JPH0541291A

JPH0541291A - インバータ式ｘ線高電圧装置

Info

Publication number: JPH0541291A
Application number: JP22128591A
Authority: JP
Inventors: Keishin Hatakeyama; 敬信畠山
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1991-08-07
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1993-02-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、インバータ式Ｘ線高電圧装置におい
て、高周波化によって発生するスイッチング損失を低減
し、この損失による発熱を抑制するための放熱、冷却構
造を簡単化して、装置全体の小型化、軽量化を図ること
を目的とする。【構成】インバータ式Ｘ線高電圧装置において、管電
圧、管電流等の設定信号によりインバータ２のトランジ
スタの動作位相を決定する位相決定回路９と、インバー
タ２の左側のストリングのトランジスタと右側のストリ
ングのトランジスタをスイッチを先に投入する動作を１
周期毎に交互に行なわせる位相制御回路１０を設けたも
のである。【効果】トランジスタを交互に動作させるためスイッチ
ング損失が低減するので、これによる熱を放熱、冷却す
るヒートシンク、ファンを小さくでき、装置の小型、軽
量化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータを用いてＸ
線管に高電圧を印加するインバータ式高電圧装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、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インバータ
と、このインバータの出力電圧を昇圧する高電圧変圧器
と、この高電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。

【０００３】このようなＸ線高電圧装置の小型、軽量化
を図るには、上記の高電圧変圧器を小型、軽量のものと
することが最も有効である。そして、この高電圧変圧器
への入力電圧の周波数を高くすることによって高電圧変
圧器の小型、軽量化を図ることができる。そして、この
ような高電圧変圧器への入力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、高電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・オフに位相差を付ける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ものもある。

【０００４】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、高電圧変圧器に
印加される電圧の時間積分値が大きくなるため、高電圧
変圧器の小型化に限界がある。これは、特開昭６３−１
９０５５６号に記載されている方法で、より小型のもの
が可能である。図５は特開昭６３−１９０５５６号に記
載されている方法によるＸ線高電圧装置の回路図であ
る。このＸ線高電圧装置は、二次電池などの直流電源１
と、インバータ２と、高電圧変圧器３と、共振コンデン
サ６と、整流器４と、Ｘ線管５とを有している。

【０００５】上記インバータ２は、上記直流電源１から
の直流を交流に変換するもので、該直流電源１の正極に
接続された第一のスイッチとしてのトランジスタＴｒ₁
及びその負極に接続された第二のスイッチとしてのトラ
ンジスタＴｒ₂からなる第一の直列接続体と、上記トラ
ンジスタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₂に並列に設けられた
第三のスイッチとしてのトランジスタＴｒ₃及び第四の
スイッチとしてのトランジスタＴｒ₄からなる第二の直
列接続体と、上記各トランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄にそれぞ
れ逆並列接続されたダイオードＤ₁〜Ｄ₄とからなる。な
お、上記各トランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄は、それぞれベー
ス電流を流すことによってターンオンするようになって
いる。また、トランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄の各々にはスナ
バ回路が接続されているがここでは省略する。

【０００６】高電圧変圧器３は、上記インバータ２の出
力側に接続され該インバータ２からの出力電圧を昇圧す
るもので、所定の巻数比を有すると共に、漏れインダク
タンスＬｓ及び浮遊容量Ｃｓを有している。そして、高
電圧変圧器３の一次巻線には直列に共振コンデンサ６が
接続されている。この高電圧変圧器３の一次巻線と直列
に接続された共振コンデンサ６の静電容量Ｃｒと前記高
電圧変圧器３の漏れインダクタンスＬｓとが共振素子と
して用いられる。なお、直列共振とするために、上記高
電圧変圧器３の浮遊容量Ｃｓは上記共振コンデンサ６の
静電容量Ｃｒより非常に小さい値に設定されている。整
流器４は、上記高電圧変圧器３からの出力電圧を全波整
流して直流に変換するもので、四つのダイオードＤ₅〜
Ｄ₈からなる。そして、上記整流器４の出力側には、Ｘ
線管５が接続されている。また、Ｃｈは上記整流器４の
出力電圧をＸ線管５に印加するための高電圧ケーブルの
静電容量であり、該整流器４からの出力電圧を平滑する
ものである。

【０００７】そして、上記インバータ２の第一のスイッ
チとしてのトランジスタＴｒ₁と第二のスイッチとして
のトランジスタＴｒ₂は、該インバータ２の動作周波数
にて１８０°の位相差で交互にターンオンさせ、第三の
スイッチとしてのトランジスタＴｒ₃と第四のスイッチ
としてのトランジスタＴｒ₄も同じく１８０°の位相差
で交互にターンオンさせると共に、第一のトランジスタ
Ｔｒ₁がターンオンしてから第四のトランジスタＴｒ₄が
ターンオンする位相差、及び第二のトランジスタＴｒ₂
がターンオンしてから第三のトランジスタＴｒ₃がター
ンオンする位相差を適宜変化させることによって、上記
Ｘ線管５に供給する電力を制御するようになっている。

