JPS60221998A - Power generator - Google Patents

Power generator

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Publication number
JPS60221998A
JPS60221998A JP59268737A JP26873784A JPS60221998A JP S60221998 A JPS60221998 A JP S60221998A JP 59268737 A JP59268737 A JP 59268737A JP 26873784 A JP26873784 A JP 26873784A JP S60221998 A JPS60221998 A JP S60221998A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
inverter
output
high voltage
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59268737A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
カルロス・マヌエコ・サンタータン
エンジエル・ダイアズ・カーメナ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPS60221998A publication Critical patent/JPS60221998A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05GX-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08Electrical details
    • H05G1/26Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30Controlling
    • H05G1/32Supply voltage of the X-ray apparatus or tube

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

関連出願との関係 この発明はこの出願と同日に出願された係属中の米国特
許出願通し番号第564 、622号、同第564゜6
03号、同第564,582号、同第564,550号
及び同第564,621号と関係を有する。 この発明は全般的にX線発生装置、史に具体的に云えば
、X線管に対重る出力電圧を制御りる電圧帰還回路に関
づ−る。 X線を発生して利用する場合、当面の特定の用途又は手
順に合う様な特定の電圧及び電流レベルを選択】−るの
が普通である。例えば医療用X線作像の分野では、普通
の敢銅線写真法で使われる典型的な電圧レベルは50乃
至150kVの範囲内であることがあるが、螢光写真法
では、電圧は50乃至+20kVの範囲であることがよ
り多く、乳房造影法に使われるX線では、24乃至50
 kVの範囲である可能性が一層強い。同様に、印加さ
れる電流のレベルは螢光写真法の場合の0.1mAから
成るtIi川線回線写真法順の場合の1250 mΔよ
、で変わり1qる。 従来、こういう電圧及び電流レベルは、Aペレータが希
望リ−るkVp及び■Aの設定をりることが出来る様に
づる回路の設計によって制御されていた。例えば負荷の
変化、線路電圧の変化、又はフィラメント温度の変化の
様な露出中に起り得る装置の変動の為、kVrl及びI
IIAの値を好ましいしベルに精密に維持り−ることは
不可能であった。X線発生器の製造業者は、従来、起り
得る変化を予想して、kVp及びIIIAを予定の許容
公差の範囲内に抑えるのに1−分な形で、こういう変動
を補償りる回路設ハ1特(′?りを取入れようと努めて
来た。 最近の開発は、上に述べた開放ループ方式の欠点を克服
する様な閉ループ帰還方式の線に沿って進/υでいる。 この様な1つの方式は、閉ループ帰;麗装置がX#!i
lブを生装置のmΔを制御するものである。こういう装
置が係属中の米国特許出願通し番号第375,088号
に記載されでいる。 kVp制御の分野では、出力電圧を感知し、その帰還信
号を使って、予定の電圧レベルを保つ様な速い効果的な
応答をづる形で、出力電圧を直接的に変調りる様な満足
し冑る閉ル〜ブ方式が開発されていない。 線路に起り1qる変動に対して略一定の電圧レベルを保
つ従来の方式は、可変出力を得る為にモータによって駆
動される可変入出力変圧器である所謂ポルl〜・パック
を使うことである。ボルト・パックの主な欠点は、その
動作が比較的匠いことである。即ち、ボルト・パックは
応答時間が約1秒である。この理由で、ポル1〜・パッ
ク制御+装置は、露出を開始リ−る時の正しい電圧を設
定する為にのみ使われ、長い露出(螢光透視法の露出)
の間取外は、その後で調節しない。これと較べて、X線
発生装置に対する所望の応答時間はミリ秒の範囲であっ
て、様々な手順並びに用途に対し、明確に限定された短
い電力パルスを供給することの出来るものである。例え
ば、立」ニリ時間が非常に速く、即ち、1ミリ秒と云う
様に短く、1ミリ秒という様に露出用の短い平坦なピー
クを持ち、且つ立下り時間が速い高圧パルスが1qられ
ることか望ましい。この為、補正は1ミリ秒未満の内に
行う必要がある。 高圧変圧器の1次側に交流を供給りる為に、インバータ
をX線発生回路に使うことは公知である。 然し、主にその制御が比較的困難である理由で、この為
にトランジスタが使われることは一般的になかった。む
しろこういう用途でスイッチング素子として使われるの
はりイリスタであった。ザイリスタは一般的に頑丈で制
御が比較的容易であると考えられるが、強制転流回路を
使うことを必要とづるという固有の欠点がある。この為
、余分の部品が必要であるだりでなく、追加した静電各
組が回路の応答時間を実質的に遅くづる傾向がある。 例えば、リイリスク・インバータを使う時、妥当なレベ
ルの再現性を保つと同時に、1ミリ秒の範囲内の短い高
圧パルスを得るのが困吐rある。 インバータからの交流出力を制御する場合、インバータ
に対りる直流電圧の供給を制御する多数の方式が考えら
れる。その若干を挙げれは、位相制御形整流器、トラン
ジスタ直列又は並列調整器、及び半導体スイッチング形
直流電圧制御装置がある。この内、半導体スイッチング
素子は普通はヂョツパと吋ばれていて、他の方式よりも
、一層効率よく且つ一層応答の速い直流電圧の制御が得
られる。然し、直流回路でかなりの1波作用を必要とJ
る為、完全閉ループ形電圧調整インバータ電源で動作す
る時は応答時間がずっと遅くなる。この様な間接的な方
式では、X線を発生装置の動作中に必要な、大きな電圧
及び電流の変動に対処りる為に使わなければならない強
制転流回路の為、より多くの回路損失が起る。更に、こ
の様な構成では、インバータから送出される電力が、1
回は直流電圧制御装置ににす、そしてもう1回はインバ
ータにより、2回処理されることが理解されよう。 源及び負荷に起る固有の変動の他に、高圧側にX線管の
アークの様な偶発的な成る計画外の状態が起り、それを
制御しないと、部品の損傷を招くことがある。更にどん
な制御回路でも、低圧制御回路に誤動作又は故障の惧れ
があり、それを検出して処理しないと、制御回路の出力
又は制御回路自体の内部に望ましくない結果を10 <
ことがある。 この為、普通の装置にどんな制御又は性能をよ(する特
徴を追加しても、その様な改良を行う為に関連した監視
及び調整の機能を設けなければならない。この為、医療
診断装置に使うX線発生器の分野では、従来の方式に目
立った変更を加えるのは気が進まないことであった。 X線発生装置の製造業者にとっては、閉ループ電圧帰還
装置にづることが長い間の希望であったが、X線の用途
の典型的な条件(即ち、0.1乃至1250 nlAの
範囲内の可変の負荷、24乃至150kVpの箱間の可
変の電圧及び0.25という低いmΔ)の為に、この様
な適当な装置は作るのが困難であった。リップルの制御
がよいこと、再現性が高いこと、直線性がよいこと並び
に立」ニリ時間が速くて電力波形の形が制御されること
、定常状態のう、0い露出時間が得られること、並びに
立下り時間が短いこと)いう様な性能上の種々の条件の
為、その課題は尚更困難になる。装置に過大電圧が発生
する仙に、装置に過大電流1ノベルが起ることもあり、
これはxm管自体の損傷を招いたり、或いは装置内の高
圧又は低圧部品に損傷を招く倶れがある。XS発生装置
でインバータを使う時、スイッチング装置を通る電流は
出来るだけ多く覆ることが望ましい。然し、こういうス
イッチング装置の妥当な寿命を保つ為には、電流1ノベ
ルが予定のレベルを越えないことが絶対条件である。電
流レベルがその限界に近づいている時を決定し、そうい
うことが起らない様な必要な措置をどる機能は、達成が
困難である。インバータが一層高い周波数で動作する時
は、特にそうである。 発 明 の 目 的 従って、この発明の主な目的は、閉ループ回路を介して
、x!m管に印加される出ツノmルを制御I mる手段
を持つ改良されたX線発生装置を提供することである。 この発明の別の目的は、所望の電圧用ツノを維持づる様
に、入力電圧並びに負荷の変動に速やかに且つ正確に応
答づる様に作用する閉ループ電圧帰還ループをX線発生
装置に設けることである。 この発明の別の目的は、速い立上り時間の後に略一定電
圧の比較的短い露出時間が続き、その後比較的速い立下
り時間が続く様な電圧パルスを発生づる様に、広い範囲
の動作状態にわたって十分に速く且つ応答性を持つ制御
回路をX線発生装置に設けることである。 この発明の別の目的は、電流レベルが装置の部品の損I
Bを招< 1tlれのある安全限界を越えない様に保証
すると同時に、比較的高い電流レベルでX線発生製画を
動作させることである。 上記並びにその他の目的及び特徴及び利点は、以下図面
についてび1明】る所から、更によく理解されよう。 発 明 の 要 約 簡単に云うと、この発明の1面では、X線発生装置が、
X線管からの高圧帰還を持つと其に、この帰還に応答し
てX線管に対する予定の電圧レベルを維持づる様な形で
、装置のインバータの動作を制御する制御回路を持って
いる。こうして帰還信号がインバータの出力を直接的に
制御する様に印加され、この為装置は線路電圧及び負荷
の変動に対して速やかに且つ正確に応答し得る。高圧変
圧器、高圧出力U1波器及び高圧分流回路の様な協働づ
る部品は、装置の速い応答という特徴と合い、且つそれ
に寄与する様に設計されている。この結果得られる制御
回路は、1ミリ秒という短い立上り時間、リップルをご
く少なくして1ミリ秒という短い定常状態の高圧期間、
特に0.25mAという様な非常に低いIIIAに対し
ての速い立下り時間を持つ高圧出力をX線管に供給りる
ことの出来る装置になる。 この発明の別の1面として、比較的高い周波数(即ち、
数kHzの範囲内)r:動作づるトランジスタ・インバ
ータが、矩形波のパルス幅変調出力を発生する様になっ
ている。その整流出力電圧レベルは、出力波形のマーク
/スペース比だけでなく、周波数をも選択的に変えるこ
とによって制御される。インバータは、Aベレータの設
定、出力電圧の帰還、並びに装置の成る動作状態を表わ
す様に発生された信号に応答して制御される。 この発明の別の1面は、変圧器の鉄心の飽和状態を感知
し、それに応答して問題を軽減する様に是正1ii[を
r+fl始することである。変圧器の電流を感知して、
その結果得られた信号を積分して、鉄心が飽和状態に近
づいているという表示をめる手段を設番プる。その接、
この信号を鋸歯状波発生器に印加して制御信号を発生覆
る。この制御信号が、飽和状態を1滅する様な形で、2
つの対角線の電流の流れを選択的に不平衡にする様に作
用する。 電圧帰還ループには、進相回路を設番ノ°C1装置の利
得を動的に変え、最初の段階の間は高い利得が得られて
立上り時間を短くする様にすると共に、その後は利1号
を減少して、立上り時間の終りのkVのA−バシュー1
−をクランプづる。この効果を1qる為、電圧帰還信号
を増幅器の入力の電圧要求信号に印加−りる前に、進相
回路に印加する。進相回路が導入するイ1随的な雑音が
、増幅器の帰還ループに設
Relationship to Related Applications This invention is disclosed in pending U.S. patent application Ser. No. 564,622, filed on the same date as this application.
No. 03, No. 564,582, No. 564,550, and No. 564,621. TECHNICAL FIELD This invention relates generally to x-ray generators and more particularly to voltage feedback circuits for controlling the output voltage across an x-ray tube. When generating and utilizing x-rays, it is common to select specific voltage and current levels to suit the particular application or procedure at hand. For example, in the field of medical X-ray imaging, typical voltage levels used in common copper ray photography may be in the range of 50 to 150 kV; It is more often in the +20 kV range, and for X-rays used in mammography, 24 to 50 kV.
