JPH04181698A - 共振型インバータ式x線高電圧装置 - Google Patents

共振型インバータ式x線高電圧装置

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JPH04181698A
JPH04181698A JP30976790A JP30976790A JPH04181698A JP H04181698 A JPH04181698 A JP H04181698A JP 30976790 A JP30976790 A JP 30976790A JP 30976790 A JP30976790 A JP 30976790A JP H04181698 A JPH04181698 A JP H04181698A
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JP
Japan
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voltage
circuit
inverter
frequency
phase difference
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Application number
JP30976790A
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English (en)
Inventor
Keishin Hatakeyama
畠山 敬信
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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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、共振型インバータを用いてX線管に高電圧を
印加する共振型インバータ式X線高電圧装置に関し、特
に、装置全体を小型、軽量化できるとともに透視から撮
影までの広範囲の負荷に対する出力電圧を制御すること
ができる共振型インバータ式X線高電圧装置に関する。
〔従来の技術〕
一般に、共振型インバータ式X線高電圧装置は、直流電
源電圧を高周波交流に変換する共振型インバータと、こ
の共振型インバータの出力電圧を昇圧する高圧変換器と
、この高圧変圧器の出力電圧を整流する整流回路と、こ
の整流回路の出力電圧が印加されるX線管とを有して構
成されている。
このようなX線高電圧装置の小型、軽量化を図るには、
上記の高圧変圧器を小型、軽量のものとすることが最も
有効である。そして、その高圧変圧器は、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、軽量化を図
ることができる。
そして、このような高圧変圧器への入力電圧を高周波化
する手段として、従来、米国特許第4225788号明
細書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。これは、高圧変圧器の漏れインダクタンスと
、これに直列に接続された共振用コンデンサとの共振を
利用したもので、インバータの周波数を制御して負荷と
してのX線管に供給する電圧を制御するようになってい
る。
また、特開昭63−190556号公報に記載されてい
るように、共振型インバータの対向する二組のスイッチ
ング素子のオン・オフの位相をずらすことによってイン
バータ電流を遮断し、出力電圧を制御するようにしたも
のもある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記米国特許第4225788号明細書に記載
されたものにおいては、出力を小さくするためにインバ
ータ周波数を低くすると、高圧変圧器に印加される電圧
の時間積分値が大きくなるため。
高圧変圧器の小型化に限界がある。
また、特開昭63−190556号公報に記載されてい
るものにおいては、スイッチング素子のオン・オフの位
相をずらすことによってインバータ電流を遮断して出力
電圧を制御するので、そのインバータのスイッチング素
子にはトランジスタ、GTO(Gate Turn 0
ff)などのような自己遮断素子を必、要とするもので
あったにのため、出力の大きい領域においては大きな電
流を遮断するので、これらの自己遮断素子のスイッチン
グ損失や、これを抑制するためのスナバ回路(スイッチ
