極−陰極間の高電圧で励振する様に、インバータ４６、４８の動作を調整する。
【００１８】
図３はインバータ制御回路４４を詳しく示す。陽極及び陰極電圧センサ回路６６、６８からの信号陽極ＫＶ及び陰極ＫＶが、第１の合算回路８０の反転入力に印加される。合算回路８０の非反転入力がＸ線露出に対する高電圧の所望のレベルを表す、ＫＶ基準と記した信号を受取る。
ＫＶ基準は、Ｘ線技師が所望のＸ線露出のパラメータをオペレータ・コンソール３０（図１）に入力することによって発生される。主計算機２６がこう云うパラメータを受取り、それらを指令に変換し、その指令が信号母線４０を介してＸ線管制御計算機４２に送られる。この指令から、この計算機４２が、ＫＶ基準信号の大きさに対応するディジタル値を発生する。このディジタル値が、Ｘ線制御器２２の内部母線６９の一部分であるデータ母線８１を介して送られる。同時に、Ｘ線管制御計算機４２が、やはり母線６９の一部分であるアドレス母線８２にアドレスを印加して、インバータ制御回路４４内にある第１のディジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）８４をアクセスする。アドレス母線８２がアドレス復号器８６に接続され、この復号器が第１のＤＡＣ８４のアドレスに応答して、線８７に付能信号を発生する。第１のＤＡＣ８４が付能信号に応答して、データ母線８１に存在するディジタル値を記憶する。このディジタル値がアナログ信号ＫＶ基準に変換され、それが第１のＤＡＣ８４によって第１の合算回路８０に印加される。ＫＶ基準信号は、選ばれた露出に対するＸ線管１３の陽極及び陰極の間の所望の電圧に対応する。
【００１９】
陽極ＫＶ及び陰極ＫＶ信号がＫＶ基準信号から減算されて、第１の合算回路８０の出力にある線８８に誤差信号を発生する。線８８の誤差信号は実際の陽極−陰極間電圧とＫＶ基準信号によって示された所望のレベルとの間の差を示す。この誤差信号が電圧積分器９０の入力に印加される。積分器９０は、陽極ＫＶ、陰極ＫＶ及びＫＶ基準の代数和をゼロに等しくする様なレベルに、高電圧制御ループを調節する出力信号を発生する。電気作動のスイッチ９２が積分器９０と並列に接続されていて、Ｘ線管制御計算機４２から受取った特定のアドレスに応答して、アドレス復号器８６によって発生される制御信号によって作動される。毎回の露出の始めにスイッチ９２が閉じられ、積分器をゼロにリセットする。この動作により閉じた制御ループが実効的に開く。予定の遅延の後、スイッチ９２が開いて、閉じた制御ループを再び設定する。積分器リセット・スイッチ９２の動作が、線９５を介して制御計算機４２から送られる、Ｘ線露出の持続時間を示す動作制御信号を受取る順序制御器９３によって制御される。スピット検出器９１は、Ｘ線管１３に高電圧降伏すなわちスピットが起こった時には、何時でも線８９を介して順序制御器８９に対する出力信号を発生する。順序制御器が受取った信号は、後で詳しく述べるが、インバータ制御回路４４の部品に対する正しいタイミングの制御信号を発生するのに使われる。
【００２０】
積分器９０によって発生された制御信号が、掛算形ディジタル・アナログ変換器９４のアナログ入力に印加される。掛算形ＤＡＣ９４の利得係数は、Ｘ線露出の始めに、データ母線８１を介して制御計算機４２から受取り、アドレス復号器８６からの書込み信号に応答して、ＤＡＣ９４内に記憶される。この利得係数が、特定のＸ線露出の特定のパラメータに応じて変化するループ伝達関数の変動を補償する様に、誤差信号を正規化する。
【００２１】
