JPH0765987A - Inverter type x-ray high voltage device - Google Patents

Inverter type x-ray high voltage device

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JPH0765987A
JPH0765987A JP21612393A JP21612393A JPH0765987A JP H0765987 A JPH0765987 A JP H0765987A JP 21612393 A JP21612393 A JP 21612393A JP 21612393 A JP21612393 A JP 21612393A JP H0765987 A JPH0765987 A JP H0765987A
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JP
Japan
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voltage
circuit
phase
rectifier circuit
power supply
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Application number
JP21612393A
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Japanese (ja)
Inventor
Keishin Hatakeyama
敬信 畠山
Hiroshi Takano
博司 高野
Kazuhiko Sakamoto
和彦 坂本
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To allow the capacity of a power supply facility to be reduced, save the equipment costs for the power supply, remove the power supply higher harmonic barriers, and decrease or eliminate provision of booster transformer(s) by improving the power facor, turning the AC input current into sine wave, and boosting the inverter input voltage. CONSTITUTION:An inverter type X-ray high voltage device is so structured that AC power as given to the first rectifier circuit 13 through an AC reactor 1 and converted into DC, which is turned into high frequency AC by an inverter circuit 4, and the resultant is boosted, rectified, and impressed on an X-ray tube 8. The first rectifier circuit 13 is made in a full bridge form consisting in a combination of switching elements 131-136 capable of self-extinction and diodes D1-D6 connected with them in counter-parallelism. Control signal is given to this first rectifier circuit 13 through a gate drive circuit 16, and the line current phase of the AC power supply is put identical to the phase voltage phase, and the output voltage of the first rectifier circuit 13 is controlled to the set value by a current/voltage control circuit 17.

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、交流電源を直流に変換
し、その直流をインバータ回路を用いて高周波の交流に
変換し、その出力電圧を昇圧すると共に整流してX線管
に印加しX線を発生させるインバータ式X線高電圧装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention converts an alternating current power source into direct current, converts the direct current into high frequency alternating current using an inverter circuit, boosts the output voltage of the alternating current and rectifies it and applies it to an X-ray tube. The present invention relates to an inverter type X-ray high voltage device that generates X-rays.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のインバータ式X線高電圧
装置は、図4に示すように構成されていた。すなわち、
商用の3相交流電源U,V,Wからの交流電圧を交流リ
アクトル1を介してサイリスタで構成された3相全波整
流回路2で直流電圧に変換し、これを平滑コンデンサ3
で平滑してIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ)を用いたフルブリッジ型のインバータ回路4に入
力する。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of inverter type X-ray high voltage apparatus has been constructed as shown in FIG. That is,
An AC voltage from a commercial three-phase AC power supply U, V, W is converted into a DC voltage by a three-phase full-wave rectifier circuit 2 composed of a thyristor via an AC reactor 1, and this is smoothed by a smoothing capacitor 3
Smoothed by and input to the full-bridge type inverter circuit 4 using an IGBT (insulated gate type bipolar transistor).

【0003】このインバータ回路4は、特開昭63ー1
90556号公報にも記載されているように、共振用コ
ンデンサ5と高電圧変圧器6の漏れインダクタンス、浮
遊容量などとの共振現象を利用してインバータ回路4の
位相差,周波数を制御することにより、負荷であるX線
管8に高電圧を印加するもので、このインバータ回路4
からの交流電圧を前記高電圧変圧器6で昇圧し、これを
整流回路7で直流に変換してX線管8に印加していた。
This inverter circuit 4 is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-1.
As described in Japanese Patent No. 90556, by controlling the phase difference and frequency of the inverter circuit 4 by utilizing the resonance phenomenon between the resonance capacitor 5 and the leakage inductance, stray capacitance, etc. of the high voltage transformer 6. , A high voltage is applied to the X-ray tube 8 which is a load.
The high-voltage transformer 6 boosts the AC voltage from the DC voltage, the rectifier circuit 7 converts the AC voltage to DC, and the DC voltage is applied to the X-ray tube 8.

【0004】このX線管8に印加する電圧(管電圧)
は、以下のように制御されている。まず、管電圧の設定
値VS1とX線管8に流す電流(管電流)の設定値IS1
に応じてゲート制御回路10で3相全波整流回路2の各
サイリスタのゲート制御位相角を設定し、これをゲート
ドライブ回路9で増幅して3相全波整流回路2の各サイ
リスタのゲートに与える。これにより、3相全波整流回
路2の各サイリスタのゲート位相を制御し、負荷条件に
応じた電圧をインバータ回路4に入力する。
Voltage applied to the X-ray tube 8 (tube voltage)
Are controlled as follows. First, the set value VS1 of the tube voltage and the set value IS1 of the current (tube current) flowing in the X-ray tube 8 are set.
The gate control circuit 10 sets the gate control phase angle of each thyristor of the three-phase full-wave rectifier circuit 2 in accordance with the above, and the gate drive circuit 9 amplifies this to the gate of each thyristor of the three-phase full-wave rectifier circuit 2. give. Thereby, the gate phase of each thyristor of the three-phase full-wave rectifier circuit 2 is controlled, and the voltage according to the load condition is input to the inverter circuit 4.

