JP3669794B2 - インバータ式x線高電圧装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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、商用200Vの単相交流電源1’から交流電圧をサイリスタで構成されたコンバータ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。このインバータ回路4’は、特開昭63−190556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、浮遊容量等との共振現象を利用してインバータ回路4’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’に高電圧を印加するもので、このインバータ回路4’からの交流電圧を前記高圧変圧器6’で昇圧し、これを整流回路7’(第2の整流回路)で直流に変換してX線管8’に印加していた。
【0003】
そして、前記コンバータ2’は、図5に示すように、4つのダイオード11’,12’,13’,14’によるブリッジ回路の半導体モジュールで全波整流回路を構成し、単相交流電源1’の電圧をこの全波整流回路で整流し、これを平滑コンデンサ15’で平滑してインバータ回路4’の入力電圧としている。
【0004】
また、図6に示すように、6つのダイオード21’,22’,23’,24’,25’,26’によるブリッジ回路の半導体モジュールで全波整流回路を構成し、三相交流電源20’の電圧をこの全波整流回路で整流し、これを平滑コンデンサ27’で平滑してインバータ回路4’の入力電圧としている。
【0005】
図7はインバータ回路4’への入力電圧を前記図4に示す例の2倍に上げる回路の例であり、コンバータ2’のダイオード31’,32’による半導体モジュールと平滑コンデンサ33’,34’で倍電圧整流回路を構成し、単相交流電源30’の電圧をこの倍電圧整流回路で2倍に昇圧,整流して、これをインバータ回路4’の入力電圧としている。
【0006】
図8は前記図5に示す例において、インバータ回路4’の入力電圧を0V〜図5に示す例の2倍まで上げる回路例であり、コンバータ2’のサイリスタ41’,42’による半導体モジュールと平滑コンデンサ43’,44’で倍電圧整流回路を構成し、単相交流電源40’の電圧をこの倍電圧整流回路で0Vから2倍まで昇圧,整流して、これをインバータ回路4’の入力電圧としている。
【0007】
前述したように、従来のインバータ式X線高電圧装置では、コンバータ2’のダイオードの部分もしくはサイリスタの部分のみモジュール化して小型化をはかっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
【0009】
前記従来技術では、交流電圧を直流に変換するコンバータ回路と、その直流電圧を高周波に変換するインバータ回路は別々のモジュールで構成しているため、インバータ式X線高電圧装置の設置スペースを低減することに限界があった。
【0010】
本発明の目的は、インバータ式X線高電圧装置の設置スペースを低減することが可能な技術を提供することにある。
【0011】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0013】
交流電源と、これに接続される倍電圧回路と、該交流電源と該倍電圧回路に接続される半導体三相モジュールと、該半導体三相モジュールに接続されその出力電圧を昇圧する高電圧変圧器と、該高電圧変圧器の出力を整流する整流回路とを有し、該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、上記半導体三相モジュールはダイオードとスイッチング素子の両端同士が逆方向へ導通するように接続された回路要素が 2 つ直列に接続された回路要素列が3つ並行配置された構成となっており、上記交流電源側からみて最初の回路要素列の中点と上記交流電源の一端が接続され、上記交流電源の他端と上記倍電圧回路の中点が接続され、上記倍電圧回路の両端が上記最初の回路要素列の両端に接続されることで交流電圧を直流電圧に倍化するコンバータとして機能し、上記半導体三相モジュール中の他の2つの回路要素列は交流電圧を直流電圧に変換するインバータとして機能し、そのそれぞれの中点と上記高電圧変圧器の両端が接続されるよう構成されたインバータ式X線高電圧装置。
また、上記倍電圧回路は、上記最初の回路要素列およびこれに並行して接続された2つ直列のコンデンサーからなり、該2つのコンデンサの中点が上記交流電源の他端と接続される上記のインバータ式X線高電圧装置である。
また、上記倍電圧回路は、上記最初の回路要素列およびこれに並行して接続された1つのコンデンサーおよび同様に並行して接続された2つ直列のダイオードからなり、該2つのダイオードの中点が上記交流電源の他端と接続される上記のインバータ式X線高電圧装置。
【0014】
