JPH02192698A

JPH02192698A - Ｘ線高電圧装置

Info

Publication number: JPH02192698A
Application number: JP1010182A
Authority: JP
Inventors: Fumio Ishiyama; 文雄石山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-01-19
Filing date: 1989-01-19
Publication date: 1990-07-30
Also published as: US5034973A; KR900011437A; KR920001701B1

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】［発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、例えば交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−
ＤＣコンバータを備えたＸ線高電圧装置に関する。

（従来の技術）Ｘ線診断装置において、被検体にＸ線を曝射するＸ線源
例えばＸ線管の管電圧を今生させるものとしてＸ線高電
圧装置が用いられている。このＸ線高電圧装置において
は、交流電圧を直流電圧に変換するためにＡＣ−ＤＣコ
ンバータが設けられており、ＡＣ−ＤＣコンバータは第
９図に示すような構成になっている。すなわち、ＡＣ−
ＤＣコンバータは、交流電源１と、直列接続したダイオ
ードＤｉ、Ｄ２および直列接続したダイオードＤ３．Ｄ
４を並列に接続し、前記交流電源１からの交流電圧を電
源抵抗ｒＱを介して端子ａ、ｂに入力し全波整流して端
子ｃ、ｄに出力するブリッジ整流回路２と、この整流回
路２からの整流出力を平滑する平滑用コンデンサＣと、
この平滑用コンデンサＣの両端に蓄えられる直流電圧を
取出して消費する負荷抵抗ＲＬから構成されている。こ
のような構成によれば、交流電源■からの交流電圧は、
整流回路２により整流され、且つ平滑用コンデンサＣに
より平滑されて直流電圧は負荷抵抗ＲＬに印加される。

しかしながら、整流回路２に直接に平滑用コンデンサＣ
が接続されているため、ＡＣ−ＤＣコンバータのインピ
ーダンスが交流電源１の電圧に対して非線形となるので
、交流電源１に高調波電流が流れる。

第１０図は上記交流電源１に流れる電流ｉと電源電圧Ｖ
とを示す図である。同図に示すように交流電源１の電圧
■に対し電流ｉには奇数次の高調波が多数歯まれること
から、電源電圧Ｖを歪ませてしまう。また高調波の含有
率が大きいと、力率が低下するため、負荷抵抗ＲＬに一
定出力を取出すためには、必要以上の大きい容量を有す
る交流電源を用いなければならなかった。

（発明が解決しようとする課題）またＸ線が曝射されている期間中に、大容量を有する平
滑用コンデンサＣから抵抗ＲＬにエネルギーを取出して
いるが、この取出し得るエネルギー量Ｅは、Ｅ−Ｃ・（Ｊ２　ｅ）　２・［１−（ＲＬ　／（ＲＬ　
＋ｒｅ）　ｌ　２］　／２である。すなわちコンデンサＣから取出し得るエネルギ
ー量は、負荷抵抗ＲＬの値と電源抵抗ｒｅ（インピーダ
ンス）の値とで決定されてしまう。

例えばＲＬ　／　（ＲＬ　＋　ｒｅ　）≧０．９くらい
であることから、コンデンサＣの全容量エネルギーの約
２０２６シか取出すことができず、効率が悪いという問
題があった。

そこで本発明の目的は、高調波を低減して力率を向上し
得、且つ平滑用コンデンサから効率良く負荷抵抗にエネ
ルギーを取出し得るＸ線高電圧装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］（課題を解決する為の手段）本発明は上記の課題を解決し目的を達成する為に次のよ
うな手段を講じた。すなわち本発明は、交流電源からの
電圧を全波整流する整流回路、この整流回路の出力を低
域フィルタリングするフィルタ、前記交流電源の周波数
に対し十分高い周波数でオン・オフ動作することにより
前記フィルタからの出力をパルス状に出力するスイッチ
素子。

このスイッチ素子からの出力を蓄えるチョークコイル、
このチョークコイルと前記スイッチ素子とが接続される
点に一端が接続され前記スイッチ素子オフ動作期間中に
導通するダイオード、前記スイッチ素子オフ動作期間中
に前記チョークコイルに蓄えられたエネルギーを前記ダ
イオードを介して放電させるとこのエネルギーを蓄える
平滑用コンデンサーからなるアクティブ平滑フィルタを
ＡＣ−ＤＣコンバータに備えたものである。

