JPH09190898A - X線高電圧装置 - Google Patents

X線高電圧装置

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JPH09190898A
JPH09190898A JP35361895A JP35361895A JPH09190898A JP H09190898 A JPH09190898 A JP H09190898A JP 35361895 A JP35361895 A JP 35361895A JP 35361895 A JP35361895 A JP 35361895A JP H09190898 A JPH09190898 A JP H09190898A
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JP
Japan
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voltage
output
circuit
signal
triangular wave
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JP35361895A
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English (en)
Inventor
Osamu Sasaki
理 佐々木
Hisao Tsuji
久男 辻
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可聴帯域の周波数の雑音が発生しないように
工夫することによって、装置の小型化・低コスト化を図
る。 【解決手段】 管電圧検出回路51と、その検出値と設
定管電圧値との差分を増幅する誤差増幅回路52と、一
定周波数の三角波発生回路55と、三角波と差分とを比
較し、その比較結果に応じてインバータ回路13のスイ
ッチング素子31〜34をオン・オフさせる比較回路5
3、54とにより、パルス幅変調方式により管電圧のフ
ィードバック制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、X線管に高電圧
を供給する共振型インバータ方式のX線高電圧装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の共振型インバータ方式X線高電圧
装置では、実際にX線管に印加される高電圧を検出し、
その検出電圧と設定電圧との誤差電圧に応じてスイッチ
ング周波数を制御して、X線管に印加する電圧を設定電
圧に一致させるという、管電圧をスイッチング周波数に
フィードバックする制御方式がとられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、X線高
電圧装置では、周波数の低い領域まで使用せざるをえ
ず、そのため可聴帯域の雑音が発生するという問題があ
る。すなわち、X線高電圧装置は負荷範囲が非常に広
く、たとえば40kV、0.1mAの小出力から150
kV、630mAの大出力まで制御する必要がある。そ
して、現在用いられているIGBT(絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ)などのスイッチング素子では周波数
の限界値が数十kHz程度であるため、その最高周波数
で最大出力が発生するように設計される。そうすると、
40kV、0.1mA程度のいわゆる透視と呼ばれるX
線条件でX線を曝射するための出力領域では、周波数が
数kHzまで低下してしまう。
【0004】このような周波数は可聴帯域であるから、
人間の耳に障る雑音が発生することになる。さらに、透
視はX線TVモニター装置で観察しながら行なうため、
長時間にわたって行なわれることが多く、被検者(多く
は患者)に大きな負担を強いることになる。そのため、
防音カバーを装備する等の防音対策が不可欠であり、装
置の大型化・高コスト化が避けられなかった。
【0005】この発明は、上記に鑑み、可聴帯域の周波
数の雑音が発生しないように工夫することによって、防
音設備による装置の大型化・高コスト化を招かないよう
に改善した、X線高電圧装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によるX線高電圧装置においては、交流電