掛算形ＤＡＣ９４からの正規化された制御信号が第２の合算回路９６の非反転入力に印加される。第２の合算回路９６の別の非反転入力が線９７の条件づけ信号を受取る。条件づけ信号は閉ループの予想される動作レベルの初期近似である。条件づけ信号の特定の値は、各々の高電圧レベル及び高電圧電源からの予想される負荷に対して選ばれる。これは、露出の始めに、高電圧のターンオン過程の最初の瞬間の間、積分器リセット・スイッチ９２が閉じられる時に優先的に利く指令である。積分器リセット・スイッチ９２が開いている時、積分器９０の出力は、掛算形ＤＡＣ９４によって正規化されたものが、条件づけ信号と代数的に加算され、制御ループの釣合いをとる。
【００２２】
条件づけ信号９７は、選ばれたＸ線露出の所定の１組のパラメータの関数である方程式を用いて、Ｘ線管制御計算機４２によって発生される。Ｘ線露出の始めに、計算機４２が条件づけ係数を計算し、それが第２の掛算形ＤＡＣ９８に転送される。第２の掛算形ＤＡＣ９８のアナログ電圧基準入力が抵抗−キャパシタ（ＲＣ）回路９９によって一定電圧源Ｖ_ＲＥＦに接続される。ＲＣ回路９９が指数関数的に変化する電圧をこの入力に印加する。スイッチ９５がＲＣ回路９９のキャパシタの両端に接続され、Ｘ線露出の合間に回路をリセットすると共に、順序制御器９３からの信号によって作動される。
【００２３】
各々の種類のＸ線露出に対する条件づけデータが、ＣＴ装置の較正段階の間に決定される。その時、Ｘ線装置を作動して、相異なるＸ線露出を行なう。毎回の露出の間、第２の合算回路９６の出力が、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０２を付能することによって標本化される。付能された時、アナログ・ディジタル変換器１０２がそのディジタル出力の値をデータ母線８１を介してＸ線管制御計算機４２に印加する。この標本化は、Ｘ線露出の内で、制御ループが休止状態に達した点で行なわれる。アナログ・ディジタル変換器１０２からのデータがＸ線管制御計算機４４のメモリに記憶される。一旦全ての相異なる露出に対するデータが収集されたら、普通の曲線あてはめ方法を用いて、露出パラメータの関数としてのデータに対する方程式が導き出される。この方程式が記憶され、第２の掛算形ＤＡＣ９８に対する条件づけ係数を決定する。
【００２４】
条件づけ信号を使うことは、従来のフィードバック・ループ方式に較べて、制御ループが比較的急速に安定化することが出来る様にする点で、重要な利点がある。これはＸ線管の降伏すなわちスピットの後、特に役立つ。その場合、フィードバック・ループの初期状態が条件づけ信号によって設定され、これはその後多少の変動に対して若干調節するだけでよいから、Ｘ線管の正しい励振は非常に急速に回復することが出来る。
【００２５】
第２の合算回路９６で発生された電圧レベルが、インバータ４６、４８にあるスイッチＵＬ、ＵＲ、ＬＬ、ＬＲが、所望の励振電圧を発生する為に作動される速度を定める。この信号がインバータ駆動器１０５、具体的に云うと、電圧から周波数への変換器１０４の入力に印加される。この変換器が、切換え速度に対応する周波数を持つ出力信号を発生する。この場合、周波数が低い信号は、図２に示すインバータ／電圧増倍器の組み合わせから一層高い出力電圧を発生する。変換器１０４によって発生されたこの周波数信号が、陽極電圧から位相への変換器１０６及び陰極電圧から位相への変換器１０８に印加される。
【００２６】
