JPH0426098A - インバータ式ｘ線装置 - 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、直流電源からの直流電圧をインバータを用い
て交流電圧に変換し、その出力電圧を昇圧すると共に整
流して直流電圧をＸ線管に供給してＸ線を放射するイン
バータ式Ｘ線装置に関し、特にインバータ入力電圧の電
圧降下や脈動があっても常に安定した管電圧をｘｍ管に
供給することができるインバータ式Ｘ線装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のインバータ式Ｘ線装置、特に共振現象を利用して
インバータの位相差と周波数を制御することにより負荷
であるＸ線管に管電圧を供給すると共にその管電圧を制
御可能な周波数位相差制御方式のＸ線装置は、第７図に
示すように、商用電源を整流して直流電圧を得る直流電
源１と、この直流電源１からの直流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電力を制御するイ
ンバータ２と、このインバータ２からの交流電圧を昇圧
する変圧器３と、この変圧器３からの出力を直流に変換
する整流回路４と、この整流回路４からの出力電圧を入
力してＸ線を放射するＸ線管５と、上記整流回路４の出
力側に接続されＸ線管５の管電圧を検出する管電圧検出
器６と、外部から与えられる目標管電圧Ｖｒ及び上記管
電圧検出器６からの検出信号（ｖｏ）を入力して両者を
比較演算し上記Ｘ線管５の管電圧■。が所定の電圧にな
るように上記インバータ２へ制御信号Ｓを送出するフィ
ードバック制御装置７とを備えて成っていた。そして、
上記フィードバック制御装置７は、目標管電圧Ｖｒ及び
上記管電圧検出器６で検出した管電圧■。を入力して両
者の差を演算する第一の比較手段８と、この演算結果を
入力してその積分値を得る積分調節手段９と、上記管電
圧■。を入力して定数倍する比例調節手段１０と、上記
管電圧■。を入力して微分する微分調節手段１１と、前
記積分調節手段９からの積分値及び比例調節手段１０か
らの定数倍値並びに微分調節手段１１からの微分値をそ
れぞれ入力して上記積分値から定数倍値及び微分値を差
し引きする第二の比較手段１２と、この第二の比較手段
１２で生成された管電圧設定信号Ｕｉを入力してインバ
ータ２の制御信号Ｓを決定し該インバータ２へ送出する
周波数位相決定手段１３とから構成されていた。

ここで、上記直流型ｇ１は、例えば第８図に示すような
内部構成とされており、５０−または６０Ｈｚの交流の
商用電源の電力を、ダイオードＤ１〜Ｄ４などの整流素
子で整流すると共に、コンデンサＣなどの平滑素子で平
滑することによって擬似的に直流電圧を得るようになっ
ている。そして、この直流電圧が第７図に示すインバー
タ２の入力電圧Ｖｉとなっていた。なお、第８図におい
ては、配線などによる回路抵抗をまとめて抵抗Ｒとして
示している。このような直流電源１は、負荷電流がｒｒ
　Ｏｕのときは出力電圧は商用電源の電圧の最大値を保
ち、負荷電流が多くなると出力電圧（Ｖ　ｊ、）が降下
したり、商用電源の交流周波数に応じた脈動が生じるも
のであった。

第７図及び第８図に示すように構成されたインバータ式
Ｘ線装置では、前述の管電圧設定信号ＵｉとＸ線管５の
管電圧Ｖ。どの関係は、インバータ２の入力電圧Ｖｊが
′１″としたとき、例えば第９図に示すように比例関係
にある。このときの比例定数をＧｖとする。また、管電
圧設定値が４８１　Ｐ＋としたとき、インバータ２の入
力電圧ＶｉとＸｖＡ管５の管電圧■。どの関係は、例え
ば第１０図に示すように比例関係にあり、その比例定数
をＧｅとする。このとき、上記管電圧設定信号Ｕｉとイ
ンバータ入力電圧Ｖｉと管電圧■。どの関係は、次式の
ようになる。

Ｖｏ＝　Ｇｖ−Ｇｅ−Ｕｉ−Ｖｉ　　　　　　　　−（
１）ところで、第７図に示すフィードバック制御袋Ｍ７
内の積分調節手段９及び比例調節手段１０並びに微分調
節手段１１は、ラプラス変換の演算子Ｓを用いて表現す
ると、それぞれ次のように表せる。ここで、Ｋｉ、Ｋｐ
、Ｋｄはそれぞれ定数である。

