JPH02126599A - インバータ式ｘ線用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、Ｘ線発生装置用の電源に係り、特に小型・軽
量化が実現でき、各種電源への対応を可能とした共振型
インバータ式Ｘ線発生用電源装置に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｘ線発生用電源装置の小型軽量化を計るには、商用電源
の電圧をＸ線管へ印加するための高電圧へ昇圧する高圧
変圧器を小型軽量な物とすることが最も大きな課題であ
った。

高圧変圧器は、それへの入力電圧の周波数を高くするこ
とによって小型軽量化を計れるものである。そのような
高圧変圧器への入力電圧を高周波化する技術は、近年発
達の著しい電力制御用の半導体デバイスをスイッチング
素子として用いることによって開発されている。いわゆ
る、インバータ式Ｘ線装置と称されて現在実用化されて
いる。

そのようなインバータ式Ｘ線装置の一方式として、米国
特許第４２２５７８８号に開示されている直列共振型イ
ンバータを用いたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記直列共振型インバータ式Ｘ線発生用電源装置は、高
圧変圧器の漏洩インダクタンスＬｔ　と、この変圧器の
一次巻線と直列に接続されたコンデンサＣとの共振を利
用するもので、基準インピーダンスａ−７７に対して、
負荷抵抗Ｒｘ　　（Ｘ線管の等価抵抗で、Ｘ線管電圧／
Ｘ線管電流）と出力電力Ｐｏとの間には、第３図のよう
な関係がある。

すなわち、基準インピーダンスに対して出力Ｐ　（＋が
最大となる負荷抵抗Ｒｘがあり、実際の装置を構成する
に当っては、この条件に合うように上記漏洩インダクタ
ンスＬＬ、コンデンサの容量Ｃ１高圧変圧器の巻数比等
を選定する必要がある。

第３図を参照すると解かるように、出力Ｐｏが最大とな
る負荷抵抗Ｒｘは非常に小さな値（対数目盛）となるた
め、高圧変圧器への入力電圧が低い場合、例えば２００
ｖ交流電圧をそのまま直流に変換してインバータに供給
し、高周波化して高圧変圧器に印加する場合には、高圧
変圧器の巻数比を非常に大きくしなければならない。し
たがって、高圧変圧器の二次巻線数が非常に多くなり、
高圧変圧器の小型軽量化を阻害するばかりでなく、二次
巻線と接地間の静電容量も大きくなるため効率も悪くな
る。

またＸ線装置の電源は、単相／三相の２００Ｖ／４００
Ｖの各種商用電源が用いられるが、共振型インバータへ
の入力電圧が２００Ｖと４００Ｖとの相違があれば、高
圧変圧器もそれに応じて変えねばならないので生産効率
も悪くなるとともに、インバータのスイッチング素子の
定格電流容量もそれに応じて変えるか又はインバータへ
の入力電圧が２００ｖ用のものとして大きなものを用い
る必要がある。

本発明は、Ｘ線発生用電源装置における高圧変圧器の小
型軽量化と同時に、電源電圧が２００Ｖと４００Ｖとで
同一のインバータ回路及び高圧変圧器が使用できるよう
にするとともに、インバータのスイッチング素子の電流
容量の低減を計ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、単相又は三相の２００ｖ級電源電圧、若し
くは単相又は三相の４００Ｖ級電源電圧を受電しこれを
整流する第一の整流回路と、この第一の整流回路の出力
電圧を平滑する平滑回路と、この平滑回路の出力電圧を
高周波交流に変換するインバータと、このインバータの
出力電圧を昇圧する高圧変圧器と、この高圧変圧器の出
力電圧を整流する第二の整流回路と、この第二の整流回
路の出力電圧が印加されるＸ線管とを備えたインバータ
式Ｘ線発生用電源装置において、前記第一の整流回路が
前記４００Ｖ級電圧を全波整流する全波整流回路をなす
とともに、前記２００Ｖ級′准圧を受電する場合には前
記平滑回路と倍電圧整流回路を構成するようにしたこと
により達成される。

より詳しくは、前記インバータ式Ｘ線発生用電源装置に
おいて、前記平滑回路は前記全波整流回路の直流出力端
子へ直列接続された一対のコンデンサから成り、前記全
波整流回路は三相全波ブリッジ整流回路から成り、２０
０Ｖ級電源の一相及び４００Ｖ級電源の各相の入力端子
を前記三相全波ブリッジ整流回路へ入力する第一の接続
端子と、２００Ｖ、！電源の一相を前記平滑回路の一対
のコンデンサ同志の接続点へ入力する第二の接続端子と
を設けたものである。

