JPH0562789A - High-voltage generating device - Google Patents

High-voltage generating device

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JPH0562789A
JPH0562789A JP3226037A JP22603791A JPH0562789A JP H0562789 A JPH0562789 A JP H0562789A JP 3226037 A JP3226037 A JP 3226037A JP 22603791 A JP22603791 A JP 22603791A JP H0562789 A JPH0562789 A JP H0562789A
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resonance
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transformer
switching
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Hidetoshi Kudou
英稔 工藤
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Abstract

PURPOSE:To suppress the increase of loss and noise due to switching even when the load side impedance of an X-ray tube and the like is changed and the resonance mode of a voltage resonance type inverter circuit is changed. CONSTITUTION:A detecting transformer 18 is connected to both ends of the capacitor 17 of a voltage resonance type inverter circuit, and the resonance voltage is stepped down and extracted. The resonance detection voltage VR is outputted to a control circuit 24. The resonance voltage VR is full-wave- rectified by the control circuit 24, then it is fed to a comparator as one reference input via a peak hold circuit and a voltage dividing circuit. The full-wave- rectified output is fed to the comparator as the other input. When the full-wave- rectified output is lower than the reference input, the output of the comparator rises to drive a mono-stable multivibrator. Inverter/chopper control oscillators 25, 27 are operated synchronously with the output rise of the multivibrator.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線診断装置やX線C
T装置におけるX線管に高電圧を供給するのに好適な高
電圧発生装置に係り、とくに、電圧共振形インバータを
用いた高電圧発生装置に関する。
The present invention relates to an X-ray diagnostic apparatus and an X-ray C
The present invention relates to a high voltage generator suitable for supplying a high voltage to an X-ray tube in a T device, and more particularly to a high voltage generator using a voltage resonance type inverter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電圧共振形インバータを搭載した
高電圧発生装置としては、図5に示す構成のものがあ
る。図5において、100は空芯トランスであり、この
トランス100の一次コイル100aのセンタ・タップ
はチョーク・コイル101及びチョッパ・トランジスタ
102を介して直流電源103のプラス側に接続されて
いる。この直流電源103のマイナス側はスイッチング
・トランジスタ104及び105を並列に介して一次コ
イル100aの両端に各々接続されると共に、両スイッ
チング・トランジスタ104、105のコレクタ間は共
振コンデンサ106を介して接続されている。図中、1
07は転流ダイオードである。一方、トランス100の
二次コイル100bの両端は、ブリッジ整流器108を
介して負荷であるX線管109に接続されている。上記
チョッパ・トランジスタ102及びスイッチング・トラ
ンジスタ104、105は、トランス100の一次コイ
ル100aにおける励磁バランスなどを考慮して、制御
回路110からの制御信号によりチョッパとスイッチン
グとが同期状態で駆動されるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a high voltage generator equipped with a voltage resonance type inverter, there is a structure shown in FIG. In FIG. 5, 100 is an air-core transformer, and the center tap of the primary coil 100a of this transformer 100 is connected to the plus side of a DC power supply 103 via a choke coil 101 and a chopper transistor 102. The negative side of the DC power supply 103 is connected to both ends of the primary coil 100a via switching transistors 104 and 105 in parallel, and the collectors of both switching transistors 104 and 105 are connected via a resonance capacitor 106. ing. 1 in the figure
Reference numeral 07 is a commutation diode. On the other hand, both ends of the secondary coil 100b of the transformer 100 are connected to an X-ray tube 109 which is a load via a bridge rectifier 108. The chopper transistor 102 and the switching transistors 104 and 105 are driven in synchronization with the chopper and the switching by a control signal from the control circuit 110 in consideration of the excitation balance in the primary coil 100a of the transformer 100. Is becoming

【0003】このため、予め定めた素子定数のトランス
100の一次、二次コイル100a、100bと共振コ
ンデンサ106との間に電圧共振を生じさせ、その共振
電圧をトランス100で直接昇圧して、応答性の良い高
圧出力を得ることができる。その際、前段のチョッパ・
トランジスタ102に対するデューティ比を変えて、チ
ョーク・コイル101の通電電流の大きさを変えること
により、出力電圧を調整できる。
Therefore, a voltage resonance is generated between the primary and secondary coils 100a and 100b of the transformer 100 having a predetermined element constant and the resonance capacitor 106, and the resonance voltage is directly boosted by the transformer 100 to generate a response. It is possible to obtain a high-voltage output with good performance. At that time,
The output voltage can be adjusted by changing the duty ratio with respect to the transistor 102 and changing the magnitude of the current flowing through the choke coil 101.

