JPH0556635B2 - - Google Patents

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JPH0556635B2
JPH0556635B2 JP2192586A JP2192586A JPH0556635B2 JP H0556635 B2 JPH0556635 B2 JP H0556635B2 JP 2192586 A JP2192586 A JP 2192586A JP 2192586 A JP2192586 A JP 2192586A JP H0556635 B2 JPH0556635 B2 JP H0556635B2
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JP
Japan
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voltage
signal
inverter
output
converter
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JP2192586A
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Hirobumi Hino
Hideki Uemura
Kazuo Kaneko
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
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Hitachi Medical Corp
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Publication date
Application filed by Hitachi Medical Corp filed Critical Hitachi Medical Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、インバータ式X線装置に係り、特に
X線曝射開始時における管電圧波形を良好にする
技術に関する。
〔発明の背景〕
X線装置は、商用電源を受電し、電圧調整用変
圧器の2次側に設けた摺動ブラシの位置を変える
などの方法によつて調整した電圧を高圧変圧器に
よつて昇圧し、整流した後、X線管に印加する装
置構成が採用されていた。
一方、近年、発達のめざましい電力用半導体を
用いて、電力制御技術を適用したインバータ式X
線装置が開発されている。インバータ式X線装置
は、電力制御に半導体素子を用いるので、その電
力制御の応答は、前述の電力調整用変圧器を用い
る構成に比べて、きわめて速く、X線曝射中の管
電圧調整も容易になるので、管電圧やインバータ
入力電圧を検出し、設定値と比較した結果に応じ
て管電圧を調整するフイードバツク制御によつ
て、精度よく所定の管電圧を得ることができる。
第5図は、フイードバツク制御系を有すインバ
ータ式X線装置の構成を示す。1は直流電源、2
はリアクトル、3はトランジスタ、4はダイオー
ド、5は平滑用コンデンサであり、これのうち2
〜5によつて直流−直流コンバータ(以下、DC
−DCコンバータと称す。)を構成する。
DC−DCコンバータはトランジスタ3を所定の
周期でスイツチングし、オンとオフの期間を変化
することによつて、その出力電圧を変化すること
ができる。ここで、トランジスタ3のスイツチン
グ周期TCに対するオン期間TONの比を通流率Dと
すると D=TON/TC ……(1) であり、DC−DCコンバータの入力電圧Eと出力
電圧VCとの関係は、 VC=1/1−DE ……(2) で表わすことができる。
6はインバータでありDC−DCコンバータの出
力を所定の周波数の交流に変換し、高圧変圧器7
に入力する。高圧変圧器7で変圧された電圧は整
流器8で全波整流され、X線管9に印加される。
この構成では、トランジスタ3で通流率Dを変化
することによつてインバータ6の入力電圧を制御
できるので、最終的にX線管9に印加する電圧を
変化できる。
10と11は、DC−DCコンバータの出力電圧
VCを分圧して検出する分圧器、12は、DC−
DCコンバータの出力電圧VCを設定する電圧設定
値と分圧器の検出電圧との差を増幅する誤差増幅
器、3は誤差増幅器12の出力に応じてトランジ
スタ3の通流率Dを期めオン時間TONを制御する
V/D変換器、14は、V/D変換器13の信号
に応じてトランジスタ3を駆動するドライバーで
ある。つまり、DC−DCコンバータの出力電圧
VCが設定値より小さい場合、トランジスタ3の
通流率Dは大きくなつてDC−DCコンバータの出