第２の合算回路９６の出力が第３の合算回路１１０の反転入力にも印加される。この合算回路は、夫々反転及び非反転入力に陽極ＫＶ及び陰極ＫＶ信号を受取る。源１０３が、インバータ４６、４８の１００％のデューティ・サイクルに対応する基準電圧を第３の合算回路１１０の非反転入力に供給する。第３の合算回路１１０が入力信号を代数的に加算して、電圧増倍器５０、５２によって発生された陽極及び陰極電圧を釣り合わせる様に調節された所望の陽極インバータ平均デューティ・サイクルを表す出力電圧を発生する。第３の合算回路１１０からのこの出力電圧が、インバータ駆動器１０５にある陽極電圧から位相への変換器１０６に陽極デューティ・サイクル指令として印加される。この変換器１０６がこのデューティ・サイクル指令及び変換器１０４からの周波数信号に応答して、図２に示す陽極インバータ４６内にある４個のスイッチを作動する１組の出力信号を発生する。インバータのスイッチＵＬ、ＵＲ、ＬＬ、ＬＲの動作によって発生される交番電圧信号が、陽極電圧増倍器５０の入力に印加されて、高電圧の正しいレベルを発生し、この高電圧がＸ線管１３の陽極と大地の間に印加される。
【００２７】
同様に、第４の合算回路１１２が第２の合算回路９６からの出力、陽極ＫＶ及び陰極ＫＶ信号及び１００％デューティ・サイクル基準電圧を受取る。陽極ＫＶ及び陰極ＫＶ信号を受取る第４の合算回路１１２の入力の極性が、第３の合算回路１１０に於けるこれらの信号の入力の極性とは逆になっていて、正しい陰極デューティ・サイクル指令を発生する様になっていることに注意されたい。第４の合算回路１１２の出力がデューティ・サイクル指令として陰極電圧から位相への変換器１０８に印加され、この変換器が陰極インバータ４８内にあるスイッチを作動する１組の制御信号を発生する。
【００２８】
図４は１実施例の電圧から位相への変換器１０６、１０８を示す。この実施例では、電圧から周波数への変換器１０４が矩形波発生器１２０を持ち、これが、第２の合算回路９６から受取った周波数指令の電圧レベルに対応する周波数を持つＣＬＫＩＮと記す矩形波出力信号を発生する。電圧から周波数への変換器１０４は三角波発生器１２２をも持っており、これが周波数指令によって定められた周波数を持つ三角波形を発生する。三角波形が、その反転入力にデューティ・サイクル指令を受取る比較器１２４の非反転入力に印加される。その結果、比較器１２４が、デューティ・サイクル指令電圧のレベルに対応するデューティ・サイクルを持つΦと記す矩形波出力信号を発生する。
【００２９】
信号Φ及びＣＬＫＩＮが非同期有限状態装置１２６のディジタル入力に印加される。状態装置１２６が信号ＣＬＫＩＮを２で除して間隔タイミング信号ＣＬＫを発生する。状態装置１２６の別のディジタル入力が、Ｘ線露出に対する電流限界に達した時に陽極又は陰極電流センサ６５又は６７（図２）によって発生される電流限界信号ＡＣＬ又はＣＣＬを受取る。状態装置１２６が順序制御器９３からのオン／オフ信号によって作動され、オフである時、状態装置がインバータの全てのスイッチを開く。
【００３０】
状態装置１２６は、入力として制御信号及び状態変数を受取って、出力として状態変数（スイッチ制御信号）を発生する組み合わせ論理ブロックで構成される。状態装置は、アドバンス・マイクロ・デバイセズ・インコーポレーテッド社によって製造される２２Ｖ１０形プログラマブル論理配列を用いて構成することが出来る。状態装置が動作する８個の有効な状態１３１−１３８が図５に示されている。矢印はある状態から別の状態への許される変化を夫々表し、入力信号ＣＬＫ、Φ及び電流限界信号ＣＬ（ＡＣＬ又はＣＣＬの何れか）のブール代数の論理表式が、関連する状態変化が起こる時を決定する。所定の状態変化（即ち、状態１３２と１３３の間）に対する表式が定められていない場合、その変化は、スイッチの出力レベルが前の状態に一旦設定されると、自動的に起こる。