【０００８】次に、このように構成されたＸ線高電圧装
置の動作について説明する。最初に、出力電力が最大と
なるように制御する場合の動作を、図５、図６を参照し
て説明する。インバータ２の各トランジスタＴｒ₁〜Ｔ
ｒ₄の動作位相を図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、ト
ランジスタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₂は１８０°の位相
差で交互にオンし、トランジスタＴｒ₄とトランジスタ
Ｔｒ₃は１８０°の位相差で交互にオンするとともに、
トランジスタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₄がオンする位相
差を零として両者を同時にオンし、トランジスタＴｒ₂
とトランジスタＴｒ₃がオンする位相差も同様に零とし
て両者を同時にオンするように制御する。

【０００９】まず、図６の時刻Ｔａ₁では共振電流ｉｔ
が高電圧変圧器３の漏れインダクタンスＬｓのエネルギ
により、漏れインダクタンスＬｓ→共振コンデンサ６→
ダイオードＤ₁→直流電源１→ダイオードＤ₄→整流器４
→ケーブルの静電容量Ｃｈ→整流器４→漏れインダクタ
ンスＬｓの回路、及び漏れインダクタンスＬｓ→共振コ
ンデンサ６→ダイオードＤ₁→直流電源１→ダイオード
Ｄ₄→整流器４→Ｘ線管５→整流器４→漏れインダクタ
ンスＬｓの回路をそれぞれ流れる。これにより、第一の
アーム２ａ及び第四のアーム２ｄには図６（ｅ）、
（ｆ）に示すようにそれぞれ負の電流ｉ₁及びｉ₄が流れ
る。この時トランジスタＴｒ₁及びトランジスタＴｒ₄が
オンするが、電流の流れる回路には影響がない。そし
て、上記漏れインダクタンスＬｓのエネルギが減少する
に従って、図６（ｉ）に示すように共振電流ｉｔは零に
近づいていく。ここで、上記第四のダイオードＤ₄以後
において二つの回路に分かれて共振電流ｉｔが流れる状
態を簡単に表記するため、以下、ダイオードＤ₄→（整
流器４，ケーブルの静電容量Ｃｈ及びＸ線管５）→漏れ
インダクタンスＬｓのように表わすこととする。

【００１０】次に、時刻Ｔａ₂では図６（ｉ）に示すよ
うに、共振電流ｉｔが零になった後に、直流電源１→ト
ランジスタＴｒ₁→共振コンデンサ６→漏れインダクタ
ンスＬｓ→（整流器４，ケーブルの静電容量Ｃｈ及びＸ
線管５）→整流器４→トランジスタＴｒ₄→直流電源１
の回路を流れ、漏れインダクタンスＬｓと共振コンデン
サ６の静電容量Ｃｒとで決定される共振周波数の弧を描
いて増加していく。

【００１１】次に、時刻Ｔａ₃では図６（ａ）〜（ｄ）
に示すように、トランジスタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₄
がオフし、これと同時にトランジスタＴｒ₂とトランジ
スタＴｒ₃がオンする。しかし、共振電流ｉｔは漏れイ
ンダクタンスＬｓのエネルギにより、漏れインダクタン
スＬｓ→（整流器４，ケーブルの静電容量Ｃｈ及びＸ線
管５）→ダイオードＤ₃→直流電源１→ダイオードＤ₂→
共振コンデンサ６→漏れインダクタンスＬｓの回路を流
れる。従って、第二のアーム２ｂ及び第三のアーム２ｃ
には図６（ｇ）、（ｈ）に示すようにそれぞれ負の電流
ｉ₂及びｉ₃が流れる。そして、上記漏れインダクタンス
Ｌｓのエネルギが減少するに従って、図６（ｉ）に示す
ように共振電流ｉｔは零に近づいていく。

【００１２】次に、時刻Ｔａ₄では図６（ｉ）に示すよ
うに、共振電流ｉｔが零になった後に、直流電源１→ト
ランジスタＴｒ₃→（整流器４，ケーブルの静電容量Ｃ
ｈ及びＸ線管５）→漏れインダクタンスＬｓ→共振コン
デンサ６→トランジスタＴｒ₂→直流電源１の回路を流
れ、漏れインダクタンスＬｓと共振コンデンサ６の静電
容量Ｃｒとで決まる共振周波数の弧を描いて増加してい
く。

【００１３】次に、時刻Ｔａ₅では図６（ａ）〜（ｄ）
に示すように、トランジスタＴｒ₂とトランジスタＴｒ₃
がオフし、これと同時にトランジスタＴｒ₁とトランジ
スタＴｒ₄がオンする。これは前記時刻Ｔａ₁からの状態
と全く同じ状態となり、以後上記の動作を繰り返す。

【００１４】以上のようなインバータ２の動作位相の制
御の場合は、トランジスタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₄が
位相差零で同時にオン、オフするとともに、トランジス
タＴｒ₂とトランジスタＴｒ₃も位相差零で同時にオン、
オフするので、第一のアーム２ａに流れる電流ｉ₁と第
四のアーム２ｄに流れる電流ｉ₄は図６（ｅ）、（ｆ）
に示すように同じ波形となり、さらに第二のアーム２ｂ
に流れる電流ｉ₂と第三のアーム２ｃに流れる電流ｉ₃も
図６（ｇ）、（ｈ）に示すように同じ波形となる。ま
た、上記トランジスタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₄が同時
にオンしている時刻（Ｔａ₁〜Ｔａ₃）と、トランジスタ
Ｔｒ₂とトランジスタＴｒ₃が同時にオンしている時刻
（Ｔａ₃〜Ｔａ₅）は連続状態となり、インバータ２の出
力電圧ｖｔの波形は、図６（ｊ）に示すように直流電源
１の電圧を正負の波高値とする連続した方形波となり、
その出力は最大となる。