積分調節手段　９　：　Ｋｉ／ｓ 比例調節手段１０　：　ＫＰ 微分調節手段１１−：Ｋｄ−ｓ そして、これらのラプラス変換の演算子Ｓを用いて表現
した状態で第７図に示す従来のインバータ式Ｘ線装置の
制御ブロック図を示すと、第１１図のようになる。第１
１図において、符号１４は、第７図における周波数位相
決定手段１３とインバータ２と変圧器３と整流回路４と
Ｘ線管５と管電圧検出器６とをまとめて表現した制御対
象を示しており、前述の管電圧設定信号Ｕｉとインバー
タ入力電圧Ｖｉとから管電圧ｖ０を得るものである。

この制御対象１４については、入力が管電圧設定信号Ｕ
ｉとインバータ入力電圧Ｖｉの二つあるので、その入力
と出力との関係を前記第（１）式を用いてブロック図中
に表記した。このような状態で、目標管電圧Ｖｒとイン
バータ入力電圧ｖ１とから管電圧Ｖ。が得られるまでの
過程を、ラプラス変換による伝達関数で表すと次式のよ
うになる。

Ｖ、／Ｖｒ　＝　Ｋｉ−（３ｖ−Ｇｅ　・Ｖｉ／ｓ　（
Ｋｉ／ｓ＋Ｋｐ＋Ｋｄ−ｓ　）　−（２）この第（２）
式から、管電圧ｖ０は、インバータ２の入力電圧Ｖｉに
比例することがわかる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような従来のインバータ式Ｘ線装置におい
ては、上記第（２）式に示すように、インバータ２の入
力電圧ＶｉとＸ線管５の管電圧■。とは比例関係にある
ので２第８図に示すような直流電源１によって第７図に
示すインバータ２に電力を供給すると、第１２図に示す
ように、インバータ入力電圧■１が降下したり、脈動し
たりすることにより、管電圧ｖ０も降下したり、脈動し
たりするものであった。従って、目標管電圧Ｖｒに対し
、実際にｘｖＡ管５に供給される管電圧ｖＱは、正しく
一致しないことがあった。このような管電圧Ｖ。の降下
や脈動は、Ｘ線管５の出力Ｘ線量に大きく影響し、その
出力Ｘ線量が変動して、精度の高いＸ線撮影が阻害され
るものであった。

そこで１本発明は、このような問題点を解決し、インバ
ータ入力電圧の電圧降下や脈動があっても常に安定した
管電圧をＸ線管に供給することができるインバータ式Ｘ
線装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によるインバータ式
Ｘ線装置は、直流電源と、この直流電源からの直流を受
電して交流に変換するインバータと、このインバータか
らの交流電圧を昇圧する変圧器と、この変圧器からの出
力を直流に変換する整流回路と、この整流回路からの出
力電圧を入力してＸ線を放射するＸ線管と、上記整流回
路の出力側に接続されＸ線管の管電圧を検出する管電圧
検出器と、目標管電圧及び上記管電圧検出器からの検出
信号を入力して両者を比較演算し上記Ｘ線管の管電圧が
所定の電圧になるように上記インバータへ制御信号を送
出するフィードバック制御装置とを備えて成るインバー
タ式ＸｖＡ装置において、上記直流電源の出力側に、そ
の出力電圧を検出して上記フィードバック制御装置にイ
ンバータ入力電圧を送出する入力電圧検出器を設けると
共に、上記フィードバック制御装置内には、インバータ
入力電圧を取り込んで演算すると共に最終的には上記イ
ンバータ入力電圧を消去して管電圧設定信号を生成する
演算手段を設けたものである。

〔作　用〕

このように構成されたインバータ式Ｘ線装置は、直流電
源の出力側に設けられた入力電圧検出器により、上記直
流電源の出力電圧を検出してフィードバック制御装置に
インバータ入力電圧を送出し、上記フィードバック制御
装置内に設けられた消去演算手段により、上記インバー
タ入力電圧を取り込んで演算すると共に最終的にはその
インバータ入力電圧を消去して管電圧設定信号を出力す
るものである。これにより、インバータ入力電圧の電圧
降下や脈動があっても常に安定した管電圧をＸ線管に供
給することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明によるインバータ式Ｘ線装置の実施例を
示すブロック図である。このインバータ式Ｘ線装置は、
直流電源からの直流電圧をインバータを用いて交流電圧
に変換し、その出力電圧を昇圧すると共に整流して直流
電圧をＸ線管に供給してＸ線を放射するもので、図に示
すように、直流電源１と、インバータ２と、変圧器３と
、整流回路４と、Ｘ線管５と、管電圧検出器６と、フィ
ードバック制御装置７とを備えて成る。