【0005】インバータ回路4は、3相全波整流回路2
(平滑コンデンサ3)の直流出力を、管電圧が設定値V
S1になるように制御しつつ高周波の交流に変換する。
すなわち、位相差,周波数制御回路12は、管電圧,管
電流の各検出値VS2,IS2とそれらの設定値VS1,
IS1が入力され、管電圧については、それが設定値に
なるように、インバータ回路4の周波数、スイッチング
素子41と44及び42と43の位相差をフィードバック制
御する。この位相差,周波数制御回路12の出力信号が
ゲートドライブ回路11で増幅されてインバータ回路4
のIGBTのゲートに与えられ、それらが駆動される。
これによりインバータ回路4は、管電圧が設定値VS1
になるように制御しつつ、3相全波整流回路2(平滑コ
ンデンサ3)の直流出力を高周波の交流に変換する。管
電流の制御は、X線管8のフィラメントの加熱量を制御
して行う。
The inverter circuit 4 is a three-phase full-wave rectifier circuit 2.
For the DC output of (smoothing capacitor 3), the tube voltage is set value V
It is converted to high-frequency alternating current while controlling to become S1.
That is, the phase difference / frequency control circuit 12 detects the detected values VS2 and IS2 of the tube voltage and the tube current and their set values VS1 and VS1, respectively.
IS1 is input, and with respect to the tube voltage, the frequency of the inverter circuit 4 and the phase differences of the switching elements 41 and 4 and 42 and 43 are feedback-controlled so that it becomes a set value. The output signal of the phase difference and frequency control circuit 12 is amplified by the gate drive circuit 11 and is output to the inverter circuit 4
Are applied to the gates of the IGBTs of and are driven.
As a result, the inverter circuit 4 sets the tube voltage to the set value VS1.
The DC output of the three-phase full-wave rectifier circuit 2 (smoothing capacitor 3) is converted into high-frequency AC while controlling so that The tube current is controlled by controlling the heating amount of the filament of the X-ray tube 8.

【0006】このようなインバータ式X線高電圧装置
は、一般X線撮影装置から循環器X線撮影装置、X線C
T装置などに適用され、その交流電源は出力,用途に応
じて3相電源や単相電源に対応できるようになってい
る。また、インバータ回路4の位相差,周波数の制御で
所定の負荷範囲を制御できる用途には整流回路2のサイ
リスタをダイオードに置き換え、インバータ回路4の入
力電圧を制御不能としてもよい。
Such an inverter type X-ray high voltage apparatus is used for general X-ray imaging apparatus, circulator X-ray imaging apparatus, X-ray C
It is applied to T-devices, etc., and its AC power supply can handle three-phase power supply and single-phase power supply depending on the output and the application. Further, for applications in which a predetermined load range can be controlled by controlling the phase difference and frequency of the inverter circuit 4, the thyristor of the rectifier circuit 2 may be replaced with a diode so that the input voltage of the inverter circuit 4 cannot be controlled.

【0007】また、前記交流電源U,V,Wが200V
の場合、これをそのまま整流してインバータ回路4に入
力すると、インバータ回路電流が大きくなり、インバー
タスイッチング素子としてのIGBTには電流容量の大
きいものが必要となり、また電圧が低いために高電圧変
圧器6の巻数比も大きくしなければならないので、イン
バータ回路4、高電圧変圧器6は非常に大型化する。
The AC power supplies U, V, W are 200V.
In this case, if this is rectified and input to the inverter circuit 4 as it is, the inverter circuit current becomes large, an IGBT as an inverter switching element needs to have a large current capacity, and the voltage is low, so a high voltage transformer is required. Since the turns ratio of 6 must also be increased, the inverter circuit 4 and the high voltage transformer 6 become very large.

【0008】そこでこのような場合は、交流電源U,
V,Wの電圧を所定値以上に昇圧(例えば200Vを4
00Vに昇圧)する変圧器(図示せず)を接続して、こ
の出力電圧を整流回路2で整流してインバータ回路4に
入力する方法をとっていた。
Therefore, in such a case, the AC power source U,
Boost the voltage of V and W above a specified value (for example, 200 V is 4
A method of connecting a transformer (not shown) for boosting the voltage to 00V, rectifying the output voltage by the rectifying circuit 2 and inputting the rectified voltage to the inverter circuit 4 has been adopted.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のインバータ式X
線高電圧装置においては、整流回路2のサイリスタのゲ
ート制御信号の位相が交流電源U,V,Wの相電圧の位
相に対して遅れ位相で与えられるために、例えば図5に
示すように、U相の線電流イは相電圧ロよりもφだけ位
相が遅れ、力率が低下した。したがって、無効電力が多
く、交流電源U,V,Wの設備容量はその分だけ大きく
なった。また、電流波形も歪み、高調波成分が多く、こ
れによつて高調波電流の電源系統への流入、延いては同
電源系統に接続された他の機器への障害波及の虞があっ
た。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventional inverter type X
In the line high voltage device, since the phase of the gate control signal of the thyristor of the rectifier circuit 2 is given in a delayed phase with respect to the phase of the phase voltage of the AC power supplies U, V, W, as shown in FIG. 5, for example, The phase of the U-phase line current a was delayed by φ compared to the phase voltage b, and the power factor was reduced. Therefore, the reactive power is large, and the installed capacities of the AC power supplies U, V, and W are correspondingly increased. In addition, the current waveform is also distorted and has many harmonic components, which may cause inflow of the harmonic current into the power supply system and, in turn, interference with other devices connected to the power supply system.