ング時に発生するエネルギを吸収する回路)の損失が大
きくなるものであった それ故1本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところのものは、装
置全体の小型、軽量化を図るとともに、インバータ回路
の損失を小さくし、透視から撮影までの広範囲の負荷に
対する出力電圧を制御することができる共振型インバー
タ式X線高電圧装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
このような目的を達成するために、本発明は、基本的に
は、直流電源と、この直流電源を高周波交流に変換する
共振型インバータと、この共振型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整流回路と、この
整流回路の出力電圧が印加されるX線管とを有する共振
型インバータ式X線高電圧装置において、前記共振型イ
ンバータを制御する制御パルスを出力させる周波数制御
回路、および位相差制御回路とを設け、前記周波数制御
回路は、大きい負荷条件の場合に駆動され、実際の管電
圧と予め設定された管電圧とを比較してその両者が一致
するように前記制御パルスの周波数を設定するとともに
、前記位相差制御回路は、小さい負荷条件の場合に駆動
され、実際の管電圧と予め設定された管電圧とを比較し
てその両者が一致するように前記制御パルスの位相を設
定するようにしたことを特徴とするものである。
【作  用〕
このようにして構成される共振型インバータ式X線高電
圧装置は、大きい負荷条件の場合には周波数制御回路が
駆動され、予め設定された管電圧になるように制御され
る。
そして、小さい負荷条件の場合には前記周波数制御回路
は駆動されることはなく1位相差制御回路が駆動されて
、予め設定された管電圧になるように制御されるように
なる。
このため、共振型インバータを制御するパルスの周波数
を低くすることによる高圧変圧器に印加される電圧の時
間積分値が大きくなってしまう弊害を除去することがで
きる。
また、前記位相差制御回路においては、小さい負荷条件
の場合に駆動されることから、共振型インバータにおけ
る電流遮断は小さな電流が対象となり、これによりイン
バータ回路の損失を小さくすることができるようになる
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。
第1図は、本発明による共振型インバータ式X線高電圧
装置の一実施例を示す回路図である。
同図においては、共振型インバータを用いてX線管に高
電圧を印加するものを示している。図に示すように、直
流電源1と、インバータ2と、高圧変圧器3と、整流回
路4と、X線管5と、分圧器6と、信号変換回路7とを
有し、さらに操作卓8と、負荷条件判定回路9と、周波
数制御回路10と、周波数決定回路12と、位相差制御
回路11と、切替スイッチ14と、パルス分配回路15
と、トランジスタのベース駆動回路16a、16b、1
6c、16dとを備えている。
上記インバータ2は、直流電源1から供給される直流電
圧を高周波交流に変換するもので、トランジスタTr1
.Tr2、Trl、Tr4と、これら各トランジスタT
r1、Tr2、Tr3、Tr4のそれぞれに逆並列に接
続されたダイオードD0、D2、Dl、D4とでフルブ
リッジ型インバータを構成している。なお、このインバ
ータ2の出力は、共振用コンデンサC工を介して高圧変
圧器3に入力されるようになっている。
そして、高圧変圧器3は、上記インバータ2からの出力
電圧を入力して昇圧するもので、インバータ2の側に接
続される一次巻線と、整流回路4の側に接続される二次
巻線とを有している。
また、整流回路4は、上記高圧変圧器3からの出力電圧
を入力して全波整流するもので、この整流された電圧を
静電容量C2を有する高圧ケーブルを介して次のX線管
5に印加するようになっている。
さらに、X線管5は、上記整流回路4の出力電圧が印加
され1図示しない被検体にX線を放射するものである。
ここで1本実施例においては、上記インバータ2の周波
数を制御する手段(周波数制御回路10)と、インバー
タ2の位相差を制御する手段(位相差制御回路11)と
、これらを負荷条件で切替える手段(切替スイッチ14
)等が設けられている。
負荷条件を判定するための負荷条件判定回路9は、操作
卓8により設定されて出力される管電圧設定信号と管電
流設定信号により、負荷の大小を判定し、負荷が大きい
ときは切替スイッチ14をa側にしてインバータの周波
