JP4231238B2 - High voltage generator and X-ray generator - Google Patents

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JP4231238B2
JP4231238B2 JP2002124165A JP2002124165A JP4231238B2 JP 4231238 B2 JP4231238 B2 JP 4231238B2 JP 2002124165 A JP2002124165 A JP 2002124165A JP 2002124165 A JP2002124165 A JP 2002124165A JP 4231238 B2 JP4231238 B2 JP 4231238B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば産業用非破壊検査や医療の分野で用いられるX線発生装置、およびこのX線発生装置に適用される高電圧発生装置に係り、特に電圧の制御範囲が広く、極めて安定した電圧制御が行なえるようにした高電圧発生装置およびX線発生装置、さらに管電流の制御範囲が広く、極めて安定した管電流制御を行なえるようにしたX線発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、例えば産業用非破壊検査や医療等の分野で用いられ、X線管を使用するX線発生装置では、X線管の陽極と陰極との間に高電圧を印加して、X線を発生させるようにしている。
【0003】
この場合、高電圧を得るために、昇圧トランスのみで昇圧するか、コッククロフト・ウォルトン型昇圧回路(以下、CW回路と称する)を併用して昇圧するようにしている。
【0004】
図9は、この種の従来の昇圧トランスのみのタイプのX線発生装置の概略構成例を示すブロック回路図である。
【0005】
図9において、直流電源101で商用交流電源から直流電圧Aが作られ、トランジスタからなるスイッチ102,103で脈状電圧に変換され、昇圧トランス104で昇圧される。
【0006】
この昇圧後の脈状の高電圧は、整流・平滑回路105で直流高電圧になり、X線管106に印加されてここからX線が発生する。
【0007】
X線管106の管電圧は、電圧制御部107にフィードバックされる。
【0008】
電圧制御部107は、スイッチングパルスC1,C2(交互に発生させる)のパルス幅を変えて、管電圧が電圧設定部108で設定された値と一致するように制御する。
【0009】
また、X線管106を流れる管電流は、同様な回路で陰極109のフィラメントヘの印加電圧を変えて、熱電子量を変えることで制御される。
【0010】
一方、X線の透過能力を高めるためには、X線管106の管電圧を高くして、高エネルギーのX線を発生させる必要があるが、透過し易い被検体の場合には、管電圧が高すぎると透過画像のコントラストが低下して好ましくない。
【0011】
そのため、被検体に合った管電圧を選択する必要がある。
【0012】
また、X線管106の管電流の大きさによって、X線の量が変化するが、同様に被検体に合った管電流を選択する必要がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来のX線発生装置においては、管電圧の制御範囲が狭いという問題がある。
【0014】
すなわち、これは、昇圧の効率を上げるために、スイッチ102,103のスイッチングを、80KHZ程度の高周波数で行なっていることから、周期が13μSと短かく、低管電圧側でパルス幅が短かくなりすぎ、精度が出なくなるためである。
【0015】
そこで、これを解消するために、電圧制御部107でさらに直流電源101を制御して、直流電圧Aを変える方法が提案されてきている。
【0016】
しかしながら、X線管106の管電圧制御の応答速度が遅くなり、外乱に対して安定した精度良い制御を行なうことができなくなるという新たな問題が生じている。
【0017】
また、管電流に対しても、同様に制御範囲が狭いという問題があり、同様にこれを解消しようとすると、安定した精度良い制御を行なうことができなくなるという新たな問題が生じている。
【0018】
本発明の目的は、電圧の制御範囲が広く、極めて安定した電圧制御を行なうことが可能な高電圧発生装置およびX線発生装置を提供することにある。
【0019】
さらに、本発明の目的は、管電流の制御範囲が広く、極めて安定した管電流制御を行なうことが可能なX線発生装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に対応する発明の高電圧発生装置は、直流電圧を出力する直流電源と、前記直流電源からの出力を入力としスイッチング動作を行ない所定の周波数のパルス波形の出力をする第1のスイッチと、前記第1のスイッチからのパルス波形の出力を入力とし前記パルス波形をピークが低く幅の広い脈状に変換するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの出力を入力としスイッチング動作を行なう少なくとも1つの第2のスイッチと、前記第2のスイッチからの出力を入力とし高電圧に昇圧して出力する昇圧手段と、前記第1のスイッチに前記所定の周波数で第1のパルス幅で第1のスイッチングパルスを与えると共に、前記第2のスイッチに前記第1のスイッチングパルスと同期して前記所定の周波数あるいは前記所定の周波数の1/n(nは整数)の周波数で第2のパルス幅で第2のスイッチングパルスを与え、前記第1のパルス幅と前記第2のパルス幅を変更することで、前記昇圧手段から出力される電圧の制御を行なう電圧制御手段とを備えている。
【0021】
従って、請求項1に対応する発明の高電圧発生装置においては、直流電圧を第1のパルス幅で所定の周波数で導通する第1のスイッチを通し、これをローパスフィルタを通し、第2のパルス幅で第1のスイッチと同期して導通する少なくとも1つの第2のスイッチを通し、ここで得られた脈流電圧を昇圧して第1のパルス幅と第2のパルス幅との積にほぼ比例する高電圧を得、第1のパルス幅と第2のパルス幅を変更することで、昇圧手段から出力される電圧を制御することにより、電圧の制御範囲が広く、極めて安定した電圧制御を行なうことができる。
【0022】
また、請求項2に対応する発明のX線発生装置は、上記請求項1に対応する発明の高電圧発生装置において、昇圧手段から出力される電圧が印加されるX線管を付加している。
【0023】
従って、請求項2に対応する発明のX線発生装置においては、昇圧回路から出力される電圧をX線管に印加することにより、上記請求項1に対応する発明の場合と同様にして、管電圧の制御範囲が広く、極めて安定した電圧制御を行なうことができる。
【0024】
さらに、請求項3に対応する発明のX線発生装置は、直流電圧を出力する直流電源と、前記直流電源からの出力を入力としスイッチング動作を行ない所定の周波数のパルス波形の出力をする第1のスイッチと、前記第1のスイッチからのパルス波形の出力を入力とし前記パルス波形をピークが低く幅の広い脈状に変換するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタからの出力を入力としスイッチング動作を行なう少なくとも1つの第2のスイッチと、前記第2のスイッチからの出力が印加される熱源を陰極に有するX線管と、前記第1のスイッチに前記所定の周波数で第1のパルス幅で第1のスイッチングパルスを与えると共に、前記第2のスイッチに前記第1のスイッチングパルスと同期して前記所定の周波数あるいは前記所定の周波数の1/n(nは整数)の周波数で第2のパルス幅で第2のスイッチングパルスを与え、前記第1のパルス幅と前記第2のパルス幅を変更することで、前記X線管の熱源の温度を変更して前記X線管を流れる管電流の制御を行なう電流制御手段とを備えている。
【0025】
従って、請求項3に対応する発明のX線発生装置においては、直流電圧を第1のパルス幅で所定の周波数で導通する第1のスイッチを通し、これをローパスフィルタを通し、第2のパルス幅で第1のスイッチと同期して導通する少なくとも1つの第2のスイッチを通し、ここで得られた第1のパルス幅と第2のパルス幅との積にほぼ比例する実効電圧の脈流電圧をX線管の熱源(陰極のフィラメント)に印加し、第1のパルス幅と第2のパルス幅を変更することで、X線管の熱源の温度を変えて(熱電子を変えて)、X線管を流れる管電流を制御することにより、管電流の制御範囲が広く、極めて安定した管電流制御を行なうことができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0027】
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態による高電圧発生装置、およびこれを適用したX線発生装置の概略構成例を示すブロック回路図である。
【0028】
なお、図1のブロック回路図では、電流の行きと戻り(+側と−側)を等価と捉え、一組として描いている。
【0029】
図1において、直流電源1は、整流器(ダイオード)、チョークコイル、コンデンサ等からなり、商用交流電源からの出力を整流、平滑化して直流電圧を作り、出力する。