【0010】更に、交流電源電圧が200Vの場合、こ
の電圧を所定値以上に昇圧する変圧器は大容量で大型の
ものが必要となるので、経済性、省スペース化の点でも
問題があった。
Further, when the AC power supply voltage is 200 V, a large-capacity and large-sized transformer is required for boosting this voltage to a predetermined value or more, which is a problem in terms of economy and space saving. .

【0011】これらの問題は整流回路2のサイリスタを
ダイオードに置き換えたものでもほぼ同じであった。
These problems were almost the same even when the thyristor of the rectifier circuit 2 was replaced with a diode.

【0012】本発明の目的は、交流電源を直流に変換す
る整流回路を、力率改善と交流入力電流の正弦波化及び
昇圧が可能な整流回路に改良することによって、電源設
備容量の低減、昇圧変圧器の除去によるコスト低減と省
スペース化、更には電源高調波低減による障害の除去が
図れるインバータ式X線高電圧装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to reduce a power supply equipment capacity by improving a rectifier circuit for converting an AC power supply into a DC power supply by improving a power factor, a sine wave of an AC input current, and a boosting circuit. An object of the present invention is to provide an inverter type X-ray high-voltage device capable of cost reduction and space saving by eliminating the step-up transformer, and further elimination of obstacles by reducing power source harmonics.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記目的は、交流電源を
整流する第1の整流回路と、この第1の整流回路及び前
記交流電源間に接続された交流リアクトルと、前記第1
の整流回路の出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、こ
の平滑コンデンサの出力を高周波の交流に変換するイン
バータ回路と、このインバータ回路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整流する
第2の整流回路とを備え、この第2の整流回路の出力電
圧をX線管に印加してX線を発生させるインバータ式X
線高電圧装置において、前記第1の整流回路は、前記交
流リアクトルと第1の整流回路正側出力端との間、及び
前記交流リアクトルと第1の整流回路負側出力端との
間、に各々順方向に接続された自己消弧可能なスイッチ
ング素子とこれらのスイッチング素子に各々逆並列に接
続されたダイオードとを備えてなり、前記交流電源の線
電流と相電圧の位相差及び前記平滑コンデンサの出力電
圧の設定値との誤差に応じて前記第1の整流回路のスイ
ッチング素子をパルス幅変調制御し、前記交流電源の線
電流と相電圧の位相を一致させる共に前記平滑コンデン
サの出力電圧を設定値に制御する電流,電圧制御回路を
備えることにより達成される。
The object is to rectify an AC power supply, a first rectifier circuit, an AC reactor connected between the first rectifier circuit and the AC power supply, and the first rectifier circuit.
The smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the rectifier circuit, the inverter circuit that converts the output of this smoothing capacitor into high-frequency AC, the high-voltage transformer that boosts the output voltage of this inverter circuit, and the high-voltage transformer An inverter type X which is provided with a second rectifier circuit for rectifying an output, and applies an output voltage of the second rectifier circuit to an X-ray tube to generate X-rays.
In the line high-voltage device, the first rectifier circuit is provided between the AC reactor and the first rectifier circuit positive side output end, and between the AC reactor and the first rectifier circuit negative side output end. Each of the switching elements is connected in a forward direction and is capable of self-extinguishing, and diodes respectively connected in anti-parallel to these switching elements. The phase difference between the line current and the phase voltage of the AC power supply and the smoothing capacitor are provided. Pulse width modulation control of the switching element of the first rectifier circuit according to the error with the set value of the output voltage of the AC power supply to match the phase of the line current of the AC power supply with the phase of the phase voltage and the output voltage of the smoothing capacitor. This is achieved by providing a current and voltage control circuit that controls to a set value.

【0014】[0014]

【作用】電流,電圧制御回路は、交流電源の線電流と相
電圧の位相差及び平滑コンデンサの出力電圧の設定値と
の誤差に応じて第1の整流回路のスイッチング素子をパ
ルス幅変調制御し、交流電源の線電流と相電圧の位相を
一致させる共に平滑コンデンサの出力電圧を設定値に制
御する。
The current / voltage control circuit controls the pulse width modulation of the switching element of the first rectifier circuit in accordance with the error between the line current of the AC power supply and the phase difference between the phase voltages and the set value of the output voltage of the smoothing capacitor. , The line current of the AC power supply and the phase of the phase voltage are matched, and the output voltage of the smoothing capacitor is controlled to a set value.

【0015】これにより、交流電源の線電流と相電圧の
位相が一致し、かつ歪のない正弦波となる。したがつ
て、力率が改善されて皮相電力が小さくなり、電源設備
容量は低減し、電源高調波も除去される。
As a result, the line current of the AC power supply and the phase of the phase voltage are in phase with each other, and a sine wave with no distortion is obtained. Therefore, the power factor is improved, the apparent power is reduced, the power supply capacity is reduced, and the power supply harmonics are also removed.