上記直流電源１は、直流電圧を供給する装置であり、例
えば第８図に示すと同様に、５０Ｈｚまたは６０−の交
流の商用電源の電力を、ダイオードＤ０〜Ｄ、などの整
流素子で整流すると共に、コンデンサＣなどの平滑素子
で平滑することによって擬似的に直流電圧を得るように
なっている。そして、この直流電圧が後述のインバータ
２の入力電圧■１となる。なお、第１図においては、配
線などによる回路抵抗をまとめて抵抗Ｒとして示してい
る。

インバータ２は、上記直流型ｇ１から出力される直流電
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
して電力を制御するものである。

変圧器３は、上記インバータ２からの交流電圧を昇圧す
るもので、その−次巻線がインバータ２の出力側に接続
されている。整流回路４は、上記変圧器３からの出力を
直流に変換するもので、その変圧器３の二次巻線の出力
端に接続されている。

また、Ｘ線管５は、上記整流回路４からの出力電圧を入
力してｘｍを放射するもので、整流回路４の出力側に接
続されている。さらに、管電圧検出器６は、上記Ｘ線管
５に供給される管電圧を検出するもので、上記整流回路
４の出力側にてＸ線管５の入力側に接続されている。

そして、フィードバック制御装置７は、目標管電圧Ｖｒ
及び上記管電圧検出器６で検出した管電圧Ｖ。の信号を
入力して両者を比較演算し上記Ｘ線管５の管電圧■。が
所定の電圧になるように上記インバータ２へ制御信号Ｓ
を送出するもので、第７図に示す従来例と同様に、第一
の比較手段８と、積分調節手段９と、比例調節手段１０
と、微分調節手段１１と、第二の比較手段１２と、周波
数位相決定手段１３とを備えている。

ここで、本発明においては、前記直流電源１の出力側に
入力電圧検出器１５が設けられると共に、上記フィード
バック制御装Ｗ７内には消去演算手段が設けられている
。上記入力電圧検出器１５は、直流電源１からの出力電
圧を検出して上記フィードバック制御装置７にインバー
タ２への入力電圧Ｖｉを送出するもので、該直流電源１
の出力側にてインバータ２の入力側に接続されている。

また、消去演算手段は、上記インバータ入力電圧Ｖｉを
取り込んで演算すると共に最終的にはそのインバータ入
力電圧Ｖｉを消去して管電圧設定信号Ｕｉを生成するも
ので、上記入力電圧検出器１５によって検出したインバ
ータ入力電圧Ｖｉを入力してそのインバータ入力電圧Ｖ
ｉの逆数を演算する逆数演算手段１６と、この逆数演算
手段１６の出力と前記第二の比較手段１２の出力とを入
力してその積を演算し管電圧設定信号Ｕｉを出力する乗
算手段１７とから成る。そして、この乗算手段１７がら
出力された管電圧設定信号Ｕ１は、周波数位相決定手段
１３へ入力するようになっている。

次に、このように構成さ九たインバータ式Ｘ線装置の動
作について説明する。まず、外部からの目標管電圧Ｖｒ
と管電圧検出器６で検出したＸ線管５の管電圧Ｖ。とは
、フィードバック制御装置７内の第一の比較手段８へ入
力する。そして、この第一の比較手段８により両者の差
が演算される。

次に、上記第一の比較手段８からの演算結果は積分調節
手段９へ入力し、この積分調節手段９は、上記演算結果
を積分して第二の比較手段１２へ送出する。

一方、上記管電圧検出器６で検出した管電圧ｖｏは、フ
ィードバック制御装置７内の比例調節手段１０と微分調
節手段１１とにそれぞれ入力する。すると、上記比例調
節手段１０は入力した管電圧■。を定数倍し、微分調節
手段１１は上記入力した管電圧■。を微分して、それぞ
れ上記第二の比較手段１２へ送出する。これにより、第
二の比較手段１２は、上記積分調節手段９の出力から比
例調節手段１ｏ及び微分調節手段１１の出方をそれぞれ
差し引きし、その演算結果を上記乗算手段１７の一方の
入力端子へ送出する。これと同時に、前記入力電圧検出
器１５で検出したインバータ入力電圧Ｖｉは、フィード
バック制御装置７内の逆数演算手段１６へ入力する。す
ると、上記逆数演算手段１６は、入力したインバータ入
力電圧Ｖｉの逆数を演算し、その演算結果を上記乗算手
段１７の他方の入力端子へ送出する。