力電圧VCを大きくし、DC−DCコンバータの出
力電圧VCが設定値Vsetより大きい場合は、トラン
ジスタ3の通流率Dが小さくなつてコンバータの
出力電圧VCを下げる。以上の動作によつてDC−
DCコンバータの出力電圧VCは設定値に維持され
る。
第6図は、一般的なPI制御の誤差増幅器12
の構成を示す。30は演算増幅器、31〜33は
抵抗で、抵抗値は31と32がR1、33はR2
る値を有している。34はコンデンサであり、そ
の容量はCなる値を有している。この誤差増幅器
12の入出力の関係は、分圧器の検出電圧を
VC′、DC−DCコンバータの出力電圧設定値を
Vset(以下、単に電圧設定値と称す)、出力をdと
すると、 d=R2/R1(1+sCR2)(Vset−VC′ ……(3) である。ここにsはラプラス変数である。したが
つて、出力は入力に対しCR2の応答時遅れを生ず
る。
次に、第7図を用いて、動作の説明及び問題点
を説明する。時刻t0以前では、DC−DCコンバー
タの出力電圧VCはリアクトル2及びダイオード
4を介して直流電源1と等しい重圧に充電してい
る。時刻t0でX線曝射信号を入力すると、DC−
DCコンバータの出力電圧VCを、所定の管電圧を
出力するために必要な電圧とするため電圧設定値
Vsetが実際に設定された設定値に対応する値とな
る。同時にDC−DCコンバータ及びインバータ6
は動作を開始して、X線管9に電圧を印加する。
このとき、誤差増幅器12の出力dは前記電圧
設定値Vsetと分圧器の検出電圧VC′の差に応じて
DC−DCコンバータを制御するので、電圧が増加
する。しかし、(3)式で示したような応答遅れによ
つて、第7図のように徐々に増加する。
一方、時刻t0直後における負荷への電力供給は
時刻t0以前に平滑用コンデンサ5に充電したエネ
ルギーの放電だけによつて行われる。これは誤差
増幅器12の応答遅れ及びリアクトル2と平滑用
コンデンサ5による遅れに起因する。したがつ
て、DC−DCコンバータの出力電圧VCは時刻t0
後に一度低下した後に所定の電圧へと制御され
る。このために、管電圧VXは第7図のように、
X線曝射直後に一度落込みを生ずる。
以上のように、第5図に示す構成では、X線曝
射開始直後に管電圧波形が一度落込む。この管電
圧波形の落込みは出力であるX線の線量を低下し
たり、撮影時間と線量との線型性を損う要因とな
るので防止する必要がある。
なお、この種の装置における管電圧波形の立上
がり特性の改善についての公知技術は、特開昭56
−24800号などがある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、インバータ式X線装置におい
て、X線曝射開始時の管電圧波形の落込みを防止
して管電圧波形を良好にする制御機構を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
X線装置では、1ms以下の管電圧立上がり時
間が要求されている。回路系全体の応答を1ms
以下にすることは非常に困難である。しかし、定
常状態においては1ms以下の応答性は必要な
い。したがつて、本発明のインバータ式X線装置
はフイードバツク系は従来装置のものをそのまま
用い、立上がり時だけ応答が速くなるように、誤
差増幅器の設定電圧入力系に微分要素を追加する
ことによつて前記目的を達成しようとするもので
ある。
更に詳しく説明すれば、一般に、フイードバツ
ク系の応答を速くするには、誤差増幅器のフイー
ドバツク電圧入力系に微分要素を加えるが、この
方法では応答は速くなるが微分要素を加えない場
合に比べて、利得を大きくできないので定常誤差
が大きくなる。
本発明では、定常状態では微分要素を誤差増幅
器の設定電圧入力系に追加したため、設定電圧が
変化する立上がり時には応答を速くでき、定常時
には設定電圧が変化しないので、微分要素を追加
しないときと同様の動作をすることができる。し
たがつて、本発明は立上がり時の応答を速く、定
常時の利得を大きくできるという特徴を有する。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
第1図は本発明によるインバータ式X線装置の
第一の実施例の構成図であつて、1〜14は第5
図及び第6図と同種のものであるので説明を省略
する。20は、2入力の和の電圧を出力する演算
増幅器、21は、X線曝射信号の入力によつて、
X線曝射信号の微分波形あるいはパルス状の電圧
を発生するとともに、この出力電圧波形を入力の
電圧設定値あるいは入力の電流設定値に応じて変
化させる機能を備えた電圧発生器である。22
は、X線曝射信号によつてオンし演算増幅器20
の出力を誤差増幅器12の正入力bに入力するス
イツチである。
