JPH0869893A - インバータ式ｘ線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】直流電源１とインバータ２と高電圧変圧器３と
高電圧整流器４とＸ線管５とを備えてなるインバータ式
Ｘ線装置において、直流電源とインバータの間に生じる
インダクタンスに起因するサージ電圧を抑制してインバ
ータを構成するスイッチの破壊を防止する。 【構成】板状の導体及び絶縁体を積層形成しインダクタ
ンスを極力低下させてなる積層板６で前記直流電源１と
インバータ２との回路結線を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電源からインバー
タを介して交流電圧を変圧器に与えその出力を整流して
得た直流電圧をＸ線管に印加しＸ線を放射するインバー
タ式Ｘ線装置に係り、特に高速のスイッチでインバータ
を構成したときサージ電圧の発生を抑制してこのサージ
電圧によるスイッチの破壊を防止し、また、高耐圧大容
量の直流電源をインバータのスイッチと一体化するイン
バータ式Ｘ線装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来のインバータ式Ｘ線装置を
示す回路図である。すなわち従来のインバータ式Ｘ線装
置は、商用の交流電源ＡＣをダイオード１１〜１４より
なる整流回路で整流し、その出力電圧をコンデンサ１５
で平滑化して直流電圧を得る直流電源１と、これに正極
の導体６１´と負極の導体６２´を介して接続され、ス
イッチ２１〜２４とダイオード２５〜２８とから構成さ
れた高周波の交流電圧を得るインバータ２と、これに接
続されインバータ２の出力交流を昇圧する高電圧変圧器
３と、これにより昇圧された交流を直流に変換する高電
圧整流器４と、この高電圧整流器４に接続されＸ線を放
射するＸ線管５とから構成されていた。

【０００３】図８は、図７中のインバータ２の実体構成
を示す斜視図である。この図８に示すように、コンデン
サ１５とインバータ２（スイッチ２１〜２４）は正極の
導体６１´と負極の導体６２´で接続されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図９は、上述従来装置
の正極の導体６１´と負極の導体６２´とに挟まれた面
積Ｓ´に対応して配線のインダクタンスＬ´の大きさが
決まることを説明するための図である。図７における直
流電源１の正極側からインバータ２に向かって流れる電
流を図９では正極の電流Ｐ´と表し、インバータ２から
直流電源１の負極側へ向かって流れる電流を負極の電流
Ｎ´と表す。このとき、正極の電流Ｐ´と負極の電流Ｎ
´とを囲むように、正極の電流Ｐ´による磁界ｆ１´と
負極の電流Ｎ´による磁界ｆ２´とが生じ、この両磁界
ｆ１´，ｆ２´によって、正極の導体６１´と負極の導
体６２´には磁界ｆ１´と磁界ｆ２´とによる磁束の通
る面積Ｓ´に比例するインダクタンスＬ´が生じる。こ
れが次に述べるサージ電圧を生じさせ、インバータ２の
スイッチ２１〜２４を破壊する原因になる。

【０００５】図１０は、上記配線のインダクタンスＬ´
によってサージ電圧が発生し、インバータ２のスイッチ
２１〜２４を破壊してしまう問題を説明するための図で
ある。ここで、図９にて説明したインダクタンスＬ´は
正極と負極の配線の両方で生じるが、図１０では説明を
簡略化するために、これを正極側に代表してＬ´で表し
た。図１０において、例えばスイッチ２１と２４がオン
すると、矢印Ｄ１に示すように電流が流れる。次に、高
電圧変圧器３に逆向きに電圧を印加するためにスイッチ
２１と２４をオフし、続いてスイッチ２１と２２とが同
時にオンして直流電源１の出力電圧が短絡するのを防ぐ
ために、一定のオフ期間（以下、デッドタイムという）
を置く。すなわち、このデッドタイム経過後にスイッチ
２２と２３をオンすることになる。デッドタイムの期間
は、矢印Ｄ２に示すように電流が流れる。