It is more likely to be in the kV range. Similarly, the level of applied current varies by 1250 mΔ for fluorography, consisting of 0.1 mA for fluorography. Traditionally, these voltage and current levels have been controlled by a circuit design that allows the A operator to set the desired kVp and A. Due to equipment variations that may occur during exposure, such as changes in load, line voltage, or filament temperature, kVrl and I
It was not possible to maintain the value of IIA precisely within the desired range. Traditionally, X-ray generator manufacturers have anticipated possible changes and designed circuitry to compensate for these variations in a manner that takes less than 1 minute to keep kVp and IIIA within planned tolerances. Recent developments have been progressing along the lines of closed-loop feedback schemes that overcome the drawbacks of open-loop schemes mentioned above. One method is to use closed-loop return;
This is to control mΔ of the raw equipment. Such a device is described in pending US Patent Application Serial No. 375,088. In the field of kVp control, there are satisfactory methods of sensing the output voltage and using the feedback signal to directly modulate the output voltage in a fast and effective response that maintains a predetermined voltage level. A closed loop method has not been developed. The conventional method of maintaining a nearly constant voltage level over 1q fluctuations occurring in the line is to use a so-called pol pack, a variable input/output transformer driven by a motor to obtain a variable output. . The main disadvantage of bolt packs is that they are relatively delicate in operation. That is, the bolt pack has a response time of about 1 second. For this reason, the Pol 1 Pack Control+ device is only used to set the correct voltage at the start of the exposure and for long exposures (fluoroscopic exposures).
The removal of the floor space will not be adjusted afterwards. In comparison, the desired response time for an x-ray generating device is in the millisecond range, allowing short, well-defined power pulses to be provided for a variety of procedures and applications. For example, a high voltage pulse with a very fast rise time, i.e., short, such as 1 ms, a short flat peak for exposure, such as 1 ms, and a fast fall time, is produced. or desirable. Therefore, correction needs to be made within less than 1 millisecond. It is known to use an inverter in an X-ray generation circuit to supply alternating current to the primary side of a high voltage transformer. However, transistors have generally not been used for this purpose, primarily because they are relatively difficult to control. Rather, it was the iristor that was used as a switching element for this purpose. Although Zyristors are generally considered robust and relatively easy to control, they have an inherent drawback in that they require the use of forced commutation circuits. Because of this, not only are extra components required, but each additional electrostatic set tends to substantially slow down the response time of the circuit. For example, when using a relay inverter, it is difficult to obtain short high voltage pulses in the 1 millisecond range while maintaining a reasonable level of repeatability. When controlling the AC output from an inverter, there are many possible ways to control the supply of DC voltage to the inverter. Some of these include phase-controlled rectifiers, transistor series or parallel regulators, and semiconductor switching DC voltage controllers. Among these, semiconductor switching elements are usually called "choppa", and can control DC voltage more efficiently and with faster response than other methods. However, in a DC circuit, a considerable amount of single-wave action is required.
response time is much slower when operating from a fully closed-loop, voltage-regulated inverter power supply. Such indirect methods introduce more circuit losses due to forced commutation circuits that must be used to handle the large voltage and current fluctuations required during X-ray generator operation. It happens. Furthermore, in such a configuration, the power sent out from the inverter is 1
It will be appreciated that the process is carried out twice, once by the DC voltage controller and once by the inverter. In addition to the inherent variations in sources and loads, accidental and unplanned conditions, such as arcing in an x-ray tube, can occur on the high pressure side and, if not controlled, can lead to component damage. Furthermore, as with any control circuit, there is a risk of malfunction or failure in the low voltage control circuit, which, if not detected and handled, may cause undesirable consequences on the output of the control circuit or within the control circuit itself.
Sometimes. For this reason, no matter what control or performance features are added to a conventional device, associated monitoring and adjustment functions must be provided to effectuate such improvements. In the field of X-ray generators, there has been a reluctance to make any significant changes to the conventional system. As desired, conditions typical of X-ray applications (i.e., variable load in the range 0.1 to 1250 nlA, variable box-to-box voltage from 24 to 150 kVp, and mΔ as low as 0.25) Therefore, it was difficult to create a suitable device like this.The ripple control is good, the reproducibility is high, the linearity is good, the rise time is fast, and the shape of the power waveform is good. The task is made even more difficult due to various performance requirements such as low temperature control, steady state conditions, low exposure times, and short fall times. When excessive voltage occurs in the device, excessive current may also occur in the device.