前述の手段によれば、交流電圧を直流に変換するコンバータ回路とその直流を高周波交流に変換するインバータ回路とを半導体三相モジュールで構成することにより、コンバータ回路とインバータ回路の部分が小型になるので、インバータ式X線高電圧装置の設置スペースを低減することができる。
【0015】
また、インバータ式X線高電圧装置のように定格電流が大きい場合、半導体モジュールの大きさが装置全体に占める割合が無視できないため、一つのモジュールによる小型化は効果が大きい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態(実施例)を詳細に説明する。
【0017】
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0018】
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1のインバータ式X線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図であり、1は商用200Vの単相交流電源、31,32は平滑コンデンサ、4はIGBTを用いた半導体三相モジュール回路、5は共振用コンデンサ、6は高電圧変圧器、7は高電圧整流器、8はX線管である。
【0019】
前記半導体三相モジュール回路4は、図1に示すように、単相交流電源1からの交流電圧を直流電圧に整流するコンバータと、この直流電圧を高周波の交流に変換するインバータの働きをするものであり、ダイオード(D1〜D6)と自己消孤可能なスイッチング素子、ここでは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)からなる6つのスイッチング素子141〜146と、それら各スイッチング素子141〜146に逆並列接続されたダイオード241〜246とからなるものである。
【0020】
交流電圧から直流電圧への変換は、ダイオード241,242と平滑コンデンサ31,32によって構成され、図5と同じ倍電圧回路によって行う。
【0021】
また、この直流電圧を高周波への変換は、スイッチング素子143〜146と、それら各スイッチング素子143〜146に逆並列接続されたダイオード243〜246によるフルブリッジ型のインバータ回路によって行う。
【0022】
交流電源1の正の半サイクル間は、スイッチング素子141,142は常にオフにしておくと、ダイオード242が導通し、交流電源1→コンデンサ32→ダイオード242→交流電源1という回路で電流が流れ、コンデンサ32にエネルギーを蓄える。そして、交流電源1の負の半サイクル間は、スイッチング素子141,142は常にオフにしておくので、ダイオード241が導通し、交流電源1→ダイオード241→コンデンサ31→交流電源1という回路で電流が流れ、コンデンサ31にエネルギーを蓄える。このように交流電源1の正の半サイクル間と負の半サイクル間の動作を繰り返すことによって、平滑コンデンサ31の正極と平滑コンデンサ32の負極間には交流電源1の波高値の約2倍の電圧が充電される。
【0023】
インバータ回路は、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あり、ここではIGBTからなる4つのスイッチング素子143〜146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143〜146にダイオード243〜246を逆並列接続してなるものである。
【0024】
図2は前記IGBTを用いた半導体三相モジュール回路4の一例の6素子型の回路構成を示す回路図であり、縦の長さは107mm、横の長さは102mmである。図2において、N,P,U,V,Wはそれぞれ端子である。
【0025】
コンデンサ5は、三相モジュール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。
【0026】
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。この第2の整流回路7の出力電圧がX線管8に印加されてX線が発生する。
【0027】
(実施形態2)
図3は本発明の実施形態2のインバータ式X線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図であり、半導体三相モジュール回路4内のコンバータ回路を昇圧型した例である。図3において、21,22は整流ダイオード、23は交流入力用のリアクトル、31は平滑コンデンサである。
【0028】
本実施形態2のインバータ式X線高電圧装置における交流電圧から直流電圧への変換手段は、ダイオード241,242と平滑コンデンサ31によって構成され、図5と同じ倍電圧回路によって行う。
【0029】
また、この直流電圧を高周波への変換は、スイッチング素子143〜146と、それら各スイッチング素子143〜146に逆並列接続されたダイオード243〜246によるフルブリッジ型のインバータ回路によって行う。