【０００６】図１１は、この時のスイッチ２１の両端の
電圧Ｖｓと、スイッチ２１に流れる電流Ｉｓとの関係を
示している。この図１１に示すように、スイッチ２１が
オンすると電流Ｉｓが流れ始め、同時に電圧Ｖｓがゼロ
になる。またスイッチ２１がオフすると、電圧Ｖｓは、
直流電源１の出力電圧ＥとインダクタンスＬ´に流れる
電流ＩＬ´の積＝Ｌ´×｛（ｄＩＬ´）／ｄｔ｝との和
で表わされる実線イで示すようなサージ電圧が生じる。
このサージ電圧を抑制し、スイッチ２１を保護するに
は、インダクタンスＬ´を低減、すなわち図９に示した
面積Ｓ´を小さくする必要がある。しかし、Ｘ線装置の
ように２ｋＷ〜１００ｋＷもの大出力を得る装置では、
部品の大きさや配置（図８参照）の点からこのままで面
積Ｓ´を小さくするには限界があり、インダクタンスＬ
´を例えば１μＨ以下にするのは困難であった。特に、
従来のバイポーラトランジスタに代わり、スイッチング
動作の高速な電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ ＦＥ
Ｔ）や、ゲート絶縁型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧ
ＢＴ）がインバータ用のスイッチに適用されると、前記
ｄＩＬ´／ｄｔは５００Ａ／μｓ以上にもなる。仮にＬ
´を１μＨ、Ｅが５００Ｖとした場合、上記サージ電圧
は１０００Ｖ以上にも及び、スイッチ２１〜２４の耐圧
を越えることがあり、このスイッチ２１〜２４を破壊す
ることがあった。

【０００７】通常、直流電源１内部のコンデンサ１５
は、電界コンデンサ等の大容量コンデンサを使用する
が、形状が大きいためにインバータ２のすぐ近くに配置
することが難しい。このため、インバータ２入力側の電
圧が落ち込んだ場合、直流電源１から瞬時に電流を供給
できない。そこで、フィルムコンデンサ等、小容量の補
助コンデンサＣ１５（図８参照）を設ける必要がある。
一方、Ｘ線装置のような大出力の装置のインバータ２入
力側に流れる電流は数百アンペアにも及び、この電流の
一部を負担する補助コンデンサＣ１５は、容量は小さく
とも形状の大きなものにならざるを得ない。形状が大き
くなると、直流電源１内部のコンデンサ１５同様、イン
バータ２のすぐ近くに配置することが難しくなり、やや
離れたところに置かなければならない。そこで、今度は
補助コンデンサＣ１５からインバータ２までの配線のイ
ンダクタンスが問題になった。

【０００８】本発明の目的は、直流電源とインバータ間
の配線のインダクタンスを低減し、インバータのスイッ
チがオフする際のサージ電圧を抑制して、スイッチの破
壊を防止し、また補助コンデンサを設ける必要もなくし
たインバータ式Ｘ線装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、直流電源
と、この直流電源の正極に接続された第１のスイッチ及
びその負極に接続された第２のスイッチからなる第１の
直列接続体を有すると共に上記正極に接続された第３の
スイッチ及びその負極に接続された第４のスイッチから
なり上記第１の直列接続体に並列接続された第２の直列
接続体を有しかつ上記第１〜第４のスイッチにそれぞれ
逆並列接続された第１〜第４のダイオードを有し上記直
流電源から直流を受電して交流に変換するインバータ
と、このインバータの出力側に接続されその出力を昇圧
する高電圧変圧器と、この高電圧変圧器に接続されその
出力を直流に変換する高電圧整流器と、この高電圧整流
器に接続されその出力電圧が印加されてＸ線を放射する
Ｘ線管とを備えてなるインバータ式Ｘ線装置において、
前記直流電源の正極と前記第１の直列接続体及び第２の
直列接続体の正極とを接続する正極の導体板からなる第
１の層と、前記直流電源の負極と前記第１の直列接続体
及び第２の直列接続体の負極とを接続する負極の導体板
からなる第２の層と、前記第１のスイッチ及び第２のス
イッチを接続する正極の出力の導体板と前記第３のスイ
ッチ及び第４のスイッチを接続する負極の出力の導体板
とからなる第３の層と、前記第１〜第３の層の各層間の
第１及び第２の絶縁体とを積層してなる積層板にて、前
記直流電源と前記インバータとの回路結線を行うことに
より達成される。

【００１０】

【作用】直流電源の正極とインバータの正極とを接続す
る正極の導体板と、前記直流電源の負極とインバータの
負極とを接続する負極の導体板で接続することによっ
て、導体間の面積（導体板間の距離）を小さくでき、板
上を流れる電流は向きが一様でないために生じる磁束の
影響も小さく、そのうえ面方向の距離を稼ぐことによっ
て電流によって生じる磁束同士の影響を小さくして配線
のインダクタンスを低減する。このインダクタンスによ
ってインバータを構成するスイッチの両端に発生するサ
ージ電圧が抑制され、スイッチの破壊が防止される。そ
して、上記正極の導体板と負極の導体板は絶縁体を挟ん
でキャパシタンスを有し、このキャパシタンスによって
インバータを構成するスイッチの両端に発生するサージ
電圧が吸収され、スイッチの破壊が防止される。

【００１１】また、上記直流電源内部のコンデンサを正
極の導体板と負極の導体板を介してインバータに接続す
ることにより、インバータの近くに配置できるため、イ
ンバータ入力側の電圧が落ち込んだ場合、補助コンデン
サを設けずに直流電源から瞬時に電流を供給できる。