This may cause damage to the xm tube itself, or damage to high or low pressure components within the device. When using an inverter in an XS generator, it is desirable to reverse the current through the switching device as much as possible. However, in order to maintain a reasonable lifespan for such switching devices, it is imperative that the current 1 Novel does not exceed the predetermined level. The ability to determine when a current level is approaching its limit and take necessary measures to prevent this from happening is difficult to achieve. This is especially true when the inverter operates at higher frequencies. OBJECTS OF THE INVENTION Therefore, the main object of this invention is to provide x! An object of the present invention is to provide an improved X-ray generator having means for controlling the output power applied to the m tube. Another object of the invention is to provide an x-ray generator with a closed-loop voltage feedback loop that responds quickly and accurately to input voltage and load variations to maintain a desired voltage peak. be. Another object of the invention is to generate voltage pulses with fast rise times followed by relatively short exposure times of substantially constant voltage, followed by relatively fast fall times over a wide range of operating conditions. The goal is to provide an X-ray generator with a control circuit that is sufficiently fast and responsive. Another object of the invention is to reduce the current level by causing damage to components of the device.
The aim is to operate the x-ray generator at relatively high current levels while at the same time ensuring that B does not exceed certain safety limits of <1tl. The above and other objects, features and advantages will be better understood from the following drawings. Summary of the Invention Briefly stated, one aspect of the invention provides an X-ray generator that
It has a high voltage feedback from the x-ray tube and has a control circuit responsive to this feedback to control the operation of the system's inverter in a manner that maintains a predetermined voltage level to the x-ray tube. A feedback signal is thus applied to directly control the output of the inverter, allowing the device to respond quickly and accurately to variations in line voltage and load. Cooperative components such as the high voltage transformer, high voltage output U1 waveform, and high voltage shunt circuit are designed to match and contribute to the fast response characteristics of the device. The resulting control circuit has a short rise time of 1 ms, a short steady-state high voltage period of 1 ms with negligible ripple,
In particular, the device becomes capable of supplying a high voltage output to an X-ray tube with a fast fall time for very low IIIA such as 0.25 mA. Another aspect of the invention is that relatively high frequencies (i.e.
A transistor inverter operating within a few kHz) is adapted to generate a square wave pulse width modulated output. The rectified output voltage level is controlled by selectively varying the frequency as well as the mark/space ratio of the output waveform. The inverter is controlled in response to signals generated to represent the setting of the A verator, the feedback of the output voltage, and the operating conditions of the device. Another aspect of the invention is to sense the saturation condition of the transformer core and, in response, initiate corrections 1ii[r+fl to alleviate the problem. By sensing the current of the transformer,
Means is provided for integrating the resulting signal to provide an indication that the core is approaching saturation. That connection,
This signal is applied to a sawtooth generator to generate a control signal. This control signal is applied in such a way as to eliminate the saturation state.
It acts to selectively unbalance the two diagonal current flows. In the voltage feedback loop, a phase advance circuit is installed to dynamically change the gain of the C1 device so that a high gain is obtained during the first stage to reduce the rise time, and after that, the gain is A-Bashu 1 of kV at the end of the rise time by decreasing the
- Clamp. In order to reduce this effect by 1q, the voltage feedback signal is applied to the phase advancing circuit before being applied to the voltage request signal at the input of the amplifier. The random noise introduced by the phase advance circuit is installed in the feedback loop of the amplifier.

【ノられた赴相回路によって
軽減される。 高圧分圧回路を設りて:制御回路に使う為、出力電圧を
表わり低圧制御信号を取出1゜分圧器の高圧部分に別個
のコンデンサを使う代りに、−波コンデンサ゛をその目
的に使い、こうして2重の目的に役立てる。これ(五部
品の数を実質的に減らすことにつながり、この発明の高
周波パルス幅変調出力に使う時、過渡的な応答がよい閉
ループ電圧帰還信号が得られる。 起り得る誤動作、電圧スパイク、閃絡等によって起り得
る望ましくない状態から装置を保護する為、マイクロプ
ロセッサを取入れて装置を監視し、それが受取る状態信
号に基づいて、装置の動作を変調したり、或いはそれに
応じて装置の運転を停止する。保護装置がそれに対して
、装置の動作を下げ、防止し又は停止する様な成る特定
の状態は、出力に於ける過大電圧、大地に対する陽極と
陰極の不平衡、過大な電流の流れ、過大なキロボルト数
の制御されない要求である。出力電圧レベルが要求値又
は装置の設定点の75%に達した後にのみ、X線露出の
調時を開始し、こうしC改良された性能を保証すると共
に、所要の調整条件を充1cす。 七ルH宍→ト←訃」←畳上、 −”− 4ツーター4し −=1□ぞジ(〇−廿1スーー麺1J
畳→Eトf汁iθ;ぞシ+この発明の好ましい実施例が
図面に示されていて、以下説明するが、この発明の範囲
内で種々の変更を加えることが出来ることを承知された
い。 好ましい実施例の説明 従来の典型的なXS*発生装置が第1図に示されており
、3相電源11が単巻変圧器12を介して3相変圧器1
3に接続されている。単巻変圧器12のタップを′1次
コイル16に対して選択的に変えて、入力側の線路に対
りる1次側の接続を変え、こうして線路の変化する状態
を補借りることが出来る。電〕j変圧器13は典型的に
はYi!imの1次側17及びΔ−Y結線の2次巻線1
8を持つのがa型内であり、パルス12個又は6個の出
力波形を発生する。この後出力が両波整流ブリッジ19
.21に接続され、これから高い電圧がX線管22に供
給される。X線管22に対する電力レベルは、可変入出
力変圧器13によって変えられる。その1次巻線17が
静止形接触器23、普通はSCRによって選択的に閉じ
られる。 この様な従来の装置は上に述べたいろいろの欠点がある
。 この発明のxm発生装藺が第2図に示されており、3相
電源23、交流から直流への3相被制御整流器24、L
Cろ波器26、及び可変の高周波状態、即ち、数キロヘ
ルツ範囲内で動作する直流から交流へのパルス幅変調形
インバータ27で組成される。 インバータ27の出力は、後で更に詳しく説明する様に
、kVIl’l遠制御器によってマーク・スペース比及
び周波数の両方を変える手段によるパルス幅変調によっ
て制御され°る。PWMインバータ27の出力が高圧変
圧N28に送られ、単相整流器29を介して最終的にx
wA管31に印加される。X線管31は、150に■ま
での電圧レベルで動作するが、特定の用途並びに手順に
応じて、0.1 mA乃至1250m△の任意の負荷と
なり、成用線写真の種々の用途に対処づる為に、1ミリ
秒乃至数秒の広い範囲の露出時間を持つことが出来なり
ればならない。 この発明は、これから詳しく説明する様に、X線出力を
高速で正111「な形c Will allりることに
より、この様な広い範囲の動作状態及び性能パラメータ
がmられる様にりる。第2図を見れば、この応答の速い
装置の主な特徴が閉ループ帰還制御装置であることが判
る。この帰還制御装置醒が、分圧器32によってX線管
31の両端の電圧を感知し、それを表わす信号を高圧帰
還制御製画33に送り、この帰還制御製画が1つW M
−(ンバータ27に対する制御信号を発生器る。 電源を3相人力と説明したが、単相人力であってもよい
ことを述べておきたい。この発明の装置は、従来のti
生器よりもり“つど高い周波数で動作づる様に設n1さ
れているから、波形のリップルの問題は大幅に低下覆る
。この理由で、従来のX線発生器で単相動作が出来ない
場合でも、この発明の特徴を取入れて使う時は、実用的
に出来る。 この発明の矩形波パルス幅変調インバータ及び制御装置
が第3A図及び第313図に図式的(−一示されCおり
、マイクロブ1」セッサ30を用いlこ中央制御マイク
ロプロセッサ゛・キロポル1〜数要求制御装置33、混
合増幅器及び帰還制御器34、!lI/i歯状波発生器
及び比較器36、論理制御装量37、電力1ヘランジス
タ制御器38、矩形波パルス幅変調1〜ランジスタ・イ
ンバータ27、電力1−ランジスタ・インバータ27か
ら論理制御装量37への安全債月のインターロックを制
御する専用のマイクロコンピュータ41を持つインバー
タ・モニタ40、高圧変圧器28、高圧整流器29、高
圧分流器32、高圧分圧帰還回路46、誤差信号並びに
鋸歯状波発生器及び比較器36と共に作用覆る飽和防止
回路47、電流限界回路48、表示コンソール及びAペ
レータ制御装置49(マイク[1プロセツ1)を数例(
)である)及び作像装置51で構成されており、これら
は普通の形式であってよい。次に第3図に承り装置全体
を全般的に説明し、個々の部品はその後で更に詳しく説
明覆る。 制御装置全体はマイクロコンピュータ41及び制御マイ
クロプロセッサ30によってぞの動作が管理される。イ
ンバータ・マイクロコンピュータ41は高坏電力1−ラ
ンジスタ・インバータ27を連続的に監視して検査1−
る為に専用になつ−くおり、中央制御マーrり[]プ[
lセッサ30が露出の前並びに露出中、要求値を制御り
る様に作用Jる。制御マイクロブロセッ1)30は帰還
装置から来るキロホルミル数をも読取り、露出中、高圧
側で起っていることを正確に制御する。市場で入手し得
る多数のマイクロブロセッυ及び/又は]ンビュータの
どれでもこの発明に使うことが出来る。例えば中央制御
1m能にはインテル2+の8085型マイクロブ01ツ
サを使うことが出来、インバータの動作の監視にはイン
テル社の8749型マイクロコンピユータを使うことが
出来る。 表示コンソール49からの信号に応答して、中央マイク
ロプロセッサ30がキロボルト数要求値を発生し、この
信号をし)/A変換器52を介して混合増幅器及び帰還
制御器34に送る。キロボルト数確認信号がΔ/1.)