【0030】
直流電源1からの出力は、スイッチングトランジスタからなるスイッチ2(第1のスイッチに相当)に入力し、スイッチング動作により周波数νの脈状の電圧に変換する。
【0031】
スイッチ2からの出力は、チョークコイル、コンデンサ等からなるローパスフィルタ3に入力し、高域成分を除去することで、脈状の電圧をピークが低く幅の広い脈状の電圧に変換する。
【0032】
ローパスフィルタ3からの出力は、それぞれスイッチングトランジスタからなるスイッチ4、およびスイッチ5(第2のスイッチに相当)に、並列して入力する。
【0033】
ここで、ローパスフィルタ3からの脈状の電圧は、スイッチ2のスイッチング動作と同期して周波数ν/2で、スイッチ4、スイッチ5により交互にスイッチングする。
【0034】
なお、スイッチ4、スイッチ5では、−側をスイッチング動作するようにしている。
【0035】
各スイッチ4、スイッチ5からの出力は、それぞれトランスからなる昇圧回路6に入力する。
【0036】
各スイッチ4、スイッチ5からの出力の+側は、トランスの一次巻線の中点に接続し、各スイッチ4、スイッチ5からの出力の−側は、一方はトランスの一次巻線の一端に、他方はトランスの一次巻線の他端にそれぞれ接続する。
【0037】
これにより、昇圧回路6では、スイッチ4、スイッチ5のそれぞれの導通によるトランスの一次巻線に流れる電流の向きが互いに逆向きになり、昇圧回路6からの出力は、高電圧に昇圧されると共に、周波数ν/2で+側パルスと−側パルスとが交互に現われる脈流電圧となる,
昇圧回路6からの出力は、整流・平滑回路7に入力し、直流高電圧に変換して、X線管9に印加する。
【0038】
電圧制御部10は、スイッチ2、スイッチ4、スイッチ5に、これをそれぞれ導通させる信号を与える。
【0039】
すなわち、スイッチ2には、周波数ν(約80KHZ)で第1のパルス幅でスイッチングパルスA(第1のスイッチングパルスに相当)を与える。
【0040】
スイッチ2は、このパルス幅の間、スイッチが導通となる。
【0041】
また、このスイッチングパルスAと同期して、第2のパルス幅で周波数ν/2(すなわち1つおき)で互いに交互になるように、スイッチングパルスC1、スイッチングパルスC2(第2のスイッチングパルスに相当)を作成し、それぞれスイッチ4、スイッチ5に与える。
【0042】
第1のパルス幅あるいは第2のパルス幅を変更することで、昇圧回路6からの出力が変化する。
【0043】
昇圧回路6からの出力は電圧測定部8にも入力し、ここで測定されたX線管9の管電圧を電圧制御部10に入力する。
【0044】
ここで、電圧測定部8は、管電圧を抵抗で分割して測定値とする。
【0045】
電圧設定部11は、設定された管電圧を電圧制御部10に入力する。
【0046】
電圧制御部10は、第1のパルス幅と第2のパルス幅を変更することで、昇圧回路6から出力される管電圧の測定値が設定値と一致するように電圧の制御を行なう。
【0047】
次に、以上のように構成した本実施の形態による高電圧発生装置、およびX線発生装置の作用について、図2を用いて説明する。
【0048】
図2は、各部の電圧の時間変化を示すタイムチャート図である。
【0049】
図1において、スイッチ2のスイッチングパルスA(A点)は、周波数ν、第1のパルス幅WAの矩形パルスで、スイッチ2は第1のパルス幅WAの間、導通になる。
【0050】
スイッチ2からの出力は、A点とほぼ同じ電圧波形であるが、ローパスフィルタ3からの出力(B点)は、このパルス波形がピークが低く幅の広い脈状に変換される。
【0051】
この波高値Vpは、ほぼ第1のパルス幅WAに比例する。
【0052】
スイッチ4のスイッチングパルスC1(C1点)は、周波数ν/2、第2のパルス幅WCの矩形パルスで、スイッチングパルスAに同期している。
【0053】
スイッチ5のスイッチングパルスC2(C2点)は、同様に周波数ν/2、第2のパルス幅WCの矩形パルスで、スイッチングパルスAに同期しているが、スイッチングパルスC1と1/2周期ずれている。
【0054】
昇圧回路6からの出力(D点)は、図示のように、周波数ν/2で+側パルスと−側パルスとが交互に現われる脈流電圧となる。
【0055】
このパルスの幅はWCで、高さはVp、すなわち第1のパルス幅WAにほぼ比例するため、整流・平滑回路7を通って出力される直流電圧は、第1のパルス幅WAと第2のパルス幅WCとの積(WA×WC)にほぼ比例する。
【0056】
実際の電圧制御は、通常、第2のパルス幅WCを最大(周期の約80%)に設定し、第1のパルス幅WAを変えることで行なう。
【0057】
そして、第1のパルス幅WAが下限値(周期の約10%)に達し、さらに電圧を下げたい時には、第2のパルス幅WCを下げてゆく。
【0058】
上述したように、本実施の形態による高電圧発生装置、およびX線発生装置では、直流電圧を第1のパルス幅WAで周波数νで導通するスイッチ2を通し、これをローパスフィルタ3を通し、第2のパルス幅WCでスイッチ2と同期して導通するスイッチ4,5を通し、ここで得られた脈流電圧を昇圧回路6で昇圧し、これを整流・平滑して、第1のパルス幅WAと第2のパルス幅WCとの積(WA×WC)にほぼ比例する直流高電圧を得、第1のパルス幅WAと第2のパルス幅WCを変更することで、昇圧回路6から出力されてX線管9に印加される電圧を制御するようにしているので、大きな電圧の制御範囲が得られると共に、直流電源を制御する方式と比べて、応答性が良く極めて安定した精度良い制御を行なうことが可能となる。
【0059】
また、電圧の制御範囲が広くなるため、一つの装置で種々のX線管に対応することができ、高電圧を発生する部分(高電圧発生装置)としての標準化を図ることができ、安価な装置を供給することが可能となる。
【0060】
さらに、一つの装置で種々のX線管に対応させる場合には、出力の小さなX線管に対しては、第2のパルス幅WC(あるいは第1のパルス幅WA)を、X線管種に対応した固定値にする(あるいは上限値を低く設定する)ことで、広くできる電圧の制御範囲を狭く制限して、X線管9および高電圧発生装置を保護する使用方法とすることも可能となる。
【0061】
この場合、電圧の制御範囲が広いため、制限に大きな自由度ができ、対応できるX線管種が増加するという利点がある。
【0062】
(第1の実施の形態の変形例)
(変形例1)
前記第1の実施の形態において、図1では、発明に重要でない要素については省略している。
【0063】
例えば、X線管9の陰極(カソード)のフィラメントの点灯回路、スイッチに付随する保護回路や、電流を共振させて効率を上げるためのコイルやコンデンサ等々は、省略している。
【0064】
(変形例2)
前記第1の実施の形態において、直流電源1としては、商用交流電源を用いるものでなくても良い。
【0065】
例えば、電池や発電機を用いるようにしてもよい。
【0066】
(変形例3)
前記第1の実施の形態において、各スイッチ2,4,5は、+側、−側のどちら側をスイッチングするようにしても良い。
【0067】
すなわち、スイッチ2は+側をスイッチングしているが、−側をスイッチングするようにしてもよい。
【0068】
また、スイッチ4,5についても同様であり、+側をスイッチングするようにしてもよい。
【0069】
この場合は、昇圧回路6への接続は+−逆転して行ない、−側を昇圧回路6の一次巻線の中点に接続するようにする。
【0070】
(変形例4)
前記第1の実施の形態において、各スイッチ2,4,5は、複数個のスイッチング素子で構成するようにしてもよく、+側、−側の両方をスイッチングするようにしても良い。
【0071】
図3は、スイッチ4,5と昇圧回路6の変形例を示す回路図である。
【0072】
ここでは、スイッチ4',5'はそれぞれ+側、−側の両方をスイッチングしており、スイッチ4',5'それぞれの導通による昇圧回路6'の一次巻線に流れる電流の向きが互いに逆方向になり、前記第1の実施の形態と同じ作用をしていることがわかる。
【0073】
(変形例5)
前記第1の実施の形態において、整流・平滑回路7としては、整流器(ダイオード)、チョークコイルコンデンサ等からな一般的な回路を用いても良いが、昇圧と整流・平滑とを同時に行なうCW回路を用いるようにしても良い。
【0074】
この場合には、昇圧回路6(トランス)の昇圧率が下げられるため、小型の回路で済むという利点が得られる。
【0075】
図4は、整流・平滑回路以降の変形例をそれぞれ示す回路図である。
【0076】
これは、CW回路12、CW回路13、CW回路14を用いた例であり、(a)はアノード接地、(b)は中点接地、(c)はカソード接地の場合をそれぞれ示している。
【0077】
CW回路自体は、整流器(ダイオード)とコンデンサのラダーからなり、図示しているものは一例である。
【0078】
なお、ラダーの段数は、実際の数よりも少なく描いている。
【0079】
(変形例6)
前記第1の実施の形態において、昇圧回路6と整流・平滑回路7の両方を、CW回路に置き換えるようにすることも可能である。
【0080】
図5は、CW回路のみで昇圧する変形例を示すブロック回路図である。