【００１５】次に、出力電力が小さくなるように制御す
る場合の動作を、図５、図７を参照して説明する。イン
バータ２の各トランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄の動作位相を図
７（ａ）〜（ｄ）に示すように、トランジスタＴｒ₁と
トランジスタＴｒ₂は１８０°の位相差で交互にオン
し、トランジスタＴｒ₄とトランジスタＴｒ₃は１８０°
の位相差で交互にオンすると共に、トランジスタＴｒ₁
がオンしてからトランジスタＴｒ₄がオンする位相差を
αとし、トランジスタＴｒ₂がオンしてからトランジス
タＴｒ₃がオンする位相差を同じくαとするように制御
する。

【００１６】まず、図７の時刻Ｔｂ₁ではトランジスタ
Ｔｒ₁とトランジスタＴｒ₃がオンになっており、共振電
流ｉｔは漏れインダクタンスＬｓのエネルギにより、漏
れインダクタンスＬｓ→共振コンデンサ６→ダイオード
Ｄ₁→トランジスタＴｒ₃→（整流器４，ケーブルの静電
容量Ｃｈ及びＸ線管５）→漏れインダクタンスＬｓの回
路を流れている。従って第一のアーム２ａには図７
（ｅ）に示すように負の電流ｉ₁が流れ、第三のアーム
２ｃには図７（ｈ）に示すように正の電流ｉ₃が流れ
る。そして、上記漏れインダクタンスＬｓのエネルギが
減少するに従って、図７（ｉ）に示すように共振電流ｉ
ｔは零に近づいていく。

【００１７】次に、時刻Ｔｂ₂では図７（ｉ）に示すよ
うに、共振電流ｉｔが零になった後に、漏れインダクタ
ンスＬｓ→（整流器４，ケーブルの静電容量Ｃｈ及びＸ
線管５）→ダイオードＤ₃→トランジスタＴｒ₁→共振コ
ンデンサ６→漏れインダクタンスＬｓの回路を流れ、漏
れインダクタンスＬｓと共振コンデンサ６の静電容量Ｃ
ｒとで決定される共振周波数の弧を描いて増加してい
く。このとき、第一のアーム２ａには図７（ｅ）に示す
ように正の電流ｉ₁が流れ始め、第三のアーム２ｃには
図７（ｈ）に示すように負の電流ｉ₃が流れ始める。

【００１８】次に、時刻Ｔｂ₃では図７（ｄ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₃がオフすると共に、図７（ｂ）
に示すようにトランジスタＴｒ₄がオンする。すると、
図７（ａ）、（ｂ）に示すようにトランジスタＴｒ₁と
トランジスタＴｒ₄が共にオンの状態となり、トランジ
スタＴｒ₄がオンすることによってダイオードＤ₃が逆バ
イアスされオフするので、共振電流ｉｔは直流電源１→
トランジスタＴｒ₁→共振コンデンサ６→漏れインダク
タンスＬｓ→（整流器４，ケーブルの静電容量Ｃｈ及び
Ｘ線管５）→トランジスタＴｒ₄→直流電源１の回路を
流れる。この期間は、第一のアーム２ａに流れる電流ｉ
₁と第四のアーム２ｄに流れる電流ｉ₄とは図７（ｅ）、
（ｆ）に示すように同じ波形になる。

【００１９】次に、時刻Ｔｂ₄では図７（ａ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₁がオフすると共に、図７（ｃ）
に示すようにトランジスタＴｒ₂がオンする。このと
き、共振電流ｉｔは漏れインダクタンスＬｓのエネルギ
により、漏れインダクタンスＬｓ→（整流器４，ケーブ
ルの静電容量Ｃｈ及びＸ線管５）→トランジスタＴｒ₄
→ダイオードＤ₂→共振コンデンサ６→漏れインダクタ
ンスＬｓの回路を流れる。従って、第二のアーム２ｂに
は図７（ｇ）に示すように負の電流ｉ₂が流れ、第四の
アーム２ｄには図７（ｆ）に示すように正の電流ｉ₄が
流れる。そして、上記漏れインダクタンスＬｓのエネル
ギが減少するに従って、図７（ｉ）に示すように共振電
流ｉｔは零に近づいていく。

【００２０】次に、時刻Ｔｂ₅では図７（ｉ）に示すよ
うに、共振電流ｉｔが零になった後に、漏れインダクタ
ンスＬｓ→共振コンデンサ６→トランジスタＴｒ₄→ダ
イオードＤ₄→（整流器４，ケーブルの静電容量Ｃｈ及
びＸ線管５）の回路を流れ、漏れインダクタンスＬｓと
共振コンデンサ６の静電容量Ｃｒとで決定される共振周
波数の弧を描いて増加していく。