【0030】
交流電源1の正の半サイクル間は、スイッチング素子141,142は常にオフにしておくと、ダイオード242が導通し、交流電源1→ダイオード21→コンデンサ31→ダイオード242→交流電源1という回路で電流が流れ、コンデンサ31にエネルギーを蓄える。そして、交流電源1の負の半サイクル間は、スイッチング素子141,142は常にオフにしておくので、ダイオード241が導通し、交流電源1→ダイオード241→コンデンサ31→ダイオード22→交流電源1という回路で電流が流れ、コンデンサ31にエネルギーを蓄える。このように交流電源1の正の半サイクル間と負の半サイクル間の動作を繰り返すことによって、平滑コンデンサ31の正極と負極間には交流電源1の波高値の約2倍の電圧が充電される。
【0032】
以上の説明からわかるように、前記実施形態1,2によれば、交流電圧を直流に変換するコンバータ回路とその直流を高周波交流に変換するインバータ回路とを半導体三相モジュール4で構成することにより、コンバータ回路とインバータ回路の部分が小型になるので、インバータ式X線高電圧装置の設置スペースを低減することができる。
【0033】
また、X線高電圧装置のように定格電流が大きい場合、半導体モジュール4の大きさが装置全体に占める割合が無視できないため、一つのモジュールによる小型化は効果が大きい。
【0034】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0035】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0036】
交流電圧を直流に変換するコンバータ回路とその直流を高周波交流に変換するインバータ回路とを半導体三相モジュールで構成することにより、コンバータ回路とインバータ回路の部分が小型になるので、インバータ式X線高電圧装置の設置スペースを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1のインバータ式X線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図である。
【図2】本実施形態1のIGBTを用いた半導体三相モジュール回路の一例の6素子型の回路構成を示す回路図である。
【図3】本発明の実施形態2のインバータ式X線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図である。
【図4】従来のインバータ式X線高電圧装置の概略構成を示す回路構成図である。
【図5】従来のコンバータの第1例を示す回路図である。
【図6】従来のコンバータの第1例を示す回路図である。
【図7】従来のコンバータの第1例を示す回路図である。
【図8】従来のコンバータの第1例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 商用200Vの単相交流電源
30,31 平滑コンデンサ
4 半導体三相モジュール回路
5 共振用コンデンサ
6 高電圧変圧器
7 高電圧整流器
8 X線管
141〜146 スイッチング素子
241〜246 ダイオード
N,P,U,V,W 端子
Claims (3)
- 交流電源と、これに接続される倍電圧回路と、該交流電源と該倍電圧回路に接続される半導体三相モジュールと、該半導体三相モジュールに接続されその出力電圧を昇圧する高電圧変圧器と、該高電圧変圧器の出力を整流する整流回路とを有し、該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、上記半導体三相モジュールはダイオードとスイッチング素子の両端同士が逆方向へ導通するように接続された回路要素が 2 つ直列に接続された回路要素列が3つ並行配置された構成となっており、上記交流電源側からみて最初の回路要素列の中点と上記交流電源の一端が接続され、上記交流電源の他端と上記倍電圧回路の中点が接続され、上記倍電圧回路の両端が上記最初の回路要素列の両端に接続されることで交流電圧を直流電圧に倍化するコンバータとして機能し、上記半導体三相モジュール中の他の2つの回路要素列は交流電圧を直流電圧に変換するインバータとして機能し、そのそれぞれの中点と上記高電圧変圧器の両端が接続されるよう構成されたことを特徴とするインバータ式X線高電圧装置。
- 上記倍電圧回路は、上記最初の回路要素列およびこれに並行して接続された2つ直列のコンデンサーからなり、該2つのコンデンサの中点が上記交流電源の他端と接続されることを特徴とする請求項1に記載のインバータ式X線高電圧装置。
- 上記倍電圧回路は、上記最初の回路要素列およびこれに並行して接続された1つのコンデンサーおよび同様に並行して接続された2つ直列のダイオードからなり、該2つのダイオードの中点が上記交流電源の他端と接続されることを特徴とする請求項1に記載のインバータ式X線高電圧装置。
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