【0081】
図5において、直流電源15は、中点接地の+側、−側の端子を有する電源である。
【0082】
スイッチ16は、+−側それぞれをスイッチングする。
【0083】
ローパスフィルタ17は、+−側それぞれのパルス波形を、ピークが低く幅の広い脈状に変換する。
【0084】
スイッチ18,19は、+−側への入力のそれぞれを再度スイッチングする。
【0085】
スイッチ18,19からの出力は、前記図4のCW回路12、またはCW回路13、あるいはCW回路14に入力する。
【0086】
CW回路からの出力は、X線管9に印加する。
【0087】
図示しない電圧制御部は、スイッチ16にスイッチングパルスA1,A2を与え、スイッチ18,19にそれぞれスイッチングパルスC1,C2を与える。
【0088】
スイッチングパルスA1,A2は、周波数νで第1のパルス幅WAで、互いに位相が1/2周期ずれている。
【0089】
スイッチングパルスC1,C2は、周波数νで第2のパルス幅WCで、それぞれスイッチングパルスA1,A2に同期して発する。
【0090】
この結果、CW回路12,13,14の入力点Dの電圧は、周波数νで+側パルスと−側パルスとが交互に現われる脈流電圧となる。
【0091】
このような入力に対して、CW回路12,13,14により、昇圧および整流・平滑がなされて高電圧が得られる。
【0092】
この場合、前記第1の実施の形態の場合と同様に、CW回路12,13,14を通って出力される直流電圧は、第1のパルス幅WAと第2のパルス幅WCとの積(WA×WC)にほぼ比例するので、電圧の制御範囲が大きくできると共に、応答性が良くなるため、安定した精度良い制御を行なうことが可能となる。
【0093】
(変形例7)
前記第1の実施の形態において、自己整流管タイプのX線管を交流入力で使う場合には、整流・平滑回路7を省略することができ、昇圧回路6からの出力をX線管9に直接接続することができる。
【0094】
(変形例8)
前記第1の実施の形態において、スイッチングパルスC1,C2の周波数を、一般にν/n(nは整数)とすることもできる。
【0095】
(第2の実施の形態)
図6は、本実施の形態による高電圧発生装置、およびこれを適用したX線発生装置の概略構成例を示すブロック回路図であり、図1と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0096】
すなわち、本実施の形態による高電圧発生装置、およびX線発生装置は、図6に示すように、前記図1における二つのスイッチ4,5と昇圧回路6を、一つのスイッチ21と昇圧回路22に置き換えた構成としている。
【0097】
ここで、スイッチ21は、スイッチングトランシスタからなる。
【0098】
なお、図6では一側をスイッチングしているが、+側をスイッチングするようにしてもよい。
【0099】
スイッチ21からの出力は、昇圧トランスからなる昇圧回路22の一次コイルに入力する。
【0100】
次に、以上のように構成した本実施の形態による高電圧発生装置、およびX線発生装置の作用について、図7を用いて説明する。
【0101】
図7は、各部の電圧の時間変化を示すタイムチャート図である。
【0102】
図6において、前記第1の実施の形態の場合と同様に、スイッチ2のスイッチングパルスA(A点)は、周波数ν、第1のパルス幅WAの矩形パルスで、スイッチ2は第1のパルス幅WAの間、導通になる。
【0103】
スイッチ2からの出力は、A点とほぼ同じ電圧波形であるが、ローパスフィルタ3からの出力(B点)は、このパルス波形がピークが低く幅の広い脈状に変換される。
【0104】
この波高値Vpは、ほぼ第1のパルス幅WAに比例する。
【0105】
スイッチ21のスイッチングパルスC(C点)は、周波数ν、第2のパルス幅WCの矩形パルスで、スイッチングパルスAに同期している。
【0106】
昇圧回路22からの出力(D点)は、図示のように、周波数νで片側パルスのみが現われる脈流電圧となる。
【0107】
このパルスの幅はWCで、高さはVp、すなわち第1のパルス幅WAにほぼ比例するため、整流・平滑回路7を通って出力される直流電圧は、第1のパルス幅WAと第2のパルス幅WCとの積(WA×WC)にほぼ比例する。
【0108】
上述したように、本実施の形態による高電圧発生装置、およびX線発生装置でも、前記第1の実施の形態の場合と同様の効果を得ることが可能となる。
【0109】
(第2の実施の形態の変形例)
前記第1の実施の形態の変形例1乃至変形例8と同様である。
【0110】
(第3の実施の形態)
図8は、本実施の形態によるX線発生装置の概略構成例を示すブロック回路図であり、図1と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0111】
図8において、X線管9の陰極40にある熱源としてのフィラメント41を加熱するための回路は、高電圧を得るための回路と類似した構成をとっている。
【0112】
なお、42はX線管9の陽極(アノード)、43はX線管9のターゲットをそれぞれ示している。
【0113】
直流電源31からの出力はスイッチ32に入力し、このスイッチ32からの出力はローパスフィルタ33に入力する。
【0114】
ローパスフィルタ33からの出力は、それぞれスイッチ34およびスイッチ35に、並列して入力する。
【0115】
各スイッチ34、スイッチ35からの出力は、トランス36に入力する。
【0116】
各スイッチ34、スイッチ35からの出力の+側は、トランス36の一次巻線の中点に接続し、各スイッチ34、スイッチ35からの出力の−側は、一方はトランス36の一次巻線の一端に、他方はトランス36の一次巻線の他端にそれぞれ接続する。
【0117】
トランス36からの出力は、フィラメント41に入力する。
【0118】
電流測定部37は、X線管9の管電流を電圧に変換して、電流制御部38に入力する。
【0119】
電流設定部39は、設定された電流値を電流制御部38に入力する。
【0120】
電流制御部38は、スイッチ32、スイッチ34、スイッチ35に、スイッチングパルスA、スイッチングパルスC1、スイッチングパルスC2を与え、第1のパルス幅と第2のパルス幅を変更することで、X線管9を流れる管電流の測定値が設定値と一致するように管電流の制御を行なう。
【0121】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるX線発生装置の作用について説明する。
【0122】
なお、X線管9を流れる管電流の制御は、前記第1の実施の形態における管電圧の制御の場合と同様に行なわれ、各部の電圧の時間変化は前記図2に示す場合と同じになる。
【0123】
図8において、スイッチ32のスイッチングパルスA(A点)は、周波数ν、第1のパルス幅WAの矩形パルスで、スイッチ32は第1のパルス幅WAの間、導通になる。
【0124】
スイッチ32からの出力は、A点とほぼ同じ電圧波形であるが、ローパスフィルタ33からの出力(B点)は、このパルス波形がピークが低く幅の広い脈状に変換される。
【0125】
この波高値Vpは、ほぼ第1のパルス幅WAに比例する。
【0126】
スイッチ34のスイッチングパルスC1(C1点)は、周波数ν/2、第2のパルス幅WCの矩形パルスで、スイッチングパルスAに同期している。
【0127】
スイッチ35のスイッチングパルスC2(C2点)は、同様に周波数ν/2、第2のパルス幅WCの矩形パルスで、スイッチングパルスAに同期しているが、スイッチングパルスC1と1/2周期ずれている。
【0128】
トランス36からの出力(D点)は、図示のように、周波数ν/2で+側パルスと−側パルスとが交互に現われる脈流電圧となる。
【0129】
このパルスの幅はWCで、高さはVp、すなわち第1のパルス幅WAにほぼ比例するため、フィラメント41にかかる実効電圧は、第1のパルス幅WAと第2のパルス幅WCとの積(WA×WC)にほぼ比例する。
【0130】
このフィラメント41にかかる電圧が変化すると、フィラメント41の温度が変わり、熱電子が変化することで、X線管9を流れる管電流が変化する。
【0131】
電流制御部38は、電流設定部39で設定された電流値と、電流測定部37で測定された管電流とを比較して、両者が一致するように第1のパルス幅WAと第2のパルス幅WCを変更することで、X線管9を流れる管電流を制御する。
【0132】
上述したように、本実施の形態によるX線発生装置では、直流電圧を第1のパルス幅WAで周波数νで導通するスイッチ32を通し、これをローパスフィルタ33を通し、第2のパルス幅WCでスイッチ32と同期して導通するスイッチ34,35を通し、ここで得られた脈流電圧でX線管9のフィラメント41を、第1のパルス幅WAと第2のパルス幅WCとの積(WA×WC)にほぼ比例する実効電圧で加熱し、第1のパルス幅WAと第2のパルス幅WCを変更することで、フィラメント41の温度を変えて、X線管9を流れる管電流を制御するようにしているので、大きな管電流の制御範囲が得られると共に、直流電源を制御する方式と比べて、応答性が良く極めて安定した精度良い制御を行なうことが可能となる。
【0133】