【００２１】次に、時刻Ｔｂ₆では図７（ｂ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₄がオフすると共に、図７（ｄ）
に示すようにトランジスタＴｒ₃がオンする。すると、
図７（ｃ）、（ｄ）に示すようにトランジスタＴｒ₂、
Ｔｒ₃が共にオンの状態となるので、共振電流ｉｔは直
流電源１→トランジスタＴｒ₃→（整流器４，ケーブル
の静電容量Ｃｈ及びＸ線管５）→漏れインダクタンスＬ
ｓ→共振コンデンサ６→トランジスタＴｒ₂→直流電源
１の回路に流れる。この期間は、第二のアーム２ｂに流
れる電流ｉ₂と第三のアーム２ｃに流れる電流ｉ₃とは図
７（ｇ）、（ｈ）に示すように同じ波形になる。

【００２２】次に、時刻Ｔｂ₇では図７（ｃ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₂がオフすると共に、図７（ａ）
に示すようにトランジスタＴｒ₁がオンすると、時刻Ｔ
ｂ₁からの状態と全く同じ状態となり、以後上記の動作
を繰り返す。

【００２３】以上のようなインバータ２の動作位相の制
御の場合は、トランジスタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₄が
位相差αでオン、オフすると共に、トランジスタＴｒ₂
とトランジスタＴｒ₃が位相差αでオン、オフするの
で、トランジスタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₄が同時にオ
ンしている時刻（Ｔｂ₃〜Ｔｂ₄）と、トランジスタＴｒ
₂とトランジスタＴｒ₃が同時にオンしている時刻（Ｔｂ
₆〜Ｔｂ₇）はそれぞれのスイッチのオン期間よりαだけ
短くなる。そして、この期間だけ直流電源１からＸ線管
５へ電力が供給される。従って、インバータ２の出力電
圧ｖｔの波形は、図７（ｊ）に示すように上記の断続し
た期間、すなわち（１８０−α）°の期間において直流
電源１の電圧を正負の波高値とする断続した方形波とな
る。このことから、トランジスタＴｒ₁とトランジスタ
Ｔｒ₄がオンする位相差α、及びトランジスタＴｒ₂とト
ランジスタＴｒ₃がオンする位相差αを適宜変化させる
ことにより、それぞれのトランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄が同
時にオンする期間を変化することができ、Ｘ線管５に供
給する電力を制御することができる。すなわち、上記の
位相差αを大きくして行けば出力電力を小さくすること
ができ、位相差α＝１８０°ではそれぞれのトランジス
タＴｒ₁〜Ｔｒ₄が同時にオンする期間はなくなり、出力
電力を零まで落とすことができる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置では、ス
イッチング素子のオン、オフの位相差を付けることによ
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図５に示し
たようなトランジスタやＧＴＯ（ＧａｔｅＴｕｒｎ
ＯｆｆＴｈｙｒｉｓｔｏｒ）などのような自己遮断素
子を必要としていた。これらの素子のターンオン、ター
ンオフ時のスイッチング損失は、図６のように位相差零
で使用する場合どの素子の損失も同じであるが、図７の
ように位相差を付けて制御する場合は、スイッチの投入
を遅らせる方のトランジスタのターンオン損失が非常に
大きいものとなる。実際には位相差零ではほとんど使用
せずに位相差を付けて使用しており、このためスイッチ
の投入を遅らせる方のトランジスタＴｒ₃とトランジス
タＴｒ₄の損失はスイッチを先に投入する方のトランジ
スタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₂の２〜６倍程度にもな
り、素子の発熱による温度を抑制するための放熱、冷却
の実装はトランジスタＴｒ₃とトランジスタＴｒ₄の損失
で決まってしまうため大型となり、熱的な面からはトラ
ンジスタＴｒ₁とトランジスタＴｒ₂の利用率は非常に低
いものとなっている。

【００２５】そこで、本発明の目的は、全部のトランジ
スタの利用率を均等にし、放熱、冷却実装を簡単化し
て、装置全体の小型、軽量化を図ると共に、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線高電圧装置を提供する
ことにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、直流電源と、この直流電源の正極に接続された第一
のスイッチと負極に接続された第二のスイッチとからな
る第一の直列接続体を有し前記第一及び第二のスイッチ
にそれぞれ並列に設けられた第三及び第四のスイッチか
らなる第二の直列接続体とを有すると共に前記第一から
第四のスイッチにそれぞれ逆並列接続されたダイオード
を有し前記直流電源の出力を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電圧変圧器
と、この高電圧変圧器の出力を直流に変換する整流器
と、この整流器の出力側に接続されたＸ線管とを有し、
前記高電圧変圧器の漏れインダクタンスまたはこの漏れ
インダクタンスと漏れインダクタンスへ直列に接続され
たコンデンサを共振素子とするインバータ式Ｘ線管高電
圧装置において、前記Ｘ線管より放射されるＸ線条件を
設定する信号によって前記インバータの第一と第四のス
イッチ間、及び第二と第三のスイッチ間の各動作位相を
決める位相決定回路と、この位相決定回路からの出力信
号及びＸ線曝射信号に応じて前記インバータのスイッチ
を動作させると共に第一と第四のスイッチとで、及び第
二と第三のスイッチとで先に投入するスイッチをインバ
ータ周波数の一周期毎にそれぞれ交互に切り換えて制御
する位相制御回路とを備えたものである。