これにより、乗算手段１７は、前記第二の比較手段１２
からの出力と逆数演算手段１６からの出力との積を演算
して管電圧設定信号Ｕｉを生成し、周波数位相決定手段
１３へ送出する。すると、この周波数位相決定手段１３
は、上記生成された管電圧設定信号Ｕｊに応じてインバ
ータ２のスイッチングのタイミングを決定し、インバー
タ制御信号Ｓとして上記インバータ２へ送出する。その
結果、該インバータ２は、前記直流電源１が出力する直
流電圧を交流電圧に変換し、変圧器３へ送出する。

このような構成及び動作とされた本発明のインバータ式
Ｘ線装置の制御ブロック図を示すと、第２図のようにな
る。第２図において、符号１４は、従来例の説明のため
の第１１図と同様に周波数位相決定手段１３とインバー
タ２と変圧器３と整流回路４とＸ線管５と管電圧検出器
６とをまとめて表現した制御対象を示しており、前述の
管電圧設定信号Ｕｉとインバータ入力電圧Ｖｉとから管
電圧Ｖ、を得るものである。そして、目標管電圧Ｖｒと
インバータ入力電圧Ｖｉとから管電圧Ｖ、が得られるま
での過程を、ラプラス変換による伝達関数で表すと次式
のようになる。

Ｖ、／Ｖｒ　＝　Ｋｉ　・Ｇｖ−Ｇｅ／ｓ　（Ｋｉ／ｓ
＋Ｋｐ＋Ｋｄ−ｓ　）　−（３）ここで、第２図から明
らかなように１乗算手段１７に対して逆数演算手段１６
からインバータ入力電圧Ｖｉの逆数ｃ１＝１／ｖｉが入
力しているので、第（３）式においてはＶｉの項が消去
されており、管電圧Ｖ。は、インバータ入力電圧Ｖｉに
関係しないことがわかる。すなわち、インバータ２への
入力電圧Ｖｉが変動してもＸ線管５の管電圧■。には全
く影響しないこととなる。この関係をグラフで表すと第
３図に示すようになり、インバータ入力電圧Ｖｉが降下
したり、脈動したりしても、最終出力である管電圧ｖ０
は、目標管電圧Ｖｒと一致した状態で安定し、且つ良好
な波形を示している。

第４図は本発明の第二の実施例を示すブロック図である
。この実施例は、第１図における直流電源１をバッテリ
１８に置き換えたものである。バッテリ１８は、第８図
で説明した商用電源を整流して直流に変換した直流電源
１とは異なり、電圧の脈動はない。しかし、内部の化学
反応により電力を発生しているので、連続的に電力を取
り出すと、第５図に示すように、インバータ入力電圧Ｖ
ｉも大きく降下する。ところが、本発明によれば、第（
３）式から明らかなように、管電圧■。はインバータ入
力電圧Ｖｉに関係しないので、第５図に示すように、イ
ンバータ入力電圧Ｖｉが大きく降下しているにもかかわ
らず、管電圧ｖ０は安定することとなる。

第６図は本発明の第三の実施例を示す要部のブロック図
である。この実施例は、第１図及び第４図に示すフィー
ドバック制御装置ｆ７において、逆数演算手段１６と乗
算手段１７との組み合わせから成る消去演算手段を、一
つの除算手段１９に置き換えたものである。この除算手
段１９は、前記第二の比較手段１２からの出力を一方の
入力端子へ取り込むと共に、入力電圧検出器１５からの
インバータ入力電圧Ｖｉを他方の入力端子へ取り込み、
上記第二の比較手段１２からの出力をインバータ入力電
圧Ｖｉで除算するものである。この場合も、前記第（３
）式に示すと同様に、Ｖｉの項が消去されて、管電圧■
。は、インバータ入力電圧Ｖｉに関係しないこととなる
。