変換器53を介して中央マイクロプロセッサ30に送ら
れる。キロポル1ル数要求信号及びキロボルト数確認信
号は互に非常に接近しIこ状態に保たなければならない
が、その目的の為に中央マイクロプロセッサ30によっ
て監視される他に、高圧側でアークが発生した場合又は
部品が損傷を受けた場合、保護作用の為の入力としても
使われる。この場合、キロボルト数要求信号の後にキ【
」ボルト数確認信号が続いて来ることがなく、従って、
中央マイクロプロしツリー30が装置の動作を停止づる
。 中央マイクロプロセッサ30が、データ・リンク54を
介して表示コンソール49に接続され、線56゜57を
介してインバータ・マイクロニ1ンビュータ41に接続
され、線58を介して高庄帰還回路46に接続される。 オペレータがコンソール49で露出時間及びその他のパ
ラメータを入力し、こ)からデータ □処理及び連絡が
始まる。インテル社の8088型マイクロプロセツサの
様な装置のマイクロプロレフ4ノと、x#lA(!護及
び露出パラメータに対重る全Cの演粋を扱うインテル社
の8087型の様な演算処理装置とによって、これらの
パラメータが解析され、制御される1、コンソール49
及びキVヒネッ1〜33の間又は8088型及び808
5型マイクロブロセツ→ノーの間の連絡は、j゛−タ・
リンク54を介して、2つのデータ・リンク・プロトコ
ル制御器59.61によって行われる。1実施例では、
これらの制御器はインテル社の8273型チツプである
。これらの制御器は、循環的な冗長度検査ワードを持つ
N RZ I保護方式により、両方向のデータ伝送で非
常に高い信頼性を保証する。更に=]ンソール49は作
像装置5)1に対重る別のデータ・リンク62ともやり
取りすることが出来、この為通信は完全にディジタルで
あって、動作中の高い信頼性が得られる。 キ1ノビネツ1〜側の中央マイクロプロセッサ30及び
インパーク・マイクロコンビコータ41の間の連絡も、
線56.57を介して両方向で行われる。この為、オペ
レータの制御の状態は、キロボルト数及び露出時間が中
央制御マイクロプロセッサ−30に供給され、ぞこから
インバータ・マイクロコンビコータ41に送られると、
このマイクロコンビコータが露出中の出力電圧、インバ
ータの動作及び露出時間を制御して、X線露出の間、3
つのマイクロプロセッサが露出時間を制御りる様になる
(即ち、キャビネット側の中央制御マイク[1ブロレツ
リ′30とインバータ・マイクロコンビコータ41、及
び支援装置としてコンソール側の表示コンソールのマイ
クロブ[1セツサ8088型である)。この組合けが、
露出中の過大な放射線量に対して冗長な保護作用をする
。 図示の様に閉ループの帰還及びキロボルト数要求信号及
びキロボルト数確認信号を使うことの1つの利点は、螢
光透視法の動作の様な長期の露出で、高圧帰還装置又は
関連した何等かの電子部品に偏差が発生した場合、閉ル
ープ帰還がそれを自動的に補償づることである。更に、
インバータ・マイクロコンピュータ41とキャビネット
側のマイクロプロセッサ30の間の線5(i、 57を
介しての連絡は、中央制御マイクロプロセッサ30がキ
ロボルト数、露出開始指令及び露出時間指令をマイクロ
コンピュータ41に送ることによっ−C直接的に行われ
、その間マイク[」]ンピコータ41は出力状態を連続
的に監視し、中央マイクロプロセッサ30に対し、状態
信号及び1ilr認信号を送り返づ゛。これによって非
常に簡単な通信リンクにより、幾つかの冗長度レベルで
、電力回路に起り得る何等かの問題を検出して、数マイ
クロ秒以内に大電力インバータを停止するか、或いは必
要になった場合、安全接触器63を回路づることが可能
になる。 混合増幅器及び帰還制御器34が、キロポルl−数要求
信号及びギロボル1〜数確認信号又は帰還信号の間の差
である幅の狭い信号を発生する。この結果発生されるk
V誤差信号が増幅され、後で詳しく説明する進相及び遅
相回路で処理され、装置を安定にする。kV誤差信号が
、飽和防止回路41からの信号と共に、銅山状波発生器
及び比較器36に送られる。飽和防止回路47からの信
号が鋸歯状波光qミ器の勾配をaI!I III シて
、後で詳しく説明する様に、高圧変圧器28が飽和状態
に達しない様にする。 kV誤差信号が鋸C曲状波発生器及び比較器36に供給
されて、可変マーク/スペース比を持つPWMパルス列
を発生させ、これが出力電圧を制御llすると共に、閑
ループ・キロボルト数帰還動作を通じて出力電圧を自動
的に調節する様に印加される。 銅山状波発生器及び比較器36と論理制御it装置37
は、専用のマイクロプロセラ+141から線64を介し
て半サイクル毎に入るリセッI〜信号又は同期化信号に
よって制illされ、混合器34からのkV誤差信号が
半サイクルに1回、銅山状波発生器の波形と交差して、
電力段の回路で問題を招く倶れのある何回もの交差が起
る慣れを避りる。 論理制御装置37は、装置の全ての保護及びタイミング
を扱うが、光学#&H線66に出ノJを出し、この出力
が電力トランジスタ制御器38を介し゛(電力トランジ
スタ・インバータ27を制御りる3、論理制御装置31
は電流限界回路48の出力をも処理Jる。 電流限界回路48は、高圧変圧器28の1次側と直列の
変流器67によって検出されたインバータの電流レベル
に応答覆る。感知された電流レベルを電流限界回路48
で予定の安全レベルと比較し、回路の過負荷状態が発生
した場合、電流限W回路48の出力が論理制御装置37
に印加されて、マーク・スペース比を動的に遮断覆る。 変流器67からの出力は飽和防止回路47にも帰還され
、この回路の出力が線74を介しC鋸歯状波発生器に印
加されて、変圧器の飽和を電子的に補償゛りる様に、勾
配を動的に変える。 電力トランジスタ制御器38は、電力トランジスタ・イ
ンバータ27を直接的に制御する信号を発生ずる他に、
制御器の電源の状態並びにトランジスタの状態を表わ1
信号を線68を介してインバータ・マイクロコンビコー
タ41に帰還し、このマイクロコンビコータがこの情報
を用いて論理制御装置37を制御して、何れかのトラン
ジスタ又は電源が故障した場合、1〜ランジスタ制御器
38から来る情報が実時間で論理制御装置37に帰還さ
れ、論理制御装置31が最初にインバータを停止し、2
番目に適当な安全接触器63を回路する様にJる。 パルス幅変調形インバータ27は両波ブリッジの形に配
置された、全体を第3図に−1−+−1’aで示す複数
個のトランジスタで構成され、対角線′F1−Ta及び
T2 T3を介して変圧器の1次側28に交互に電流を
通J。トランジスタは図示の様に用いてもよいし、電力
条件にj;つで必要t【場合は、並列に用いてもよい。 この発明で役立つことが判った1種類のトランジスタは
W l’ −5752と呼ばれるものであり、これは英
国のウェスチングハウス・ブレーキ(ウェストコード)
社から商業的に入手し得る。上側のトランジスタF1及
びV2だけを選択的にAン及びオフに転することにより
、パルス幅変調が行われる。 高圧変圧器28はこの出願と同日に出願された係属中の
米国特許出願通し番号箱564,612号に記載されて
いる。こ)では、P W Mインバータで発生される矩
形波形を波形の再現性を非常によくして、変圧器の2次
側にパルス状に送る様に、変圧器28が漏洩インビータ
ンスが非常に小さくなる様に設計されてい−ることを述
べておけば十分である。こうしてパルスの脱落を最小限
に抑え、整流後のリップルを最小限に抑えて、出力−波
器の規模を制限する。これによってmAの低い設定値に