【0016】また、交流リアクトルが交流電源と第1の
整流回路との間に設けられ、その交流リアクトルと第1
の整流回路正側出力端との間、及び前記交流リアクトル
と第1の整流回路負側出力端との間、に各々順方向に接
続された自己消弧可能なスイッチング素子とこれらのス
イッチング素子に各々逆並列に接続されたダイオードと
を備えて第1の整流回路が構成されている。このような
構成と、前記パルス幅変調制御によって、交流リアクト
ルには電磁エネルギが蓄えられ、その電磁エネルギは平
滑コンデンサへ放出され、その平滑コンデンサには電源
電圧以上の電圧が充電される。
An AC reactor is provided between the AC power supply and the first rectifier circuit, and the AC reactor and the first rectifier circuit are connected to each other.
To the positive side output terminal of the rectifier circuit, and between the AC reactor and the first negative side output terminal of the rectifier circuit, the switching elements and the switching elements capable of self-extinguishing respectively connected in the forward direction. The first rectifier circuit is configured by including diodes connected in antiparallel. With such a configuration and the pulse width modulation control, electromagnetic energy is stored in the AC reactor, the electromagnetic energy is discharged to the smoothing capacitor, and the smoothing capacitor is charged with a voltage higher than the power supply voltage.

【0017】これにより、インバータ回路の入力電圧は
電源電圧よりも高くすることができ、インバータ回路の
電流低減、昇圧変圧器の除去、高電圧変圧器の巻数比低
減などにより、コスト低減と省スペース化が可能とな
る。
As a result, the input voltage of the inverter circuit can be made higher than the power supply voltage, and the cost of the inverter circuit can be reduced, the step-up transformer can be eliminated, and the winding ratio of the high-voltage transformer can be reduced. Can be realized.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は、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である。この図1において、
U,V,Wは3相交流電源、1は交流リアクトル、3は
平滑コンデンサ、4はIGBTを用いたフルブリッジ型
のインバータ回路、5は共振用コンデンサ、6は高電圧
変圧器、7は高電圧整流回路(第2の整流回路)、8は
負荷であるX線管、11は第2のゲートドライブ回路、
12はインバータ回路4の位相差,周波数制御回路、1
3は第1の整流回路(3相全波整流回路)、14は3相
交流電源U,V,Wの線電流検出器、15は3相交流電
源U,V,Wの相電圧検出器、16は第1のゲートドラ
イブ回路、17は前記3相交流電源U,V,Wの線電流
と前記第1の整流回路13の出力電圧を制御する電流,
電圧制御回路である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an inverter type X-ray high voltage device according to the present invention. In this FIG.
U, V and W are three-phase AC power sources, 1 is an AC reactor, 3 is a smoothing capacitor, 4 is a full bridge type inverter circuit using an IGBT, 5 is a resonance capacitor, 6 is a high voltage transformer, and 7 is a high voltage. Voltage rectification circuit (second rectification circuit), 8 is an X-ray tube as a load, 11 is a second gate drive circuit,
12 is a phase difference of the inverter circuit 4, a frequency control circuit, 1
3 is a first rectifier circuit (3-phase full-wave rectifier circuit), 14 is a line current detector for the three-phase AC power supplies U, V, W, 15 is a phase voltage detector for the three-phase AC power supplies U, V, W, Reference numeral 16 is a first gate drive circuit, 17 is a current for controlling the line currents of the three-phase AC power supplies U, V, W and the output voltage of the first rectifier circuit 13,
It is a voltage control circuit.

【0019】ここで、前記第1の整流回路13は、交流
リアクトル1を介して入力された3相交流電源U,V,
Wからの交流電圧を直流電圧に整流するもので、自己消
弧可能なスイッチング素子、ここではIGBT(絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ)からなる6つのスイッ
チング素子131〜136を組み合わせてフルブリッジ型
に構成すると共に、それら各スイッチング素子131〜
136にダイオードD1〜D6を逆並列接続してなるもの
である。
Here, the first rectifying circuit 13 is a three-phase AC power source U, V, which is input via the AC reactor 1.
A rectifier that rectifies an AC voltage from W into a DC voltage, and is a self-extinguishing switching element, here, six switching elements 131 to 136 composed of an IGBT (insulated gate bipolar transistor) are combined to form a full bridge type. Together with those switching elements 131-
The diode D1 to D6 is connected in anti-parallel to 136.

【0020】これらのスイッチング素子131〜136は
次のように制御される。すなわち電流,電圧制御回路1
7は、3相交流電源U,V,Wの線電流の位相を相電圧
の位相に一致させ、かつ第1の整流回路13の出力電圧
を設定値に制御すべくパルス幅変調制御パルスを作成
し、これが第1のゲートドライブ回路16で増幅されて
スイッチング素子131〜136の各ゲートに与えられ、
スイッチング素子131〜136がスイッチング制御され
る。
These switching elements 131 to 136 are controlled as follows. That is, the current / voltage control circuit 1
Reference numeral 7 creates a pulse width modulation control pulse to match the phase of the line currents of the three-phase AC power supplies U, V, W with the phase of the phase voltage and to control the output voltage of the first rectifier circuit 13 to a set value. Then, this is amplified by the first gate drive circuit 16 and given to each gate of the switching elements 131 to 136,
The switching elements 131 to 136 are switching-controlled.