また、管電流の制御範囲が広くなるため、一つの装置で種々のX線管に対応することができ、フィラメント41を加熱する回路としての標準化を図ることができ、安価な装置を供給することが可能となる。
【0134】
(第3の実施の形態の変形例)
(変形例1)
前記第3の実施の形態において、トランス36は本質的な構成要素ではなく、必要に応じて省略することが可能である。
【0135】
ただし、この場合、アノード接地であるので、フィラメント加熱回路全体のグランドレベルが高電圧になるため、絶縁が必要である。
【0136】
この方式は、カソード接地の場合に、絶縁が不要になって都合がよいという利点が得られる。
【0137】
(変形例2)
前記第3の実施の形態における出力電圧変更の方式は、前記第1の実施の形態における方式と同じであるので、前記第1の実施の形態の場合と同様な変形が可能である。
【0138】
(変形例3)
前記第3の実施の形態において、前記第1の実施の形態の場合と同様に、直流電源1としては、商用交流電源を用いるようにしても、電池や発電機を用いるようにしてもよい。
【0139】
(変形例4)
前記第3の実施の形態において、前記第1の実施の形態の場合と同様に、各スイッチ32,34,35は、+側、−側のどちら側をスイッチングするようにしても良い。
【0140】
(変形例5)
前記第3の実施の形態において、前記第1の実施の形態の場合と同様に、各スイッチ32,34,35は、複数個のスイッチング素子で構成するようにしてもよく、+側、−側の両方をスイッチングするようにしても良い。
【0141】
(変形例6)
前記第3の実施の形態において、前記第2の実施の形態の場合と同様に、スイッチ34,35を一つのスイッチにより構成するようにしても良い。
【0142】
(その他の実施の形態)
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
また、各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題(の少なくとも一つ)が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果(の少なくとも一つ)が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【0143】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高電圧発生装置によれば、直流電圧を第1のパルス幅で所定の周波数で導通する第1のスイッチを通し、これをローパスフィルタを通し、第2のパルス幅で第1のスイッチと同期して導通する少なくとも1つの第2のスイッチを通し、ここで得られた脈流電圧を昇圧して第1のパルス幅と第2のパルス幅との積にほぼ比例する高電圧を得、第1のパルス幅と第2のパルス幅を変更することで、昇圧手段から出力される電圧を制御するようにしているので、電圧の制御範囲が広く、極めて安定した電圧制御を行なうことが可能となる。
【0144】
また、本発明のX線発生装置によれば、上記昇圧手段から出力される電圧をX線管に印加するようにしているので、管電圧の制御範囲が広く、極めて安定した電圧制御を行なうことが可能となる。
【0145】
さらに、本発明のX線発生装置によれば、直流電圧を第1のパルス幅で所定の周波数で導通する第1のスイッチを通し、これをローパスフィルタを通し、第2のパルス幅で第1のスイッチと同期して導通する少なくとも1つの第2のスイッチを通し、ここで得られた第1のパルス幅と第2のパルス幅との積にほぼ比例する実効電圧の脈流電圧をX線管の熱源(陰極のフィラメント)に印加し、第1のパルス幅と第2のパルス幅を変更することで、X線管の熱源の温度を変えて(熱電子を変えて)、X線管を流れる管電流を制御するようにしているので、管電流の制御範囲が広く、極めて安定した管電流制御を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による高電圧発生装置、およびこれを適用したX線発生装置の第1の実施の形態を示すブロック回路図。
【図2】同第1の実施の形態の高電圧発生装置、およびX線発生装置における各部の電圧の時間変化を示すタイムチャート図。
【図3】本発明による高電圧発生装置、およびこれを適用したX線発生装置の第1の実施の形態の変形例4を示す回路図。
【図4】本発明による高電圧発生装置、およびこれを適用したX線発生装置の第1の実施の形態の変形例5を示す回路図。
【図5】本発明による高電圧発生装置、およびこれを適用したX線発生装置の第1の実施の形態の変形例6を示すブロック回路図。
【図6】本発明による高電圧発生装置、およびこれを適用したX線発生装置の第2の実施の形態を示すブロック回路図。
【図7】同第2の実施の形態の高電圧発生装置、およびX線発生装置における各部の電圧の時間変化を示すタイムチャート図。
【図8】本発明によるX線発生装置の第3の実施の形態を示すブロック回路図。
【図9】従来の昇圧トランスのみのタイプのX線発生装置の概略構成例を示すブロック回路図。
【符号の説明】
1…直流電源
2…スイッチ
3…ローパスフィルタ
4…スイッチ
4’…スイッチ
5…スイッチ
5’…スイッチ
6…昇圧回路
6’…昇圧回路
7…整流・平滑回路
8…電圧測定部
9…X線管
10…電圧制御部
11…電圧設定部
12…CW回路
13…CW回路
14…CW回路
15…直流電源
16…スイッチ
17…ローパスフィルタ
18…スイッチ
19…スイッチ
21…スイッチ
22…昇圧回路
31…直流電源
32…スイッチ
33…ローパスフィルタ
34…スイッチ
35…スイッチ
36…トランス
37…電流測定部
38…電流制御部
39…電流設定部
40…陰極
41…フィラメント
42…陽極
43…ターゲット
A…スイッチングパルス
C1…スイッチングパルス
C2…スイッチングパルス
WA…第1のパルス幅
WC…第2のパルス幅
Vp…波高値。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray generator used in, for example, industrial nondestructive inspection and medical fields, and a high voltage generator applied to the X-ray generator, and particularly has a wide voltage control range and is extremely stable. The present invention relates to a high voltage generator and an X-ray generator capable of performing voltage control, and further to an X-ray generator capable of performing a very stable tube current control with a wide tube current control range.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an X-ray generator that uses an X-ray tube, for example, in the fields of industrial nondestructive inspection and medicine, an X-ray is applied by applying a high voltage between the anode and the cathode of the X-ray tube Is generated.
[0003]
In this case, in order to obtain a high voltage, the voltage is boosted only with a step-up transformer, or boosted together with a Cockcroft-Walton type booster circuit (hereinafter referred to as CW circuit).
[0004]
FIG. 9 is a block circuit diagram showing a schematic configuration example of this type of conventional step-up transformer only type X-ray generator.
[0005]
In FIG. 9, a DC voltage A is generated from a commercial AC power source by a DC power source 101, converted into a pulse voltage by switches 102 and 103 formed of transistors, and boosted by a step-up transformer 104.