〔作用〕

上記構成によれば、高圧変圧器への入力電圧（インバー
タへの入力電圧でもある。）は、電源電圧が２００Ｖの
場合には、倍電圧整流回路によって４００ｖに昇圧され
たものとなり、また電源電圧が４００Ｖの場合には、三
相全波ブリッジ整流回路によって整流されたものとなる
。すなわち、使用電源電圧が２００Ｖであろうが４００
■であろうが、高圧変圧器への入力電圧は略４００ｖに
なる。したがって、高圧変圧器及びインバータは２００
Ｖ電源時と４００Ｖ電源時とで同じものが使えるように
なる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第２図により説明す
る。

第１図は本発明の一実施例によるインバータ式Ｘ線発生
用電源装置の主要回路を示している。図において、１は
二極の接触器で１−１．１−２゜１−３の各接触子を有
している。２は一極の接触器、３は６個のダイオード３
−１〜３−６から成る三相全波ブリッジ整流回路、４及
び５は平滑コンデンサ、６はトランジスタ７〜１０とこ
れらのトランジスタに逆並列接続されたダイオード１１
〜１４とで構成されたフルブリッジ型インバータ、１５
は共振用コンデンサで高圧変圧器１６の一次巻線に直列
接続されている。１７は全波整流回路。

１８はＸ線管１９のアノードとカソード間に印加される
電圧（以下、「管電圧」と記す）を検出する抵抗、２０
は管電圧設定値と抵抗１，９によって検出された管電圧
検出値とを比較し、この両者が一致するように制御する
電圧制御器、２１は電圧制御器２０の出力を増幅し、こ
れをインバータ６のトランジスタ７〜１０のベースに供
給するベーストライブ回路である。

上記構成において、二極の接触器１の接触子１−１．１
−２．ｌ−３の入力側には入力端子ａ。

ｂ、ｃが設けられ、一方その出力側は図示のように三相
全波ブリッジ整流回路３へ接続されている。

そして、−極の接触器２の入力側には入力端子ｄが設け
られ、一方その出力側は平滑コンデンサ４と５の接続点
に接続されている。

次に上記構成の装置へ単相の２００Ｖ、４００■、三相
の２００Ｖ、４００Ｖの各種電源を接続する接続方法を
第２図により説明する。第２図にオイテ、（Ａ）は三相
４．ＯＯＶ、（Ｂ）は単相４００Ｖ、　　（Ｃ）　Ｉｔ
、三相２００Ｖ、（Ｄ）は単相２００■を接続した状態
を示している。

第２図（Ａ）において、二極の接触器１の接触子１−１
．１−２．１−３の各入力端子ａＴ　ｂＴＣには各々三
相のＵ、Ｖ、Ｗの各相が図示の如く接続される。これに
よって、三相４００Ｖの交流電圧は三相全波ブリッジ整
流回路３にて全波整流電圧とされ、平滑コンデンサ４，
５で平滑され、インバータ５へ供給される。

次に、単相４００ｖ電源を接続する場合を第２図（Ｂ）
により説明する。単相４００Ｖｆａ源のＵ。

■相を図示の如く二極の接触器１への入力端子ａ。

ｂ、ｃのうち任意の２つの端子（図ではａ、ｂ端子）へ
接続する。すると、単相４００Ｖの交流電圧は三相全波
ブリッジ整流回路３のうちの二相分の整流回路によって
全波整流され、平滑コンデンサ４，５により平滑されて
インバータ６へ供給される。

次に、三相２００Ｖ電源を接続する場合を第２図（Ｃ）
により説明する。三相２００Ｖ電源時は、三相のうち任
意の二相（図ではＵ、Ｗ相）を電源として使用し、この
うちの−相（Ｕ相）−を端子ａ。

ｂ、ｃの任意の一端子（図ではａ端子）へ、そしてもう
−相（Ｗ相）は−極の接触器２の入力端子ｄへ接続する
。したがって、図に示すように三相２００Ｖの交流入力
電圧は三相全波ブリッジ整流回路３の任意の交流入力端
子と、平滑コンデンサ４と５との直列接続点ｅに印加さ
れ、インバータ６には、半波の倍電圧整流された平滑さ
れた電圧が入力される。第２図（Ｄ）に示す単相２００
Ｖ電源時は、−相を二極の接触器３への入力端子のうち
の任意の一つの端子（図ではａ端子）へ、そしてもう−
相を一極の接触器２の入力端子ｄへ接続する。すると、
インバータ６には単相２００ｖの交流電圧が半波の倍電
圧整流された平滑された電圧として人力される。