【0021】図2は前記電流,電圧制御回路17の具体
例をその周辺回路部分と共に示す図で、ここでは、電
流,電圧制御回路17は3相正弦波発生器20、誤差増
幅器21、乗算器22、誤差増幅器23、鋸歯状波発生
器24、比較器25とを備えてなり、以下のように動作
する。
FIG. 2 is a diagram showing a specific example of the current / voltage control circuit 17 together with its peripheral circuit portion. Here, the current / voltage control circuit 17 includes a three-phase sine wave generator 20, an error amplifier 21, and a multiplier. 22, an error amplifier 23, a sawtooth wave generator 24, and a comparator 25, and operates as follows.

【0022】まず、第1の整流回路13の出力電圧、す
なわち平滑コンデンサ3の電圧VS4を検出し、これと
設定値VS3(管電圧,管電流に応じて設定される)と
を、電圧フィードバック制御を行うための誤差増幅器2
1で比較,増幅する。
First, the output voltage of the first rectifier circuit 13, that is, the voltage VS4 of the smoothing capacitor 3 is detected, and this and a set value VS3 (set according to the tube voltage and the tube current) are subjected to voltage feedback control. Error amplifier 2 for performing
Compare and amplify at 1.

【0023】一方、3相交流電源U,V,Wの相電圧を
相電圧検出器15により検出し、これを3相正弦波発生
器20に入力して相電圧に同期した3相正弦波基準信号
を作成する。この3相正弦波基準信号と前記誤差増幅2
1からの信号を乗算器22で掛算し、3相交流電源U,
V,Wの線電流を制御するための3相線電流基準信号
(交流電源U,V,Wの相電圧波形に同期した正弦波状
の交流電源の線電流指令波形)を作成し、これと線電流
検出器14からの線電流信号(実際の線電流波形)とを
誤差増幅器23に入力して電流フィードバック制御偏差
(前記線電流指令波形と実際の線電流波形との誤差信
号)を生成する。
On the other hand, the phase voltage of the three-phase AC power supply U, V, W is detected by the phase voltage detector 15, and this is input to the three-phase sine wave generator 20 to generate a three-phase sine wave reference synchronized with the phase voltage. Create a signal. This three-phase sine wave reference signal and the error amplification 2
The signal from 1 is multiplied by the multiplier 22, and the three-phase AC power supply U,
A three-phase line current reference signal for controlling the V and W line currents (a line current command waveform of a sinusoidal AC power supply synchronized with the phase voltage waveforms of the AC power supplies U, V, and W) is created, and this and the line The line current signal (actual line current waveform) from the current detector 14 is input to the error amplifier 23 to generate a current feedback control deviation (error signal between the line current command waveform and the actual line current waveform).

【0024】この制御偏差と鋸歯状波発生器24からの
鋸歯状波を比較器25で比較して変調波信号を作成し、
これを、第1の整流回路13のスイッチング素子131
〜136のスイッチングのタイミングを決定する信号と
して出力する。
A comparator 25 compares the control deviation with the sawtooth wave from the sawtooth wave generator 24 to create a modulated wave signal.
This is the switching element 131 of the first rectifier circuit 13.
The signal is output as a signal that determines the switching timing of ~ 136.

【0025】この変調波信号を第1のゲートドライブ回
路16で増幅してスイッチング素子(IGBT)131
〜136のゲートに与え、前記第1の整流回路13の出
力電圧(平滑コンデンサ3の電圧)VS4が設定値VS3
と等しく、かつ3相交流電源U,V,Wの線電流と相電
圧の位相が一致するようにスイッチング素子131〜1
36をスイッチング制御する。
This modulated wave signal is amplified by the first gate drive circuit 16 to switch the switching element (IGBT) 131.
To 136 gates, and the output voltage (voltage of the smoothing capacitor 3) VS4 of the first rectifier circuit 13 is set value VS3.
And the switching elements 131 to 1 so that the phases of the line currents of the three-phase AC power supplies U, V, and W and the phase voltages match.
36 is switching-controlled.

【0026】図3は3相交流電源U,V,Wの1相につ
いての線電流ハと、パルス幅変調信号(第1のゲートド
ライブ回路16への電流,電圧制御回路17の出力パル
ス。この信号の基本波は相電圧と同相である。)ニの波
形図である。
FIG. 3 shows a line current C for one phase of the three-phase AC power supplies U, V and W, and a pulse width modulation signal (current to the first gate drive circuit 16, output pulse of the voltage control circuit 17. The fundamental wave of the signal has the same phase as the phase voltage.) FIG.

【0027】線電流ハの波形は、インバータ回路4が動
作してX線管8に電力を供給し、インバータ回路入力電
圧(平滑コンデンサ3の電圧)がその設定値よりも降下
した場合は相電圧と同相となり、電力は交流電源U,
V,Wから平滑コンデンサ3側に供給する。インバータ
回路入力電圧がその設定値よりも上昇した場合は、前記
線電流ハの波形は相電圧と逆相となり、平滑コンデンサ
3側から交流電源U,V,Wに電力の回生が行われる。
The waveform of the line current C is the phase voltage when the inverter circuit 4 operates to supply power to the X-ray tube 8 and the input voltage of the inverter circuit (voltage of the smoothing capacitor 3) drops below the set value. It is in phase with AC power source U,
Supply from V and W to the smoothing capacitor 3 side. When the input voltage of the inverter circuit rises above the set value, the waveform of the line current C becomes opposite in phase to the phase voltage, and power is regenerated from the smoothing capacitor 3 side to the AC power supplies U, V, W.