【0004】さらに、スイッチング・トランジスタ10
4、105に関しては、共振電圧の正弦波の弧を利用
し、零ボルト又はその近傍の低い電圧値の位相領域でス
イッチング動作を行わせることにより、トランジスタ1
04、105のスイッチング損失及びスイッチングノイ
ズの発生を抑制させることができる。
Further, the switching transistor 10
With respect to Nos. 4 and 105, the sine wave arc of the resonance voltage is used to perform the switching operation in the phase region of low voltage value at or near zero volt, so that the transistor 1
It is possible to suppress the generation of switching loss and switching noise of 04 and 105.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、X線用の高
電圧発生装置では一般に、出力可変範囲を広くとるこ
と、及び、出力電圧を平滑化するために容量性負荷の接
続用途があるという特殊な要求がある。このため、ある
条件にて最適なスイッチング周波数を定めておいたとし
ても、例えばX線管の管電圧や管電流の設定を変更する
ことによりX線管のインピーダンスを変えた場合、トラ
ンス100及びコンデンサ106から成る共振回路の固
有周波数が変化し、共振回路の動作モードが変わってし
まう。つまり、図5における一方のスイッチング・トラ
ンジスタ104のコレクタ、エミッタ間電圧Vceで説
明すると、例えば図6(a)の適正状態から同図(b)
の負荷変動状態に位相がずれてしまい、共振電圧が未だ
高い位相角でトランジスタ104のスイッチングを行わ
なければならない。また、2次側高電圧を平滑するため
に容量性負荷を接続した場合も、上記動作モードが過渡
的には大きく変化してしまう。
By the way, in a high voltage generator for X-ray, generally, a wide output variable range is taken and there is a special application that a capacitive load is connected to smooth the output voltage. There is a demand. Therefore, even if the optimum switching frequency is determined under a certain condition, when the impedance of the X-ray tube is changed by changing the setting of the tube voltage or the tube current of the X-ray tube, the transformer 100 and the capacitor are changed. The natural frequency of the resonance circuit composed of 106 changes, and the operation mode of the resonance circuit changes. That is, the description will be made with reference to the collector-emitter voltage Vce of one switching transistor 104 in FIG. 5, for example, from the proper state of FIG. 6A to that of FIG. 6B.
The phase shifts to the load fluctuation state of 1 and the switching of the transistor 104 must be performed at a phase angle where the resonance voltage is still high. In addition, even when a capacitive load is connected to smooth the secondary high voltage, the operation mode transiently greatly changes.

【0006】このような状況において、上記従来装置は
負荷変動に伴う共振回路の動作モードの変化を考慮して
いないので、負荷インピーダンスが大きく変わった場
合、共振モードがずれ、図6(b)のようにスイッチン
グのタイミングがずれてしまう。このため、導通時に流
れる電流と断時にかかる電圧との交差面積が大きくな
り、スイッチング損失やノイズが増大するという問題が
あった。また、放熱対策の必要性などに因り小形化が阻
害されたり、高出力化が困難になったり、さらにS/N
比が低下するという問題があった。これに対して、負荷
インピーダンスを所定値に固定したり、容量性負荷を接
続しないようにすれば、上記問題は生じないが、X線用
の高電圧発生装置に求められている前記要求を満たすこ
とができず、汎用性の低い装置になってしまう。
In such a situation, since the above-mentioned conventional device does not consider the change of the operation mode of the resonance circuit due to the load change, when the load impedance is largely changed, the resonance mode is deviated and the resonance mode of FIG. As you can see, the switching timing is off. For this reason, there is a problem in that a crossing area between a current flowing when conducting and a voltage applied when disconnecting becomes large, and switching loss and noise increase. In addition, downsizing is hindered due to the need for heat dissipation measures, high output is difficult, and S / N
There was a problem that the ratio decreased. On the other hand, if the load impedance is fixed to a predetermined value or the capacitive load is not connected, the above-mentioned problem does not occur, but the above-mentioned demand for an X-ray high-voltage generator is satisfied. It is impossible to do so, and the device has low versatility.

【0007】本発明は、このような従来技術の問題に鑑
みてなされたもので、負荷であるX線管などのインピー
ダンスが変わった場合でも、共振モードの変化に伴うス
イッチングタイミングのずれを自動的に抑制することが
でき、これによりスイッチング損失の増大やスイッチン
グノイズの発生を防止することを目的とする。
The present invention has been made in view of the problems of the prior art described above. Even when the impedance of the X-ray tube, which is a load, changes, the shift of the switching timing due to the change of the resonance mode is automatically made. The purpose is to prevent increase of switching loss and generation of switching noise.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、負荷側と電源側との間に挿入された変
圧用のトランスと、このトランスの1次コイルへの供給
電流を断続するスイッチング素子と、上記トランスのコ
イルとの間で所定固有周波数の電圧共振を発生させるコ
ンデンサとを有したインバータ回路を備えると共に、上
記電圧共振状態の電圧値を検出する共振状態検出手段
と、この共振状態検出手段の検出値に基づき、予め設定
した基準位相角に対応した基準電圧を設定する基準電圧
設定手段と、この基準電圧設定手段の設定値と前記共振
状態検出手段の検出値とが一致したことを示すタイミン
グ信号を形成するタイミング信号形成手段と、このタイ
ミング信号形成手段の形成信号に同期して前記スイッチ
ング素子の断続を制御するスイッチング制御手段とを備
えた。
In order to achieve the above object, in the present invention, a transformer for transformation inserted between a load side and a power source side and a supply current to a primary coil of this transformer are intermittently connected. And a resonance state detecting means for detecting a voltage value in the voltage resonance state, and an inverter circuit having a switching element and a capacitor for generating voltage resonance of a predetermined natural frequency between the coil of the transformer. Reference voltage setting means for setting a reference voltage corresponding to a preset reference phase angle based on the detection value of the resonance state detecting means, and the set value of the reference voltage setting means and the detection value of the resonance state detecting means match. Timing signal forming means for forming a timing signal indicating that the switching signal is formed, and the switching of the switching element is controlled in synchronization with the forming signal of the timing signal forming means. That includes a switching control unit.