なお、以上の各実施例においては、フィードバック制御
装置！７内において積分ｉ１１節手段９と比例調節手段
１０と微分調節手段１１とを組み合わせたものとして示
したが、本発明はこれに限らず、いずれか二つの調節手
段を組み合わせたもの、或いは積分調節手段９のみまた
は比例調節手段１０のみとしてもよい、また、上記フィ
ードバック制御装置７内の各種演算手段は、オペアンプ
などによるハードウェア演算器で構成してもよい、さら
に、上記フィードバック制御装ｆ１１７内における各種
比較及び演算は、マイクロプロセッサまたはシグナルプ
ロセッサなどを用いてソフトウェアにより実行してもよ
い。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されたので、直流電源１の出
力側に設けられた入力電圧検出器１５により、上記直流
電源１の出力電圧を検出してフィードバック制御装置７
にインバータ入力電圧Ｖｉを送出し、上記フィードバッ
ク制御袋Ｍ７内に設けられた消去演算手段により、上記
インバータ入力電圧Ｖｉを取り込んで演算すると共に最
終的にはそのインバータ入力電圧Ｖｉを消去して管電圧
設定信号Ｕｉを出力することができる。これにより、イ
ンバータ入力電圧Ｖｉの電圧降下や脈動があっても常に
安定した管電圧ｖ０をＸ線管５に供給することができる
。従って、目標管電圧Ｖｒに対し、実際にＸ線管５に供
給する管電圧ｖ０を正しく一致させることができる。こ
のことから、上記Ｘ線管５の出力Ｘ、＠量を正確に制御
することノでき、精度の高いＸ線撮影を可能とすること
が１きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインバータ式Ｘ線装置Ｑ実施例を
示すブロック図、第２図はその動作を語明するための制
御ブロック図、第３図は本発明シ４おけるインバータ入
力電圧と管電圧との関係を云すグラフ、第４図は本発明
の第二の実施例を示１ブロック図、第５図は第二の実施
例におけるインバータ入力電圧と管電圧との関係を示す
グラフ、第６図は本発明の第三の実施例を示す要部のブ
ロック図、第７図は従来のインバータ式Ｘ線装ｗも示す
ブロック図、第８図は直流電源の内部構成を示す回路図
、第９図は管電圧設定信号と管電圧との比例関係を示す
グラフ、第１０図はインバータ入力電圧と管電圧との比
例関係を示すグラフ、第１１図は従来例の動作を説明す
るための制御ブロック図、第１２図は従来例におけるイ
ンバータ入力電圧と管電圧との関係を示すグラフである
。 １・・・直流電源、　２・・・インバータ、　　３・・
・変圧器、　４・・・整流回路、　５・・・Ｘ線管、　
６・・・管電圧検出器、　　７・・・フィ・−ドパツク
制御装置、　　１５・・・入力電圧検出器、　１６・・
・逆数演算手段。 １７・・・乗算手段、　１８・・・バッテリ、　１９・
・・除算手段、　　Ｖｒ・・・目標管電圧、　ｖ６・・
・管電圧。 Ｖｉ・・・インバータ入力電圧、　Ｕｉ・・・管電圧設
定信号、　Ｓ・・・インバータ制御信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源と、この直流電源からの直流を受電して交流に
   変換するインバータと、このインバータからの交流電圧
   を昇圧する変圧器と、この変圧器からの出力を直流に変
   換する整流回路と、この整流回路からの出力電圧を入力
   してＸ線を放射するＸ線管と、上記整流回路の出力側に
   接続されＸ線管の管電圧を検出する管電圧検出器と、目
   標管電圧及び上記管電圧検出器からの検出信号を入力し
   て両者を比較演算し上記Ｘ線管の管電圧が所定の電圧に
   なるように上記インバータへ制御信号を送出するフィー
   ドバック制御装置とを備えて成るインバータ式Ｘ線装置
   において、上記直流電源の出力側に、その出力電圧を検
   出して上記フィードバック制御装置にインバータ入力電
   圧を送出する入力電圧検出器を設けると共に、上記フィ
   ードバック制御装置内には、インバータ入力電圧を取り
   込んで演算すると共に最終的には上記インバータ入力電
   圧を消去して管電圧設定信号を生成する演算手段を設け
   たことを特徴とするインバータ式Ｘ線装置。