JPH0754753B2

JPH0754753B2 - インバ−タ式ｘ線装置

Info

Publication number: JPH0754753B2
Application number: JP27185786A
Authority: JP
Inventors: 博文日野; 秀記植村; 一男金子
Original assignee: 株式会社日立メデイコ
Priority date: 1986-11-17
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPS63126195A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案はインバータ式Ｘ線装置に係り、特にＸ線放射開
始時に、Ｘ線管電圧の立ち上がり特性を損うことなく、
管電圧のオーバシユートを抑制するとともに、管電圧の
脈動を低減する技術に関するものである。

〔従来の技術〕

インバータを用いたＸ線装置は近年、様々な文献にて発
表されている。このインバータ式Ｘ線装置の代表的な概
略構成を第４図に示す。インバータ式Ｘ線装置は、起電
力Ｅを有す直流電源10と、直流電源10から入力された電
圧を交流電圧に変換して出力するフルブリツジ形インバ
ータ（以下単にインバータと称す）20と、インバータ20
からの交流電圧を昇圧する高圧変圧器30と、高圧変圧器
30で昇圧された交流電圧を直流電圧に変換する全波整流
回路40と、全波整流回路40の出力電圧を平滑するコンデ
ンサ50と、Ｘ線管60とを備えている。インバータ20は、
直流電源10の出力を交流に変換して高圧変圧器30の一次
巻線に交流電力を供給するもので、それぞれベース電流
a,b,c,dを流すことによつてオンするトランジスタ21,2
2,23,24と、これらのトランジスタ21〜24にそれぞれ逆
並列に接続されたトランジスタ保護用のダイオード25,2
6,27,28（フライホイールダイオードと称す）とから成
る。そして、トランジスタ21と22とで一方の電流路Ａ
を、またトランジスタ23と24とでもう一方の電流路Ｂを
形成し、トランジスタ21と22とを同時にオンさせて電流
路Ａに電流を流す動作と、トランジスタ23と24とを同時
にオンさせて電流路Ｂに電流を流す動作とを交互に繰り
返すことにより、高圧変圧器30の一次巻線に交流電力を
供給する。なお、電流路Ａと電流路Ｂとが交互にオンす
る動作の間には、休止時間を設け、電流路Ａのトランジ
スタ21,22と、他方の電流路Ｂのトランジスタ23,24とが
同時にオンすることがないようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

今、第４図の直流電源10から負荷であるＸ線管60までを
電流路Ａについて等価回路で表わすと第５図の如くな
る。第４図における直流電源10からトランジスタ21,高
圧変圧器のインダクタンスL,ダイオード41を介して、コ
ンデンサ50とＸ線巻60との並列接続回路に電力を供給
し、ダイオード44,トランジスタ22を介して直流電源10
に戻すというのは、第５図において、直流電源１→第１
のスイツチ２→インダクタンス３→抵抗Ｒ→（コンデン
サ５負荷６）→直流電源１の回路で流れる場合と同等
である。ここで、第５図の第１のスイツチ２は第４図の
トランジスタ21に、また第２のスイツチ８はダイオード
28に相当する。

第５図に示す回路において、第１のスイツチ２がオンす
ると、負荷６への印加電圧Ｖは、例えば第６図（ｂ）に
示すように、定常値に達するまで振動することが多い。
特に電力供給回路の場合は、電力伝達効率を良くするた
め、電源から負荷までの抵抗、つまり第５図のＲはでき
るだけ小さくされるため、過渡期における負荷電流増加
に対する制動効果が悪く、第５図のＬとＣで振動を生ず
る。

インバータは前述のように電流路Ａと電流路Ｂとが交互
にオンすると、この極性反転毎に第６図に示すような過
渡現象が第７図のように繰り返される。この脈動はＸ線
装置のように管電圧のピーク値を検出してＸ線撮影条件
とするものにあつては、ピーク値が所期の値であつて
も、実際の単位時間当りのＸ線量（Ｘ線量率）は低下し
たものとなつてしまうので、脈動は小さくすることが必
要である。