【0009】[0009]

【作用】電源からトランスの1次コイルに供給する電流
をスイッチング素子が所定周期で断続して高周波化する
ことにより、そのトランスのコイルとコンデンサとの間
で電圧共振が起こる。この共振電圧はそのままトランス
で昇圧され、その後、直流の高電圧に変換されて負荷に
供給される。このとき、正弦波の弧を描く共振電圧は共
振状態検出手段により検出され、その検出値に基づき基
準位相角に対応した基準電圧が基準電圧設定手段におい
て設定される。これと共に、タイミング信号形成手段で
は基準電圧設定値と共振電圧検出値とを比較しながら、
両者が一致したことを示すタイミング信号が形成され
る。即ちタイミング信号が形成されたときは、共振電圧
の観測位相角が基準位相角に達した状態となる。そこ
で、スイッチング制御手段により、タイミング信号に同
期してインバータ回路のスイッチング素子が断続制御さ
れる。
The current supplied from the power supply to the primary coil of the transformer is intermittently oscillated by the switching element in a predetermined cycle to generate a high frequency, so that voltage resonance occurs between the coil of the transformer and the capacitor. This resonance voltage is directly boosted by the transformer, then converted into a high DC voltage and supplied to the load. At this time, the resonance voltage that draws the arc of the sine wave is detected by the resonance state detecting means, and the reference voltage corresponding to the reference phase angle is set by the reference voltage setting means based on the detected value. At the same time, the timing signal forming means compares the reference voltage setting value with the resonance voltage detection value,
A timing signal is formed which indicates that the two match. That is, when the timing signal is formed, the observed phase angle of the resonance voltage reaches the reference phase angle. Therefore, the switching control means intermittently controls the switching element of the inverter circuit in synchronization with the timing signal.

【0010】これにより、負荷として例えばX線管を用
い、その管電圧や管電流の設定を変更してトランス2次
側の負荷インピーダンスが変わり、共振周波数がずれた
場合でも、インバータ回路のスイッチングタイミング
(動作周期)は、常に、変化した共振モード電圧波形の
中の基準位相角に強制的に同期させられる。このため、
その基準位相角を共振電圧の零ボルト近傍の適宜な値に
予め設定しておくことにより、共振電圧の高い値となっ
た時点でスイッチングが行われるという状態が確実に回
避され、負荷変動があってもスイッチング損失及びノイ
ズ発生の増大が抑えられる。
As a result, for example, when an X-ray tube is used as the load and the setting of the tube voltage or the tube current is changed to change the load impedance on the secondary side of the transformer and the resonance frequency is deviated, the switching timing of the inverter circuit is changed. The (operating period) is always forcibly synchronized with the reference phase angle in the changed resonance mode voltage waveform. For this reason,
By presetting the reference phase angle to an appropriate value near the resonance voltage of 0 volt, it is possible to reliably avoid the state where switching is performed when the resonance voltage reaches a high value, and to avoid load fluctuations. However, increase in switching loss and noise generation can be suppressed.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図4を参照
して説明する。この実施例はプッシュプル形電圧共振イ
ンバータを用いた、X線管用の高電圧発生装置である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. This embodiment is a high voltage generator for an X-ray tube using a push-pull type voltage resonance inverter.

【0012】図1に示した高電圧発生装置は電圧変換部
1a及びスイッチング制御部1bを備えている。電圧変
換部1aは、商用電圧の直流電源10と、昇圧用のトラ
ンス11と、直流電源10及び昇圧用トランス11間に
接続されたチョッパ・トランジスタ(MOS型)12、
チョーク・コイル13、転流ダイオード14、及びスイ
ッチング・トランジスタ(MOS型)15、16と、昇
圧用トランス11の1次側に接続された共振コンデンサ
17及び検出用トランス18と、昇圧用トランス11の
2次側(負荷側)に装備されたブリッジ整流器19とを
備えている。
The high voltage generator shown in FIG. 1 comprises a voltage converter 1a and a switching controller 1b. The voltage conversion unit 1a includes a DC power supply 10 for commercial voltage, a boosting transformer 11, a chopper transistor (MOS type) 12 connected between the DC power supply 10 and the boosting transformer 11,
The choke coil 13, the commutation diode 14, the switching transistors (MOS type) 15 and 16, the resonance capacitor 17 and the detection transformer 18 connected to the primary side of the step-up transformer 11, and the step-up transformer 11. The bridge rectifier 19 is provided on the secondary side (load side).