【0028】正弦波のパルス幅変調(PWM)制御にお
いてもPWM周波数に相当するリツプル成分が含まれる
が、交流電源U,V,W側にフィルタ(図示せず)を挿
入したり、PWM周波数を高くすることなどにより滑ら
かな正弦波電流が得られる。
Even in the pulse width modulation (PWM) control of the sine wave, a ripple component corresponding to the PWM frequency is included, but a filter (not shown) is inserted on the AC power sources U, V, W side or the PWM frequency is changed. A smooth sinusoidal current can be obtained by increasing it.

【0029】図1に説明を戻すと、インバータ回路4
は、このようにして得られた直流電圧を受電して交流電
圧に変換すると共に、共振現象を利用してX線管8に供
給する電力を制御するもので、ここではIGBTからな
る4つのスイッチング素子41、42、43、44を組み合
わせてフルブリッジ型に構成すると共に、それら各スイ
ッチング素子41〜44にダイオードD7〜D10を逆並列
接続してなるものである。
Returning to FIG. 1, the inverter circuit 4
Is to control the power supplied to the X-ray tube 8 by utilizing the resonance phenomenon while receiving the DC voltage thus obtained and converting it to an AC voltage. Here, four switching circuits composed of IGBTs are used. The elements 41, 42, 43, and 44 are combined to form a full-bridge type, and diodes D7 to D10 are connected in antiparallel to the switching elements 41 to 44, respectively.

【0030】コンデンサ5は、インバータ回路4の出力
電圧によって共振電流を生じさせる共振素子の1つであ
る。高電圧変圧器6は、その1次巻線が前記コンデンサ
5と直列に接続され、コンデンサ5と漏れインダクタン
スとで共振を起させ、その共振出力を昇圧するものであ
る。
The capacitor 5 is one of the resonance elements that generate a resonance current by the output voltage of the inverter circuit 4. The high voltage transformer 6 has its primary winding connected in series with the capacitor 5, causes resonance with the capacitor 5 and leakage inductance, and boosts the resonance output.

【0031】第2の整流回路7は、前記高電圧変圧器6
の2次巻線に接続され、その出力の交流電圧を直流に変
換するものである。X線管8は、本発明装置の負荷とな
るもので、前記第2の整流回路7の出力電圧が印加され
てX線を発生するものである。
The second rectifier circuit 7 includes the high voltage transformer 6
It is connected to the secondary winding of and converts the output AC voltage into DC. The X-ray tube 8 serves as a load of the device of the present invention, and the output voltage of the second rectifier circuit 7 is applied to generate X-rays.

【0032】次に、上述本発明装置の動作について説明
する。操作卓(図示せず)で管電圧,管電流などの条件
が設定されると、これらは第1の整流回路13の電流,
電圧制御回路17とインバータ回路4の位相差,周波数
制御回路12に入力される。電流,電圧制御回路17は
管電圧,管電流の各設定値VS1,IS1に対応したイン
バータ回路4の入力電圧VS3を設定し、これと実際の
インバータ回路4の入力電圧VS4を比較してフィード
バック制御を行い、前述したように3相交流電源U,
V,Wの相電圧と線電流の位相を一致させ、インバータ
回路4の入力電圧VS4が設定値VS3になるように、第
1の整流回路13のスイッチング素子131〜136をス
イッチング制御する。
Next, the operation of the apparatus of the present invention will be described. When conditions such as a tube voltage and a tube current are set on a console (not shown), these are the current of the first rectifier circuit 13,
The phase difference between the voltage control circuit 17 and the inverter circuit 4 is input to the frequency control circuit 12. The current / voltage control circuit 17 sets the input voltage VS3 of the inverter circuit 4 corresponding to the set values VS1 and IS1 of the tube voltage and the tube current, and compares this with the actual input voltage VS4 of the inverter circuit 4 to perform feedback control. As described above, the three-phase AC power supply U,
The switching elements 131 to 136 of the first rectifier circuit 13 are switching-controlled so that the phase voltages of V and W and the phase of the line current are matched and the input voltage VS4 of the inverter circuit 4 becomes the set value VS3.

【0033】インバータ回路4は、この第1の整流回路
13(平滑コンデンサ3)の直流出力を、管電圧が設定
値VS1になるように制御しつつ高周波の交流に変換す
る。すなわち、位相差,周波数制御回路12は、管電
圧,管電流の各検出値VS2,IS2とそれらの設定値V
S1,IS1が入力され、管電圧については、それが設定
値VS1になるように、インバータ回路4の周波数、ス
イッチング素子41と44及び42と43の位相差をフィー
ドバック制御する。この位相差,周波数制御回路12の
出力信号が第2のゲートドライブ回路11で増幅されて
インバータ回路4のスイッチング素子41〜44のゲート
に与えられ、それらが駆動される。これによりインバー
タ回路4は、管電圧が設定値VS1になるように制御し
つつ、第1の整流回路13(平滑コンデンサ3)の直流
出力を高周波の交流に変換する。管電流の制御は、X線
管8のフィラメントの加熱量を制御して行う。
The inverter circuit 4 converts the direct current output of the first rectifying circuit 13 (smoothing capacitor 3) into high frequency alternating current while controlling the tube voltage to the set value VS1. That is, the phase difference / frequency control circuit 12 detects the detected values VS2 and IS2 of the tube voltage and the tube current and the set values V thereof.
S1 and IS1 are input, and with respect to the tube voltage, feedback control is performed on the frequency of the inverter circuit 4 and the phase difference between the switching elements 41 and 44 and 42 and 43 so that the tube voltage becomes the set value VS1. The output signal of the phase difference and frequency control circuit 12 is amplified by the second gate drive circuit 11 and given to the gates of the switching elements 41 to 4 4 of the inverter circuit 4 to drive them. As a result, the inverter circuit 4 converts the DC output of the first rectifier circuit 13 (smoothing capacitor 3) into high-frequency AC while controlling the tube voltage to be the set value VS1. The tube current is controlled by controlling the heating amount of the filament of the X-ray tube 8.