数を制御し、負荷が小さいときは切替スイッチ14をb
側にしてインバータの位相差を制御するようになってい
る。
たとえば、負荷条件判定回路9において、負荷が大きい
と判定 れだときは、「0」信号が出力され、このrO
J信号により切替スイッチ14をa側に切り替えるよう
になっている。また、負荷が小さいと判定されたときは
、「11信号が出力され、この「1」信号により切り替
えスイッチ14をb側に切り替えるようになっていると
ともに、該「1」信号は後述する周波数決定回路12に
入力されるようになっている。
上記周波数制御回路10は、操作卓8からの管電圧設定
信号に対応する管電圧設定値と、信号変換回路7を介し
て分圧器6から得られる実際の管電圧値とを一致させる
ようにインバータ2の動作周波数を制御する制御信号を
発生するようになっている。
この周波数制御回路10の具体的な構成はたとえば第2
図に示すようになっている。
同図において、演算回路21があり、この演算回路21
には、前記管電圧設定値V工に対応する管電圧設定信号
と、信号変換回路7がらの電圧値v2に対応する信号が
入力されるようになっている。そして、この演算回路2
1では、Vl−V2(= VL)の差分演算が行なわれ
るようになっている。
電圧値viに対応する信号は鋸歯状波回路22゜23に
入力されるようになっている。鋸歯状波回路22.23
はそれぞれ同し特性を有するものであり、入力の電圧値
V、に対応する勾配をもっ鋸歯状信号を出力するように
なっている。
鋸歯状波回路22からの出力は、比較器23に入力され
、この比較器23において電圧@V、と比較されるよう
になる。この比較の結果、鋸歯状波回路22からの出力
が電圧値■。よりも小さい場合には、「1」信号が出力
されることになる。
そして、鋸歯状波回路22からの出力が電圧値voより
も大きくなった場合、rOJ信号が出力されるようにな
る。
この際、該「O」信号は、鋸歯状波回路22をリセット
させるとともに、インバータ24を介して鋸歯状波回路
23をセットさせるようになっている。そして、この鋸
歯状波回路23の出力は、比較器25に入力され、この
比較器25において。
電圧値veと比較されるようになっている。これにより
、比較器25からの出力は電圧値が下がる鋸歯状波信号
が得られるようになる。
そして、この鋸歯状波信号は、0■値検出器26に入力
され、Ovを検出した際に鋸歯状波回路22をセットす
るようになっている。
このように構成してなる周波数制御回路10は、第3図
(a)、(b)のそれぞれの上段に示すように、 V 
L −V 2 (= v = )の電圧値に応じた勾配
を有する三角波信号が得られるようになり、前記比較器
23により第3図(a)、(b)のそれぞれの下段に示
すような周波数を有する信号が出力されるようになる。
このため、第3図(c)に示すように、VI−v2(=
V、)の電圧値に比例した周波数を有する信号が出力さ
れるようになる。
また、上記位相差制御回路11は操作卓8からの管電圧
設定信号に対応する管電圧設定値と、信号変換回路7を
介した分圧器6から得られる実際の管電圧値とを一致さ
せるようにインバータ2の位相差を制御する信号を発生
するようになっている。
この位相差制御回路11の具体的な構成はたとえば第4
図に示すようになっている。
同図において、周波数決定回路12から予め定められた
周波数を有する信号が鋸歯状波回路31に入力されるよ
うになっている。この鋸歯状波回路31では、前記入力
信号において「1」信号にのみ対応して電圧が上昇する
鋸歯状信号が得られるようになっている。そして、この
鋸歯状信号は比較器32に入力されるようになっている
一方、演算回路33があり、この演算回路33には、前
記管電圧設定値V、に対応する管電圧設定信号と、信号
変換回路7からの電圧値v2に対応する信号が入力され
るようになっている。そして、この演算回路33では、
V、−V2(=V、)の差分演算が行なわれるようにな
っており、このV、に対応する電圧値は前記比較器32
に入力されるようになっている。
この比較器32では、鋸歯状波回路31からの出力が演
算回路33からの出力よりも人きい場合にのみ「1」信
号を出力するようになっている。
このように構成してなる位相差制御回路11は、第5図
(a)の中段、第5図(b)の上段にそれぞれ示すよう
に、Vよ−V2(=V、)の電圧値に応じた勾配を有す
る鋸歯状波信号が得られるようになり、前記比較器32
により第5図(a)、(b)のそれぞれの下段に示すよ
うに位相φ1、φ2がずれた信号が出力されるようにな