各々の状態にある４つの２進ビットが制御信号ＵＬ、ＬＬ、ＵＲ、ＬＲ（左から右へ読む）のレベルを表し、従ってインバータ４６又は４８内にある対応するスイッチの導電状態を表す。インバータのスイッチは、それに関連するスイッチ制御信号が高又は１の論理レベルである時に導電し、関連する制御信号が低又は０の論理レベルである時に非導電である。状態１３１、１３３、１３５、１３７が、夫々インバータ４６、４８がオフ、正の電圧がオン、オフ、及び負の電圧がオンである主な状態である。２つのスイッチ制御信号のレベルが１つの主な状態から次の主な状態へ変化し、スイッチ制御信号が変化する順序が重要である。正しい順序になる様に保証する為、中間の状態１３２、１３４、１３６、１３８が使われている。入力信号のブール代数による論理表式は、１つの主な状態からの変化が起こる為には真でなければならないが、関連する中間の状態から次の主な状態への変化は、一旦状態装置がスイッチ制御信号のレベルを中間状態で設定した時に自動的に起こる。
【００３１】
状態装置１２６に対する入力信号の波形及びインバータのスイッチを制御する対応するスイッチ制御信号の波形が、Ｘ線制御器２２の通常の動作に対して図６に示されている。スイッチ制御信号の相対的な位相関係は、このモードでは、発生しようとする所要の高電圧レベルに応じて変化する。通常の動作では、電圧増倍器に供給される電圧がＣＬＫＩＮを通じての切換え周波数、そしてΦを通じてのデューティ・サイクルの制御によって調整される。Φが低の論理レベルになると、インバータ・ブリッジはオンからオフ状態に切換わり、Φが再び高の論理レベルになるまでオフにとゞまる。インバータの出力の電圧をＶ_Ｌで表してある。図７は陽極陰極間電圧が露出に希望するレベルより低い時の制御回路の動作を示す。この場合、Φが低の論理レベルになることは決してなく、スイッチの状態が信号ＣＬＫの切換えに基づいて変化することに注意されたい。この場合、インバータ４６、４８のスイッチの動作は完全に同相であって、対応する電圧増倍器５０又は５２の入力に最大電圧を印加する。図８は、陽極陰極間電圧がＸ線露出に希望するレベルより高い場合の信号の波形を示す。この場合、信号Φが絶えず低の論理レベルであり、その結果、スイッチはオフ状態にとゞまる様に強制される。インバータがオフであると、電圧レベルが最終的に許容レベルまで下がり、スイッチが通常のサイクル動作を再び開始する。
【００３２】
図９は電流センサ６５又は６７がＸ線管のスピットの様な突然の過負荷からの回復時に起こる様に、真の電流限界信号ＡＣＬを発生した時の状態を示す。電流限界信号は、波形内の３つの下向きパルスの間の様に、低の論理レベルの時に真である。動作は図６に示した通常の動作と同様に開始される。しかし、信号ＡＣＬが低になると、信号Φの指令によるよりも一層速く、スイッチがオン状態からオフ状態に変化する。その後、次の通常のターンオン時刻まで、スイッチはオフにとゞまる。
【００３３】
【発明の効果】
こうしてインバータ制御信号を発生することにより、一杯のオンから一杯のオフまでの最大限の制御範囲が得られる。インバータに対する従来の制御器は、一杯のオン及び一杯のオフの近くでの動作点では、制御出来なくなることを防ぐ為に、微妙なデューティ・サイクルの較正を必要としていた。この発明では、こう云う較正を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】計算機式断層写真作像装置のブロック図。
【図２】図１に示したＸ線制御器内にある高圧電源のブロック図。
【図３】図２のインバータ制御回路の回路図。
【図４】インバータ制御回路に使われる電圧から位相への変換器の１実施例のブロッ図。