【0013】この内、直流電源10のプラス側はチョッ
パ・トランジスタ12及びチョーク・コイル13を介し
て昇圧用トランス11の1次コイル11aのセンタタッ
プに接続されている。この1次コイル11aの両端は図
示のようにスイッチング・トランジスタ15、16のド
レインに接続され、各トランジスタ15、16のソース
が直流電源10のマイナス側に至る。チョーク・コイル
13及びトランジスタ12間の中間点と直流電源10の
マイナス側との間には、転流ダイオード14が挿入され
ている。さらに、両方のスイッチング・トランジスタ1
5、16のドレイン間、即ち昇圧用トランス11の1次
コイル11a両端は、コンデンサ17を介して相互に接
続されている。
Of these, the positive side of the DC power supply 10 is connected to the center tap of the primary coil 11a of the step-up transformer 11 via a chopper transistor 12 and a choke coil 13. Both ends of the primary coil 11a are connected to the drains of the switching transistors 15 and 16 as shown, and the sources of the transistors 15 and 16 reach the negative side of the DC power supply 10. A commutation diode 14 is inserted between the intermediate point between the choke coil 13 and the transistor 12 and the negative side of the DC power supply 10. Furthermore, both switching transistors 1
The drains 5 and 16, that is, both ends of the primary coil 11 a of the boosting transformer 11 are connected to each other via a capacitor 17.

【0014】昇圧用トランス11は空芯トランスであ
り、その全インダクタンスLと共振コンデンサ17の静
電容量Cとで所定固有周波数の電圧共振回路を構成して
いる。ここで、昇圧用トランス11、スイッチング・ト
ランジスタ15、16、及びコンデンサ17は電圧共振
形インバータ回路を形成している。昇圧用トランス11
の2次コイル11bは、ブリッジ整流器19を介して、
負荷であるX線管20に至る。
The step-up transformer 11 is an air-core transformer, and the total inductance L thereof and the electrostatic capacitance C of the resonance capacitor 17 constitute a voltage resonance circuit having a predetermined natural frequency. Here, the step-up transformer 11, the switching transistors 15 and 16, and the capacitor 17 form a voltage resonance type inverter circuit. Step-up transformer 11
The secondary coil 11b of the
The load reaches the X-ray tube 20.

【0015】さらに、検出用トランス18は降圧用トラ
ンスであり、その1次コイル18aが共振コンデンサ1
7に並列に接続されている。これにより、コンデンサ1
7両端の数百Vの共振電圧を2次コイル18bで数Vの
交流電圧に降圧し、その交流電圧をスイッチング制御部
1bに供給する。
Further, the detection transformer 18 is a step-down transformer, and its primary coil 18a has a resonance capacitor 1
7 are connected in parallel. This allows the capacitor 1
The resonance voltage of several hundreds of volts across 7 is stepped down to an alternating voltage of several volts by the secondary coil 18b, and the alternating voltage is supplied to the switching controller 1b.

【0016】スイッチング制御部1bは、検出用トラン
ス18の2次コイル18bに接続された制御回路24
と、この制御回路24の出力側に接続された、インバー
タ制御用発振器25、インバータ駆動回路26及びチョ
ッパ制御用発振器27、チョッパ駆動回路28の2系統
の回路群とを備えている。
The switching control unit 1b includes a control circuit 24 connected to the secondary coil 18b of the detection transformer 18.
And an inverter control oscillator 25, an inverter drive circuit 26, a chopper control oscillator 27, and a chopper drive circuit 28 connected to the output side of the control circuit 24.

【0017】制御回路24は、図2に示す如く、共振コ
ンデンサ17両端の共振電圧を入力する全波整流器30
と、この全波整流器30の整流電圧のピーク値をホール
ドするピークホールド回路31と、このピークホールド
回路31の出力電圧を分圧する分圧回路32とを備える
一方で、分圧回路32の出力電圧を基準入力とし、前記
全波整流器30の整流電圧を比較入力とする比較器33
と、この比較器33の出力電圧に立上がりに付勢されて
一定時間幅の方形パルスを出力する単安定マルチバイブ
レータ34とを備えている。分圧回路32は、入力電圧
に所定の係数(<1)を掛けることで分圧を行うもので
ある。また単安定マルチバイブレータ34には、インバ
ータ制御用発振器25及びチョッパ制御用発振器27が
各々並列に接続されている。なお、単安定マルチバイブ
レータ34の出力信号はピークホールド回路31のリセ
ット信号にもなっている。
The control circuit 24, as shown in FIG. 2, is a full-wave rectifier 30 for inputting the resonance voltage across the resonance capacitor 17.
And a peak hold circuit 31 that holds the peak value of the rectified voltage of the full-wave rectifier 30, and a voltage divider circuit 32 that divides the output voltage of the peak hold circuit 31, while the output voltage of the voltage divider circuit 32. Is a reference input and the rectified voltage of the full-wave rectifier 30 is a comparison input.
And a monostable multivibrator 34 which is urged to rise by the output voltage of the comparator 33 and outputs a rectangular pulse having a constant time width. The voltage dividing circuit 32 divides the input voltage by multiplying it by a predetermined coefficient (<1). Further, an inverter control oscillator 25 and a chopper control oscillator 27 are connected in parallel to the monostable multivibrator 34. The output signal of the monostable multivibrator 34 also serves as a reset signal for the peak hold circuit 31.