また交流電源からの電圧を整流回路により全波整流しこ
の整流出力を平滑用コンデンサに蓄え、この平滑用コン
デンサに蓄えられるエネルギーを負荷抵抗に取出すＤＣ
−ＡＣコンバータを備えたＸ線高電圧装置において、前
記整流回路と前記平滑用コンデンサとの間に介挿されＸ
線曝射期間中に前記整流回路から入力する電流を制限す
る電流制限回路と、前記平滑用コンデンサから前記負荷
抵抗に所定のエネルギーを取出すように前記電流制限回
路の入力電流を制御する制御回路と、を備えたものであ
る。

（作用）このような手段を講じたことにより、次のような作用を
呈する。アクティブ平滑フィルタにより整流回路と平滑
用コンデンサとの直接接続が回避されるので、回路のイ
ンピーダンスは電源電圧に対し線形になり、電流が電圧
と同一位相となる。

その結果、電流に含まれる高調波成分を大幅に減少でき
、装置の力率はほぼ１になるので、過大な交流電源設備
を用いる必要もなくなる。

また電流制限回路により整流回路から制御された入力電
流と平滑用コンデンサからの電流がＤＣＤＣコンバータ
に入力されるので、該コンバタに一定出力が得られ、少
ない入力電力で平滑用コンデンサからのエネルギーを効
率良く取出しでき、電源設備が少なくて済む。

（実施例）第１図は本発明に係るＸ線高電圧装置の一実施例を示す
概略構成図である。なお第９図に示す部分と同一部分は
同一符号を付しその詳細は省略する。Ｘ線高電圧装置は
、交流電源ｌ、整流回路２゜アクティブ平滑フィルタ３
０．インバータ４０．トランス１２．整流回路１３．Ｘ
線管■４をＣｉｉえて構成される。

アクティブ平滑フィルタ３０は、次のように構成される
。ローパスフィルタ３ａは、一端が整流回路２の端子ｄ
に接続されるチョークコイル３．一端が端子Ｃに接続さ
れるチョークコイル４．前記チョークコイル３，４の他
端に接続されるコンデンサ５からなり前記端子ｃ、ｄか
らの脈流を低域フィルタリングするものである。トラン
ジスタ６は、前記チョークコイル３とコンデンサ５とが
接続される点にコレクタが接続され、ベースに図示しな
い制御信号が入力されると、前記交流電源１の周波数に
対し十分高い周波数でオンまたはオフ動作し、前記ロー
パスフィルタ３ａからの出力をパルス状に出力するもの
である。チョークコイル７は、前記トランジスタ６のエ
ミッタと、前記コンデンサ５およびチョークコイル４が
接続される点と、に接続されトランジスタ６からの出力
を蓄えるものである。ダイオード８は、チョークコイル
７と前記トランジスタ６とが接続される点にカソードが
接続され、且つアノードが前記平滑用コンデンサＣの一
端に接続され、前記トランジスタ６のオフ動作期間中に
前記チョークコイル７に蓄えられたエネルギーを放電さ
せ前記平滑用コンデンサＣに蓄えさせるものである。

インバータ４０は、トランジスタ１０およびトランジス
タ１１からなり、前記フィルタ３ｏからの直流電圧を交
流電圧に変換し、トランス１２に出力するものである。

整流回路１３は、前記整流回路２と同一構成からなり、
トランス１２からの交ｔＴｔ電圧を整流してＸ線管の両
端に出力している。

次にこのように構成された実施例の作用について説明す
る。交流電源１から供給された交流電圧は、整流回路２
により整流されて脈流となり、この脈流は、ローパスフ
ィルタ３ａにより高調波が除去されトランジスタ６によ
りスイッチング動作される。

まず、このトランジスタ６がベースに入力する図示しな
い制御信号によりオン動作すると、コレクタに（１）式
に示す電流が流れる。

Ｉ　−（ＥＸ　ｔ）　／Ｌ　　　　　　　　−（１）こ
こでＥはコンデンサ５の電圧であり、Ｌはコイル７のイ
ンダクタンスである。ｔはトランジスタ６がオン動作し
てからの経過時間である。なおダイオード８は上記期間
中逆バイアス状態となっている。またトランジスタ６の
スイッチング周波数ｆ２は第２図に示すように交流電源
１の周波数ｆｌに対して非常に高いので（例えば交流電
源ｌの周波数の１０００倍）、コンデンサ５の両端電圧
は、はぼ一定と見なすことができる。またトランジスタ
６のオン時間を一定にすれば、（１）式よりトランジス
タ６におけるコレクタ電流のピーク値ｐｔ・・・Ｐ４・
・・を結ぶ包絡線は、第２図に示すように脈流波形とな
る。すなわち電流ｉは、第３図に示すように交流１ｉｉ
Ｗ：１の電源電圧Ｖと同（目の正弦波となる。