【００２７】

【作用】第一のスイッチとしてのトランジスタＴｒ₁及
び第二のスイッチとしてのトランジスタＴｒ₂よりなる
第一の直列接続体と、第三のスイッチとしてのトランジ
スタＴｒ₃及び第四のスイッチとしてのトランジスタＴ
ｒ₄よりなる第二の直列接続体とを１周期毎にスイッチ
を先に投入するトランジスタを交互に動作させて、素子
の発熱を均等にする。図４はインバータを動作させたと
きの各部の動作波形で、１周期目のタイミングＴｃ₁〜
Ｔｃ₇までは従来と同じで、スイッチを先に投入する方
はトランジスタＴｒ₁、トランジスタＴｒ₂で、次の周期
ではトランジスタＴｒ₃、トランジスタＴｒ₄がスイッチ
を先に投入する方となる。

【００２８】次に、この動作について図４、図５を参照
して説明する。まず、時刻Ｔｃ₁ではトランジスタＴｒ₁
とトランジスタＴｒ₃がオンしており、共振電流ｉｔは
漏れインダクタンスＬｓのエネルギにより、漏れインダ
クタンスＬｓ→共振コンデンサ６→ダイオードＤ₁→ト
ランジスタＴｒ₃→（整流器４，ケーブルの静電容量Ｃ
ｈ及びＸ線管５）→漏れインダクタンスＬｓの回路を流
れている。従って、第一のアーム２ａには図４（ｅ）に
示すように負の電流ｉ₁が流れ、第三のアーム２ｃには
図４（ｈ）に示すように正の電流ｉ₃が流れる。そし
て、上記漏れインダクタンスＬｓのエネルギが減少する
に従って、図４（ｉ）に示すように共振電流ｉｔは零に
近づいていく。

【００２９】次に、時刻Ｔｃ₂では図４（ｉ）に示すよ
うに、共振電流ｉｔが零になった後に、漏れインダクタ
ンスＬｓ→（整流器４，ケーブルの静電容量Ｃｈ及びＸ
線管５）→ダイオードＤ₃→トランジスタＴｒ₁→共振コ
ンデンサ６→漏れインダクタンスＬｓの回路で流れ、漏
れインダクタンスＬｓと共振コンデンサ６の静電容量Ｃ
ｒとで決まる共振周波数の弧を描いて増加していく。こ
のとき、第一のアーム２ａには図４（ｅ）に示すように
正の電流ｉ₁が流れ始め、第三のアーム２ｃには図４
（ｈ）に示すように負の電流ｉ₃が流れ始める。

【００３０】次に、時刻Ｔｃ₃では図４（ｄ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₃がオフすると共に、図４（ｂ）
に示すようにトランジスタＴｒ₄がオンする。すると、
図４（ａ）、（ｂ）に示すようにトランジスタＴｒ₁と
トランジスタＴｒ₄が共にオンの状態となり、上記トラ
ンジスタＴｒ₄がオンすることによって第三のダイオー
ドＤ₃が逆バイアスされオフするので、共振電流ｉｔ
は、直流電源１→トランジスタＴｒ₁→共振コンデンサ
６→漏れインダクタンスＬｓ→（整流器４，ケーブルの
静電容量Ｃｈ及びＸ線管５）→トランジスタＴｒ₄→直
流電源１の回路で流れる。この期間は、第一のアーム２
ａに流れる電流ｉ₁と第四のアーム２ｄに流れる電流ｉ₄
とは図４（ｅ）、（ｆ）に示すように同じ波形になる。

【００３１】次に、時刻Ｔｃ₄では図４（ａ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₁がオフすると共に、図４（ｃ）
に示すようにトランジスタＴｒ₂がオンする。このと
き、共振電流ｉｔは漏れインダクタンスＬｓのエネルギ
により、漏れインダクタンスＬｓ→（整流器４，ケーブ
ルの静電容量Ｃｈ及びＸ線管５）→トランジスタＴｒ₄
→ダイオードＤ₂→共振コンデンサ６→漏れインダクタ
ンスＬｓの回路を流れる。従って、第二のアーム２ｂに
は図４（ｇ）に示すように負の電流ｉ₂が流れ、第四の
アーム２ｄには図４（ｈ）に示すように正の電流ｉ₄が
流れる。そして、上記漏れインダクタンスＬｓのエネル
ギが減少するに従って、図４（ｉ）に示すように共振電
流ｉｔは零に近づいていく。

【００３２】次に、時刻Ｔｃ₅では図４（ｉ）に示すよ
うに、共振電流ｉｔが零になった後に、漏れインダクタ
ンスＬｓ→共振コンデンサ６→トランジスタＴｒ₂→ダ
イオードＤ₄→（整流器４，ケーブルの静電容量Ｃｈ及
びＸ線管５）の回路で流れ、漏れインダクタンスＬｓと
共振コンデンサ６の静電容量Ｃｒとで決まる共振周波数
の弧を描いて増加していく。