【図５】図４の変換器の動作を示す状態線図。
【図６】４つの異なる動作状態の間の、図４の回路の種々の点に表れる信号の波形を示すグラフ。
【図７】４つの異なる動作状態の間の、図４の回路の種々の点に表れる信号の波形を示すグラフ。
【図８】４つの異なる動作状態の間の、図４の回路の種々の点に表れる信号の波形を示すグラフ。
【図９】４つの異なる動作状態の間の、図４の回路の種々の点に表れる信号の波形を示すグラフ。
【符号の説明】
２６主計算機
３０オペレータ・コンソール
４２Ｘ線管制御計算機
４４インバータ制御回路
４６，４８インバータ
５０，５２電圧増倍器
６６，６８電圧センサ回路
８０，１１０，１１２合算装置
９０積分器
１０３基準デューティ・サイクル信号の源
１０５インバータ駆動器

Claims

Ｘ線管をバイアスする高圧電源に於て、前記Ｘ線管に対する所望のバイアス電圧の大きさを表す基準電圧レベルの第１の源と、制御信号に応答して直流入力電圧から交番電圧を発生するインバータと、該インバータに接続されていて、前記交番電圧を増加し、こうして電源の出力電圧を発生する電圧増倍器と、前記出力電圧を感知して、該出力電圧の大きさを表すセンサ信号を発生する電圧センサと、前記第１の源及び前記電圧センサに結合されていて、前記センサ信号及び前記電圧レベル基準信号の間の差を決定する回路と、該回路に接続されていて、前記出力電圧及び前記電圧レベル基準信号の間の差を積分して積分信号を発生する積分器と、デューティ・サイクル基準信号の第２の源と、前記積分器、前記第２の源及び前記電圧センサに結合されていて、前記積分信号、前記デューティ・サイクル基準信号及び前記センサ信号を組み合わせて、デューティ・サイクル指令信号を発生する合算装置と、前記積分器及び前記合算装置に結合されていて、周波数が前記積分信号によって定められる制御信号であって、且つデューティ・サイクルが前記デューティ・サイクル指令信号によって定められる様な前記インバータに対する制御信号を発生するインバータ駆動器とを有する高圧電源。
更に、条件づけ信号を前記積分信号と組み合わせて、前記積分信号の代わりに、前記合算装置及び前記インバータ駆動器に印加される合成信号を発生する別の合算装置と、前記合成信号の近似であって、前記別の合算装置に接続される条件づけ信号の第３の源とを有する請求項１記載の高圧電源。
前記合成信号を標本化して条件づけ信号を定める機構を有する請求項２記載の高圧電源。
前記インバータ駆動器が、前記積分信号によって制御される共通の周波数を持つ第１の信号及び三角波信号を発生する電圧から周波数への変換器と、前記三角波信号及び前記デューティ・サイクル指令信号に結合された入力を持ち、第１及び第２の論理レベルを持つ信号Φを発生する差動増幅器と、前記電圧から周波数への変換器及び前記差動増幅器からの信号に応答して、制御信号を発生する信号発生器とを有する請求項１記載の高圧電源。
前記信号発生器が、その各々が、前記インバータに対する制御信号のレベルの幾つかの組み合わせの内の１つに対応する様な複数個の状態を持つ状態装置で構成される請求項４記載の高圧電源。
前記信号発生器が、前記第１の信号を２で除すことによって信号ＣＬＫを発生し、前記状態装置は、前記インバータに一方の電圧の極性を前記電圧増倍器に印加させる様な制御信号が発生される第１の状態、前記インバータに前記電圧増倍器に対して電圧を印加させない様な制御信号が発生され、前記信号ＣＬＫが第３の論理レベルを持つこと又は信号Φが第２の論理レベルを持つことに応答して、第１の状態から第２の状態への変化が起こる様な第２の状態、前記インバータに反対の電圧の極性を前記電圧増倍器に印加させる様な制御