以上のように交流電源が単相又は三相の４００Ｖの場合
は、入力電圧を全波整流し平滑しインバータへ供給し、
単相又は三相の２００ｖの場合はともに半波の倍電圧整
流され平滑された電圧をインバータヘ印加する。したが
って、接続電源が単相／三相の２００Ｖ／４００Ｖの各
種電源であっても、接触器１と２を介して必要に応じて
接続することにより、同一の整流回路及び平滑回路を介
して、はぼ同じ値の電圧をインバータの入力電圧とする
ことができるので、高圧変圧器、インバータ等の主要回
路は共用が可能となる。

次に、第１図及び第２図を用いて上記構成のインバータ
式Ｘ線発生用電源装置の動作を説明する。

使用電源に応じて第２図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）。

（Ｄ）に示すように電源端子を接触器１及び２への入力
端子へ接続し、接触器１又は／及び２を閉路する。次い
で、被検体へ放射するＸ線の条件（管電圧、管電流及び
撮影時間）を設定する。これらのＸ線条件のうち第１図
は管電圧のみの設定及び制御を示している。所望の管電
圧を設定し、Ｘ線曝射開始信号を与えると、管電圧設定
信号により、電圧制御器２０はインバータを制御する信
号をベース駆動回路２１へ与えると、ベース駆動回路２
１はそれを増幅し、インバータ６のトランジスタ７〜１
ｏのベースに出力する。すると、インバータ６は前記管
電圧を設定するための所定の周期でトランジスタ７と１
０、及び８と９とを交互にオン／オフするスイッチング
動作を開始し、コンデンサとインダクタンスで定まる振
動周期の電流（共振電流）が高圧変圧器１６に流れる。

振動周期を定めるコンデンサとインダクタンスのうち、
コンデンサは高圧変圧器１６の一次巻線に直列接続され
た共振用コンデンサ１５と、高圧変圧器１６の二次巻線
の層間に存在する浮遊容量と、高圧ケーブルの浮遊容量
（図示省ｌ１１８）とであり、インダクタンスは高圧変
圧器１６の漏洩インダクタンスと配線のインダクタンス
とである。

トランジスタ７．１０が駆動された所定周期の半周期間
内において共振電流は先ず、トランジスタ７→共振コン
デンサ１５→高圧変圧器１６の一次巻線→トランジスタ
１０の回路で共振周波数の弧を描いて流れ、ある（前記
半周期の１／２）時間経過後共振電流が零になり、今度
は逆方向にダイオード１４→高圧変圧器１６の一次巻線
→共振コンデンサ１５→ダイオード１１の回路で流れる
。

そして、トランジスタ７．１０がオフし、次の半周期に
は、トランジスタ８，９がオンする。すると、上記に対
し、トランジスタ及びダイオードを入れ替えた回路で共
振電流が流れる。

この高圧変圧器１６の一次巻線を流れる一次電流から高
圧変圧器１６の励磁電流と二次巻線の浮遊容量に流れる
電流とを減じた交流電流が整流回路１７で整流され、高
圧ケーブルの浮遊容量で平滑されてＸ線管１９に印加さ
れる。

管電圧検出用抵抗１８により検出された実際の管電圧に
対応した信号は電圧制御回路２ｏに入力され、設定管電
圧信号とそれとの差が零となるように、インバータの動
作周波数あるいはパルス幅を制御するための信号が作成
され、この信号はベースドライブ回路２１を介してトラ
ンジスタ７〜１０のベースに与える。これにより次の周
期におけるインバータ１６の動作周波数が補正され、管
電圧が設定値に対し正確に制御される。