於りる動作の再現性が容易に高くなる。整流@29は普
通の単相形である。 高圧弁汁器又は分流器32は、素子69.71.107
゜108で示した独特な抵抗及び容量電子回路を含んで
いで、負荷又は源の動的な変動又はその他の過渡状態に
対づる変圧器28の応答を改善し、立上り及び立下り時
間が最小になる様にしである。高圧分流器32の出力が
キロボルト出力であり、線12を介して電圧逓降形で高
圧分圧帰還回路46に供給される。即ら、分流器32の
出力が制御回路に直接的に印加し得る電圧よりも高いか
ら、高圧区域から、制御回路を損傷づる倶れのある高い
電圧の過渡状態が伝達されるのを避番プる為に、相異な
る避雷器及び過電圧保護方法を用いて、電圧を何回かの
段階に分けて逓降する必要がある。この回路は竣で詳し
く説明する。 閉ループkV帰還装置の動作は、キロボルト数要求信号
及びキロボルト出力の間の差に等しい誤差信号を発生リ
−る混合増幅器及び帰還制御器34に主に依存づる。制
御器34は、(1)誤差信号がキロボルト数要求値に応
じた特定の比を持つマーク/スペース形のパルス列を発
生づる様に、高圧分圧帰還回路を通じて電子回路のレベ
ルに条件づけられると共に、(2)露出中に装置の動作
を乱ず惧れのある主な3つの変数、即ち(イ)線路並び
に線路の調整作用と共に変化する固定自流レール、(ロ
)X線管のインビータンスに起る変動、特に電子冷却現
象が起る様な長期露出に於番プる変動、及び(ハ)電子
回路自体が全体的な装置に対して持つAフレットの変動
を補償することが必要である。 飽和防止回路と鋸歯状発生器及び比較器第4図には、飽
和防止回路47(第3図)及び鋸歯状波発生器及び比較
器36の組合せの回路図が示されている。第3図に示し
た様に、鋸歯状波発生器及び比較器36は、(1)半サ
イクル毎に鋸歯状波の範囲をリセットする為に線64か
ら来る同期化信号、(2)飽和防止回路41から線73
を介して銅山状波発生器36に直接的に供給される制御
信号、及び(3)混合増幅器34からのキロボルト数誤
差信号Eに応答覆る。飽和防止回路47は線14を介し
て受取るインバータの電流出力に応答する。 第4図について説明づると、インバータが1ヘランジス
タT+−T、l及び関連したフライホイール・ダイオー
ドD+−D4を持つことが示されている。インバータの
電流又は変圧器28の1次側の電流を変流器67ぐ感知
し、線74を介して積分器76に送る。この積分器の出
力が線77を介して増幅器78に供給され、その出力が
2つの比較器79.81に印加される。これらの比較器
は夫々正及び負の基準レベルを持っていて、こういう基
準レベルは普通は非常に低い値、即ち、1口に近く、変
圧器のW[容飽和レベルと呼ばれるものを決める。比較
器79゜810夫々の出力がプント・ゲートG1.G2
に印加され、その出力がナンド・グー1−03に印加さ
れることが判る。ナンド・ゲートG3の出力が、電力イ
ンバータの一方の対角線T+ 、l−4又は他方の対角
線−1−2,T3に対するFETスイッチE1を閉じる
様に作用覆る。FETスイッチF1が111L;ると、
感知した電流に比例する誤差増幅器の出力信号が精密級
整流器82に供給される様になる。 この整流器が第1及び第4の勾配で作用し、FETスイ
ッチF1を介して鋸歯状波発生器又は補償器に線形出力
を出づ。鋸歯状波発生器は積分器83であって、線64
からの同期化11号によって予め設定され、鋸歯状波を
発生する。鋸歯状波の勾配は、ゼロ飽和レベルでは、第
5A図及び第5B図に示1様に一定であって、全体的な
閉ループ帰還装置の一部分の範囲によって限定される。 この後鋸歯状波形信号がkV誤差信号Eと共に比較器8
5に印加され、この比較器がそれに応答してインバータ
を制御するPWMパルス列を発生づる。 例えば対角線T1.T’4の方向で飽和が起り始めた場
合、誤差増幅器78が精密級整流器82に対して直流レ
ベル入力を発生し、整流器の出力がこの入力に直線的に
比例する。精密級整流器82は誤差増幅器78からの正
又は負の直流電圧入力の伺れかに応答する。その符号は
電力トランジスタ・インバータの該当する電流の方向に
関係覆る。この結果、特定の直流飽和レベルの大きさが
、精密級整流器82の出力を決定し、この飽和レベルが
状態を補正づる様に予め設定された基f4jレベルより
高くなった場合、この出力がFEI−スイッチF1を通
過する。例えば対角線T+、−r4で飽和が起ると、鋸
歯状波発生器が波形の内、1−+ 、 T’aの対角線
が導電している部分の勾配を大きくし、第5B図に見ら
れる様に、この様に勾配が大きくなることが、帰還の所
定の誤差信号に対し、マーク/スペース比を減少するこ
とにつながり、この為、交互のザイクルで、この対角線
のマーク/スペース比が減少しC1例えばトランジスタ
のヒステリシス時間の差又は鉄心の局部的な飽和による
不平衡を動的に補償づる。 第4図でこの様な飽和状態があった場合、誤差増幅器の
出力が比較器79に対する正の基準値に打ち勝ち、比較
器79は指令論理信号を)−ンド・グーi〜G2に送り
、T+ 、T4対角線のA2時間と同+1JさU、この
為、T+ 、T4対角線のトランジスタがオンに転じた
時、鋸歯状波発生器の波形は自動的に勾配が大きくなり
、マーク/スペース比が小さくなる。こうして閉ループ
比例制御により、飽和レベルが動的に且つ電子式に補償
される。即ち、マーク期間Xが短くなり、期間Yが長く
なる。 この電子的なF E T補償の利点は、−負度流器67
の電流レベルが予め設定した基準飽和レベルを越えると
、連続的に動作し、インバータの対角線が飽和に向う時
、マーク/スペース比を適当に減少づることにより、比
例的に制御された形で補償することである。 論理制御装置 論理制御装置37がマイクロコンピュータ41と関連し
−C作用するが、次にそのアナログ及びディジタルの両
方の機能について説明する。アナログ+i能が第6図に
示されており、論理信号の流れが第7図に示されている
。アブログでもデーCジタルでも、その信号処理回路に
よって1りられる出力がマイクロコンピュータ41に供
給され、このマイクロコンピュータが全体的なインバー
タの動作、保護作用及び性能を制御する。 第6図では、左側に一連の入力信号111乃至l6が、
そして右側には一連の出力信号0+乃至06が示されて
いる。これらの入力信号及び出力信号は、装置内の保護
回路に印加され或いはこの保護回路から得られるもので
あって、高ロー側に於telる全体的な装置の動作を制
tlllる。最初に対地陽極及び陰極信号II+、+1
2は、第313図及び第8図を見れば判る様に、分圧器
又は分流器32から来る。これらの信号が演算増幅器8
4で加算され、その出力はkVV圧出力を表わす。この
出力がキVビネッ1へ内の主又は中央マイクl]プロセ
ツ()30に帰還され、第3図に承り様に、実時間動作
てキロポル1−散を検査りる。演算増幅器84の出力が
演算増幅器86の正の側に供給され、そこで第3図に示
づ様に電カキ17ヒネツ1〜内の中央マイクロブ[ルー
ツリ30からI)/Δ変換器52を介して来るキロポル
I−数要求信号12と比較される。演算増幅器86がキ
ロポル1ル数期間の誤差信号ト−を泪算し、その信号が
比較器85に印加され、そこで第4図及び第5図に示ず
鋸歯状波発生器の出力と比較されて出力01を発生する
。出力01は、インバータを制仰り−るパルス幅変調の
パルス列である。 第6図には、変圧器28を含む高圧側だ(プでなく、電
力1〜ランジスタ・インバータ21をも保訛りる保護回
路や、高圧側から普通生じ、全てのX線装置r!11!