源に接続される整流・平滑手段と、該整流・平滑手段か
ら出力される直流出力をスイッチングして交流化するイ
ンバータ手段と、該交流出力が共振手段を経て入力され
る高圧変換手段と、変換された高圧の交流出力が入力さ
れる高圧整流・平滑手段と、X線管に出力される高圧の
直流出力の電圧を検出する手段と、検出電圧と設定電圧
との差分を増幅する手段と、一定周波数の三角波または
のこぎり波信号を発生する信号発生手段と、該三角波ま
たはのこぎり波信号と上記の差分信号とを比較して上記
インバータ手段のスイッチング幅を変化させることによ
り出力電圧のフィードバック制御を行なう手段とが備え
られることが特徴となっている。
【0007】出力電圧が検出され、設定値との差分が増
幅される。そのため、出力電圧と設定値との差が大きく
なれば大きな差分信号が得られ、逆に出力電圧と設定値
との差が小さければ小さな差分信号が得られる。この差
分信号と、一定周波数の三角波またはのこぎり波信号と
が比較されるので、その比較結果として、一定周波数
で、パルス幅が差分信号の大きさによって変化する信号
が得られる。この比較結果の信号でインバータ手段が制
御され、スイッチング幅が変化させられる。これによ
り、インバータ手段のスイッチング周波数を一定とし、
そのパルス幅を変化させることによる出力電圧のフィー
ドバック制御が行なわれることになる。このようにイン
バータ手段のスイッチング周波数は一定で、パルス幅変
調方式で出力電圧のフィードバック制御を行なうため、
小出力時でもインバータ手段のスイッチング周波数が可
聴周波数帯域にまで下降することがなく、人間の耳に障
る雑音の発生が抑えられる。
【0008】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。図1におい
て、交流電源10に接続された整流回路11および平滑
回路12によって商用交流が直流化され、その直流出力
がインバータ回路13に送られる。インバータ回路13
は、フルブリッジ接続された4つのスイッチング素子
(たとえばIGBTなどからなる)31〜34と、これ
らスイッチング素子31〜34にそれぞれ逆方向に並列
的に接続された4個のダイオード35〜38とを含む。
このインバータ回路13でスイッチングされることによ
り交流に変換された出力は共振コンデンサ15および共
振インダクタンス16を経て高圧トランス17の一次側
コイルに供給される。この高圧トランス17の二次側コ
イルには数十〜150kV程に昇圧された交流出力が現
われる。この高い電圧の交流出力は、高圧整流回路18
および高圧平滑回路19を経てふたたび直流化され、非
常に高い直流電圧としてX線管20のアノード・カソー
ド間に印加される。
【0009】この管電圧は管電圧検出回路51により検
出され、誤差増幅回路52に送られる。この誤差増幅回
路52の他方の入力には管電圧設定器(図示しない)か
ら設定管電圧値を表わす信号が送られてきており、この
誤差増幅回路52はそれら2つの入力信号の差分信号E
を増幅して出力する。この差分信号は比較回路53、5
4に送られる。三角波発生回路55は15kHz以上の
可聴領域を超える一定の周波数の三角波信号を常時発生
しており、この三角波信号が、反転回路56を経て比較
回路53に、およびそのまま比較回路54にそれぞれ送
られる。
【0010】この反転されない三角波信号Aは比較回路
54において上記の差分信号Eと比較され、三角波信号
Aが差分信号Eより低いときハイ(High)となる信
号を生じる。反転された三角波信号Bは比較回路53に
おいて差分信号Eと比較されて、三角波信号Bが差分信
号Eを超えているときに、比較回路53からハイの信号
が生じる。これらの比較回路53、54の出力は、反転
回路57、58を経て、あるいはそれらを経ずに直接、
駆動信号発生回路41〜44に送られて、スイッチング
素子31〜34の各々を駆動する信号が得られる。駆動
信号発生回路41〜44では、入力信号がハイのときに
スイッチング素子がオンとなるような駆動信号を生じ
る。
【0011】さらに図2を用いて説明する。図2の期間
61では、図2の(a)に示すように反転された三角波
信号Bが差分信号Eよりも大きいため、比較回路53の
出力はハイとなっており、そのため駆動信号発生回路4
1を経て駆動されるスイッチング素子31は図2の
(c)で示すようにオンになっている。スイッチング素
子32は、比較回路53の出力を反転した信号で駆動さ