そこで、本発明はインバータ式Ｘ線装置において、イン
バータを制御することによつて、管電圧の立ち上がり時
間を遅延することなく、オーバシユートを抑制するとと
もに、インバータの極性反転時の管電圧波形の脈動を低
減する技術を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明が特徴とする手段は、
直流電源と、第１乃至第４のスイツチング素子とこれら
のスイツチング素子の各々に逆並列に接続された第１乃
至第４のダイオードとによつて構成したフルブリツジ形
インバータと、このフルブリツジ形インバータの出力側
に接続された高圧変圧器と、この高圧変圧器の出力側に
接続された整流回路と、この整流回路に高圧ケーブルを
介して接続されたＸ線管とを備えたインバータ式Ｘ線装
置において、第１のスイツチング素子と第４のスイツチ
ング素子とが同時にオンするインバータの第１の半周期
と、第２のスイツチング素子と第３のスイツチング素子
とが同時にオンするインバータの第２の半周期とを所定
の周波数で交互に繰り返しを行わせるとともに、前記イ
ンバータの第１及びそれに続く第２以後のオン周期間内
に、オン開始後の各各の所定時間経過後に各々所定時間
のインバータ休止期間を設ける手段を具備させた点にあ
る。

〔作用〕

インバータの半周期中のオン期間内のインバータの休止
（オフ）期間の作用を第５図の回路で説明する。第５図
の回路の動作において、第８図に示すように、時刻t₀で
第１のスイツチ２を閉じると、第５図における１→２→
３→Ｒ→（5/6）→１の回路に電流が流れ、負荷６へ電
力が供給される。第１のスイツチ２を閉じたままでは、
負荷６への印加電圧Ｖは、第８図（ｃ）に示すように実
線203の如く上昇し、破線204で示す如くオーバシユート
して振動することになる。

そこで、負荷６への印加電圧Ｖが所定電圧、例えば直流
電源１の起電力Ｅと等しくなつた時刻t₁において、第１
のスイツチ２を開くとともに第２のスイツチ８を閉じ
る。この時刻t₁においては、第５図のコイル３、即ちイ
ンダクタンスＬを流れる電流ｉは第８図（ｄ）に示す実
線206の如く上昇し、過渡期を経過した後の定常値ｉ＝E
/R＝EGよりも大きくなつている。この電流変化のためイ
ンダクタンスＬの磁気エネルギによつて、今度は電流ｉ
が３→Ｒ→（５６）→８→３の回路に流れるが、直流
電源１からの電力供給は停止しているため、電流ｉは実
線207の如く急激に減少する。このとき、コンデンサ５
の電圧は、負荷６への放電量とインダクタンスＬの磁気
エネルギによる充電量とが略等しくなるのであまり変化
しない。

そして次に、電流ｉが定常値EGと等しくなつた時刻t₂に
おいて、第２のスイツチ８を開くとともに、第１のスイ
ツチ２を再び閉じる。すると、電流ｉは再び１→２→３
→Ｒ→（５６）→１の回路で流れる。このとき、上述
のようにコンデンサ５の電圧はあまり変化せず、第８図
（ｃ）に示すＥと略等しい値であり、またインダクタン
スＬを流れる電流ｉは定常値EGとなつているので、イン
ダクタンスＬのコイル３とキヤパシタンスＣのコンデン
サ５との間のエネルギの移動がなく、負荷６への印加電
圧は一定となる。