[0006]
The pulsed high voltage after the boosting becomes a DC high voltage in the rectifying / smoothing circuit 105 and is applied to the X-ray tube 106 to generate X-rays therefrom.
[0007]
The tube voltage of the X-ray tube 106 is fed back to the voltage control unit 107.
[0008]
The voltage control unit 107 controls the tube voltage to match the value set by the voltage setting unit 108 by changing the pulse width of the switching pulses C1 and C2 (generated alternately).
[0009]
The tube current flowing through the X-ray tube 106 is controlled by changing the voltage applied to the filament of the cathode 109 and changing the amount of thermionic electrons in a similar circuit.
[0010]
On the other hand, in order to increase the transmission ability of X-rays, it is necessary to increase the tube voltage of the X-ray tube 106 to generate high-energy X-rays. If it is too high, the contrast of the transmitted image is undesirably lowered.
[0011]
Therefore, it is necessary to select a tube voltage suitable for the subject.
[0012]
Further, although the amount of X-rays varies depending on the magnitude of the tube current of the X-ray tube 106, it is necessary to select a tube current suitable for the subject.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional X-ray generator as described above has a problem that the control range of the tube voltage is narrow.
[0014]
That is, in order to increase the efficiency of boosting, the switching of the switches 102 and 103 is performed at a high frequency of about 80 KHZ, so the period is as short as 13 μS and the pulse width is short on the low tube voltage side. This is because it becomes too much and accuracy is not obtained.
[0015]
In order to solve this problem, a method has been proposed in which the voltage controller 107 further controls the DC power supply 101 to change the DC voltage A.
[0016]
However, the response speed of the tube voltage control of the X-ray tube 106 becomes slow, and there is a new problem that stable and accurate control cannot be performed against disturbance.
[0017]
Similarly, there is a problem that the control range is narrow with respect to the tube current. Similarly, when this is attempted to be solved, there is a new problem that stable and accurate control cannot be performed.
[0018]
An object of the present invention is to provide a high voltage generator and an X-ray generator capable of performing a very stable voltage control with a wide voltage control range.
[0019]
Furthermore, an object of the present invention is to provide an X-ray generator that has a wide tube current control range and can perform extremely stable tube current control.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a high voltage generator according to a first aspect of the present invention performs a switching operation with a DC power source that outputs a DC voltage and an output from the DC power source as inputs. Output a pulse waveform with a predetermined frequency A first switch and from the first switch Pulse waveform Output as input The pulse waveform is converted into a pulse shape with a low peak and a wide width. A low-pass filter; at least one second switch for performing a switching operation with an output from the low-pass filter as an input; and a boosting unit for boosting and outputting a high voltage with an output from the second switch as an input; On the first switch Above A first switching pulse is applied at a predetermined frequency and with a first pulse width, and the second switch is synchronized with the first switching pulse. At the predetermined frequency or 1 / n (n is an integer) of the predetermined frequency Voltage control means for controlling a voltage output from the boosting means by applying a second switching pulse with a second pulse width and changing the first pulse width and the second pulse width; I have.
[0021]
Therefore, in the high voltage generator according to the first aspect of the present invention, the first switch that conducts the DC voltage at the predetermined frequency with the first pulse width is passed through the low-pass filter to pass through the second pulse. Passing through at least one second switch that conducts in synchronism with the first switch in width, boosts the pulsating voltage obtained here to approximately the product of the first pulse width and the second pulse width By controlling the voltage output from the boosting means by obtaining a proportional high voltage and changing the first pulse width and the second pulse width, the voltage control range is wide and extremely stable voltage control is possible. Can be done.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an X-ray generator of the invention corresponding to the first aspect of the invention, wherein an X-ray tube to which a voltage output from the boosting means is applied is added. .
[0023]
Therefore, in the X-ray generator of the invention corresponding to Claim 2, by applying the voltage output from the booster circuit to the X-ray tube, the tube is formed in the same manner as in the case of the invention corresponding to Claim 1 above. The voltage control range is wide, and extremely stable voltage control can be performed.
[0024]
The X-ray generator of the invention corresponding to claim 3 performs a switching operation with a DC power source that outputs a DC voltage and an output from the DC power source as inputs. Output a pulse waveform with a predetermined frequency A first switch and from the first switch Pulse waveform Output as input The pulse waveform is converted into a pulse shape with a low peak and a wide width. A low-pass filter; at least one second switch that performs a switching operation using an output from the low-pass filter as an input; an X-ray tube having a cathode as a heat source to which an output from the second switch is applied; 1 switch Above A first switching pulse is applied at a predetermined frequency and with a first pulse width, and the second switch is synchronized with the first switching pulse. At the predetermined frequency or 1 / n (n is an integer) of the predetermined frequency By applying a second switching pulse with a second pulse width and changing the first pulse width and the second pulse width, the temperature of the heat source of the X-ray tube is changed, and the X-ray tube is Current control means for controlling the flowing tube current.
[0025]
Therefore, in the X-ray generator of the invention corresponding to claim 3, the first switch that conducts the DC voltage at the predetermined frequency with the first pulse width is passed through the low-pass filter, and the second pulse is passed through. An effective voltage pulsating flow that is approximately proportional to the product of the first pulse width and the second pulse width obtained through at least one second switch that is conductive in synchronism with the first switch in width. By applying a voltage to the heat source (cathode filament) of the X-ray tube and changing the first pulse width and the second pulse width, the temperature of the X-ray tube heat source is changed (thermoelectrons are changed). By controlling the tube current flowing through the X-ray tube, the tube current control range is wide, and extremely stable tube current control can be performed.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0027]
(First embodiment)
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a schematic configuration example of a high voltage generator according to the present embodiment and an X-ray generator to which the high voltage generator is applied.
[0028]
In the block circuit diagram of FIG. 1, the going and returning of current (+ side and − side) are regarded as equivalent and drawn as a set.
[0029]
In FIG. 1, a DC power source 1 is composed of a rectifier (diode), a choke coil, a capacitor, and the like, and rectifies and smoothes the output from a commercial AC power source to generate and output a DC voltage.
[0030]
The output from the DC power supply 1 is input to a switch 2 (corresponding to a first switch) made of a switching transistor, and is converted into a pulse voltage having a frequency ν by a switching operation.
[0031]
The output from the switch 2 is input to a low-pass filter 3 composed of a choke coil, a capacitor, etc., and the high-frequency component is removed, thereby converting the pulse-like voltage into a pulse-like voltage having a low peak and a wide width.
[0032]
The output from the low-pass filter 3 is input in parallel to a switch 4 and a switch 5 (corresponding to a second switch) each consisting of a switching transistor.
[0033]
Here, the pulse voltage from the low-pass filter 3 is alternately switched by the switch 4 and the switch 5 at the frequency ν / 2 in synchronization with the switching operation of the switch 2.
[0034]
In the switches 4 and 5, the negative side is switched.
[0035]
Outputs from the switches 4 and 5 are respectively input to a booster circuit 6 composed of a transformer.
[0036]
The + side of the output from each switch 4 and switch 5 is connected to the midpoint of the primary winding of the transformer, and the − side of the output from each switch 4 and switch 5 is one end of the primary winding of the transformer. The other is connected to the other end of the primary winding of the transformer.
[0037]
Thereby, in the booster circuit 6, the directions of the currents flowing through the primary windings of the transformer due to the conduction of the switches 4 and 5 are opposite to each other, and the output from the booster circuit 6 is boosted to a high voltage. , A pulsating voltage in which a + side pulse and a − side pulse appear alternately at a frequency ν / 2,
The output from the booster circuit 6 is input to the rectifying / smoothing circuit 7, converted into a DC high voltage, and applied to the X-ray tube 9.
[0038]
The voltage control unit 10 gives signals to the switch 2, the switch 4, and the switch 5 to make them conductive.
[0039]
That is, the switching pulse A (corresponding to the first switching pulse) is given to the switch 2 at the frequency ν (about 80 KHZ) and with the first pulse width.
[0040]
The switch 2 becomes conductive during this pulse width.
[0041]
Further, in synchronization with the switching pulse A, the switching pulse C1 and the switching pulse C2 (corresponding to the second switching pulse) are alternated with each other at the frequency ν / 2 (that is, every other) with the second pulse width. ) And are given to the switch 4 and the switch 5, respectively.
