JPH0547492A

JPH0547492A - インバータ式ｘ線高電圧装置

Info

Publication number: JPH0547492A
Application number: JP23110591A
Authority: JP
Inventors: Keishin Hatakeyama; 敬信畠山
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1993-02-26

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、インバータ式Ｘ線高電圧装置
において発生するスイッチング損失の低減、及びこの損
失による発熱を抑制する放熱、冷却構造の簡単化、装置
全体の小型、軽量化さらには低価格化を図る。【構成】インバータ式Ｘ線高電圧装置において、第一か
ら第四のスイッチの動作位相を決定する位相決定回路９
と、第一と第四のスイッチ間及び第二と第三のスイッチ
間の位相を制御する位相制御回路１０と、第三のスイッ
チと第四のスイッチに流れる電流が遮断されない範囲の
位相差に制限する位相制限回路１２とを設けることによ
り、スイッチング損失が低減されこの損失による発熱の
放熱、冷却構造の小型、軽量化ができる。また上記第三
と第四のスイッチを自然消弧型の素子にすることにより
実装の簡単化、低価格化も図れる。

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４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４、図５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５（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１
８０°の位相差で交互にオンすると共に、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５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５（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５（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５（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５（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５（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５（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５（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５（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、オフすると共に、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５（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
５（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Ｔｒ
₂とトランジスタＴｒ₃が同時にオンしている時刻（Ｔａ
₃〜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５（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４、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〜Ｔｒ₄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６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６
（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６（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６（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６（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６（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６（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６（ｄ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₃がオフすると共に、図６（ｂ）
に示すようにトランジスタＴｒ₄がオンする。すると、
図６（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６（ｅ）、
（ｆ）に示すように同じ波形になる。

【００１９】次に、時刻Ｔｂ₄では図６（ａ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₁がオフすると共に、図６（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６（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６（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６（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６（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６（ｂ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₄がオフすると共に、図６（ｄ）
に示すようにトランジスタＴｒ₃がオンする。すると、
図６（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
６（ｇ）、（ｈ）に示すように同じ波形になる。

【００２２】次に、時刻Ｔｂ₇では図６（ｃ）に示すよ
うにトランジスタＴｒ₂がオフすると共に、図６（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６（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】上記従来装置は、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４に示したよ
うなトランジスタやＧＴＯ（ＧａｔｅＴｕｒｎＯｆｆ
Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）などのような自己遮断素子を必
要としていた。このため、これらの自己遮断素子のスイ
ッチング損失が大きいために、これを低減するためのス
ナバ回路の損失も大きくなり、これらの損失によって生
じる素子や回路部品の発熱を抑制するための放熱、冷却
装置を設けなければならず、装置が大型のものとなって
いた。また、インバータのスイッチング素子には全部自
己遮断素子を必要とするため、駆動するには大きなパワ
ーを必要としていた。特にトランジスタまたはトランジ
スタと逆並列に接続されたダイオードとが一体となって
いるトランジスタモジュールの場合は、デッドタイム
（図４のトランジスタＴｒ₁とＴｒ₂及びトランジスタＴ
ｒ₃とＴｒ₄の不動作時間）を短くしてインバータ周波数
を上げるために、トランジスタの逆ベース電流を多く流
してストレージ時間を短縮しなければならないので、な
おさらドライブパワーが大きくなる。従って装置が大型
化し高価なものとなっていた。

【００２５】また従来、図５に示すような位相差の小さ
いときは、インバータに流れている電流をすべてのトラ
ンジスタが遮断することとなるのでスイッチング損失は
大きくなる。図６に示すような位相差の大きいときは、
トランジスタＴｒ₃、Ｔｒ₄が電流を遮断しない範囲で動
作することとなるので損失は小さくなる。つまり、トラ
ンジスタＴｒ₃またはＴｒ₄のオンの間だけ電流が流れ、
オフの間は流れない。そのため、トランジスタＴｒ₃ま
たはＴｒ₄をオフに切り換える時点で第三または第四の
アームに流れる電流が正の電流、いわゆるトランジスタ
Ｔｒ₃またはＴｒ₄に流れる電流であれば、スイッチが切
られるため電流は急激に零に落とされることになる。そ
の結果、トランジスタＴｒ₃、Ｔｒ₄にはスイッチング損
失が発生する。また、トランジスタをオフに切り換える
時点で第三または第四のアームに流れる電流が負の電流
つまりトランジスタに流れる電流ではなくダイオードに
流れる電流であれば、トランジスタをオフに切り換えて
もスイッチング損失は発生しない。