本発明は以上の回路をインバータ式Ｘ線装置のインバー
タの電流路Ａ及び電流路Ｂに適用したものである。しか
し、インバータの極性反転時に生ずる管電圧波形の振動
周波数はここに C:高圧ケーブルとコンデンサの静電容量 L:高圧変圧器の漏れインダクタンス R:回路抵抗で示されるように、管電圧，管電流及び高圧ケーブル長
が変わると管電圧波形の振動周期も変化する。そこで、
本発明は管電圧，管電流及び高圧ケーブルの長さによつ
て、第８図に示す第１のスイツチの休止（オフ）開始時
間t_B即ち（t₀〜t₁）、及び休止時間T_S即ち（t₁〜t₂）を
変化させるということをインバータの２つの電流路A,電
流路Ｂに適用したものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従つて説明する。第１図
はインバータ式Ｘ線装置の主回路構成及びインバータ制
御回路のブロツク構成を示している。主回路構成におい
て、第４図の直流電源１を可変直流電源11に置き替えた
以外は同一構成である。この可変直流電源11は、例えば
交流電圧を直流電圧に変換する整流回路とこの整流回路
に接続されたDC/DC変換器のようなもので構成され、そ
の出力電圧は適宜変圧されてインバータ20へ入力され
る。インバータ20への入力電圧は、設定した管電圧値及
び管電流値に応じて電圧調整器101が可変直流電源11を
制御して設定される。106は中央演算処理装置（以下、C
PUと称す）であり管電圧，管電流及び高圧ケーブル長に
対応したインバータ20のオン開始後の半周期中における
最適な休止開始時間T_B及び休止時間T_Sを制御するデータ
を格納した読出し専用メモリ（以下、ROMと称す）107か
ら、設定した管電圧，管電流及び高圧ケーブル長に応じ
て前記休止開始時間T_B及び休止時間T_Sのデータを読み出
し、プログラマブルタイマ108及び109へ前記データを転
送する。プログラマブルタイマ108及び109は入力された
データから、実際にインバータ20のトランジスタ21〜24
のオン／オフを制御する信号を発生し、この信号を信号
選択器110へ出力する。信号選択器110はＸ線放射信号及
びインバータ20の動作周波数に応じて、プログラマブル
タイマA108とプログラマブルタイマB109の出力信号をト
ランジスタ21〜24の各々の駆動回路102〜105へ選択的に
出力する。駆動回路102〜105は信号選択器110の出力に
従つて、それぞれに対応するトランジスタ21〜24を駆動
する。

次に、第１図の構成装置の動作を第２図のタイムチヤー
トを用いて説明する。

Ｘ線放射開始前に、管電圧及び管電流は所期の値に設定
されて、それらの値に対応した管電圧信号及び管電流信
号が電圧調整器101及びCPU106に入力され、電圧調整器1
01は入力された２つの信号に応じて、設定された管電圧
が得られるように可変直流電源11を調整する。一方、CP
U106には前記２つの信号の他に、高圧ケーブル長によつ
て変化する静電容量Ｃに対応するデータが高圧ケーブル
長信号として入力されている。これらの３つの信号に対
応して、CPU106はインバータ20の制御データを格納して
あるROM107から制御データを読み出し、プログラマブル
タイマA108とプログラマブルタイマB109とへ制御データ
を転送する。なお、この制御データは、インバータ20の
動作開始直後のインバータオンの第１半周期中の休止開
始時間t_B0及び休止時間t_S0と、インバータオンの第２半
周期以後のインバータのオン半周期間中の休止開始時間
t_B及び休止時間t_Sとを設定するには、異つたデータとす
る必要がある。これはコンデンサ50の電圧が、インバー
タ20の動作開始前には零であるものが、一度インバータ
20が動作すると電力が負荷であるＸ線管60に供給され、
設定した管電圧に近い値になり、その後の動作における
コンデンサ50の設定管電圧に達するまでの時間が異なる
ためである。

プログラマブルタイマA108とプログラマブルタイマB109
とはCPU106からの制御データに応じて、トランジスタ21
〜24を動作させる信号a_A〜d_A及びa_B〜d_Bを出力し続けて
いる。

今、時刻t_-1でＸ線放射開始信号が信号選択器110に入力
されると、信号選択器110は時刻t₀にプログラマブルタ
イマA108からの信号a_A〜d_Aを選択して駆動回路102〜105
へ出力する。これによつて、先ずインバータ20のオンの
第１半周期がスタートする。第２図の（ａ）及び（ｂ）
に示すように、時刻t₀でトランジスタ21及び22へそれぞ
れベース電流ａとｂとを入力することによつて、第４図
と同様に、インバータ20の一方の電流路Ａに電流が流
れ、第８図に示した第１のスイツチ２がオンした状態と
なる。この結果、11→21→Ｌ→41→（5060）→44→22
→11の回路（以下、ループＩと称す）に電流が流れＸ線
管60へ電力供給が開始される。このとき、負荷電流i_Lは
第２図（ｅ）に示すように、変圧器30の漏れインダクタ
ンスＬと、コンデンサ50及び高圧ケーブルのキヤパシタ
ンスＣとによつて急激に上昇し、また変圧器30の出力電
圧V_Tは第２図（ｆ）に示すように増加する。