信号が発生され、前記信号ＣＬＫが第３の論理レベルを持つこと並びに前記信号Φが第１の論理レベルを持つことに応答して第２の状態から第３の状態への変化が起こる様な第３の状態、及び前記インバータに前記電圧増倍器に対して電圧を印加させない様な制御信号が発生され、信号ＣＬＫが第４の論理レベルを持つこと又は信号Φが第２の論理レベルを持つことに応答して第３の状態から第４の状態への変化が起こり、且つ信号ＣＬＫが第４の論理レベルを持つこと並びに信号Φが第１の論理レベルを持つことに応答して第４の状態から第１の状態への変化が起こる様な第４の状態を持っている請求項４記載の高圧電源。
前記インバータの出力電流が所定のレベルを越えた時に論理レベル真を持ち、他の時に論理レベル偽を持つ信号ＣＬを発生する電流センサを有する請求項４記載の高圧電源。
前記信号発生器が第１の信号を２で除すことによって信号ＣＬＫを発生し、前記状態装置が、前記インバータに一方の電圧の極性を前記電圧増倍器に印加させる様な制御信号が発生される第１の状態、前記インバータに前記電圧増倍器に対して電圧を印加させない様な制御信号が発生され、信号ＣＬＫが第３の論理レベルを持つこと又は信号Φが第２の論理レベルを持つこと又は信号ＣＬが論理レベル真を持つことに応答して、第１の状態から第２の状態への変化が起こる様な第２の状態、前記インバータに反対の電圧の極性を前記電圧増倍器に対して印加させる様な制御信号が発生され、信号ＣＬＫが第３の論理レベルを持ち、信号Φが第１の論理レベルを持ち且つ信号ＣＬが論理レベル偽を持つことに応答して、第２の状態から第３の状態への変化が起こる様な第３の状態、及び前記インバータに電圧を前記電圧増倍器に対して印加させない様な制御信号が発生され、信号ＣＬＫが第４の論理レベルを持つこと又は信号Φが第２の論理レベルを持つこと又は信号ＣＬが論理レベル真を持つことに応答して、第３の状態から第４の状態への変化が起こり、且つ信号ＣＬＫが第４の論理レベルを持ち、信号Φが第１の論理レベルを持ち且つ信号ＣＬが論理レベル偽を持つことに応答して、第４の状態から第１の状態への変化が起こる様な第４の状態を有する請求項７記載の高圧電源。
Ｘ線管の陽極及び陰極をバイアスする高圧電源に於て、Ｘ線管に対する所望のバイアス電圧の大きさを表す基準電圧レベルの第１の源と、陽極インバータ制御信号に応答して直流入力電圧から交番陽極バイアス電圧を発生する陽極インバータと、該陽極インバータに接続されていて、前記交番電圧を増加して、陽極出力電圧を発生する陽極電圧増倍器と、前記陽極出力電圧を感知して、該陽極出力電圧の大きさを表す第１のセンサ信号を発生する陽極電圧センサと、陰極インバータ制御信号に応答して直流入力電圧から交番陰極バイアス電圧を発生する陰極インバータと、該陰極インバータに接続され、前記交番電圧を増加して、陰極出力電圧を発生する陰極電圧増倍器と、前記陰極出力電圧を感知して、該陰極出力電圧の大きさを表す第２のセンサ信号を発生する陰極電圧センサと、前記第１の源及び前記陽極及び陰極電圧センサに結合されていて、前記第１及び第２のセンサ信号及び電圧レベル基準信号の組み合わせの間の差の程度を表す差信号を発生する回路と、該回路に接続されていて、前記差信号を積分して積分信号を発生する積分器と、デューティ・サイクル基準信号の第２の源と、前記積分器、前記第２の源及び前記陽極及び陰極電圧センサに結合されていて、前記積分信号、デューティ・サイクル基準信号及び第１並びに第２のセンサ信号を組み合わせて、陽極デューティ・サイクル指令信号を発生する第１の合算装置と、前記積分器、前記第２の源及び前記陽極及び陰極電圧センサに結合されていて、前記積分信号、前記