れるので、図2の(d)で示すようにオフになってい
る。また、この期間61では、反転されない三角波信号
Aは図2の(b)で示すように差分信号Eよりも小さい
ため、比較回路54の出力はハイになっており、その結
果、スイッチング素子34は図2の(f)で示すように
オン、スイッチング素子33は図2の(e)で示すよう
にオフになっている。
【0012】したがって、この期間61では、図3のよ
うな状態となっており、整流回路11および平滑回路1
2からの直流出力は、点線71のように共振コンデンサ
15、共振インダクタンス16および高圧トランス17
の一次側コイルに流れることになる。
【0013】つぎの期間62では、反転された三角波信
号Bが図2の(a)に示すように差分信号Eよりも低く
なるため、比較回路53の出力はロー(Low)とな
り、スイッチング素子31は図2の(c)に示すように
オフとなり、スイッチング素子32は図2の(d)に示
すようにオンとなる。この期間62では、反転されない
三角波信号Aは図2の(b)で示すようにまだ差分信号
Eよりも小さいため、期間61と同様に、スイッチング
素子34は図2の(f)で示すようにオン、スイッチン
グ素子33は図2の(e)で示すようにオフになってい
る。
【0014】そのため、この期間62においては、図4
に示すようにスイッチング素子31、33がオフで、ス
イッチング素子32、34がオンになっている。そこ
で、この期間62では、共振コンデンサ15、共振イン
ダクタンス16の共振回路に蓄積されたエネルギーの放
電により、オンとなっているスイッチング素子34およ
びダイオード36を通じて点線73で示すようにループ
電流が流れ、続いて、オンとなっているスイッチング素
子32およびダイオード38を通じて点線74で示すよ
うなループ電流が流れる。以降、これを繰り返す。
【0015】つぎに期間63で、図2の(b)で示すよ
うに反転されない三角波信号Aが差分信号Eよりも大き
くなると、比較回路54の出力がローになる。そのた
め、図2の(f)で示すようにスイッチング素子34が
オフになるとともに図2の(e)で示すようにスイッチ
ング素子33がオンになる。このとき、反転された三角
波信号Bは図2の(a)に示すようにまだ差分信号Eよ
りも低いため、比較回路53の出力はローであり、スイ
ッチング素子31は図2の(c)に示すようにオフのま
まであり、スイッチング素子32は図2の(d)に示す
ようにオンのままである。
【0016】その結果、この期間63では、図5に示す
ように、オンとなっているスイッチング素子33、32
を通じて、整流回路11および平滑回路12からの直流
出力が、点線75のように共振コンデンサ15、共振イ
ンダクタンス16および高圧トランス17の一次側コイ
ルに流れることになる。なお、この期間63で流れる電
流の方向は、期間61において流れた電流の方向とは逆
となっている。
【0017】その後の期間64では、期間62と同じよ
うに、反転された三角波信号Bが差分信号Eよりも低
く、反転されない三角波信号Aが差分信号Eよりも低く
なっており、そのため、図2の(c),(d),
(e),(f)で示すようにスイッチング素子31、3
3がオフ、スイッチング素子32、34がオンとなって
いる。
【0018】そのため、、この期間64では、図6に示
すように、オンとなっているスイッチング素子32とダ
イオード38とによりループが形成されるため、点線7
8で示すようなループ電流が流れ、続いて、オンとなっ
ているスイッチング素子34とダイオード36とにより
ループが形成されるため、点線78で示すようなループ
電流が流れる。以降、これを繰り返す。
【0019】このような期間61〜64がくりかえさ
れ、高圧トランス17の一次側コイルには交互に反転す
る電流が供給されることになる。定常状態になっている
ときは、管電圧の設定値と管電圧検出回路51で検出し
た検出値とはほぼ一致しているが、誤差増幅回路52の
増幅率は十分に大きなものとされているため、図2の
(a),(b)で示すように一定レベルの差分信号Eが
生じることになる。
【0020】定常状態から管電圧の設定値が上昇した場
合、管電圧の検出値と設定管電圧値との差が小さくなる
ため、誤差増幅回路52の出力レベルEが定常状態より
も小さなものとなる。その結果、スイッチング素子3
1、34が同時にオンになる期間61の時間と、スイッ
チング素子32、33が同時にオンになる期間63の時
間とが長くなる。これにより、整流回路11および平滑