【0034】以上のように本発明装置においては、交流
電源U,V,Wの相電圧と線電流は同相で力率は1とな
り、かつ線電流を正弦波に制御できるので、電源設備容
量低減による電源設備費の節約ができると共に電源高調
波障害も除去できる。
As described above, in the device of the present invention, the phase voltage of the AC power supplies U, V, W and the line current are in phase, the power factor is 1, and the line current can be controlled to a sine wave. The power supply equipment cost can be saved and the harmonic interference of the power supply can be eliminated.

【0035】また、パルス幅変調制御によって交流リア
クトル1には電磁エネルギが蓄えられ、これが平滑コン
デンサ3に放出されることによつて、この平滑コンデン
サ3には電源電圧以上の電圧が充電される。すなわち、
本発明装置には昇圧機能があり、200Vの交流電源
U,V,Wの場合は、282V(実効値の1.414
倍)から約2倍の564Vの範囲で制御が可能である。
したがって、インバータ回路4の入力電圧を電源電圧の
2倍程度まで高くすることによって、従来用いられてい
た、交流電源U,V,Wの電圧を昇圧する変圧器(図示
せず)を不要とすることにより、コスト低減と小型化が
可能となり、経済的で省スペースのインバータ式X線高
電圧装置を実現できる。
Further, electromagnetic energy is stored in the AC reactor 1 by the pulse width modulation control and is released to the smoothing capacitor 3, whereby the smoothing capacitor 3 is charged with a voltage higher than the power supply voltage. That is,
The device of the present invention has a step-up function, and in the case of 200 V AC power sources U, V, W, 282 V (effective value of 1.414).
It is possible to control in the range of 564V, which is twice as much as that of 564V.
Therefore, by increasing the input voltage of the inverter circuit 4 to about twice the power supply voltage, the conventionally used transformer (not shown) for boosting the voltage of the AC power supplies U, V, W is not required. As a result, cost reduction and size reduction are possible, and an economical and space-saving inverter type X-ray high-voltage device can be realized.

【0036】更に、管電圧が低く、管電流も小さい軽負
荷の場合、従来は図4の3相全波整流回路2のサイリス
タによりインバータ回路4の入力電圧を電源電圧の波高
値以下に制御し、インバータ回路4を位相差のみで制御
していたが、本発明ではインバータ回路4の位相差のみ
ならず周波数も制御してインバータ回路4の制御範囲を
拡大することにより、従来と同様に広範囲の負荷に対応
できる。
Further, in the case of a light load in which the tube voltage is low and the tube current is small, conventionally, the input voltage of the inverter circuit 4 is controlled below the peak value of the power supply voltage by the thyristor of the three-phase full-wave rectifier circuit 2 of FIG. Although the inverter circuit 4 is controlled only by the phase difference, in the present invention, not only the phase difference of the inverter circuit 4 but also the frequency is controlled to expand the control range of the inverter circuit 4 so that a wide range can be obtained as in the conventional case. Can handle loads.

【0037】なお上述実施例では、交流電源として3相
交流電源U,V,Wを例にとって説明したが、単相交流
電源であってもよく、この場合の第1の整流回路13は
単相全波ブリッジ、ダイオードとIGBTの複合ブリッ
ジなどを用いた種々の構成が考えられる。
In the above-mentioned embodiment, the three-phase AC power supplies U, V and W have been described as an AC power supply by way of example, but a single-phase AC power supply may be used. Various configurations using a full-wave bridge, a composite bridge of a diode and an IGBT, and the like are possible.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、交
流電源の相電圧と線電流が同位相で力率が1になり、皮
相電力が小さくなって電源設備容量が低減し、電源設備
費を節約できる。また、線電流の波形も正弦波になるの
で、電源高調波障害が除去される。更に、インバータ回
路の入力電圧を所要の電圧まで高くできるので、200
V電源の場合に、必要としていた昇圧変圧器が不要とな
り、コスト低減、省スペース化が図れるなどの効果があ
る。
As described above, according to the present invention, the phase voltage and line current of an AC power supply are in phase, the power factor is 1, the apparent power is reduced, and the power supply equipment capacity is reduced. You can save money. Moreover, since the waveform of the line current is also a sine wave, the power source harmonic interference is eliminated. Furthermore, since the input voltage of the inverter circuit can be raised to the required voltage, 200
In the case of the V power supply, the step-up transformer which is required is not necessary, and there are effects such as cost reduction and space saving.

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

【図1】本発明装置の一実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the device of the present invention.