[0042]
By changing the first pulse width or the second pulse width, the output from the booster circuit 6 changes.
[0043]
The output from the booster circuit 6 is also input to the voltage measurement unit 8, and the tube voltage of the X-ray tube 9 measured here is input to the voltage control unit 10.
[0044]
Here, the voltage measuring unit 8 divides the tube voltage by a resistance to obtain a measured value.
[0045]
The voltage setting unit 11 inputs the set tube voltage to the voltage control unit 10.
[0046]
The voltage controller 10 controls the voltage so that the measured value of the tube voltage output from the booster circuit 6 matches the set value by changing the first pulse width and the second pulse width.
[0047]
Next, operations of the high voltage generator and the X-ray generator according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.
[0048]
FIG. 2 is a time chart showing a change in voltage of each part over time.
[0049]
In FIG. 1, a switching pulse A (point A) of the switch 2 is a rectangular pulse having a frequency ν and a first pulse width WA, and the switch 2 becomes conductive during the first pulse width WA.
[0050]
The output from the switch 2 has almost the same voltage waveform as that at point A, but the output from the low-pass filter 3 (point B) is converted into a pulse shape with a low peak and a wide pulse waveform.
[0051]
This peak value Vp is substantially proportional to the first pulse width WA.
[0052]
A switching pulse C1 (point C1) of the switch 4 is a rectangular pulse having a frequency ν / 2 and a second pulse width WC, and is synchronized with the switching pulse A.
[0053]
Similarly, the switching pulse C2 (point C2) of the switch 5 is a rectangular pulse having the frequency ν / 2 and the second pulse width WC, and is synchronized with the switching pulse A, but is shifted from the switching pulse C1 by a half period. Yes.
[0054]
As shown in the figure, the output (point D) from the booster circuit 6 is a pulsating voltage in which a + side pulse and a − side pulse appear alternately at a frequency ν / 2.
[0055]
Since the width of this pulse is WC and the height is Vp, that is, almost proportional to the first pulse width WA, the DC voltage output through the rectifying / smoothing circuit 7 is equal to the first pulse width WA and the second pulse width WA. Is substantially proportional to the product (WA × WC) with the pulse width WC.
[0056]
Actual voltage control is usually performed by setting the second pulse width WC to the maximum (about 80% of the period) and changing the first pulse width WA.
[0057]
Then, when the first pulse width WA reaches the lower limit value (about 10% of the period) and the voltage is to be further lowered, the second pulse width WC is lowered.
[0058]
As described above, in the high voltage generator and the X-ray generator according to the present embodiment, the switch 2 that conducts the DC voltage at the frequency ν with the first pulse width WA is passed, and this is passed through the low pass filter 3. The pulsating voltage obtained here is boosted by the booster circuit 6 through the switches 4 and 5 that are conducted in synchronization with the switch 2 with the second pulse width WC, and this is rectified and smoothed to obtain the first pulse. By obtaining a DC high voltage substantially proportional to the product of the width WA and the second pulse width WC (WA × WC), and changing the first pulse width WA and the second pulse width WC, Since the voltage output and applied to the X-ray tube 9 is controlled, a large voltage control range can be obtained, and the responsiveness is excellent and the stability is extremely stable compared with the method of controlling the DC power supply. Control can be performed.
[0059]
In addition, since the voltage control range is wide, it is possible to deal with various X-ray tubes with a single device, standardization as a high voltage generating part (high voltage generating device), and low cost. The device can be supplied.
[0060]
Further, when one apparatus is compatible with various X-ray tubes, the X-ray tube type is set to the second pulse width WC (or the first pulse width WA) for an X-ray tube having a small output. It is also possible to use a method of protecting the X-ray tube 9 and the high-voltage generator by narrowing the control range of the voltage that can be widened by setting a fixed value corresponding to (or setting the upper limit value low). It becomes.
[0061]
In this case, since the voltage control range is wide, there is an advantage that the restriction can be given a large degree of freedom and the X-ray tube types that can be handled are increased.
[0062]
(Modification of the first embodiment)
(Modification 1)
In the first embodiment, in FIG. 1, elements that are not important to the invention are omitted.
[0063]
For example, a cathode lighting circuit for the cathode of the X-ray tube 9, a protection circuit associated with the switch, a coil and a capacitor for increasing the efficiency by resonating current are omitted.
[0064]
(Modification 2)
In the first embodiment, the DC power source 1 may not be a commercial AC power source.
[0065]
For example, a battery or a generator may be used.
[0066]
(Modification 3)
In the first embodiment, each of the switches 2, 4 and 5 may be switched on either the + side or the − side.
[0067]
That is, the switch 2 switches on the + side, but may switch on the − side.
[0068]
The same applies to the switches 4 and 5, and the + side may be switched.
[0069]
In this case, the connection to the booster circuit 6 is performed in the reverse direction, so that the negative side is connected to the midpoint of the primary winding of the booster circuit 6.
[0070]
(Modification 4)
In the first embodiment, each of the switches 2, 4 and 5 may be constituted by a plurality of switching elements, or may be switched on both the + side and the − side.
[0071]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a modification of the switches 4 and 5 and the booster circuit 6.
[0072]
Here, the switches 4 'and 5' are switched on both the + side and the-side, respectively, and the directions of the currents flowing in the primary winding of the booster circuit 6 'due to the conduction of the switches 4' and 5 'are opposite to each other. It turns out that it has the same action as the first embodiment.
[0073]
(Modification 5)
In the first embodiment, a general circuit such as a rectifier (diode), a choke coil capacitor, or the like may be used as the rectifying / smoothing circuit 7, but a CW circuit that performs boosting and rectifying / smoothing simultaneously. May be used.
[0074]
In this case, since the boosting rate of the booster circuit 6 (transformer) is lowered, there is an advantage that a small circuit is sufficient.
[0075]
FIG. 4 is a circuit diagram showing modifications after the rectifying / smoothing circuit.
[0076]
This is an example using the CW circuit 12, the CW circuit 13, and the CW circuit 14, where (a) shows anode grounding, (b) shows midpoint grounding, and (c) shows cathode grounding.
[0077]
The CW circuit itself is composed of a rectifier (diode) and a capacitor ladder, and the illustrated one is an example.
[0078]
Note that the number of ladder steps is smaller than the actual number.
[0079]
(Modification 6)
In the first embodiment, both the booster circuit 6 and the rectifying / smoothing circuit 7 can be replaced with a CW circuit.
[0080]
FIG. 5 is a block circuit diagram showing a modification in which the voltage is boosted only by the CW circuit.
[0081]
In FIG. 5, a DC power source 15 is a power source having terminals on the + side and-side of the midpoint ground.
[0082]
The switch 16 switches the + − side.
[0083]
The low-pass filter 17 converts each pulse waveform on the + − side into a pulse shape with a low peak and a wide width.
[0084]
The switches 18 and 19 switch each of the inputs to the + − side again.
[0085]
Outputs from the switches 18 and 19 are input to the CW circuit 12, the CW circuit 13, or the CW circuit 14 of FIG.
[0086]
The output from the CW circuit is applied to the X-ray tube 9.
[0087]
A voltage control unit (not shown) gives switching pulses A1 and A2 to the switch 16, and gives switching pulses C1 and C2 to the switches 18 and 19, respectively.
[0088]
The switching pulses A1 and A2 have a first pulse width WA at a frequency ν and are out of phase with each other by a half period.
[0089]
The switching pulses C1 and C2 are emitted in synchronization with the switching pulses A1 and A2, respectively, at a frequency ν and a second pulse width WC.
[0090]
As a result, the voltage at the input point D of the CW circuits 12, 13, and 14 becomes a pulsating voltage in which the + side pulse and the − side pulse appear alternately at the frequency ν.
[0091]
With respect to such an input, the CW circuits 12, 13, and 14 are boosted, rectified and smoothed to obtain a high voltage.
[0092]
In this case, as in the case of the first embodiment, the DC voltage output through the CW circuits 12, 13, and 14 is the product of the first pulse width WA and the second pulse width WC ( Since it is substantially proportional to (WA × WC), the voltage control range can be increased, and the responsiveness is improved, so that stable and accurate control can be performed.