【００３３】次に、時刻Ｔｃ₆では図４（ｂ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₄がオフすると共に、図４（ｄ）
に示すようにトランジスタＴｒ₃がオンする。すると、
図４（ｃ）、（ｄ）に示すようにトランジスタＴｒ₂と
トランジスタＴｒ₃が共にオンの状態となるので、共振
電流ｉｔは、直流電源１→トランジスタＴｒ₃→（整流
器４，ケーブルの静電容量Ｃｈ及びＸ線管５）→漏れイ
ンダクタンスＬｓ→共振コンデンサ６→トランジスタＴ
ｒ₂→直流電源１の回路で流れる。この期間は、第二の
アーム２ｂに流れる電流ｉ₂と第三のアーム２ｃに流れ
る電流ｉ₃とは図４（ｇ）、（ｈ）に示すように同じ波
形になる。

【００３４】次に、時刻Ｔｃ₇では図４（ｃ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₃がオフすると共に、図４（ａ）
に示すようにトランジスタＴｒ₃がオンすると、トラン
ジスタＴｒ₃がトランジスタＴｒ₂と置き代わり、さらに
トランジスタＴｒ₄がトランジスタＴｒ₁と置き代わっ
て、時刻Ｔｃ₁の状態と同じ状態となり、以後上記の動
作を繰り返す。

【００３５】

【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。図１は、共振型インバータ式Ｘ線高電圧
装置による本発明の一実施例を示す回路図である。図１
において、Ｘ線管５に印加すべき電圧（以下、管電圧と
称する）及び電流（以下、管電流と称する）の設定信号
によって上記インバータ２のトランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄
の動作位相を決める位相決定回路９が設けられると共
に、この位相決定回路９からの出力信号及びコントロー
ラ（図示省略）から入力するＸ線曝射信号に応じて上記
トランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄の動作を制御する信号を出力
する位相制御回路１０が設けられている。この位相制御
回路１０からの信号は、駆動回路１１ａ〜１１ｄで増幅
してトランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄のベースに供給してイン
バータ２を駆動する。

【００３６】次にインバータ２の各トランジスタＴｒ₁
〜Ｔｒ₄の動作位相制御について説明する。まず、負荷
としてのＸ線管５に供給する管電圧及び管電流が決まる
と、上記管電圧に対応した管電圧設定信号Ｓ₁及び管電
流に対応した管電流設定信号Ｓ₂を、コントローラから
位相決定回路９へ入力する。ここで、この位相決定回路
９は、図８に示すように、横軸を位相差α、縦軸をＸ線
管５の管電圧Ｖ、位相差αと管電圧Ｖとの関係を負荷抵
抗値Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，…（Ｒ₁＞Ｒ₂＞Ｒ₃）をパラメータ
として所定のカーブで表わしたグラフをテーブル化した
目盛、または関数発生器あるいはオペアンプなどから成
る。そして、この位相決定回路９では、上記管電圧設定
信号Ｓ₁及び管電流設定信号Ｓ₂から負荷抵抗値Ｒ₁，
Ｒ₂，Ｒ₃，…を求め、図８における位相差αと管電圧Ｖ
との関係を用いて、上記の負荷抵抗値たとえばＲ₃をパ
ラメータとしてこのカーブを設定すべき管電圧Ｖとの交
点を求めて、インバータ２の各トランジスタＴｒ₁〜Ｔ
ｒ₄の動作の位相差αを決定する。

【００３７】すると、この位相差αに応じた位相信号Ｓ
₃が上記位相決定回路９から出力され位相制御回路１０
へ入力する。この位相制御回路１０では、上記位相信号
Ｓ₃から各トランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄がターンオン、及
びターンオフする制御信号を作ると共に、第一のスイッ
チとしてのトランジスタＴｒ₁と第四のスイッチとして
のトランジスタＴｒ₄の位相差α、及び第二のスイッチ
としてのトランジスタＴｒ₂と第三のスイッチとしての
トランジスタＴｒ₃の位相差αを制御する制御信号を作
成する。そして、上記位相制御回路１０にコントローラ
からＸ線曝射信号Ｓ₄が入力することにより、位相制御
回路１０は、上記作成した制御信号をそれぞれの駆動回
路１１ａ〜１１ｄへ送出する。これにより、各駆動回路
１１ａ〜１１ｄは、上記位相制御回路１０からの制御信
号にしたがってインバータ２の各トランジスタＴｒ₁〜
Ｔｒ₄を駆動する。

【００３８】図２は上記位相制御回路１０の具体的な回
路例で、図３は各部の出力パルスである。図２におい
て、位相決定回路９から図３に示す（イ）、（ロ）のパ
ルスが出力される。（イ）はインバータ周波数と同期し
た信号、（ロ）は（イ）の信号からαだけ位相がシフト
された信号である。（イ）の信号を分周回路で１／２に
分周して（ハ）の信号を作り、（ハ）の反転信号（ニ）
と（ロ）の論理積（ホ）、（イ）と（ハ）の論理積
（ヘ）、（ロ）と（ハ）との論理積（リ）、（イ）と
（ニ）との論理積（ヌ）を作成する。そして（ホ）と
（ヘ）の論理和（ト）を駆動回路１１ａへ、（ト）の反
転信号（チ）を駆動回路１１ｂへ、（リ）と（ヌ）の論
理和（ル）を駆動回路１１ｄへ、（ル）の反転信号
（オ）を駆動回路１１ｃへ入力する。