【0018】インバータ制御用発振器25及びチョッパ
制御用発振器27は、それらへの入力電圧の立上がりに
同期した制御パルス信号を、後段のインバータ駆動回路
26及びチョッパ駆動回路28に各々出力する。この
内、インバータ駆動回路26は、発振器25の制御パル
ス信号に同期して駆動し、スイッチング・トランジスタ
15、16を交互にオン、オフさせる。またチョッパ駆
動回路28は発振器27の制御パルス信号に同期して駆
動し、チョッパ・トランジスタ12をオン、オフさせる
ようになっている。
The inverter control oscillator 25 and the chopper control oscillator 27 output control pulse signals synchronized with the rising of the input voltage to the inverter control circuit 26 and the chopper drive circuit 28, respectively. Of these, the inverter drive circuit 26 is driven in synchronization with the control pulse signal of the oscillator 25 to alternately turn on and off the switching transistors 15 and 16. The chopper drive circuit 28 is driven in synchronization with the control pulse signal of the oscillator 27 to turn on and off the chopper transistor 12.

【0019】本実施例では、検出用トランス18及び全
波整流器30が本発明の共振状態検出手段を成し、ピー
クホールド回路31及び分圧回路32が基準電圧設定手
段を成し、比較器33及び単安定マルチバイブレータ3
4がタイミング信号形成手段を成す。さらに、インバー
タ制御用発振器25及びインバータ駆動回路26がスイ
ッチング制御手段を形成している。
In this embodiment, the detection transformer 18 and the full-wave rectifier 30 form the resonance state detecting means of the present invention, the peak hold circuit 31 and the voltage dividing circuit 32 form the reference voltage setting means, and the comparator 33. And monostable multivibrator 3
4 constitutes a timing signal forming means. Further, the inverter control oscillator 25 and the inverter drive circuit 26 form a switching control means.

【0020】次に、本実施例の動作を図3、4を用いて
説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0021】いま、X線管20のインピーダンスZが予
め設定した規定値であり、この状態でインバータ制御用
発振器25及びチョッパ制御用発振器27が制御回路2
4からの方形波パルス信号に基づいて同一周波数で発振
し、各々、インバータ駆動回路26及びチョッパ駆動回
路28を駆動させているものとする。これにより、イン
バータ駆動回路26は図3(a),(b)の実線に示す
ように、スイッチング・トランジスタ15、16を交互
に同一周期Ta/2でオン(導通)、オフ(非導通)さ
せる。また、チョッパ駆動回路27は図3(c)の実線
に示すように、チョッパ・トランジスタ12を周期Tb
毎にオン(期間Tb1)及びオフ(期間Tb2)を繰り返
す。このとき、チョッパ・トランジスタ12のオン周期
Tb1は、スイッチング・トランジスタ15、16の両方
のオン周期に等分に重ねられる。これよりトランス11
の一次コイル11aの励磁バランスが良好に保持され
る。
Now, the impedance Z of the X-ray tube 20 is a preset specified value, and in this state, the inverter controlling oscillator 25 and the chopper controlling oscillator 27 are controlled by the control circuit 2.
It is assumed that the inverter drive circuit 26 and the chopper drive circuit 28 are respectively driven by oscillating at the same frequency based on the square wave pulse signal from 4. As a result, the inverter drive circuit 26 alternately turns on (conducts) and off (non-conducts) the switching transistors 15 and 16 in the same cycle Ta / 2 as shown by the solid lines in FIGS. 3 (a) and 3 (b). .. In addition, the chopper drive circuit 27 sets the chopper transistor 12 to the cycle Tb as shown by the solid line in FIG.
The ON (period Tb1) and the OFF (period Tb2) are repeated every time. At this time, the ON period Tb1 of the chopper transistor 12 is equally divided into the ON periods of both the switching transistors 15 and 16. Trance 11
The excitation balance of the primary coil 11a is maintained well.

【0022】このため、直流電源10の電源電圧はチョ
ッパ・トランジスタ12によってチョッパして高周波化
され、負荷のインバータ回路に供給される。このとき、
インバータ回路では固有周波数に対応してスイッチング
・トランジスタ15、16のオン、オフが切り換えられ
るため、トランス11の全インダクタンスと共振コンデ
ンサ17の静電容量とにより、図3(e)の実線に示す
正弦波波形の電圧共振が生じる。いま、負荷インピーダ
ンスZ(X線管の管電流、管電圧)が規定値であるか
ら、電圧共振モードも予め設定したスイッチング損失や
ノイズ発生等が最も少ない規定状態である。この共振電
圧はトランス11にてそのまま昇圧され、整流器19で
整流されてX線管20に供給される。
Therefore, the power supply voltage of the DC power supply 10 is choppered by the chopper transistor 12 to have a high frequency and is supplied to the inverter circuit of the load. At this time,
In the inverter circuit, since the switching transistors 15 and 16 are switched on and off according to the natural frequency, the total inductance of the transformer 11 and the electrostatic capacitance of the resonance capacitor 17 cause the sine shown in the solid line in FIG. Waveform voltage resonance occurs. Now, since the load impedance Z (tube current and tube voltage of the X-ray tube) is a specified value, the voltage resonance mode is also a specified state in which preset switching loss, noise generation, etc. are minimized. The resonance voltage is directly boosted by the transformer 11, rectified by the rectifier 19 and supplied to the X-ray tube 20.