【００１２】

【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線装置の一実
施例を示す回路図である。

【００１３】図１において、本発明インバータ式Ｘ線装
置は、商用の交流電源ＡＣの電圧をダイオード１１〜１
４よりなる整流回路で整流しコンデンサ１５で平滑化し
て直流電圧を得る直流電源１と、この直流電源１に接続
された積層板６と、この積層板６に接続されスイッチ２
１，２２及びダイオード２５，２６からなる第１の直列
接続体２０１とスイッチ２３，２４及びダイオード２
７，２８からなる第２の直列接続体２０２とで構成され
高周波の交流電圧を得るインバータ２と、このインバー
タ２に接続されその出力の交流電圧を昇圧する高電圧変
圧器３と、この高電圧変圧器３に接続され昇圧された交
流を直流に変換する高電圧整流器４と、この高電圧整流
器４に接続されその出力電圧が印加されてＸ線を放射す
るＸ線管５とを備えてなる。

【００１４】図２は前記積層板６を説明するための回路
図である。前記積層板６は、図２に示すように、直流電
源１の正極と第１の直列接続体２０１及び第２の直列接
続体２０２の正極とを接続する正極の導体板６１と、直
流電源１の負極と第１の直列接続体２０１及び第２の直
列接続体２０２の負極とを接続する負極の導体板６２
と、第１のスイッチ２１及び第２のスイッチ２２を接続
する正極の出力の導体板６３と、第３のスイッチ２３及
び第４のスイッチ２４を接続する負極の出力の導体板６
４とからなる。

【００１５】図３はこのような積層板６の実体構成例を
示す斜視図である。図示するように、積層板６は正極の
導体板６１からなる第１の層と、負極の導体板６２から
なる第２の層と、正極の出力の導体板６３及び負極の出
力の導体板６４からなる第３の層とを積層し、これら第
１〜第３の層の各層間に第１及び第２の絶縁体６５，６
６を挟み込んで構成されている。

【００１６】このような積層板６において、前記直流電
源１の正極から前記インバータ２へ流れる電流をＩｐ、
前記直流電源１の負極から前記インバータ２へ流れる電
流をＩｎで表す。この時、電流Ｉｐ，Ｉｎによって生じ
る磁界をｆ１，ｆ２とする。電流Ｉｐ，Ｉｎは、板上を
入力端子ＩＮから出力端子ＯＵＴまで流れるが、方向に
一様性がないため、生じる磁束も向きが一様でない。ま
た、板上の同一平面上に生じる相隣する磁束は相殺さ
れ、相殺されない板の両端に生じる磁束は距離をもって
いるため互いに干渉しにくく、板全体に生じる磁界ｆ
１，ｆ２は小さい。また、磁束の通る面積Ｓは小さく殆
どインダクタンスが生じない。したがって、直流電源１
からインバータ２までの配線インダクタンスＬが大幅に
低減可能で、図１１の破線ロで示すようにサージ電圧を
抑制し、スイッチ２１〜２４の破壊を防止できる。

【００１７】図３に示した実施例では、正極，負極が絶
縁体６５を介して向き合っているために浮遊容量Ｃ１〜
Ｃ３が生じ、この浮遊容量Ｃ１〜Ｃ３が僅かに生じる配
線のインダクタンスＬによる電流の遅れを打ち消し、ス
イッチ２１〜２４のサージ電圧を一層抑制する働きがあ
る。更に、図３に示すような板状の導体（導体板６１〜
６４）は、面積Ｓを増加させずに、導体の断面積を大き
くとることができるので、導体の抵抗分による電力の損
失を抑制するにも好適である。

【００１８】図４は図２中のインバータ２の実体構成例
を示す斜視図である。この図４に示すように、前記直流
電源１内部のコンデンサ１５を、正極の導体板６１と負
極の導体板６２を介してインバータ２に接続することに
より、インバータ２の近くに配置できるため、インバー
タ２入力側の電圧が落ち込んだ場合、補助コンデンサＣ
１５（図８参照）を設けずに直流電源１から瞬時に電流
を供給できる。

【００１９】なお上述実施例では、インバータ２を、４
つのスイッチ２１〜２４を備えて構成したが、これのみ
に限らず、例えば図５に示すように２つスイッチ２１，
２２を備えて構成してもよい。

【００２０】また上述実施例では、図３で示したよう
に、積層板６の導体板の積層順が図中上方より、正極の
導体板→負極の導体板→出力の導体板となっていたが、
これのみに限らず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、
負極の導体板→正極の導体板→出力の導体板、又は出力
の導体板→正極の導体板→負極の導体板、若しくは出力
の導体板→負極の導体板→正極の導体板の順としてもよ
い。