型的に起るアーク、閃絡又は過渡状態によって影響を受
ける関連した制御回路が何種類かある。 比較器88の出力02が、(1)動作が非常に高速であ
り、(2)高圧側で起り得る小さな過渡状態にも応答す
る様な過電圧保護作用をする。第6図について説明でる
と、キャビネットの中央処理装置からの請求信号12が
演算増幅器89の正の入力に供給されC,最大許容過電
圧、例えば10kVと考えられる基準信号に加算される
。演算増幅器89の出力は要求値のkVに10 kVを
加え1=信号であり、比較器88で、この信号が、演算
増幅器84から比較器88の負の入力に送られる高圧k
V帰遼遠信号ら減算され、又はそれと比較される。比較
器88の出ノjO2は論理1又は論理0であり、論理O
から論理1への変化は過電圧の表示であって、専用のイ
ンバータ・マイクロコンビノー夕によって、ソフI−ウ
ェア・勺ブルーチンを通じて、強制的に装置の動作を停
止−さUる。この過電圧の特徴は、−pそれが検出され
ると、10マイクロ秒という短い時間内に、インバータ
を引外し又は停止する。これは普通の装置に於りる過電
圧応答よりも1000倍乃至2000倍も速い。従って
、この特徴によって、X線管、高圧整流器29及び高圧
変圧器28が保護されて、その寿命が伸びる。この為、
これらの部品は僅か数マイク〔1秒の過電圧に耐えるも
のでな【)ればならない。 第6図に示づ保護の別の特徴は、X線管高圧回路に於け
る対地陽極電圧及び対地陰極電圧の差の不平衡に対する
ものである。これは入力1111L2を持つ演n増幅器
91を通じて行われる。これらの入ノ〕を減算して、そ
の出力を比較器92に印加し、5kV基準信号と比較リ
−る。対地陽極電圧と対地陰極電圧の間の不平衡が5k
Vより大きい場合、比較器92がオフに引外され、出力
03は直ちにインバータ・マイクロコンピュータ41に
よって装置の動作を停止する。この保護回路は2次コイ
ルに起る製造上の欠陥を検出′りることが出来る。即ち
、2次側のターン数が誤っていて、5kVより大きい差
が生じた場合、今述べた回路による試験の際にこの誤り
が検出される。更にX線発生装置の動的な性能並びに動
作(゛、陽極源又は陰極源に問題になる様な偏差がある
場合、又は高圧ダイオードの内の1つの故障により、又
は例えば2次コイルの部分的な短絡により、別の不平衡
が起った場合、出力の差は51(Vより大きくなり、こ
の異常は不良状態であると云えるが、窓比較器92の出
力ににつで検出され、それを表わづ論理信号がデータ・
リンクを介してオペレータ・コンソールに送られる。 こうして比較器92の保護作用により、変圧器の2次コ
イル、高圧整流器、出力ろ波器又はX線管自体の何れか
に起り得る故障、損傷又は偏差が検出される。 別の保護回路は、フィルムがX線に露出される時、大部
分の露出はエネルギ・レベルが請求レベルの15%より
高い時に行われることに関するものである。比較器93
を設け、正の入力にkV帰遠信号を受取ると共に、負の
入力に75%kV要求レベルを表ねり信号を受取る。こ
の75%の信号は、演算増幅器90及び分圧器95によ
って取出される。 電力i〜ランジスタ・インバータ27をオンに転じた時
、kV出力が上昇し始め、kV要求値の75%に達した
時、比較器93がオンに引外され、出力04を発生し、
こうしてkV要求値の75%のレベルに達したこと、並
びにこの時露出時間を組数Jべきことを専用のマイクロ
コンピュータ41に知らせる。 この回路の関連した保lul!能は、キロボルト数の上
昇時間の間、電力1〜ランジスタ・インバータ27か或
いは積分回路の何れかの何等かの欠陥を検出して、特定
の期間、例えば2.5ミリ秒の後、kV帰還電圧が要求
値の75%に達しない時、電力1〜ランジスタ・インバ
ータ27、その周辺回路、高圧変圧器28、整流器29
、ろ波器又は帰還回路に問題があると想定する。この時
、この信号を使って装置をオフに安全の為に引外す。 上に述べIC3つの保護回路は何れも電圧レベルの偏差
を感知Jることに関係している。過大な電流レベルが発
生したことを感知し、それに対し”(保護する必要もあ
る。この目的の為、第6図の下側には、第1の電流限界
及び第2の電流眼界と呼、S2つの同一の回路が設りら
れていて、これらは冗長性の為にあるが、同じ設定レベ
ルを持っている。冗長な回路を使う理由は、過負荷が発
生した場合、インバータ27が一層大きな電流を発生し
ようと努め、その為、インバータがそうしない様にする
何等かの方法を用いなければならないからである。この
様な過負荷はX線管の閃絡によって起ったり、或いは例
えば変圧器にアークが発生したり或いは出力ダイオード
が短絡した為に起ることがある。更に、飽和防止回路4
7が故辞し、変圧器28が飽和に向う時、電流が増加し
、この電流増加がレール電圧を下げる傾向があって、出
力に問題を招く慣れがある。この為、電流限界回路は、
一方の限流チャンネルの故障によっても装置が保護され
る様に保証Jる為に、同じ設定レベルを持つ2つの冗長
回路で構成される。 動作について説明すると、フェライトの鉄心を持ってい
て、インバータの出力で変圧器28の1次側と直列に接
続され/j 1対の変流器94.96によって電流制限
作用が1ttl始される。夫々の出力が差動増幅器97
.98に供給される。これらの増幅器は、インバータ、
放射等によって起り4!?る雑音を避ける為に、共通様
式の排除が非常に強い。出)Jls。 16が夫々の精密級整流器99.101に印加され、こ
れらの整流器が殆んど遅延なしに、夫々の電流に比例づ
る直流レベル信号を発生する。これは、電流制限動作の
完全な応答の点で、装置が十分安全でなくなる程、遅延
が長くなる憐れのある従来のRC’zf’波器を用いた
方式とは対照的である。精密級整流器99.101の出
力が夫々比較器102.103の正の人力に印加される
。2つの電流限Wレベルが夫々の比較器102.103
の負の入力に印加される。 動作中、電流が何れかの比較器102又は103の設定
レベルを越えると、出力05又は06がオフになり、第
7図に示り様に、論理制御+装置37に印加され、電力