【0023】このようにしてX線管20にパワーが供給
されると、電圧共振形インバータ回路内に蓄積された電
力エネルギーが徐々に減ってくる。そこで、この減少し
た分のエネルギーは、スイッチング・トランジスタ1
5、16の導通時において、その導通期間とチョッパ・
トランジスタ12の導通期間の重複する間に、直流電源
10から平滑コイル13を介して供給されるから、共振
状態が継続する。平滑コイル13を流れる電流IL は、
図3(d)の実線のようになる。
When power is supplied to the X-ray tube 20 in this manner, the electric power energy stored in the voltage resonance type inverter circuit gradually decreases. Therefore, the energy reduced by the switching transistor 1
When conducting 5 and 16, the conduction period and chopper
Since the DC power supply 10 supplies power via the smoothing coil 13 during the overlap of the conduction periods of the transistor 12, the resonance state continues. The current I L flowing through the smoothing coil 13 is
It becomes like the solid line in FIG.

【0024】なお、トランス11の2次側出力電圧は、
チョッパ・トランジスタ12のデューティ比を変えるこ
とにより、共振モードとは無関係の状態で変更される。
The secondary output voltage of the transformer 11 is
By changing the duty ratio of the chopper transistor 12, it is changed in a state independent of the resonance mode.

【0025】一方、上記電源供給状態において、共振コ
ンデンサ17の両端には正弦波状に振動する共振電圧v
R が図4(a)に示す如く発生している。この共振電圧
R は検出用トランス17により所定比で降圧され、こ
の降圧された共振電圧vR が制御回路24に入力する。
On the other hand, in the above-mentioned power supply state, the resonance voltage v which oscillates in a sinusoidal shape is applied across the resonance capacitor 17.
R is generated as shown in FIG. The resonance voltage v R is stepped down by the detection transformer 17 at a predetermined ratio, and the stepped down resonance voltage v R is input to the control circuit 24.

【0026】制御回路24では、まず全波整流器30が
共振電圧vR を全波整流し、図4(b)に示す電圧波形
に変換する。この整流波形がピークホールド回路31に
てピークホールドされると、図4(c)の電圧波形のよ
うに、ピーク値に達した後はそのピーク値が保持された
波形に変換される。このようにピーク値をホールドする
のは、正弦波の共振電圧波形における90度の位相(即
ちピーク値の位相)を設定するためである。
In the control circuit 24, the full-wave rectifier 30 first full-wave rectifies the resonance voltage v R and converts it into the voltage waveform shown in FIG. 4B. When this rectified waveform is peak-held by the peak-hold circuit 31, after the peak value is reached, the peak value is converted into a held waveform as in the voltage waveform of FIG. The reason for holding the peak value in this way is to set the phase of 90 degrees (that is, the phase of the peak value) in the sinusoidal resonance voltage waveform.

【0027】次いで、このピークホールド電圧波形は分
圧回路32で所定係数が乗じられて分圧波形に図4
(d)の如く変換される。これにより、90度以下の基
準位相角に対応した波高値を有する基準電圧値(波形)
が形成される。なお、分圧回路32の係数値を変えるこ
とにより、基準電圧波形の波高値を適宜変更することが
できる。
Next, this peak hold voltage waveform is multiplied by a predetermined coefficient in the voltage dividing circuit 32, and the divided voltage waveform is shown in FIG.
It is converted as shown in (d). As a result, the reference voltage value (waveform) having the peak value corresponding to the reference phase angle of 90 degrees or less
Is formed. The peak value of the reference voltage waveform can be changed as appropriate by changing the coefficient value of the voltage dividing circuit 32.