回路12側から電流供給される期間が、正側および負側
とも長くなり、これを高圧トランス17で昇圧し整流・
平滑した直流電圧が高くなって、管電圧が上昇する。
【0021】逆に定常状態から管電圧の設定値が下降し
た場合、管電圧の検出値が設定管電圧値よりも小さくな
るため、誤差増幅回路52の出力レベルEが定常状態よ
りも大きなものとなり、スイッチング素子31、34が
同時にオンになる期間61の時間と、スイッチング素子
32、33が同時にオンになる期間63の時間とが短く
なる。これにより、整流回路11および平滑回路12側
から電流供給される期間が、正側および負側とも短くな
り、これを高圧トランス17で昇圧し整流・平滑した直
流電圧が低くなって、管電圧が下降する。
【0022】このように、管電圧を検出し、これと設定
値との差に基づいてパルス幅変調を行なうことにより、
管電圧が設定値となるようにフィードバック制御してお
り、インバータの駆動周波数は一定であるため、小出力
時でもインバータの周波数が可聴周波数帯域にまで下降
することがなく、人間の耳に障る雑音の発生が抑えられ
る。その結果、防音カバーを施したりする防音対策は簡
易なものでよくなり、小型化および低コスト化を図るこ
とができる。
【0023】なお、上記の実施形態では、共振コンデン
サ15と共振インダクタンス16とを高圧トランス17
の一次側コイルに対して直列に接続して直列共振回路を
構成したが、共振コンデンサ15と共振インダクタンス
16とを高圧トランス17の一次側コイルに対して並列
に接続して並列共振回路を構成することもできる。ま
た、共振インダクタンス16は高圧トランス17の一次
側コイルのインダクタンス分を用いることも可能であ
る。さらに三角波発生回路55の代わりにのこぎり波発
生回路を用いてもよい。その他、この発明の要旨を変更
しない範囲で種々に変更できることはもちろんである。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のX線高
電圧装置によれば、インバータの周波数を一定としてパ
ルス幅変調方式で管電圧のフィードバック制御を行なっ
ているため、小出力時にもインバータの周波数が可聴周
波数帯域にまで下降することがなく、人間に耳障わりな
雑音の発生を抑え、簡易な防音対策で済ますことがで
き、小型化および低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態を示すブロック図。
【図2】図1の各部の波形を示すタイムチャート。
【図3】図2の期間61での電流経路を示す等価回路
図。
【図4】図2の期間62での電流経路を示す等価回路
図。
【図5】図2の期間63での電流経路を示す等価回路
図。
【図6】図2の期間64での電流経路を示す等価回路
図。
【符号の説明】
10 交流電源 11 整流回路 12 平滑回路 13 インバータ回路 15 共振コンデンサ 16 共振インダクタンス 17 高圧トランス 18 高圧整流回路 19 高圧平滑回路 20 X線管 31〜34 スイッチング素子 35〜38 ダイオード 41〜44 駆動信号発生回路 51 管電圧検出回路 52 誤差増幅回路 53、54 比較回路 55 三角波発生回路 56〜58 反転回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源に接続される整流・平滑手段
    と、該整流・平滑手段から出力される直流出力をスイッ
    チングして交流化するインバータ手段と、該交流出力が
    共振手段を経て入力される高圧変換手段と、変換された
    高圧の交流出力が入力される高圧整流・平滑手段と、X
    線管に出力される高圧の直流出力の電圧を検出する手段
    と、検出電圧と設定電圧との差分を増幅する手段と、一
    定周波数の三角波またはのこぎり波信号を発生する信号
    発生手段と、該三角波またはのこぎり波信号と上記の差
    分信号とを比較して上記インバータ手段のスイッチング
    幅を変化させることにより出力電圧のフィードバック制
    御を行なう手段とを備えることを特徴とするX線高電圧
    装置。
JP35361895A 1995-12-31 1995-12-31 X線高電圧装置 Pending JPH09190898A (ja)

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