トランジスタ・インバータ27を制御して、1〜ランジ
スタが選択的に遮断される様にし、この為に電流が自動
的に減少して遅延し、次の半サイクルで再びオンに転す
るという様になる。 こ)で電流限界は、変圧器巻線に蓄積され1=エネルギ
が、それまでは8電していた上側のトランジスタと相補
形の下側ダイオード及びその対角線の下側トランジスタ
を介しC循1?i ’jることが出来る様に、上側のト
ランジスター11及び12 (第4図参照)だtプを鴻
Ifi覆ることによって作用づることに注意覆る必要が
ある。これは、誘導性電流又は誘導性エネルギ+17 
が、下側のフライホイール・ダイオート、変圧器巻線及
び下側I・ランジスタで構成されたループで減衰するこ
とを保証覆る。 こういう減衰ループは、4個の1〜ランジスタ全部がオ
フに転じた場合より、一層効果的である。4個のトラン
ジスタがオフに転じた場合、誘導性エネルギは下側のフ
ライホイール・ダイオードから変圧器を介してその対角
線の上側のフライホイール・ダイスートに散逸しなtプ
ればならない。このループでは、エネルギが直流レール
に帰還され、ずっと速く減衰し、下側のフライホイール
・ダイA−ト及び下側の1−ランジスタが導電づること
が出来る様にりる。対角線の下側及び−り側のダイオー
ドを介し又固定直流レールに帰還される循環エネルギが
この様に高速で減衰り゛ることは、電流限界の一層速い
川外し作用を招き、その為に制御されないジ1常に高い
周波数でトランジスタをAン及びオフに切換えることが
ある。この即由で、上側の1〜ランジスタだ()を遮断
りる手順は装置の11能並びに動作を−fi 、J: 
< することに通ずることが実験で判った。こうして変
1.f器の1次側を通つぐ下側l・ランジスタ及びダイ
A−1りを循環する時の電流の減衰時間を一層長くし、
こうし−(インバータの高周波で・の擬似的な動作を避
りる。 次に第7図に示り゛様な保護装置のテイジタル形動作に
つい℃説明すると、この装置の中心は専用のインバータ
・マイクロコンピュータ41である。 このマイク[1コンピユータが鋸歯状波発生器の上向き
の1す1斜を発生させ、誤差信号と同期し、出力1−ラ
ンジスタを制御し、起り得る故障の検出があった場合、
それを確認づると共に、出力回路にどんな種類の誤差が
検出され(いるにしても、それを記録づる為に中央制御
マイクロブ[1セツIJ30との間で連l8−dること
により、装置全体の同!It1作用を行う。マイクロプ
ロセッサ30からマイクロコンピュータ41に送られる
信号は幾つかある1、最初に、マイクロブロセッザ30
内で発生され、露出を開始することをマイクロコンピュ
ータに知らせZ>露出指令信号がある。それが発生ずる
前に、マイクロコンピュータ41は、(1)電源の状態
並びに4つの1〜ランジスタが正しい状態にあること、
並びに(2)露11」を開始する前に、電力トランジス
タ制御器38が正しい状態にあることを保証づる為に、
相異なる信号によって装置全体の状態を検査づる。 マイクロコンピュータ41は、マイク[」プロセラ1)
30からの露出指令信号の他に、露出時間信号及び位相
電圧制御信号をも受取る。露出時間信号は露出時間の長
さを定め、位相電圧制御信号は、低エネルギの露出に対
し、出力で補giツる為に、非常に小さなパルス幅を持
つ出力パルスを発生するのに使われる。こうして、閉ル
ープ帰)ψ動作を通じで緊密な制御を保証する為に、持
続時間が数マイクロ秒という様にパルス幅を小さく覆る
ことが出来る。周知の位相電圧制御方式が、対角線の下
側の1ヘランジスタを−:二側のトランジスタと同!1
11させ、この為、出力(・ランジスタをA)に転する
前に、l< C緩雨回路が完全に放電している様に保証
する為の最低限の時間、典型的には20マイクロ秒に、
−見上側のトランジスタのパルス幅が固定されると、同
じり・1角線」この両方の1〜ランジスタが閉ループ帰
還動作にJ:っτ定められる長さの時間の間導電する1
、従って、露出に必要なエネルギが低レベルである場合
、位相電圧制御器は電力トランジスタ・インバータの対
角線の出力に非常に小さなパルス幅を調節して発生し、
精度の高い低コーネルギの露出時1ハ1を達成する。 75%出力出力キロボー1〜信第6図の保護回路から来
て、出力電圧がkVl+要求値の75%に達したこと、
並びにマイクロプロセッサ30が露出時間のM数を開始
づべきことを専用のマイクロコンピュータ41に知らせ
る。この目的の為、マイクロコンピュータ41が露出開
始と呼ぶ信号を中央マイクロプロセッサ30に送り返す
。この時マイクロプロセッサ30が露出の■数を開始り
る。冗長性の為、これもキャビネジ1〜/コンソール間
の1−タ・リンクを介してコンソールのマイク[1]ン
ビユータによっC行われる。 露出中に過電圧又は不平衡状態が発生した場合、マイク
ロコンピュータ41によってインバータのトランジスタ
1− + −”I−aに対す′る出力を停Jjさせる信
号が出る。 」〕に述べた保護の特徴の他に、この出願と同日に出願
された係属中の米国特許出願通し番号第564.612
号に記載される様に、電力トランジスタ制御器38を駆
動づることによって、出力1〜ランジスタI”l−l’
4を制御Jる一組の論J!Pアント・グー1〜G4.G
5.G6.G7がある。全般的に云うと、G4が上側の
トランジスター11を制御し、G5がT2を制御し、G
6が1−3を制御し、G7がT4を制御111J゛る。 、G4に入っC来る主たる信号が1−1に関係するマイ
クロコンピュータ41からの駆動信号であり、これが0
4を併重し、変調信号がトランジスタT1に対(るG4
の出力を変調りることか出来る様にづる。同様に、マイ
クロコンビノー夕41が夫々ゲートG5.G6.G7に
対し、1’2 、 ’l’3、−1’4に関係する駆動
信号を供給する。 グー1〜G/I、G5.G6.G7にはこの他の2つの
入力があり、それが不在であると、変調を停止すること
が出来る。この信号(状態PS)が不在である1例は、
トランジスタ駆動電源の故障にJ:っで起る。 それが不在’CaiればトランジスタI−+ −−!’