【0028】このように形成された基準電圧値は比較器
33において全波整流値と比較される。全波整流波形が
基準電圧波形を上回っている間は、比較器33の出力は
論理Lレベルを維持しているが、図4のタイミングt
で示すように、全波整流波形が基準電圧波形よりも小さ
くなる時点で、比較器33の出力は論理Hレベルに立ち
上がる(図4(e)参照)。この比較器33の立上がり
に付勢されて、次段の単安定マルチバイブレータ34が
図4(f)の如く一定時間TBだけ出力を立ち上げる。
この立上げによる方形波パルス信号はインバータ制御用
発振器25及びチョッパ制御用発振器27に供給され、
それらの発振器25、27における発振タイミングが強
制的に入力パルス信号に同期する。
The reference voltage value thus formed is compared with the full-wave rectified value in the comparator 33. While the full-wave rectified waveform exceeds the reference voltage waveform, the output of the comparator 33 maintains the logic L level, but the timing t 3 in FIG.
As indicated by, when the full-wave rectified waveform becomes smaller than the reference voltage waveform, the output of the comparator 33 rises to the logical H level (see FIG. 4 (e)). As the comparator 33 is urged to rise, the monostable multivibrator 34 in the next stage raises the output for a certain time TB as shown in FIG. 4 (f).
The square wave pulse signal generated by this rise is supplied to the inverter control oscillator 25 and the chopper control oscillator 27,
The oscillation timings of the oscillators 25 and 27 are forcibly synchronized with the input pulse signal.

【0029】なお、単安定マルチバイブレータ34の出
力によってピークホールド回路31がリセットされるか
ら、比較器33の立上がり信号は立上がり後直ちに立ち
下がり、トリガーパルスとなる。
Since the peak hold circuit 31 is reset by the output of the monostable multivibrator 34, the rising signal of the comparator 33 falls immediately after rising and becomes a trigger pulse.

【0030】そこで、いま、負荷としてのX線管20の
管電圧や管電流を必要があって変更したため、負荷側イ
ンピーダンスZが変わり、共振電圧の位相が例えば図3
(e)中の実線図示の規定モードから仮想線図示の位相
モードに変化したとする。このように共振電圧の位相が
ずれた場合でも、制御回路24は、前述した監視制御を
行うことで、そのずれた共振電圧波形に対する基準位相
角θ(図4参照)のタイミングを割り出し、その基準位
相角θにインバータ、チョッパ制御用発振器25、27
の発振周波数を強制的且つ自動的に同期させる。これに
より、チョッパ回路及びインバータ回路の各スイッチタ
イミングは図3中の仮想線図示のように夫々変更され、
前述したと同一の電源供給動作が行われる。なお、分圧
回路32の分圧比を変えることにより、基準位相角θ、
即ち強制同期タイミングを容易に可変できる。
Therefore, since the tube voltage and the tube current of the X-ray tube 20 as a load are required and changed, the impedance Z on the load side changes and the phase of the resonance voltage is, for example, as shown in FIG.
It is assumed that the specified mode shown by the solid line in (e) is changed to the phase mode shown by the phantom line. Even when the phase of the resonance voltage is deviated in this way, the control circuit 24 performs the above-described monitoring control to determine the timing of the reference phase angle θ (see FIG. 4) with respect to the deviated resonance voltage waveform, and to determine the reference. Inverter, chopper control oscillator 25, 27 at phase angle θ
Forcibly and automatically synchronize the oscillation frequency of. As a result, the switch timings of the chopper circuit and the inverter circuit are respectively changed as shown by the phantom lines in FIG.
The same power supply operation as described above is performed. By changing the voltage division ratio of the voltage dividing circuit 32, the reference phase angle θ,
That is, the forced synchronization timing can be easily changed.

【0031】このように、インバータ回路のスイッチン
グタイミングは常に共振電圧の基準位相角θに合致する
から、共振周波数が変化しても常に好適な共振モードに
復帰させることができる。その結果、スイッチング損失
を減少させて、高効率でX線線量を増加させると共に、
スイッチングノイズの発生を抑制してS/N比を向上さ
せることができる。また、整流器19の負荷側に容量性
負荷を併設して2次側高電圧を平滑化し、電圧リップル
を抑えることも容易に行えるから、CT画像の分解能、
解像度も向上する。さらに、この実施例の装置によれ
ば、スイッチング損失やスイッチングノイズを抑制した
まま、X線管の出力電流、出力電圧の可変範囲を広くと
ることができるから、汎用性の高い装置を提供できる。
さらに、電源フィルタの能力を削減して、装置の小形化
を推進できる。
As described above, since the switching timing of the inverter circuit always matches the reference phase angle θ of the resonance voltage, it is possible to always return to a suitable resonance mode even if the resonance frequency changes. As a result, the switching loss is reduced, the X-ray dose is increased with high efficiency, and
It is possible to suppress the generation of switching noise and improve the S / N ratio. Further, a capacitive load is provided on the load side of the rectifier 19 to smooth the secondary high voltage and easily suppress the voltage ripple. Therefore, the resolution of the CT image,
The resolution is also improved. Further, according to the apparatus of this embodiment, the variable range of the output current and the output voltage of the X-ray tube can be widened while suppressing the switching loss and the switching noise, so that a highly versatile apparatus can be provided.
Further, the capacity of the power supply filter can be reduced to promote downsizing of the device.