またトランジスタ６がオフ動作している期間中には、チ
ョークコイル７に蓄えられているエネルギーは、コイル
７、ダイオード８．平滑用コンデンサ９からなる閉回路
により放出され、コンデンサＣに充電される。さらに平
滑用コンデンサＣの両端の直流電圧は、インバータ回路
４０を構成するトランジスタｔｏ、　ｉｔにより交流に
変換される。そしてインバータ回路４０からの交流電圧
はトランス１２により昇圧され、整流回路１３により再
び整流され、直流電圧がＸ線管１４に印加される。

このように本実施例によれば、従来のように直接に整流
回路２を平滑用コンデンサＣに接続しないようにしたの
で、回路のインピーダンスは電源電圧に対し線形になり
、その結果として電流ｉに含まれる高調波成分を大幅に
減少できる。これにより装置の力率はほぼ１になるので
、過大な交流電源設備を用いる必要もなくなる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第４図は前記コンデンサＣに蓄えられたエネルギーを負
荷抵抗に取出す回路を備えたＸ線高電圧装置を示す図で
ある。なお第１図に示す部分と同一部分は同一符号を付
しその詳細は省略する。このＸ線高電圧装置は、交流電
源ｌ、整流回路２゜この整流回路２から入力する入力電
流を制限する入力電流制限回路２０．この入力端子制限
回路２０からの電流と平滑用コンデンサＣからの電流と
を入力し昇圧変換するＤＣ−ＤＣコンバータ２１．この
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１からの直流上昇電圧を交流電
圧に変換するＤＣ−ＡＣコンバータ２２．平滑用コンデ
ンサＣから供給する電力の不足分を交流電源ｌから補う
ように前記入力電流制限回路２０およびＤＣ−ＤＣコン
バータ２１を制御するコントロール回路２３．トランス
１２．整流回路ＩＳ、　Ｘ線管１４で構成されている。

このような構成によれば、交流電源１から供給された電
圧は、整流回路２により整流され、この整流回路２から
の脈流は、第５図（ｂ）に示すＸ線曝射期間ｔ２におい
て、コントロール回路２３からの制御信号を入力した入
力電流制限回路２０により電流１１に制限される。すな
わちコントロール回路２３により入力電流制限回路２０
およびＤＣ−ＤＣコンバータ２１が制御されると、入力
電流制限回路２０からの電流■１とコンデンサＣからの
電流Ｉ２の入力により、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出
力電圧ｖ１が一定に保たれる。なおコンデンサＣからコ
ンバータ２１に電流Ｉ２が入力されると、コンデンサＣ
の端子電圧は上記期間中に徐々に減少する。またコンデ
ンサＣから供給する電力が不足している際にはコントロ
ール回路２３により入力電流制限回路２０が制御されて
交流電源１から電流１１が補なわれコンバータ２１の出
力電圧は一定電圧となる。そしてＸ線曝射時にはコンデ
ンサＣの両端電圧は、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃインバータ２１に
より昇圧され、ＤＣ／ＡＣインバータ２２により交流に
変換された後、昇圧トランス１２に送られる。そしてト
ランス１２に誘起された高電圧は整流回路１３により整
流され、直流高電圧がＸ線管１４に印加される。

したがって、コンデンサＣから取出せるエネルギーは、
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の能力にもよるが、初期電圧
の１／２まで放電させたとすると、Ｅ−Ｃや　　ＣＪ２
　　ｅ）　　”　　や　　（１−０，５２）＝０．７５
Ｃｅ　２となる。つまりＤＣ−ＤＣコンバータ２１に平滑用コン
デンサＣの全エネルギーの７５％も効率良く取出すこと
ができる。また本実施例によれば、例えば入力電圧２０
０Ｖ、　　コンデンサ容量５６０００ｕＦとすると、エ
ネルギーＥは、０．７５Ｃｅ　２−１６８０　（Ｊ　）
となる。つまり１Ｂ、８Ｋ　Ｗの電力を０．１秒間コン
デンサＣから供給できることになる。Ｘ線曝射中のコン
デンサＣの電圧を最大電圧の１／２として１００　ＫＶ
、　３２０ｍＡ、　０．０１ｓ　ｅ　ｃの撮影条件によ
り、Ｘ線を曝射する際には３２Ｋ　Ｗとなるが、このと
きの入力電力は約半分の１５ＫＷで済む。

第６図は前記第１および第２の実施例の変形例を示す図
である。すなわち本装置は、第４図に示す装置において
、入力電流制限回路２０および平滑用コンデンサＣを第
１図に示すアクティブ平滑フィルタ回路１１に置換えた
ものであり、その他の構成は、第４図に示す部分と同一
構成である。このような構成によれば、アクティブ平滑
用フィルタ２０を用いることにより入力電流ｉは、第７
図に示すように交流電源１の電圧Ｖと同相な正弦波にな
るので、力率が大幅に改善され、電力設備は小さくて済
む。