次に、Ｘ線管60への印加電圧V_Xが所定電圧、例えば可変
直流電源11の起電力E_Vの高圧変圧器二次側換算値E_V2と
等しくなつた時刻t₁において、第２図（ａ）に示すよう
にベース電流ａを停止してトランジスタ21をオフする。
このとき、トランジスタ24に逆並列に接続されたダイオ
ード28は順バイアスされたオン状態となり、第５図に示
す第１のスイツチ２がオフし、第２のスイツチ８がオン
した状態と同じになる。すると、今までループＩで流れ
ていた電流は、Ｌ→41→（5060）→44→22→28→Ｌの
回路（以下、ループIIと称す）で流れる。このとき、可
変直流電源11からの電力供給は停止しているので、Ｘ線
管60への電力供給はインダクタンスＬの有する磁気エネ
ルギとコンデンサ50からの放電のみとなり、第２図
（ｅ）に示すように、漏れインダクタンスＬに流れる負
荷電流i_Lは急激に減少する。

次に、上記負荷電流i_Lが可変直流電源11の起電力E_Vの二
次換算値E_V2をＸ線管60の抵抗値で除した値（E_V2×Ｇ）
と等しくなつた時刻t₂に、ベース電流ａを再びトランジ
スタ21に入力してトランジスタ21をオンさせる。する
と、ループIIで流れていた電流は再びループＩで流れ
る。このとき、漏れインダクタンスＬに流れる負荷電流
i_Lは管電流を変圧器30の昇圧比倍した値で流れ、即ち過
渡現象が終了した定常的な値でＸ線管60へ電力が供給さ
れる。また、コンデンサ50は、時刻t₁からt₂の間では、
Ｘ線管60へ電力を供給する一方で、漏れインダクタンス
Ｌの磁気エネルギによつて充電されるので、その電圧は
ほとんど変化なく、可変直流電源11の起電力E_Vの高圧変
圧器30の二次側換算値E_V2と等しくなり、Ｘ線管60への
印加電圧V_Xもその値と等しくなつている。そして、時刻
t₂においては、上記ループＩ中の電圧及び電流は全て定
常値となつており、過渡現象は生じない。したがつて、
次にインバータ20の極性反転のためトランジスタ21,22
がオフする時刻t₃までの間は、Ｘ線管60へ定常的に電力
が供給され、印加電圧V_Xは振動を生ずることがない。

次に、時刻t₃からt₄までの間は、ベース電流a,b,c,dは
全て停止し、トランジスタ21,22,23,24は全てオフとな
り、Ｘ線管60への電力供給が停止する。

次に、時刻t₄となると、信号選択器110はプログラマブ
ルタイマB109の出力信号a_B〜d_Bを選択し、駆動回路102
〜105へ出力する。プログラマブルタイマB109はインバ
ータオンの第２半周期における休止開始時間t_B及び休止
時間t_Sを制御する信号を出力している。第２図（ｃ），
（ｄ）に示すベース電流ｃ及びｄをそれぞれトランジス
タ23,24に入力して、トランジスタ23,24をオンする。す
ると、第４図に示すと同様にインバータ20の電流路Ｂに
電流が流れ、インバータ20からは第２図（ｆ）に示すよ
うに、前述とは逆極性の電圧が出力される。そして、時
刻t₅からt₆の間はトランジスタ23が一時的にオフし、時
刻t₆でトランジスタ23が再びオンする。これによつて電
流路Ｂを前述の電流路Ａと同様の動作をさせ、Ｘ線管60
への印加電圧V_Xの振動を抑制する。

以後、インバータ20の極性反転毎に信号選択器110はプ
ログラマブルタイマB109の信号を駆動回路102〜105へ出
力することを繰り返す。

Ｘ線管60への印加電圧V_Xは、第２図（ｇ）に示す波形の
如くなり、インバータ20が極性反転するときには、可変
直流電源11からの電力供給が停止するため、一時的に低
下するが振動は抑制されたものとなる。

第３図に本実施例によつて得られる管電圧波形を示す。
従来装置では、破線201で示すように、管電圧の立ち上
がり時に大きなオーバシユートを生じ、その後もインバ
ータの極性が反転する毎に、振動を生ずるが、本実施例
によれば、管電圧の立ち上がり時にオーバシユートを生
ずることなく、実線202で示すように、インバータの極
性が反転しても管電圧の振動を抑制することができる。
そして、管電圧，管電流及び高圧ケーブルの長さが変化
しても、それらの条件に応じた制御が可能である。この
振動抑制効果は、特に管電圧が振動しやすい管電流が小
さい場合に大きいものがある。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、以下
に説明するようにしても良い。