る。
このため、第5図(c)に示すように、■□−V2(=
V□)の電圧値に比例した位相差を有する信号が出力さ
れるようになる。
次に、このように構成された共振型インバータ式X線高
電圧装置の動作について説明する。
(1)まず、出力電圧(管電圧X管電流)の大きい負荷
条件の時について説明する。
この条件のときは、操作卓8からの管電圧と管電流の設
定信号が負荷条件判定回路9に入力される。この負荷条
件判定回路9で負荷が大きいと判断されると、この負荷
条件判定回路9の出力信号で切替スイッチ14がa側に
閉じられる。
そして、操作卓8で設定された管電圧設定信号(電圧値
V、に対応する)と実際の管電圧設定信号(電圧値v2
に対応する)とが周波数制御回路10に入力され、これ
らの電圧差(vx −vz)に応じた周波数のパルスを
生成する。
このパルスは切替スイッチ14を介してパルス分配回路
15に入力され、第6図の(a)〜(d)に示すパルス
を生成するようになる。これらパルスはそれぞれ駆動回
路16a、16b、16c。
16dへ入力されて増幅される。
そして、増幅された各信号は、インバータ2の各トラン
ジスタTr、、Tr2、Tr、、Tr4のそれぞれのベ
ースに人力され、それぞれのトランジスタTr、、T 
r、、 T r、、 T r4を駆動するようになる。
この際、正の半サイクルでたとえば第1のにランジスタ
Tr□および第4のトランジスタTr4をオンすると、
回路のコンデンサとインダクタンスで定まる振動周期(
共振電流)の電流が高圧変換器3に流れるようになる。
この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、上記高圧変圧器3の一次巻線に直列
に接続された共振用コンデンサと、該高圧変圧器3の二
次巻線の層間に存在する浮遊容量と、整流回路4からX
@’fi5に至る高圧ケーブルの浮遊容量とからなって
いる。また、インダクタンスは、上記高圧変圧器4の漏
れインダクタンスと配線のインダクタンスとからなって
いる。
そして、この場合の共振型インバータの動作は次のよう
になっている。
駆動回路16a、16b、16c、16dからの駆動信
号により9時刻t1の時点で、第6図(a)、(b)に
示すように、第1のトランジスタTr□及び第4のトラ
ンジスタTr4がオンされると、第1図において、共振
電流は、第1のトランジスタTr、a共振用コンデンサ
C1り高圧変圧器3の一次巻線り第4のトランジスタT
r4の回路で共振周波数の弧を描いて流れ、同図(e)
、(f)に斜線を付して示す第1及び第4アーム電流波
形となる。
次に、ある時間後には共振電流は零になり、その後、今
度は逆方向に、第4のダイオード[)4=>高圧変換器
3の一次巻線#共振用コンデンサC0#第1のダイオー
ドD1の回路で共振周波数の弧を描いて流れ、同図(e
)、(f)に斜線を付さないで示す第1及び第4のアー
ム電流波形となる。
この際、上記各駆動回路16a、16b、16C116
dから第1のトランジスタTr□及び第4のトランジス
タTr4に供給するベース電流を第6図に示す共振電流
の負の半周期の任意の時点t2で零にすれば、上記第1
のトランジスタTr1及び第4のトランジスタTr4の
遮断電流は零にとなって、スイッチング損失はほとんど
生じなくなる。
次に、時刻し、の時点で、第6図(c)、(d)に示す
ように第2のトランジスタTr2及び第3のトランジス
タTr、がオンされると、第1図において共振電流は、
前記とは逆方向に第2のトランジスタTr2から第3の
トランジスタTr、に向かう回路で共振周波数の弧を描
いて流れ、同図(g)、(h)に斜線で付して示す第2
および第3のアーム電流波形となる。
次に、ある時間後には共振電流は零となり、その後、今
度は逆方向に、第三のダイオードD、から第二のダイオ
ードD2に向かう回路で共振周波数の弧を描いて流れ、
同図(g)、(h)に斜線を付さないで示す第二及び第
三のアーム電流波形となる。
これらの動作により、高圧変圧器3の1次巻線には第6
図(i)に示す共振電流が流れ、この共振電流から上記
高圧変圧器3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流れ、二次側の出力電圧は第
6図(j)に示す波形となる。
この電圧を整流回路4で整流し、X線管5に至る高圧ケ
ーブルの浮遊容量で平滑されてX線管5に印加されるよ
うになる。
以下、同様にして、共振型インバータは、操作卓8から
出力される管電圧設定信号に基づいて動作し、X線管5