【００２６】そこで、本発明の目的は、インバータ回路
の損失を小さくし、装置全体の小型、軽量化及び低価格
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。

【００２７】

【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共振型インバータ式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第一と第二のスイッチを、
及び第三と第四のスイッチをインバータの動作周波数に
合わせてそれぞれ１８０°の位相差で交互に動作させる
位相制御回路と、インバータを流れる共振電流を前記第
三及び第四のスイッチが遮断しない範囲で前記動作位相
に制限を加える位相制限回路とを備えたものである。ま
た、第三及び第四のスイッチを自然消弧型の素子とする
ものである。

【００２８】

【作用】位相決定回路により第一のスイッチと第四のス
イッチ間、及び第二のスイッチと第三のスイッチ間の動
作位相を決め、位相制御回路により位相決定回路からの
出力信号及びＸ線曝射信号を受け第一のスイッチと第二
のスイッチ、及び第三のスイッチと第四のスイッチをそ
れぞれ１８０°の位相差を付けて交互に動作させる。そ
して、位相制限回路によりインバータに流れる電流を第
三及び第四のスイッチが遮断しない範囲で、つまりトラ
ンジスタのスイッチングのオフによりトランジスタに流
れている電流を急激に零へ落ちない範囲で動作させるた
めに、第一のスイッチと第四のスイッチ間、及び第二の
スイッチと第三のスイッチ間の位相差を所定の位相差以
下にしないように制限する。これによりスイッチの投入
を遅らせる方のスイッチつまり第三のスイッチ及び第四
のスイッチは、電流を遮断しないで動作できるためスナ
バ回路が不要となり装置の小型化が図れる。

【００２９】

【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り、主回
路部の構成及び回路動作は図３とほぼ同じで、スナバ回
路を先にスイッチを投入するトランジスタＴｒ₁、Ｔｒ₂
にのみ設ける点が異なる。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と、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が設けられると共
に、インバータを流れる電流をトランジスタＴｒ₃また
はＴｒ₄が遮断しない範囲で動作させる位相制限回路１
２が設けられている。上記位相制御回路１０からの信号
のうち、トランジスタＴｒ₁、Ｔｒ₂の制御信号はそのま
ま駆動回路１１ａ、１１ｂで増幅してトランジスタＴｒ
₁、Ｔｒ₂のベースに供給し、またトランジスタＴｒ₃、
Ｔｒ₄の制御信号は位相制限回路１２でトランジスタＴ
ｒ₁とＴｒ₄間、及びトランジスタＴｒ₂とＴｒ₃間の動作
位相を所定の位相差以下にならないように制限し、駆動
回路１１ｃ、１１ｄで増幅してトランジスタＴｒ₃、Ｔ
ｒ₄のベースに供給してインバータ２を駆動する。

【００３０】また第二の発明を図２により説明する。図
２は図１におけるトランジスタＴｒ₃、Ｔｒ₄をサイリス
タＳＣＲ１、ＳＣＲ２に置き換え、またトランジスタＴ
ｒ₃、Ｔｒ₄の制御信号はサイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２
のゲート制御信号と置き換えたもので、トランジスタＴ
ｒ₃、Ｔｒ₄のベースへ供給するところをサイリスタＳＣ
Ｒ１、ＳＣＲ２のゲートへ供給するものである。この発
明は、サイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２に置き換えただけ
で動作は図１のトランジスタＴｒ₃、Ｔｒ₄を用いた場合
と同様の動作をする。

【００３１】以上により、インバータ２のトランジスタ
Ｔｒ₃、Ｔｒ₄またはサイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２を所
定の位相差以下にならないように制限するため、図５に
示したような電流を遮断する範囲では動作しない。つま
りトランジスタＴｒ₃、Ｔｒ₄またはサイリスタＳＣＲ
１、ＳＣＲ２に電流が流れている途中でスイッチをオフ
して急に零へ落とすことがない。

【００３２】次にインバータ２の各トランジスタＴｒ₁
〜Ｔｒ₄またはトランジスタＴｒ₁、Ｔｒ₂とサイリスタ
ＳＣＲ１、ＳＣＲ２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Ｓ
₁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７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７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Ｒ
₃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Ｔｒ
₁〜Ｔｒ₄またはトランジスタＴｒ₁、Ｔｒ₂、サイリスタ
ＳＣＲ１、ＳＣＲ２の動作の位相差αを決定する。