[0093]
(Modification 7)
In the first embodiment, when a self-rectifying tube type X-ray tube is used with an AC input, the rectifying / smoothing circuit 7 can be omitted, and the output from the booster circuit 6 is supplied to the X-ray tube 9. Can be connected directly.
[0094]
(Modification 8)
In the first embodiment, the frequency of the switching pulses C1 and C2 can generally be ν / n (n is an integer).
[0095]
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a block circuit diagram showing a schematic configuration example of a high voltage generator according to the present embodiment and an X-ray generator to which the high voltage generator is applied. The same elements as those in FIG. Is omitted, and only different parts will be described here.
[0096]
That is, as shown in FIG. 6, the high voltage generator and the X-ray generator according to the present embodiment include the two switches 4 and 5 and the booster circuit 6 in FIG. The configuration is replaced with.
[0097]
Here, the switch 21 includes a switching transistor.
[0098]
In FIG. 6, one side is switched, but the + side may be switched.
[0099]
The output from the switch 21 is input to the primary coil of the booster circuit 22 including a booster transformer.
[0100]
Next, the operation of the high voltage generator and the X-ray generator according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.
[0101]
FIG. 7 is a time chart showing a change in voltage of each part over time.
[0102]
In FIG. 6, as in the case of the first embodiment, the switching pulse A (point A) of the switch 2 is a rectangular pulse having the frequency ν and the first pulse width WA, and the switch 2 is the first pulse. Conduction is made during the width WA.
[0103]
The output from the switch 2 has almost the same voltage waveform as that at point A, but the output from the low-pass filter 3 (point B) is converted into a pulse shape with a low peak and a wide pulse waveform.
[0104]
This peak value Vp is substantially proportional to the first pulse width WA.
[0105]
A switching pulse C (point C) of the switch 21 is a rectangular pulse having a frequency ν and a second pulse width WC, and is synchronized with the switching pulse A.
[0106]
As shown in the figure, the output (point D) from the booster circuit 22 is a pulsating voltage where only one side pulse appears at the frequency ν.
[0107]
Since the width of this pulse is WC and the height is Vp, that is, almost proportional to the first pulse width WA, the DC voltage output through the rectifying / smoothing circuit 7 is equal to the first pulse width WA and the second pulse width WA. Is substantially proportional to the product (WA × WC) with the pulse width WC.
[0108]
As described above, the high voltage generator and the X-ray generator according to the present embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment.
[0109]
(Modification of the second embodiment)
This is the same as Modification 1 to Modification 8 of the first embodiment.
[0110]
(Third embodiment)
FIG. 8 is a block circuit diagram showing a schematic configuration example of the X-ray generator according to the present embodiment. The same elements as those in FIG. State.
[0111]
In FIG. 8, a circuit for heating a filament 41 as a heat source in the cathode 40 of the X-ray tube 9 has a configuration similar to a circuit for obtaining a high voltage.
[0112]
Reference numeral 42 denotes an anode (anode) of the X-ray tube 9, and 43 denotes a target of the X-ray tube 9.
[0113]
The output from the DC power supply 31 is input to the switch 32, and the output from the switch 32 is input to the low pass filter 33.
[0114]
The output from the low-pass filter 33 is input in parallel to the switch 34 and the switch 35, respectively.
[0115]
Outputs from the switches 34 and 35 are input to the transformer 36.
[0116]
The + side of the output from each switch 34 and switch 35 is connected to the midpoint of the primary winding of the transformer 36, and the − side of the output from each switch 34 and switch 35 is one of the primary winding of the transformer 36. One end is connected to the other end of the primary winding of the transformer 36, respectively.
[0117]
The output from the transformer 36 is input to the filament 41.
[0118]
The current measuring unit 37 converts the tube current of the X-ray tube 9 into a voltage and inputs the voltage to the current control unit 38.
[0119]
The current setting unit 39 inputs the set current value to the current control unit 38.
[0120]
The current control unit 38 gives the switching pulse A, the switching pulse C1, and the switching pulse C2 to the switch 32, the switch 34, and the switch 35, and changes the first pulse width and the second pulse width to thereby change the X-ray tube. The tube current is controlled so that the measured value of the tube current flowing through 9 matches the set value.
[0121]
Next, the operation of the X-ray generator according to this embodiment configured as described above will be described.
[0122]
The tube current flowing through the X-ray tube 9 is controlled in the same way as the tube voltage control in the first embodiment, and the time change of the voltage of each part is the same as the case shown in FIG. Become.
[0123]
In FIG. 8, the switching pulse A (point A) of the switch 32 is a rectangular pulse having a frequency ν and a first pulse width WA, and the switch 32 becomes conductive during the first pulse width WA.
[0124]
The output from the switch 32 has almost the same voltage waveform as that at point A, but the output from the low-pass filter 33 (point B) is converted into a pulse shape with a low peak and a wide width.
[0125]
This peak value Vp is substantially proportional to the first pulse width WA.
[0126]
A switching pulse C1 (point C1) of the switch 34 is a rectangular pulse having a frequency ν / 2 and a second pulse width WC, and is synchronized with the switching pulse A.
[0127]
Similarly, the switching pulse C2 (point C2) of the switch 35 is a rectangular pulse having the frequency ν / 2 and the second pulse width WC, and is synchronized with the switching pulse A, but is shifted from the switching pulse C1 by a half period. Yes.
[0128]
As shown in the figure, the output (point D) from the transformer 36 is a pulsating voltage in which a + side pulse and a − side pulse appear alternately at a frequency ν / 2.
[0129]
Since the width of this pulse is WC and the height is Vp, that is, approximately proportional to the first pulse width WA, the effective voltage applied to the filament 41 is the product of the first pulse width WA and the second pulse width WC. It is approximately proportional to (WA × WC).
[0130]
When the voltage applied to the filament 41 changes, the temperature of the filament 41 changes and thermoelectrons change, so that the tube current flowing through the X-ray tube 9 changes.
[0131]
The current control unit 38 compares the current value set by the current setting unit 39 with the tube current measured by the current measurement unit 37, and the first pulse width WA and the second pulse width are set so that they match. The tube current flowing through the X-ray tube 9 is controlled by changing the pulse width WC.
[0132]
As described above, in the X-ray generator according to the present embodiment, the switch 32 that conducts the DC voltage with the first pulse width WA at the frequency ν is passed, this is passed through the low-pass filter 33, and the second pulse width WC. Then, the filament 41 of the X-ray tube 9 is passed through the switches 34 and 35 which are conducted in synchronization with the switch 32, and the product of the first pulse width WA and the second pulse width WC is obtained by the pulsating voltage obtained here. The tube current flowing through the X-ray tube 9 is changed by changing the first pulse width WA and the second pulse width WC by heating with an effective voltage substantially proportional to (WA × WC) and changing the first pulse width WA and the second pulse width WC. Therefore, it is possible to obtain a large control range of the tube current and to perform highly stable and highly accurate control as compared with the method of controlling the DC power supply.
[0133]
Moreover, since the control range of the tube current is widened, it is possible to cope with various X-ray tubes with one device, standardization as a circuit for heating the filament 41, and supply an inexpensive device. Is possible.
[0134]
(Modification of the third embodiment)
(Modification 1)
In the third embodiment, the transformer 36 is not an essential component, and can be omitted as necessary.
[0135]
However, in this case, since the anode is grounded, since the ground level of the entire filament heating circuit becomes a high voltage, insulation is necessary.
[0136]
This method has an advantage that it is convenient because no insulation is required when the cathode is grounded.
[0137]
(Modification 2)
Since the method of changing the output voltage in the third embodiment is the same as the method in the first embodiment, it can be modified in the same manner as in the first embodiment.
[0138]
(Modification 3)
In the third embodiment, as in the case of the first embodiment, the DC power source 1 may be a commercial AC power source or a battery or a generator.
[0139]
(Modification 4)
In the third embodiment, as in the case of the first embodiment, each of the switches 32, 34, and 35 may be switched on either the + side or the − side.