上記動作において、電源より負荷であるＸ線管に印加さ
れるまでの電圧変換は次のような順になされている。使
用電源が三相／単相の４００ｖの場合は、三相全波ブリ
ッジ整流回路１にて全波整流され、平滑コンデンサ４，
５で子機され略４００■の直流電圧に変換される。そし
て使用電源が三相／単相の２００ｖの場合には、三相全
波ブリッジ整流回路１の一相と平滑コンデンサ４，５の
接続点ｅに入力される一相とが成す半波倍電圧整流回路
によって半波倍電圧整流され、上記同様略４００　Ｖの
直流電圧に変換される。この略４００Ｖの直流電圧は、
インバータ６に入力される。電圧制御回路２０は、高圧
変圧器１６の昇圧比と設定管電圧との関係から、インバ
ータ６における電圧変換率に対応したインバータ６の動
作周波数を決定し、ベース駆動回路２１を介してインく
ベータ６のトランジスタを制御する。上記略４００Ｖの
直流電圧が印加されたインバータ６及び高圧変圧器１６
は前述の共振により、高圧変圧器１６の二次側に高周波
電圧を発生する。この高周波電圧は整流回路１７で直流
電圧に変換され、高圧ケープルで平滑された管電圧とし
てＸ線管１９に印加される。

本実施例によれば、２００Ｖ電源を使用する場合に、本
発明を適用した装置の高圧変圧器と、そうでない装置の
高圧変圧器とで、本発明を適用した装置の高圧変圧器の
方が巻数比を小さく　（約１／４程度）できる。したが
って、高圧変圧器の小型・軽量化が計れる。

なお、上記実施例は、電源と装置との接続部分に接触器
を用い、インバータはトランジスタを用いたフルブリッ
ジ型でかつ周波数制御方式とし、共振回路は直列共振回
路として説明したが、本発明はそれらに限定することな
く変更が可能であることは言うまでもない。例えば、電
源と装置との接続部分は単なる端子接続としても良く、
インバータのスイッチング素子はトランジスタに替えて
サイリスタのような自己消弧素子型の素子を用いても良
く、またフルプツシ型インバータの代りにブツシャプル
型インバータでも良い、更に、インバータの制御方式は
周波数制御に代えて位相制御方式でも良く、共振回路は
直列共振に代え、高圧変圧器の漏洩インダクタンスと二
次巻線の浮遊容量を共振素子として用いるものでも良い
。

〔効果〕

本発明によれば、使用電源が三相／１ｉ相の２００Ｖ／
４００　Ｖのいずれにおいてもインバータへの入力電圧
はほぼ４００Ｖの直流電圧とすることができるので、装
置の主回路をなすインバータ回路及び高圧変圧器は同一
のものが使用できる。

また、２００Ｖ電源にて使用する場合の比較において１
本発明を実施することにより、前述のように高圧変圧器
の小型・軽量化が計れるとともに、インバータへの入力
電圧が高くできるためインバータ電流が低減でき、スイ
ッチング素子は電流容量の小さい素子を使うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は単相／三
相の２００Ｖ／４００Ｖ各種電源への接続図、第３図は
負荷抵抗と出力電力の関係を示す図である。 ３・・・三相全波ブリッジ整流回路、４，５・・・平滑
コンデンサ、６・・・インバータ、１５・・・共振用コ
ンデンサ、１６・・・高圧変圧器。 不 囚 ｌａｙ　Ｒ，ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単相又は三相の２００Ｖ級電源電圧、若しくは単相
   又は三相の４００Ｖ級電源電圧を受電しこれを整流する
   第一の整流回路と、この第一の整流回路の出力電圧を平
   滑する平滑回路と、この平滑回路の出力電圧を高周波交
   流に変換する共振型のインバータと、このインバータの
   出力電圧を昇圧する高圧変圧器と、この高圧変圧器の出
   力電圧を整流する第二の整流回路と、この第二の整流回
   路の出力電圧が印加されるＸ線管とを備えたインバータ
   式Ｘ線発生用電源装置において、前記第一の整流回路が
   前記４００Ｖ級電圧を全波整流する全波整流回路をなす
   とともに、前記２００Ｖ級電圧を受電する場合には前記
   平滑回路と倍電圧整流回路を構成することを特徴とする
   インバータ式Ｘ線発生用電源装置。 ２、前記平滑回路は前記全波整流回路の直流出力端子へ
   直列接続された一対のコンデンサから成り、前記全波整
   流回路は三相全波ブリッジ整流回路から成り、２００Ｖ
   級電源の一相及び４００Ｖ級電源の各相の入力端子を前
   記三相全波ブリッジ整流回路へ入力する第一の接続端子
   と、２００Ｖ級電源の一相を前記平滑回路の一対のコン
   デンサ同志の接続点へ入力する第二の接続端子とを備え
   たことを特徴とする請求項１に記載のインバータ式Ｘ線
   発生用電源装置。