【００３３】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またはトランジス
タＴｒ₁、Ｔｒ₂、サイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２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またはサイリスタＳＣ
Ｒ２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
またはサイリスタＳＣＲ１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。このときトランジ
スタＴｒ₃、Ｔｒ₄またはサイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２
を動作する駆動回路１１ｃ、１１ｄへ出力する前に電流
を遮断しない範囲で動作するかを判断し、遮断してしま
うのであれば位相差αを電流を遮断しない最小の位相差
αｍｉｎに制限してやる。これにより、各駆動回路１１
ａ〜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
またはトランジスタＴｒ₁、Ｔｒ₂、サイリスタＳＣＲ
１、ＳＣＲ２を駆動する。

【００３４】このようにして上記各トランジスタＴｒ₁
〜Ｔｒ₄またはトランジスタＴｒ₁、Ｔｒ₂、サイリスタ
ＳＣＲ１、ＳＣＲ２が駆動され動作を開始すると、図３
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Ｃ
ｒとの共振周波数あるいはそれに近い周波数で動作す
る。

【００３５】図８、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Ｔｒ₁〜Ｔｒ₄またはトランジスタ
Ｔｒ₁、Ｔｒ₂、サイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２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Ｔｒ₁〜Ｔｒ₄またはトランジスタＴ
ｒ₁、Ｔｒ₂、サイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２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と、ト
ランジスタＴｒ₃、Ｔｒ₄またはサイリスタＳＣＲ１、Ｓ
ＣＲ２の位相差を制限する位相制限回路１２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。

【００３６】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またはサイ
リスタＳＣＲ１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ま
たはサイリスタＳＣＲ２も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またはサイリスタＳＣＲ２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または
サイリスタＳＣＲ１の位相差をαｍｉｎ以上で適宜変化
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。

【００３７】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またはトランジスタＴｒ
₁、Ｔｒ₂、サイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２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αｍｉ
ｎとされる。

【００３８】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またはトラ
ンジスタＴｒ₁、Ｔｒ₂、サイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２
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またはサイリス
タＳＣＲ２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またはサイリスタＳＣＲ１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Ｔｒ₁〜Ｔｒ₄またはトランジスタＴｒ₁、Ｔ
ｒ₂、サイリスタＳＣＲ１、ＳＣＲ２を駆動する。

【００３９】このようにして上記各トランジスタＴｒ₁
〜Ｔｒ₄またはトランジスタＴｒ₁、Ｔｒ₂、サイリスタ
ＳＣＲ１、ＳＣＲ２が動作を開始すると、図３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。

【００４０】図１０、図１１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、図１１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８、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。

【００４１】なお、図１、図２及び図８乃至図１１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，
ＩＧＢＴ，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８乃至図１１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。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、位相決定回路と位相制御回路
及び位相制限回路を設け、インバータの位相差を所定の
位相差以下にしないように制限することによって、イン
バータに流れる電流を第三及び第四のスイッチが遮断し
ない範囲で使用できるため、スイッチング損失が小さく
なり素子の放熱、冷却構造が簡単になる。また、電流を
遮断しないのでスナバ回路が不要となる。さらに、第三
及び第四のスイッチを自然消弧型の素子にすることによ
り、小さいパワーで駆動できるため実装の簡単化及び低
価格化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインバータ式Ｘ線高電圧装置にお
いての一実施例を示す回路図

【図２】本発明によるインバータ式Ｘ線高電圧装置にお
いて第三及び第四のスイッチに自然消弧型の素子を用い
た一実施例を示す回路図

【図３】図１、図２の各部の動作波形図

【図４】従来のインバータ式Ｘ線高電圧装置の主回路図

【図５】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６】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７】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８】第二の実施例を示す回路図

【図９】第三及び第四のスイッチに自然消弧型の素子を
用いた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

【図１１】第三及び第四のスイッチに自然消弧型の素子
を用いた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１２位相制限回路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ＳＣＲサイリスタ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共振型インバータ式
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第一と第二のス
イッチを、及び第三と第四のスイッチをインバータの動
作周波数に合わせてそれぞれ１８０°の位相差で交互に
動作させる位相制御回路と、インバータを流れる共振電
流を前記第三及び第四のスイッチが遮断しない範囲で前
記動作位相に制限を加える位相制限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。
【請求項２】上記第三のスイッチ及び第四のスイッチを
自然消弧型の素子とする請求項１に記載のインバータ式
Ｘ線高電圧装置。