【００３９】このような信号で上記各トランジスタが駆
動され動作を開始すると、図４に示すような共振電流ｉ
ｔが変圧器３に流れ、Ｘ線管５には前記設定した管電圧
及び管電流による電力が供給される。なお、このとき、
インバータ２は、変圧器３の漏れインダクタンスＬｓと
共振コンデンサ６の静電容量Ｃｒとの共振周波数あるい
はそれに近い周波数で動作する。

【００４０】図９は本発明の第二の実施例を示す回路図
である。説明を簡単にするために、図１に示す第一の実
施例と同様の構成であり同様の作用を成す部分は、同一
の符号を付して説明を省略する。この第二の実施例は、
Ｘ線管５に印加された管電圧を検出する分圧器１４を設
けると共に、この分圧器１４からの検出信号及び予め設
定した目標電圧信号（管電圧設定信号Ｓ₁）を入力して
その差を増幅すると共にこの差によってインバータ２の
トランジスタの動作位相を決める誤差増幅位相決定回路
１５を設ける。且つこの誤差増幅位相決定回路１５から
の出力信号に応じて上記トランジスタが動作する位相を
制御する信号を、コントローラから入力するＸ線曝射信
号Ｓ₄によって出力する位相制御回路１０を設けたもの
である。なお１６は、上記分圧器１４で検出した信号を
誤差増幅位相決定回路１５で使用するために適した信号
に変換する信号変換回路である。

【００４１】そして、これらの分圧器１４と誤差増幅位
相決定回路１５と位相制御回路１０とにより、上記イン
バータ２の第一スイッチとしてのトランジスタＴｒ₁と
第二のスイッチとしてのトランジスタＴｒ₂は該インバ
ータ２の動作周波数にて交互にターンオンさせ、第三の
スイッチとしてのトランジスタＴｒ₃と第四のスイッチ
としてのトランジスタＴｒ₄は同じく交互にターンオン
させると共に、第一のトランジスタＴｒ₁と第四のトラ
ンジスタＴｒ₄の位相差及び第二のトランジスタＴｒ₂と
第三のトランジスタＴｒ₃の位相差を適宜変化させるこ
とによって上記Ｘ線管５に供給する電力を帰還制御する
ようになっている。

【００４２】次に、このように構成された第二の実施例
の動作について説明する。まず、Ｘ線管５に供給する管
電圧が決まると、この管電圧に対応した管電圧設定信号
Ｓ₁を目標電圧信号としてコントローラから誤差増幅位
相決定回路１５へ入力する。一方、この誤差増幅位相決
定回路１５には、分圧器１４で検出し信号変換回路１６
で変換された現在の管電圧に対応した管電圧検出信号Ｓ
₅が入力される。すると、この誤差増幅位相決定回路１
５は上記管電圧設定信号Ｓ₁と管電圧検出信号Ｓ₅との誤
差を検出し、この誤差の大きさに対応してインバータ２
の各トランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄の動作の位相差αを決定
する。この位相差αに応じた位相信号Ｓ₃が上記誤差増
幅位相決定回路１５から出力され、位相制御回路１０へ
入力する。このとき、Ｘ線曝射の開始前は、管電圧設定
信号Ｓ₁に対して管電圧検出信号Ｓ₅は零であるので、最
大電力が供給できるように上記位相差αは零とされる。

【００４３】次に、上記位相制御回路１０では、上記位
相信号Ｓ₃から各トランジスタＴｒ₁〜Ｔｒ₄がターンオ
ン及びターンオフする制御信号を作ると共に、第一のス
イッチとしてのトランジスタＴｒ₁と第四のスイッチと
してのトランジスタＴｒ₄の位相差α、及び第二のスイ
ッチとしてのトランジスタＴｒ₂と第三のスイッチとし
てのトランジスタＴｒ₃の位相差αを制御する制御信号
を作成する。そして、上記位相制御回路１０にコントロ
ーラからＸ線曝射信号Ｓ₄が入力することにより、該位
相制御回路１０は、上記作成した制御信号をそれぞれの
駆動回路１１ａ〜１１ｄへ送出する。これにより、各駆
動回路１１ａ〜１１ｄは、上記位相制御回路１０からの
制御信号にしたがってインバータ２の各トランジスタＴ
ｒ₁〜Ｔｒ₄を駆動する。

【００４４】このようにして上記各トランジスタＴｒ₁
〜Ｔｒ₄が動作を開始すると、図４に示すような共振電
流ｉｔが変圧器３に流れ、Ｘ線管５には管電圧が印加し
始め、管電流が流れる。そして、上記Ｘ線管５の管電圧
が設定した値に近づくと、前記管電圧設定信号Ｓ₁と管
電圧検出信号Ｓ₅との誤差が小さくなるので、上記誤差
増幅位相決定回路１５は、位相差αを大きくするように
動作し、直流電源１からの電力の供給を少なくする。Ｘ
線管５の管電圧が設定した値とほぼ等しくなると、上記
設定した管電圧及び管電流による電力に等しい電力が直
流電源１から供給できる位相でインバータ２は動作す
る。なお、このときインバータ２は、変圧器３の漏れイ
ンダクタンスＬｓと共振コンデンサ６の静電容量Ｃｒと
の共振周波数あるいはそれに近い周波数で動作する。