さらに第８図は前記第２の実施例の他の変形例を示す図
である。本装置において、ＡＣ−ＤＣコンバータ４０は
、前記アクティブ平滑用フィルタ２０およびＤＣ−ＤＣ
コンバータ２１の機能を兼ね合せたものである。なお他
の構成は第６図に示す構成と同一である。したがって、
このＡＣ−ＤＣコンバータ４０を用いれば、上記効果に
加えて装置を小型化、簡単化できる。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。上述した実施例では、スイッチ素子としてトランジス
タ６を用いたが、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ等を用いるよう
にしても良く他の素子であっても良い。このほか本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは
勿論である。

［発明の効果］本発明によれば、アクティブ平滑フィルタにより整流回
路と平滑用コンデンサとの直接接続が回避されるので、
回路のインピーダンスは電源電圧に対し線形になり、電
流が電圧と同一位相となる。

その結果、電流に含まれる高調波成分を大幅に減少でき
、装置の力率はほぼ１になるので、過大な交流電源設備
を用いる必要もなくなる。また電流制限回路により整流
回路から制御された入力電流と平滑用コンデンサからの
電流がＤＣ−ＤＣコンバータに入力されるので、該コン
バータに一定出力が得られ、少ない入力電力で平滑用コ
ンデンサからのエネルギーを効率良く取出しでき、電源
設備が少なくて済むＸ線高電圧装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＸ線高電圧装置の一実施例を示す
概略構成図、第２図は交流電圧に対するトランジスタの
エミッタ電流のスイッチング波形を示す図、第３図は交
流電圧と電流との関係を示す図、第４図はコンデンサか
らのエネルギーを抵抗に取出す回路を備えたＸ線高電圧
装置を示す図、第５図は第４図に示す装置の動作を説明
する波形図、第６図は第４図に示す実施例の変形例を示
す図、第７図は第６図に示す装置の電圧と電流との関係
を示す図、第８図は前記第２実施例の他の変形例を示す
図、第９図は従来のＸ線高電圧装置の一例を示す図、第
１０図は第９図に示す交流電源に流れる電流と電圧との
関係を示す図である。 ■・・・交流電源、２，１３・・・ブリッジ整流回路、
３ａ・・・ローパスフィルタ、３，４・・・チョークコ
イル、５・・・コンデンサ、　６　、１０．１１・・・
トランジスタ、７・・・コイル、８・・・ダイオード、
Ｃ・・・平滑用コンデンサ、１２・・・トランス、１４
・・・Ｘ線管、２０・・・入力電流制限回路、２１・・
・ＤＣ−ＤＣコンバータ、２２・・・ＤＣ−ＡＣコンバ
ータ、２３・・・コントロール回路、３０・・・アクテ
ィブ平滑用フィルタ、４０・・・インバータ回路。第１又ノーｆ２ノ第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）交流電源からの電圧を全波整流する整流回路、こ
の整流回路の出力を低域フィルタリングするフィルタ、
前記交流電源の周波数に対し十分高い周波数でオン・オ
フ動作することにより前記フィルタからの出力をパルス
状に出力するスイッチ素子、このスイッチ素子からの出
力を蓄えるチョークコイル、このチョークコイルと前記
スイッチ素子とが接続される点に一端が接続され前記ス
イッチ素子オフ動作期間中に導通するダイオード、前記
スイッチ素子オフ動作期間中に前記チョークコイルに蓄
えられたエネルギーを前記ダイオードを介して放電させ
るとこのエネルギーを蓄える平滑用コンデンサーからな
るアクティブ平滑フィルタをＡＣ−ＤＣコンバータに備
えたことを特徴とするＸ線高電圧装置。
（２）交流電源からの電圧を整流回路により全波整流し
この整流出力を平滑用コンデンサに蓄え、この平滑用コ
ンデンサに蓄えられるエネルギーを負荷抵抗に取出すＤ
Ｃ−ＡＣコンバータを備えたＸ線高電圧装置において、
前記整流回路と前記平滑用コンデンサとの間に介挿され
Ｘ線曝射期間中に前記整流回路から入力する電流を制限
する電流制限回路と、前記平滑用コンデンサから前記負
荷抵抗に所定のエネルギーを取出すように前記電流制限
回路の入力電流を制御する制御回路と、を具備したこと
を特徴とするＸ線高電圧装置。