に印加される管電圧は上昇して行く。
そして、分圧器6で検出された実際の管電圧と操作卓8
からの設定管電圧とが一致するように周波数制御回路1
0でフィードバック制御されて管電圧の安定化が図れる
ようになる。
(2)次に、出力電力(管電圧×管電圧)の小さい負荷
条件の場合について説明する。
負荷条件判定回路9により、負荷が小さいと判断される
と、この負荷条件判定回路9の出力信号で切替スイッチ
14がb側に閉じられる。そして、操作卓8で設定され
た管電圧設定信号(電圧値V、に対応する)と実際の管
電圧信号(電圧値v2に対応する)とが位相差制御回路
12に入力され、これらの電圧差(V、−V、)に応じ
た位相差を有するパルスが生成されるようになる。
なお、前記位相差制御装置111は、負荷条件判定回路
9からの出力に基づいて駆動される周波数決定回路12
により周波数が特定されたパルスが形成され、このパル
スの位相が変化するようになっている。
前記パルスに基づいて、第7図(a)〜(d)に示す位
相差αのパルスがパルス分配回路15で生成され、これ
ら各パルスが駆動回路16a〜16dへ入力され増幅さ
れる。
そして、増幅された各信号は、インバータ2のトランジ
スタTr工〜TR,のベースに入力され。
トランジスタTr□とトランジスタTr4の位相差及び
トランジスタTr2とトランジスタTr、の位相差をα
としてそれぞれのトランジスタT r 1〜TR4が駆
動される。
ここで、この際の共振型インバータの位相差制御は1位
相差信号発生回路13から出力される位相差信号により
、第7図(a)、(c)に示すように、第一のトランジ
スタTr□と第二のトランジスタTr2はそれぞれ18
0度の位相差で交互にオンするとともに、第三のトラン
ジスタTr。
と第四のトランジスタTr4もそれぞれ180度の位相
差で交互にオンする。第一のトランジスタTr、がオン
してから第四のトランジスタTr4がオンするまでの位
相差をαとするとともに、第二のトランジスタTr2が
オンしてから第三のトランジスタTr3がオンするまで
の位相差もαとするように制御する。
このように共振型インバータの位相差を制御することに
よって、前述の負荷が大きい場合と同様に回路のコンデ
ンサとインダクタンスで定まる振動周期で共振し、第一
〜第四のアーム電流波形は第7図(e)〜(h)に示す
ようになり、高圧変圧器3の1次巻線には第7図(i)
に示す共振電流が流れ、この共振電流から上記高圧変圧
器3の励磁電流と2次巻線の浮遊容量に流れる電流とを
減じた交流電流が流れ、2次側の出力電圧は第7図(j
)に示す波形となる。この電圧を整流回路4で整流し、
X線管5に至る高圧ケーブルの浮遊容量で平滑されてX
線管5に印加される。
このような位相差制御においては、各トランジスタTr
l〜Tr4は電流を遮断することになるが、負荷電流が
小さいためにトランジスタTr工〜Tr、のスイッチン
グ損失は非常に小さなものになる。
このようにして、共振型インバータは、操作卓8から出
力される管電圧設定信号に基づいて動作し、X線管5に
印加される管電圧は上昇して行く。
そして1分圧器6で検出された実際の管電圧と操作卓8
からの設定電圧とが一致するように位相差制御回路12
でフィードバック制御されて管電圧の安定化が図れるよ
うになる。
以上説明したことから明らかなように本実施例によれば
、大きい負荷条件の場合には周波数制御回路10が駆動
され、予め設定された管電圧になるように制御される。
そして、小さい負荷条件の場合には前記周波数制御回路
10は駆動されることはなく1位相差制御回路11が駆
動されて、予め設定された管電圧になるように制御され
るようになる。
このため、共振型インバータ2を制御するパルスの周波
数を低くすることによる高圧変圧器3に印加される電圧
の時間積分値が大きくなってしまう弊害を除去すること
ができる。
また、前記位相差制御回路11においては、小さい負荷
条件の場合に駆動されることから、共振型インバータに
おける電流遮断は小さな電流が対象となり、これにより
インバータ回路の損失を小さくすることができるように
なる。
上述した実施例によれば、負荷が大きいときは電流零で
トランジスタをオフするので、トランジスタのスイッチ
ング損失を小さくでき、負荷が小さいときは周波数を下
げずどもインバータの位相差制御で出力の制御ができる
ようになる。
したがって、高圧変圧器の小型化とインバータ容量の低
減が図れ、透視から撮影の広範囲の負荷に対応できるX
線高電圧装置を提供できる。