【0032】なお、上記実施例における高電圧発生装置
にあっては、インバータ回路の前段にチョッパ回路を搭
載する構成としたが、このチョッパ回路は必ずしも搭載
しなくてもよい。
In the high voltage generator of the above embodiment, the chopper circuit is mounted in the preceding stage of the inverter circuit, but this chopper circuit does not necessarily have to be mounted.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明では、負荷側と電源側との間に電
圧共振形のインバータ回路を備え、このインバータ回路
の共振電圧検出値に基づき基準位相角に対応した基準電
圧を設定し、この基準電圧設定値と共振電圧検出値とが
一致したことを示すタイミング信号を形成し、このタイ
ミング信号に同期してインバータ回路のスイッチング素
子の断続を制御するようにした。このため、負荷側イン
ピーダンスが変わって共振電圧の位相ずれなど、共振モ
ードがずれてしまった場合でも、インバータ回路のスイ
ッチングタイミングを基準電圧設定値、即ちスイッチン
グに適した位相に自動的に同期させることから、インバ
ータ回路のスイッチング損失の増大及びスイッチングノ
イズの発生を抑制できるとともに、インバータ動作に悪
影響を及ぼすこと無く、負荷側のインピーダンスを変化
させることが可能な、汎用性の高い装置を提供できる。
According to the present invention, the voltage resonance type inverter circuit is provided between the load side and the power supply side, and the reference voltage corresponding to the reference phase angle is set based on the resonance voltage detection value of the inverter circuit. A timing signal indicating that the reference voltage setting value and the resonance voltage detection value match is formed, and the switching of the switching element of the inverter circuit is controlled in synchronization with this timing signal. Therefore, even if the resonance mode is shifted due to the phase shift of the resonance voltage due to the impedance change on the load side, the switching timing of the inverter circuit is automatically synchronized with the reference voltage setting value, that is, the phase suitable for switching. Therefore, it is possible to provide a highly versatile device capable of suppressing an increase in switching loss of the inverter circuit and the occurrence of switching noise, and changing the impedance on the load side without adversely affecting the operation of the inverter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の構成を示す、一部ブロック
化した回路構成図。
FIG. 1 is a partially block circuit diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】図1中の制御回路の詳細な構成を示すブロック
図。
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of a control circuit in FIG.

【図3】(a)〜(e)は本発明の一実施例のチョッパ
動作、インバータ動作のタイミングを示す波形図。
3A to 3E are waveform charts showing timings of a chopper operation and an inverter operation according to an embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(f)は本発明の一実施例のインバー
タ同期制御の様子を示す波形図。
FIGS. 4A to 4F are waveform charts showing a state of inverter synchronous control according to an embodiment of the present invention.

【図5】従来例の構成を示す、一部ブロック化した回路
構成図。
FIG. 5 is a partially block circuit configuration diagram showing a configuration of a conventional example.

【図6】(a)および(b)は共振モード(位相)のず
れを説明する波形図。
6 (a) and 6 (b) are waveform diagrams for explaining the shift of the resonance mode (phase).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 直流電源 11 昇圧用トランス 15、16 スイッチング・トランジスタ 17 共振コンデンサ 18 検出用トランス 20 X線管 30 全波整流器 31 ピークホールド回路 32 分圧回路 33 比較器 34 単安定マルチバイブレータ 35 インバータ制御用発振器 36 インバータ駆動回路 10 DC power supply 11 Boosting transformer 15, 16 Switching transistor 17 Resonance capacitor 18 Detection transformer 20 X-ray tube 30 Full-wave rectifier 31 Peak hold circuit 32 Voltage dividing circuit 33 Comparator 34 Monostable multivibrator 35 Inverter control oscillator 36 Inverter drive circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 負荷側と電源側との間に挿入された変圧
用のトランスと、このトランスの1次コイルへの供給電
流を断続するスイッチング素子と、上記トランスのコイ
ルとの間で所定固有周波数の電圧共振を発生させるコン
デンサとを有したインバータ回路を備えると共に、上記
電圧共振状態の電圧値を検出する共振状態検出手段と、
この共振状態検出手段の検出値に基づき、予め設定した
基準位相角に対応した基準電圧を設定する基準電圧設定
手段と、この基準電圧設定手段の設定値と前記共振状態
検出手段の検出値とが一致したことを示すタイミング信
号を形成するタイミング信号形成手段と、このタイミン
グ信号形成手段の形成信号に同期して前記スイッチング
素子の断続を制御するスイッチング制御手段とを備えた
ことを特徴とする高電圧発生装置。
1. A transformer for transformation inserted between a load side and a power source side, a switching element for connecting and disconnecting a current supplied to a primary coil of the transformer, and a coil specific to the transformer. A resonance state detecting means for detecting a voltage value of the voltage resonance state, which is provided with an inverter circuit having a capacitor for generating voltage resonance of a frequency,
Based on the detection value of the resonance state detecting means, a reference voltage setting means for setting a reference voltage corresponding to a preset reference phase angle, a set value of the reference voltage setting means and a detection value of the resonance state detecting means A high voltage, comprising: a timing signal forming means for forming a timing signal indicating the coincidence; and a switching control means for controlling on / off of the switching element in synchronization with a forming signal of the timing signal forming means. Generator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110554242A (en) * 2019-10-14 2019-12-10 江苏为恒智能科技有限公司 Impedance measuring device for grid-connected inverter

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