【００４５】図１０は第三の実施例を示す回路図であ
る。この実施例は、直流電源１を商用電源から交流を受
電し直流に整流して平滑することにより得るようにした
ものである。図１０において、１７は受電した商用電源
を全波整流する整流器であり、四つのダイオードＤ₉〜
Ｄ₁₂からなる。また、Ｌ′はインダクタンス、Ｃ′はキ
ャパシタンスであり、このインダクタンスＬ′とキャパ
シタンスＣ′とによって上記整流器１７の出力を平滑化
するようになっている。この実施例の場合は、図９に示
す実施例に比べてより出力電力を増大することができ、
例えば数１０ｋＷ〜１００ｋＷ程度の電力を供給するこ
とができる。なお、整流器１７はサイリスタからなる整
流器に置き換えて、インバータ２の入力電圧を可変する
構成にすることにより、さらに制御範囲を広くできる。

【００４６】なお、図１及び図９、図１０における実施
例では、インバータ２のスイッチング素子としてトラン
ジスタを用いたものを示したが、本発明はこれらの実施
例だけに限らず、例えばＧＴＯを用いることも可能であ
り、さらに高周波化するには、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢ
Ｔ，ＳＩトランジスタ、またはＳＩサイリスタなどを使
用することも可能である。また、負荷はＸ線管５だけに
限らず、比較的高電圧の直流出力が必要な負荷ならば同
様に適用できる。さらに、図７及び図８に示した誤差増
幅位相決定回路１５は、比例−積分制御によるものが一
般的であるが、これに限らず、一度デジタル値に交換し
てソフトウエアによる制御を適用してもよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、インバータの第一のスイッチ
としてのトランジスタＴｒ₁及び第二のスイッチとして
のトランジスタＴｒ₂よりなる第一の直列接続体と、第
三のスイッチとしてのトランジスタＴｒ₃及び第四のス
イッチとしてのトランジスタＴｒ₄よりなる第二の直列
接続体をインバータ周波数の１周期毎にスイッチを先に
投入するトランジスタを交互に動作させるため、トラン
ジスタのスイッチング損失が低減し全てのトランジスタ
の利用率を均等にできる。その結果、放熱、冷却実装の
簡単化、つまり装置の小型、軽量化を図ることが可能に
なる。また、広範囲の負荷に対する出力電圧を制御する
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインバータ式Ｘ線高電圧装置の一
実施例を示す回路図

【図２】図１の位相制御回路の具体的回路図

【図３】図２の各部の波形図

【図４】図３の位相制御信号でインバータを駆動したと
きの各部の波形図

【図５】図１に示すＸ線高電圧装置における主回路構成
部を示す回路図

【図６】従来の方法で出力電力が最大となるようにイン
バータを駆動した場合の各部の波形図

【図７】従来の方法で出力電力を小さくなるようにイン
バータを駆動した場合の各部の波形図

【図８】位相決定回路における位相差と管電圧との関係
を負荷抵抗をパラメータとして示すグラフ

【図９】第二の実施例を示す回路図

【図１０】第三の実施例を示す回路図

【符号の説明】

１直流電源２インバータ３変圧器４整流器５Ｘ線管６共振コンデンサ９位相決定回路１０位相制御回路１１駆動回路１４分圧器１５誤差増幅位相決定回路１７整流器ｉｔ共振電流ＴｒトランジスタＤダイオードＬｓ漏れインダクタンスＬ′ インダクタンスＣｒ共振コンデンサの静電容量Ｃｓ浮遊容量Ｃｈケーブルの静電容量Ｃ′ キャパシタンス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、この直流電源の正極に接続さ
れた第一のスイッチと負極に接続された第二のスイッチ
とからなる第一の直列接続体と前記第一及び第二のスイ
ッチにそれぞれ並列に設けられた第三及び第四のスイッ
チからなる第二の直列接続体とを有すると共に前記第一
から第四のスイッチにそれぞれ逆並列接続されたダイオ
ードを有し前記直流電源の出力を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電圧変
圧器と、この高電圧変圧器の出力を直流に変換する整流
器と、この整流器の出力側に接続されたＸ線管とを有
し、前記高電圧変圧器の漏れインダクタンスまたはこの
漏れインダクタンスと漏れインダクタンスへ直列に接続
されたコンデンサを共振素子とするインバータ式Ｘ線管
高電圧装置において、前記Ｘ線管より放射されるＸ線条
件を設定する信号によって前記インバータの第一と第四
のスイッチ間、及び第二と第三のスイッチ間の各動作位
相を決める位相決定回路と、この位相決定回路からの出
力信号及びＸ線曝射信号に応じて前記インバータのスイ
ッチを動作させると共に第一と第四のスイッチとで、及
び第二と第三のスイッチとで先に投入するスイッチをイ
ンバータ周波数の一周期毎にそれぞれ交互に切り換えて
制御する位相制御回路とを備えたことを特徴とするイン
バータ式Ｘ線高電圧装置。