また、上述の実施例では、周波数制御と位相差制御を二
つの負荷条件で切り替える例を提示したが、これに限定
するものでなく、多種多様の負荷条件で切り替えてもよ
い。
また、切り替えの判定条件を管電圧と管電流から求めた
ものであるが、これに限定されず、管電圧あるいは管電
流から求めてもよい。但し、トランジスタのスイッチン
グ損失に重点を置くときは管電流で判定するのがよく、
高圧変圧器の小型に重点をおくときは管電圧で判定する
のがよい。
なお、第1図においては、インバータのスイッチング素
子にトランジスタを用いた例を揚げだれが、これは他の
自己遮断素子(GT○、IGBT等)を用いてもよいこ
とはいうまでもない。
また、共振型インバータとして、インバータ外部に共振
用コンデンサを有する方式として説明したが、本発明は
これに限らず、高圧変圧器3自体の持っている漏れイン
ダクタンスと浮遊容量とを共振させる方式としてもよい
ことはもちろんである。
さらに2インバータはハーフブリッジ式のものであって
もよいことはもちろんである。
〔発明の効果〕
以上説明したことから明らかなように1本発明による共
振型インバータ式X線高電圧装置によれば、高圧変圧器
の小型化とインバータ容量の低減及び透視から撮影まで
の広範囲にわたって制御が可能なものが得られるように
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による共振型インバータ式X線高電圧
装置の一実施例を示す回路図。 第2図は、本発明による共振型インバータ式X線高電圧
装置に用いられる周波数制御回路の一実施例を示す回路
図、 第3図は1周波数制御におけるパルス発生の動作原理を
示す説明図、 第4図は1本発明による共振型インバータ式X線高電圧
装置に用いられる位相差制御回路の一実施例を示す回路
図、 第5図は、位相差制御におけるパルス発生の動作原理を
示す説明図。 第6図は、周波数制御におけるインバータ回路各部の動
作波形を示す説明図、 第7図は1位相差制御におけるインバータ回路各部の動
作波形を示す説明図である。 図中、 1・・直流電源、2・・・インバータ、3・・高圧変圧
器、4・・・整流回路、5・・・X線管、6・・・分圧
器、7・・・信号変換回路、8・・・操作卓、9・・・
負荷条件判定回路、10・・・周波数制御回路、11・
・・位相差制御回路。 12・・・周波数決定回路、14・・・切替スイッチ、
15・・パルス分配回路、16・・・駆動回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、直流電源と、この直流電源を高周波交流に変換する
    共振型インバータと、この共振型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
    整流する整流回路と、この整流回路の出力電圧が印加さ
    れるX線管とを有する共振型インバータ式X線高電圧装
    置において、前記共振型インバータを制御する制御パル
    スを出力させる周波数制御回路、および位相差制御回路
    とを設け、前記周波数制御回路は、大きい負荷条件の場
    合に駆動され、実際の管電圧と予め設定された管電圧と
    を比較してその両者が一致するように前記制御パルスの
    周波数を設定するとともに、前記位相差制御回路は、小
    さい負荷条件の場合に駆動され、実際の管電圧と予め設
    定された管電圧とを比較してその両者が一致するように
    前記制御パルスの位相を設定するようにしたことを特徴
    とする共振型インバータ式X線高電圧装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0822896A (ja) * 1994-07-08 1996-01-23 Hamamatsu Photonics Kk X線装置
CN112400359A (zh) * 2018-06-30 2021-02-23 万睿视影像有限公司 X射线管诊断系统

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CN112400359A (zh) * 2018-06-30 2021-02-23 万睿视影像有限公司 X射线管诊断系统
CN112400359B (zh) * 2018-06-30 2022-05-13 万睿视影像有限公司 X射线管诊断系统

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