第2図は電圧発生器21の構成の一実施例であ
る。40は、演算増幅器、41と42は入力信号
を微分するためのコンデンサと抵抗で各々その値
はCdとRd、43は抵抗でその値はRe、44はコ
ンデンサ41と抵抗42の値を入力の電圧設定値
および電流設定値に応じて変化させる制御器であ
る。この電圧発生器21の入出力の関係は、入力
(X線曝射信号)をX0、出力をaとすると、 a=Re/Rd(sRdCd+1)X0 ……(4) である。この応答を第3図に示す。時刻t0で電圧
発生器21への入力X0がステツプ状に変化する
とaで示すように微分波形が得られる。コンデン
サCd及び抵抗Rdの値を変化するとaは図のよう
に、ピーク値や時定数が変化する。
次に第4図を用いて、第1図の動作を説明す
る。
時刻t0以前では、DC−DCコンバータの出力電
圧VCはリアクトル2及びダイオード4を介して
直流電源1と等しい電圧に充電している。
時刻t0でX線曝射信号X0を入力すると、DC−
DCコンバータの出力電圧VCを所定の管電圧を出
力するために必要な電圧にするため、電圧設定値
Vsetが実際に設定された設定値に対応する値とな
る。同時に、DC−DCコンバータおよびインバー
タ6は動作を開始してX線管9に電圧を印加す
る。
このとき、誤差増幅器12の正入力bは第3図
に示すように、電圧設定値Vsetに電圧発生器21
の出力aが加算された信号となる。つまり、曝射
開始時だけ電圧発生器21の出力aが電圧設定値
Vsetより大きくなる。このため、誤差増幅器12
の出力dは、第7図の従来例のタイムチヤートで
示したようにゆるやかに増加するのではなく、急
激に増加する。
誤差増幅器12の出力dが大きくなることは、
DC−DCコンバータから負荷への供給エネルギー
が大きくなることである。したがつて、第4図に
実線で示すように、X線曝射開始直後に、誤差増
幅器12の出力dが急激に増加すれば、負荷への
電力は、予め平滑用コンデンサ5に充電したエネ
ルギーの放電のみでなく、DC−DCコンバータか
らも供給されるので、平滑用コンデンサ5の電圧
も低下することなく所定の電圧が制御できる。こ
の結果、X線管9に印加する電圧VXも、第4図
のように立上がり時間が短かく、落込みを生じな
い。
なお、第4図には、比較のために本発明を用い
ない場合の波形を波線で示す。
電圧発生器21の構成は、第2図に示すような
アナログ回路に限定されない。例えば、マイクロ
コンピユータを制御回路に用いた場合、プログラ
マブルタイマなどによつて発生できる。
第8図は、電圧発生器21としてパルス幅が一
定で、ピーク電圧が可変のものを採用した実施例
におけるタイムチヤートを示す。時刻t0でX線曝
射信号X0を入力すると電圧発生器21の出力a
は、所定時間だけパルスを出力する。このパルス
のピーク電圧は、電圧設定値および電流設定値に
よつて、最適な管電圧波形の立上がりが得られる
ように制御する。誤差増幅器12の正入力bは電
圧発生器21の出力aに電圧設定値Vsetが加算さ
れた波形となる。
第9図は、電圧発生器21としてパルス幅が可
変で、ピーク電圧が一定のものを採用した実施例
におけるタイムチヤートを示す。時刻t0でX線曝
射信号X0を入力すると電圧発生器21の出力a
は、所定時間だけパルスを出力する。このパルス
の幅は、電圧設定値および電流設定値によつて、
最適な管電圧波形の立上がりが得られるように制
御する。誤差増幅器12の正入力bは、電圧発生
器21の出力aに電圧設定値Vsetが加算された波
形となる。
第10図は、電圧発生器21としてパルス幅が
可変で、ピーク電圧も可変のものを採用した実施
例におけるタイムチヤートを示す。時刻t0でX線
曝射信号X0を入力すると21の出力aは、所定
時間だけパルスを出力する。このパルスのピーク
電圧およびパルス幅は、電圧設定値および電流設
定値によつて、最適な管電圧波形の立上がりが得
られるように制御する。誤差増幅器12の正入力
bは、電圧発生器21の出力aに電圧設定値Vset
が加算された波形となる。
第11図は、本発明の他の実施例を示したもの
である。1〜14、20〜22は第1図と同種の
ものであり、説明を省略する。50は遅延回路で
あり、X線曝射信号から所定時間遅延した信号を
出力する。
この構成における基本的な動作は第1図と同様
である。第1図の構成に比べて、曝射開始時に設
定電圧を定常値に比べて大きくする効果をさらに
強くしたものである。この構成における動作を第
12図に示すタイムチヤートによつて説明する。
時刻t0でX線曝射信号X0を入力すると、電圧発
生器21によつて発生する電圧によつて、誤差増
幅器12の正入力bは電圧設定値Vsetよりも大き
い値となる。同時にDC−DCコンバータは動作を
開始するが、インバータ6は動作しない。