〔第２の実施例〕第１図の構成において、高圧ケーブル長に関する入力信
号をなくすとともに、ROM107中にも多数の高圧ケーブル
長に関するインバータの制御データを格納しなくても良
い。これは、Ｘ線装置は設置される時点又は設置された
時点では、高圧ケーブル長はある長さに決定されるもの
であるから、その決定した高圧ケーブル長に対する必要
なインバータの制御データのみをROM107に予め格納すれ
ば良いためである。

〔第３の実施例〕次の本発明の変形例として、第１図のCPU106に、入力さ
れる管電圧信号と管電流信号とから、（管電流）÷（管
電圧）＝Ｇを計算する能力を持たせ、ROM107にはこのＧ
に応じたインバータの制御データを格納させておいても
良い。これは前述の（１）式が示すように、インバータ
の極性反転時の振動周期を決める要因の１つがＧであ
り、したがつて管電圧及び管電流が異なつても、Ｇが等
しければ振動周期も等しくなるため、インバータの制御
データも等しくて良いことによる。

なお、第２の実施例と第３の実施例とを組み合わせるこ
とも可能である。

以上の第２の実施例、第３の実施例、あるいは第２の実
施例と第３の実施例の組み合わせによれば、インバータ
の制御データを低減することが可能で、その結果ROMの
メモリ容量を小さくすることができる。

〔効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、インバータ式Ｘ線装
置において、インバータのスイツチング素子を制御する
のみで、種々の負荷条件に対して、管電圧の立ち上がり
時のオーバシユートの防止及びインバータの極性反転時
の管電圧の脈動の抑制ができ、その結果放射されるＸ線
量率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるインバータ式Ｘ線装置
の回路構成を示すブロツク図、第２図は第１図の構成装
置の動作を説明するタイムチヤート図、第３図は本発明
装置の管電圧波形図、第４図はインバータ式Ｘ線装置の
概略構成を示す回路図、第５図は第４図の構成における
インバータのオン半周期間の等価回路図、第６図は第５
図の動作タイムチヤート図、第７図は従来装置の管電圧
波形図、第８図は第５図を用いて本発明の原理を説明す
るための図である。 10……直流電源、11……可変直流電源、20……フルブリ
ツジ形インバータ、21〜24……トランジスタ、25〜28…
…ダイオード、30……高圧変圧器、40……全波整流回
路、50……コンデンサ、60……Ｘ線管、101……電圧調
整器、102〜105……駆動回路、106……CPU、107……RO
M、108,109……プログラマブルタイマ、110……信号選
択器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、高圧変圧器と、前記直流電源
から高圧変圧器の一次巻線に対し逆電流を流す２つの電
流路を成し、各電流路が第1,第２のスイツチング素子を
有すると共にそのうちの第２のスイツチング素子には逆
並列にダイオードが接続されて成るインバータと、前記
高圧変圧器が出力する交流電圧を直流電圧に変換する整
流回路と、この整流回路へ高圧ケーブルを介して接続さ
れたＸ線管と、前記インバータの２つの電流路を交互に
ある周期で作動させるインバータ制御回路とを有するイ
ンバータ式Ｘ線装置において、前記インバータ制御回路
は、設定されたＸ線条件信号に基づいて、前記２つの電
流路の各作動周期間内に前記直流電源から高圧変圧器へ
の電力供給停止を開始する時期及び停止時間を設定する
信号を生成する第１の制御回路と、この回路の信号に応
じて前記２つの電流路中の第１のスイツチイング素子を
オン・オフ制御する第２の制御回路とを具備することを
特徴とするインバータ式Ｘ線装置。
【請求項２】前記インバータ式Ｘ線装置において、第１
の制御回路はＸ線条件に応じてＸ線放射開始信号に基づ
いてインバータが作動を開始したインバータオンの第１
半周期とそれに続く第２半周期以後とで、直流電源から
高圧変圧器への電力供給停止の開始時期と停止時間を異
なる値に設定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。
【請求項３】第１の制御回路に入力されるＸ線条件は、
管電圧値，管電流値及び高圧ケーブルの長さに対応した
信号、又は管電流と管電圧との比に対応した信号である
特許請求の範囲第１項，第２項記載のインバータ式Ｘ線
装置。