【００２１】更に上述実施例では、直流電源１の整流回
路をダイオード及びコンデンサで構成したが、その他、
サイリスタやトランジスタ等のスイッチを用いた整流方
式であってもよく、また直流電源１として、商用電源Ａ
Ｃを整流したものの他、バッテリやコンデンサ等で構成
したものであってもよい。またインバータ２は、その主
構成をなすスイッチとして、ＭＯＳ ＦＥＴ、ＩＧＢ
Ｔ、ＭＯＳ コントロールドサイリスタ、ＳＩトランジ
スタ又はＳＩサイリスタ等、種々のスイッチング素子を
用いることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、直
流電源とインバータの間を積層板で接続したことによ
り、配線のインダクタンスが低減されてインバータのス
イッチがオフする際のサージ電圧が抑制され、インバー
タのスイッチの破壊を防ぐことができる。また、配線の
インダクタンスが低減されことにより、補助コンデンサ
を設ける必要がなくなる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例を示す回路図である。

【図２】図１中の積層板を説明するための回路図であ
る。

【図３】同上積層板の実体構成例を示す斜視図である。

【図４】図２中のインバータの実体構成例を示す斜視図
である。

【図５】本発明装置の他の実施例を示す回路図である。

【図６】本発明装置に用いられる積層板の他の構成例を
示す図である。

【図７】従来装置を示す回路図である。

【図８】図７中のインバータの実体構成を示す斜視図で
ある。

【図９】従来装置における配線のインダクタンスが生じ
る原理を説明するための図である。

【図１０】配線のインダクタンスによってインバータを
構成するスイッチにサージ電圧が発生する原理を説明す
るための図である。

【図１１】インバータを構成するスイッチの動作とサー
ジ電圧の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ インバータ ３ 高電圧変圧器 ４ 高電圧整流器 ５ Ｘ線管 ６ 積層板 １１〜１４ ダイオード １５ コンデンサ ２１〜２４ スイッチ ２５〜２８ ダイオード ６１ 正極の導体板 ６２ 負極の導体板 ６３ 正極の出力の導体板 ６４ 負極の出力の導体板 ６５ 絶縁体 ６６ 絶縁体 ２０１ 第１の直列接続体 ２０２ 第２の直列接続体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 一郎 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 株 式会社日立メディコ内 (72)発明者 植村 秀記 東京都千代田区内神田一丁目１番14号 株 式会社日立メディコ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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１のスイッチ及びその負極に接続された第２のス
   イッチからなる第１の直列接続体を有すると共に上記正
   極に接続された第３のスイッチ及びその負極に接続され
   た第４のスイッチからなり上記第１の直列接続体に並列
   接続された第２の直列接続体を有しかつ上記第１〜第４
   のスイッチにそれぞれ逆並列接続された第１〜第４のダ
   イオードを有し上記直流電源から直流を受電して交流に
   変換するインバータと、このインバータの出力側に接続
   されその出力を昇圧する高電圧変圧器と、この高電圧変
   圧器に接続されその出力を直流に変換する高電圧整流器
   と、この高電圧整流器に接続されその出力電圧が印加さ
   れてＸ線を放射するＸ線管とを備えてなるインバータ式
   Ｘ線装置において、前記直流電源の正極と前記第１の直
   列接続体及び第２の直列接続体の正極とを接続する正極
   の導体板からなる第１の層と、前記直流電源の負極と前
   記第１の直列接続体及び第２の直列接続体の負極とを接
   続する負極の導体板からなる第２の層と、前記第１のス
   イッチ及び第２のスイッチを接続する正極の出力の導体
   板と前記第３のスイッチ及び第４のスイッチを接続する
   負極の出力の導体板とからなる第３の層と、前記第１〜
   第３の層の各層間の第１及び第２の絶縁体とを積層して
   なる積層板にて、前記直流電源と前記インバータとの回
   路結線を行うことを特徴とするインバータ式Ｘ線装置。
2. 【請求項２】インバータは直流電源の正極に接続された
   第１のスイッチ及びその負極に接続された第２のスイッ
   チとこれら第１，第２のスイッチにそれぞれ逆並列接続
   された第１，第２のダイオードとを備えてなり、正極の
   導体板は前記直流電源の正極と前記第１のスイッチとを
   接続し、負極の導体板は前記直流電源の負極と前記第２
   のスイッチの負極とを接続し、出力の導体板は前記第１
   のスイッチと第２のスイッチとを接続し、第１及び第２
   の絶縁体は前記正極、負極及び出力の各導体板間に介在
   してなる請求項１に記載のインバータ式Ｘ線装置。