インバータ6は遅延回路50によつて遅延させ
られた時間の後の時刻t1に動作を開始する。この
DC−DCコンバータが動作を開始してから、イン
バータ6が動作を開始するまでの間は、リアクト
ル2を流れる電流Iioは、ほぼX線曝射中の定常状
態の電流と等しくなるように、制御される。この
結果、時刻t1でインバータ6がオンすると、平滑
用コンデンサ5の電圧VCは速く設定電圧となる
ことができ、良好な管電圧波形が得られる。
以上のように、本発明の実施例によれば、フイ
ードバツク制御するインバータ式X線装置におけ
る誤差増幅器の設定電圧入力に微分要素あるいは
微分要素に類似した要素を付加し、曝射開始時に
電圧設定値を定常値より大きくすることによつ
て、定常特性に悪影響を与えることなく、立上が
り時の管電圧波形を良好にできる。
また、本発明は、上述した実施例に限定される
ことなく同様の構成の回路にはすべて適用でき
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、インバータ式X線装置におい
てフイードバツク制御によつて管電圧波形を安定
化する場合、定常特性を悪化することなく、管電
圧波形の立上がり特性を良好にできるので、X線
の線量の増加や撮影時間と線量との線型性を向上
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例の構成図、第2
図は第1図中の電圧発生器の一実施例の構成図、
第3図は第2図の電圧発生器のタイムチヤート、
第4図は第1図の動作を説明するタイムチヤー
ト、第5図はフイードバツク制御系を有す従来の
インバータ式X線装置の構成図、第6図はフイー
ドバツク制御における誤差増幅器の構成図、第7
図は第5図の動作を説明するタイムチヤート、第
8図乃至第10図は本発明による電圧発生器の他
の実施例のタイムチヤート、第11図は本発明の
他の実施例の構成図、第12図は第11図の動作
を説明するタイムチヤート。 1……直流電源、2……リアクトル、3……ト
ランジスタ、5……平滑用コンデンサ、6……イ
ンバータ、7……高圧変圧器、8……整流器、9
……X線管、12……誤差増幅器、21……電圧
発生器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 直流電源と、該直流電源を所定の電圧に変換
    するコンバータと、該コンバータの出力電圧を交
    流に変換するインバータと、該インバータの出力
    に接続する変圧器と、該変圧器の出力に接続する
    整流器と、該整流器の出力に接続するX線管と、
    前記コンバータの出力電圧あるいは、X線管に印
    加する電圧に対応した電圧を検出する検出器と、
    前記コンバータの出力電圧を設定する第1の信号
    あるいはX線管に印加する電圧を設定する第2の
    信号と前記検出器の出力である第3の信号とが等
    しくなるように前記コンバータの動作を制御する
    第1の制御器とを有するインバータ式X線装置に
    おいて、前記コンバータが動作を開始する時点あ
    るいはその近傍で第4の信号を発生する第2の制
    御器を設け、前記第3の信号との比較値として第
    1の信号あるいは第2の信号と前記第4の信号と
    を加算した値を用いることを特徴とするインバー
    タ式X線装置。 2 第4の信号は、最初に最大値に達し、所定の
    時定数で減衰する信号であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のインバータ式X線装
    置。 3 第4の信号の最大値は、管電圧および管電流
    のうちいずれか一方あるいは両方によつて可変で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載
    のインバータ式X線装置。 4 第4の信号は、方形波パルスであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のインバータ
    式X線装置。 5 第4の信号の波高値あるいはパルス幅は、管
    電圧および管電流のうちいずれか一方あるいは両
    方によつて可変であることを特徴とする特許請求
    の範囲第4項記載のインバータ式X線装置。 6 コンバータが動作開始する時点より所定時間
    遅延してインバータが動作開始することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のインバータ式X
    線装置。
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