デューティ・サイクル基準信号及び前記第１並びに第２のセンサ信号を組み合わせて陰極デューティ・サイクル指令信号を発生する第２の合算装置と、前記積分器及び前記第１並びに第２の合算装置に結合されていて、周波数が前記積分信号によって定められ、デューティ・サイクルが前記陰極デューティ・サイクル指令信号によって定められる陰極インバータ制御信号を発生すると共に、周波数が前記積分信号によって定められ、デューティ・サイクルが前記陽極デューティ・サイクル指令信号によって定められる陽極インバータ制御信号を発生するインバータ駆動器とを有する高圧電源。
条件づけ信号を前記積分信号と組み合わせて、前記積分信号の代わりに、前記第１並びに第２の合算装置及び前記インバータ駆動器に印加される合成信号を発生する別の合算装置と、前記合成信号の近似であって、前記別の合算装置に接続される条件づけ信号の第３の源とを有する請求項９記載の高圧電源。
前記積分信号を標本化して条件づけ信号を定める機構を有る請求項１０記載の高圧電源。
前記陽極及び陰極インバータの夫々１つがＨ形ブリッジに接続された４個のスイッチを持っていて、該スイッチが前記インバータ駆動器からの制御信号によって制御される請求項９記載の高圧電源。
前記陽極インバータが所定のレベルを越える出力電流を発生した時に前記陽極インバータ制御回路に対して真の電流限界信号を供給する陽極電流センサと、前記陰極インバータが予め定められレベルを越える出力電流を発生する時に前記陰極インバータ制御回路に対して別の真の電流限界信号を供給する陰極電流センサとを有する請求項１２記載の高圧電源。
前記インバータ駆動器が、前記積分信号によって制御される共通の周波数を持つ第１の信号及び三角波信号を発生する信号発生器と、前記陽極インバータのスイッチを作動する制御信号を発生する陽極インバータ制御回路と、前記陰極インバータのスイッチを作動する制御信号を発生する陰極インバータ制御回路とを含む請求項１３記載の高圧電源。
前記陽極及び陰極インバータ制御回路の夫々１つが、前記三角波信号に結合される１つの入力、前記陽極デューティ・サイクル指令信号及び陰極デューティ・サイクル指令信号の内の一方に結合される別の入力を持っていて、第１及び第２の論理レベルを持つ信号Φを発生する差動増幅器と、前記第１の信号を２で除すことによって、第３及び第４の論理レベルを持つ信号ＣＬＫを取り出す状態装置とで構成されており、該状態装置は、前記インバータに前記電圧増倍器に対して一方の電圧の極性を印加させる様な制御信号が発生される第１の状態、前記インバータに前記電圧増倍器に対して電圧を印加させない様な制御信号が発生されると共に、信号ＣＬＫが前記第３の論理レベルを持つこと又は信号Φが前記第２の論理レベルを持つこと又は信号ＡＣＬ又は真の電流限界信号に応答して第１の状態から第２の状態への変化が起こる様な第２の状態、前記インバータに反対の電圧の極性を前記電圧増倍器に印加させる様な制御信号が発生され、信号ＣＬＫが第３の論理レベルを持つこと並びに信号Φが第１の論理レベルを持つこと並びに虚偽の電流限界信号に応答して、第２の状態から第３の状態への変化が起こる様な第３の状態、及び前記インバータに前記電圧増倍器に対して電圧を印加させない様な制御信号が発生され、信号ＣＬＫが第４の論理レベルを持つこと又は信号Φが第２の論理レベルを持つこと又は真の電流限界信号に応答して、第３の状態から第４の状態への変化が起こると共に、信号ＣＬＫが第４の論理レベルを持つこと並びに信号Φが第１の論理レベルを持つこと及び虚偽の電流限界信号に応答して、第４の状態から第１の状態への変化が起こる様な第４の状態を有する請求項１４記載の高圧電源。