【図2】図1中の電流,電圧制御回路の具体例をその周
辺回路部分と共に示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a specific example of the current / voltage control circuit in FIG. 1 together with its peripheral circuit portion.

【図3】図2における3相交流電源の1相についての線
電流とパルス幅変調信号の波形図である。
3 is a waveform diagram of a line current and a pulse width modulation signal for one phase of the three-phase AC power supply in FIG.

【図4】従来装置の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional device.

【図5】従来装置における3相交流電源の1相について
の線電流と相電圧の波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram of a line current and a phase voltage for one phase of a three-phase AC power supply in a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

U,V,W 3相交流電源 1 交流リアクトル 2 サイリスタによる3相全波整流回路 3 平滑コンデンサ 4 IGBTを用いたフルブリッジ型のインバータ
回路 5 共振用コンデンサ 6 高電圧変圧器 7 高電圧整流回路 8 X線管 11 ゲートドライブ回路(第2のゲートドライブ回
路) 12 インバータ回路の位相差,周波数制御回路 13 第1の整流回路(IGBTによる3相全波整流
回路) 14 3相交流電源の線電流検出器 15 3相交流電源の相電圧検出器 16 第1のゲートドライブ回路 17 3相交流電源の線電流と第1の整流回路の出力
電圧を制御する電流,電圧制御回路 20 3相正弦波発生器 21,23 誤差増幅器 22 乗算器 24 鋸歯状波発生器 25 比較器
U, V, W 3-phase AC power supply 1 AC reactor 2 3-phase full-wave rectifier circuit by thyristor 3 Smoothing capacitor 4 Full bridge type inverter circuit using IGBT 5 Resonant capacitor 6 High voltage transformer 7 High voltage rectifier circuit 8 X-ray tube 11 Gate drive circuit (second gate drive circuit) 12 Phase difference and frequency control circuit of inverter circuit 13 First rectifier circuit (3-phase full-wave rectifier circuit by IGBT) 14 Line current detection of 3-phase AC power supply 15 Phase voltage detector for 3-phase AC power supply 16 First gate drive circuit 17 Current and voltage control circuit for controlling line current of 3-phase AC power supply and output voltage of first rectifier circuit 20 3-phase sine wave generator 21,23 Error amplifier 22 Multiplier 24 Sawtooth wave generator 25 Comparator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 交流電源を整流する第1の整流回路と、
この第1の整流回路及び前記交流電源間に接続された交
流リアクトルと、前記第1の整流回路の出力電圧を平滑
する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサの出力を高
周波の交流に変換するインバータ回路と、このインバー
タ回路の出力電圧を昇圧する高電圧変圧器と、この高電
圧変圧器の出力を整流する第2の整流回路とを備え、こ
の第2の整流回路の出力電圧をX線管に印加してX線を
発生させるインバータ式X線高電圧装置において、 前記第1の整流回路は、前記交流リアクトルと第1の整
流回路正側出力端との間、及び前記交流リアクトルと第
1の整流回路負側出力端との間、に各々順方向に接続さ
れた自己消弧可能なスイッチング素子とこれらのスイッ
チング素子に各々逆並列に接続されたダイオードとを備
えてなり、 前記交流電源の線電流と相電圧の位相差及び前記平滑コ
ンデンサの出力電圧の設定値との誤差に応じて前記第1
の整流回路のスイッチング素子をパルス幅変調制御し、
前記交流電源の線電流と相電圧の位相を一致させる共に
前記平滑コンデンサの出力電圧を設定値に制御する電
流,電圧制御回路を具備することを特徴とするインバー
タ式X線高電圧装置。
1. A first rectifying circuit for rectifying an AC power supply,
An AC reactor connected between the first rectifier circuit and the AC power source, a smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the first rectifier circuit, and an inverter circuit that converts the output of the smoothing capacitor into high-frequency AC. A high-voltage transformer for boosting the output voltage of the inverter circuit and a second rectifier circuit for rectifying the output of the high-voltage transformer, and applying the output voltage of the second rectifier circuit to the X-ray tube. In the inverter-type X-ray high-voltage device for generating X-rays, the first rectifier circuit includes the AC reactor and the first rectifier circuit positive side output terminal, and the AC reactor and the first rectifier. A self-extinguishing switching element respectively connected in the forward direction between the circuit negative side output terminal and a diode respectively connected in anti-parallel to these switching elements; In response to said error between the phase difference and the set value of the output voltage of the smoothing capacitor line current and phase voltage source first
Pulse width modulation control of the switching element of the rectifier circuit of
An inverter type X-ray high voltage device comprising a current and voltage control circuit for matching the phase of the phase voltage with the line current of the AC power supply and controlling the output voltage of the smoothing capacitor to a set value.
【請求項2】 X線管の設定電圧,設定電流に応じて電
流,電圧制御回路とインバータ回路の制御回路との制御
信号を作成し、この制御信号に応じて第1の整流回路と
インバータ回路を制御することを特徴とする請求項1に
記載のインバータ式X線高電圧装置。
2. A first rectifier circuit and an inverter circuit are created in accordance with a set voltage and a set current of an X-ray tube, a current, a control signal for a voltage control circuit and a control circuit for an inverter circuit are created. The inverter type X-ray high voltage device according to claim 1, wherein the X-ray high voltage device is controlled.
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