[0140]
(Modification 5)
In the third embodiment, as in the case of the first embodiment, each of the switches 32, 34, and 35 may be composed of a plurality of switching elements. Both may be switched.
[0141]
(Modification 6)
In the third embodiment, as in the case of the second embodiment, the switches 34 and 35 may be configured by one switch.
[0142]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation.
In addition, the embodiments may be combined as appropriate as possible, and in that case, the combined effects can be obtained.
Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent requirements.
For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem (at least one) described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect of the invention can be solved. When (at least one of) the effects described in the column can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0143]
【The invention's effect】
As described above, according to the high voltage generator of the present invention, the first switch that conducts the DC voltage at the predetermined frequency with the first pulse width is passed, and this is passed through the low-pass filter and the second pulse. Passing through at least one second switch that conducts in synchronism with the first switch in width, boosts the pulsating voltage obtained here to approximately the product of the first pulse width and the second pulse width Since the voltage output from the booster is controlled by changing the first pulse width and the second pulse width by obtaining a proportional high voltage, the voltage control range is wide and extremely stable. Voltage control can be performed.
[0144]
Further, according to the X-ray generator of the present invention, the voltage output from the boosting means is applied to the X-ray tube, so that the control range of the tube voltage is wide and extremely stable voltage control is performed. Is possible.
[0145]
Furthermore, according to the X-ray generator of the present invention, the first switch that conducts the DC voltage at the predetermined frequency with the first pulse width is passed through the first switch with the second pulse width. An pulsating current having an effective voltage approximately proportional to the product of the first pulse width and the second pulse width obtained here is passed through at least one second switch that is conducted in synchronization with the switch of the X-ray. The X-ray tube is applied to the tube heat source (cathode filament) and the first pulse width and the second pulse width are changed to change the temperature of the X-ray tube heat source (change the thermoelectrons). Therefore, the tube current control range is wide and extremely stable tube current control can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a first embodiment of a high voltage generator according to the present invention and an X-ray generator to which the high voltage generator is applied.
FIG. 2 is a time chart showing the time change of the voltage of each part in the high voltage generator and the X-ray generator of the first embodiment;
FIG. 3 is a circuit diagram showing a fourth modification of the first embodiment of the high-voltage generator according to the present invention and the X-ray generator to which the high-voltage generator is applied.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a fifth modification of the first embodiment of the high-voltage generator according to the present invention and the X-ray generator to which the high-voltage generator is applied.
FIG. 5 is a block circuit diagram showing a sixth modification of the first embodiment of the high-voltage generator according to the present invention and the X-ray generator to which the high-voltage generator is applied.
FIG. 6 is a block circuit diagram showing a second embodiment of a high voltage generator according to the present invention and an X-ray generator to which the high voltage generator is applied.
FIG. 7 is a time chart showing temporal changes in voltages of respective parts in the high voltage generator and the X-ray generator of the second embodiment.
FIG. 8 is a block circuit diagram showing a third embodiment of the X-ray generator according to the present invention.
FIG. 9 is a block circuit diagram showing a schematic configuration example of a conventional X-ray generator of only a step-up transformer type.
[Explanation of symbols]
1 ... DC power supply
2 ... Switch
3 ... Low-pass filter
4 ... Switch
4 '... switch
5 ... Switch
5 '... switch
6 ... Booster circuit
6 '... Booster circuit
7 ... Rectification / smoothing circuit
8 ... Voltage measurement unit
9 ... X-ray tube
10 ... Voltage controller
11 ... Voltage setting section
12 ... CW circuit
13 ... CW circuit
14 ... CW circuit
15 ... DC power supply
16 ... switch
17 ... Low-pass filter
18 ... Switch
19 ... Switch
21 ... Switch
22: Booster circuit
31 ... DC power supply
32 ... Switch
33 ... Low-pass filter
34 ... Switch
35 ... Switch
36 ... Trans
37 ... Current measuring section
38 ... Current control unit
39: Current setting section
40 ... Cathode
41 ... Filament
42 ... Anode
43 ... Target
A ... Switching pulse
C1 ... Switching pulse
C2 ... Switching pulse
WA: First pulse width
WC ... second pulse width
Vp: peak value.

Claims (3)

直流電圧を出力する直流電源と、
前記直流電源からの出力を入力としスイッチング動作を行ない所定の周波数のパルス波形の出力をする第1のスイッチと、
前記第1のスイッチからのパルス波形の出力を入力とし前記パルス波形をピークが低く幅の広い脈状に変換するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタからの出力を入力としスイッチング動作を行なう少なくとも1つの第2のスイッチと、
前記第2のスイッチからの出力を入力とし高電圧に昇圧して出力する昇圧手段と、
前記第1のスイッチに前記所定の周波数で第1のパルス幅で第1のスイッチングパルスを与えると共に、前記第2のスイッチに前記第1のスイッチングパルスと同期して前記所定の周波数あるいは前記所定の周波数の1/n(nは整数)の周波数で第2のパルス幅で第2のスイッチングパルスを与え、前記第1のパルス幅と前記第2のパルス幅を変更することで、前記昇圧手段から出力される電圧の制御を行なう電圧制御手段と、
を備えて成ることを特徴とする高電圧発生装置。
DC power supply that outputs DC voltage;
A first switch for the output of the pulse waveform of the rows that have a predetermined frequency input and a switching operation of the output from the DC power source,
A low-pass filter that receives an output of a pulse waveform from the first switch and converts the pulse waveform into a pulse shape having a low peak and a wide width ;
At least one second switch for performing a switching operation using an output from the low-pass filter as an input;
Boosting means for boosting to a high voltage and outputting the output from the second switch as an input;
First with providing a switching pulse in a first pulse width at the predetermined frequency to the first switch, the first to the second switch in synchronization with the switching pulse of the predetermined frequency or a predetermined By applying a second switching pulse with a second pulse width at a frequency of 1 / n (n is an integer) of the frequency, and changing the first pulse width and the second pulse width, Voltage control means for controlling the output voltage;
A high-voltage generator comprising:
前記請求項1に記載の高電圧発生装置において、
前記昇圧手段から出力される電圧が印加されるX線管を付加して成ることを特徴とするX線発生装置。
The high voltage generator according to claim 1,
An X-ray generator comprising an X-ray tube to which a voltage output from the booster is applied.
直流電圧を出力する直流電源と、
前記直流電源からの出力を入力としスイッチング動作を行ない所定の周波数のパルス波形の出力をする第1のスイッチと、
前記第1のスイッチからのパルス波形の出力を入力とし前記パルス波形をピークが低く幅の広い脈状に変換するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタからの出力を入力としスイッチング動作を行なう少なくとも1つの第2のスイッチと、
前記第2のスイッチからの出力が印加される熱源を陰極に有するX線管と、
前記第1のスイッチに前記所定の周波数で第1のパルス幅で第1のスイッチングパルスを与えると共に、前記第2のスイッチに前記第1のスイッチングパルスと同期して前記所定の周波数あるいは前記所定の周波数の1/n(nは整数)の周波数で第2のパルス幅で第2のスイッチングパルスを与え、前記第1のパルス幅と前記第2のパルス幅を変更することで、前記X線管の熱源の温度を変更して前記X線管を流れる管電流の制御を行なう電流制御手段と、
を備えて成ることを特徴とするX線発生装置。
DC power supply that outputs DC voltage;
A first switch for the output of the pulse waveform of the rows that have a predetermined frequency input and a switching operation of the output from the DC power source,
A low-pass filter that receives an output of a pulse waveform from the first switch and converts the pulse waveform into a pulse shape having a low peak and a wide width ;
At least one second switch for performing a switching operation using an output from the low-pass filter as an input;
An X-ray tube having, as a cathode, a heat source to which an output from the second switch is applied;
First with providing a switching pulse in a first pulse width at the predetermined frequency to the first switch, the first to the second switch in synchronization with the switching pulse of the predetermined frequency or a predetermined By applying a second switching pulse with a second pulse width at a frequency of 1 / n (n is an integer) of the frequency, and changing the first pulse width and the second pulse width, the X-ray tube Current control means for controlling the tube current flowing through the X-ray tube by changing the temperature of the heat source;
An X-ray generator comprising:
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