 4の動作を停止する梯に作用し冑る他方の信号は短絡
保護又はシュー1〜スルー保護と呼ばれる信号ひあり、
これは′1つのトランジスタ、例えば−11とそれと相
補関係にある1−ランジスタT3の間の光学繊Illの
インター[]ツクであり、トしンジスタ]゛3が誤動作
でまだオンであれば、トランジスタ]1をもオンに切換
えることは出来ない。これは、もしそういうことが起っ
た場合、垂直のシュートスルーが起って、第2の1−ラ
ンジスタを損傷するからである。この保護の特徴は両方
向であって、1−ランジスタ「3が降伏りれば、′1−
1をオンに切換えることは出来ない。逆に、]−1が降
伏ηれば、インターUツクが、13がオンに切換えられ
る前に、]−3を制御する。電力トランジスタ12及び
14の他方の垂直枝路についCも同じである。 上側の2つのl〜ランジスタ]−1及び1−2だ1プに
印加される信号が線路保護信号である。この信号の不在
は、ゲートG10に対づる3つの異なる信号が供給され
るkV出力保護装置の故障によつC起る。この保護線は
アンド・ゲートG10ににつて発生される。アンド・ゲ
ートG10は、第2の電流限界レベル、過電圧保護又は
不平衡保護によつC切換えられ、この為、G10からの
出力は保u号であって、グー]・G4又はG5を介して
、l−ランジスタ]1及びT2の駆動を停止[する様に
作用し得る。第2の電流限界、過電圧又は不平衡回路の
内のどれでも、電力出力段に不良状態が発生Jるのを避
【)る為に、トランジスタ丁1及びT2の出力を不作動
にする。 下側のトランジスタT3及び]4は、高圧変圧器からの
波形の半すイクル全部にわたつU Wj ’tHiる為
、それ程重い(?N11を受けない。これらの1〜ラン
ジスタは、マイクロプロしツリの1−3及び1゛4端子
から夫々グー1〜G6.G7に印加される信号ににつ′
(制御される。 グーI G /I及びG5にり;[する「変調」信号に
よって表わされる7h流限界の特徴も、上側の2つのト
ランジスタ11及び12だ【プに作用づる。この為、ン
イク【」」ンビコータ41が同期化伝号を発生し、それ
がフリップノロツブ404.10(iに印加される。こ
れらのノリツブノI−Jツゾはこの同期化信号と2次人
力、即らフリップフロップ104では第2の電流限界信
号、フリップ70ツブ106ではアンド・ゲートG9の
出ツノ信号との両方によって制御される。ゲートG9は
第1の電流限界及びオア・ゲートG8の出力によって制
御され、オア・ゲートG8はパルス幅変調のパルス列信
号と、フリップノロツブ106の出力から発生される2
0マイクロ秒の単安定パルスである同期化信号を受取る
。この最低パルスを発生するのは、トランジスタ・イン
バータの出力側にあるR C直列回路が、1〜ランジス
タがオフに転り゛る前に完全1こ放電していて、こうし
てトランジスタの2番目の降伏が起らない様に保INる
のを保FJ ”lる為である。 動作について説明すると、第2の電流限界がA〕に用件
されていると仮定すれば、ノリップフに1ツブ104の
出力は第2の電流限界と同1111 L /S作用であ
り、フリップ70ツブ106が、第1の電流限界を通じ
て、且つRC放電の保証づる為の20マイクロ秒の単安
定最低パルスのターンオンと関連し゛(、変調パルスを
発生する。ぞの後、マイクロコンピュータ41が変圧器
の主周波数波形を発生し、これが直ちに下側の1ヘラン
ジスタT3.’I’4に印加される。この矩形波はグー
1〜GB、G9及びフリップフロップ104.106を
通るパルス幅変調のパルス列信号ど同期していて、矩形
波計ilX器の立上り時間と同期しBつその終りに出る
パルス幅変調のパルス列を上側のトランジスタ王1並び
に/又は[2に印加する。この時、即ち、ことごとくの
半周期の終りに、マイク[1コンピユータ41は、対角
線1、即らI・ランジスタ「1及び14から対角線2、
即ちトランジスタ「2及びT3に切換える信号を6発生
りる。この対角線の切換えは、導電している対角線のト
ランジスタの完全41A)切換えが成功する様に保11
りる。最後にマイク1]=]ン゛ピユータ41が故障の
誤まり及び誤差符号をも発生りるが、これらが制御マイ
クロプロレツ′4j30に送り返され、考えられる故障
の内の1つが発生した時点、並びにそれがどういう種類
の故障であるかを知らける。2進数が復号され、データ
・リンクを介しく表小−」ンソール49に送られる。 こうしてマイクロコンピュータ41は、電力インバータ
の制til+ 、波形の発生、キせピネツI〜側の中央
マイクロブ[]セセラとの連絡、指令を受取ること、並
びに最す起り易い問題であるが、電力回路で故障が起つ
Iζかどうかという様な判断を下づ為の情報を装置に供
給す゛ることの点で、非常に商用の融通性を持つ。 高圧分流器及び高圧分圧帰還回路 第3図の高圧分流器44及び高圧分圧帰還回路46が第
8図に更に詳しく示さ・れている3、高川分流器44は
、高圧側ぐ発生して、電子式の制御回路に影響を及ぼす
倶れのある過電圧に対し、保h(を作用をする。独特な
特徴は、普通の分流器の非常に多数の部品に代え(゛、
高圧整流器29の直流側からの必並な出力コシデン4〕
11を2次的な役割とじ乙使っていることである。追加
りる必要のある部品は第8図に示J下側の]ンデン1ノ
107及び下側の抵抗108だtノであり、この為分流
器の物理的な1法を大幅に小さくづると共に、普通の分
流器で行われている様に多数の素子を使うことによる固
有の不正確さ並びにコスト高が避けられる。萌型的には
、低1ネルギの発生装置(0,25mA S (1)範
囲内)では、ろ波静電容量は最小限に抑えなりればなら
ない。例えばこの発明の好ましい実施例では、]コンデ
ンサ7の静電容1は陽極から大地まで、約5ナノフアラ
ドである。陰極と大地の間にも同一のコンデンサ及び同
一の分流器がある。下側のコンデンサ107を使う目的
は、低電圧、即ち5乃至15ポルl−の範囲内の出力信
号をめ、それを悪影v11なしに制御回路に帰還づるこ
とが出来る様にづることである。 これに関連し−(処理しなりればならない問題は、X線
管が)7−りを出づ時の大ぎな電丹スパイクである。こ
れは、陽極と大地の間、陰極と大地の間又は陽極と陰極
の間の何れかで起り得る現象である。勿論、何等かの保
護をしなければ、こういう過電圧が制61111jl路
を10傷りる倶れがある。装Uを保護りる為にこの発明
で使う方式は、最悪の場合、例えは演算増幅器84に接
続された制御回路には、大電圧の過渡状態の間、′JA
置を損傷する1■れのある過電圧がか・らない様に保証
Jる土から下への電圧力スクードろ波作用を設りること
である。この保護作用をりる為、公称最大75kVの場
合の分圧器の条件は、]コンデンサ107ど]ンデン勺
71との比に2,000を乗じて9、■×で定められる
。コンデンサ 1()7の+ff[l;L 10マイク
[1ファラド程度であり、電圧V×は37 、 !iボ
ルトに等しい。演算増幅器84の人力に印加される分圧
器回路内の点VyにR1)る電圧は、抵抗109及び1
11C除しく、電13’: V Zは大体Vyの半分の
値、即ら4.99ボルト又は例えば5ボルト近い電圧に
なる。この5ポル1〜は、150kVの出力レベルでは
、同一の陰極対地間分圧器の電圧に関連して考えると、
分圧器の含i1信舅が10ポル]−になる。 電圧を分圧すると、次にカスフードろ波作用が働いてく
る。最初に、過渡状態が発生して予定のレベルより高い
場合、避雷器S P 1がスパイクに対づる保護作用を
する。この場合、シF】波作用に寄与を持つ別の素子が
同軸クープル112(ある。同軸クープルは固有の静電
容俳及びインダクタンスを持ってい“(、空隙△1に達
覆る前に、畠11丁側から来る放射雑音を下げる傾向を
持つ。図示の様に第2の避雷器S l) 2を設番ブで
、保護のノj全を期′1.。 このカスフードミル波作用に更に追加して、:」ンデン
1ノ 113.114.116及び抵抗117を設ける
。抵抗117及びコンデン゛リ 114の間で別のろ波
効果がある。最後に、抵抗109及びコンデンサ 11
6による■yからVZまでのろ波効果がある。抵抗10
9及びコンデンサ 116は、上に述べた抵抗019.
 +11の分り1作用に関連して作用をり−る。この累
積的な効果として、陽極天地間電圧が75 、000ポ
ルI〜の場合、電圧VZの公称値は5ポル1〜である。 第8図の回路にはター(−A−ト118.119もある
。これらのタイオードは、スパイクの極性に応じで、ス
パイクをダイオード 118を介して15ボルトの電源
に方向転換りるか、又はタイオード119を介しでVV
hl、Iら大地に方向転換づる。更に演算増幅器84は
、ダイオード121. +22にjこり、その入力端子
に対する過電圧から保護される。 (1)避雷器SP1、同軸り一−プル112、」ンデン
リ 113、空隙A1、避雷器SP2及び抵抗109、
111.117の分圧器を含む素子の組合せのろ波作用
、(2〉抵抗117及びコンデンサ114の相合ぜのろ
波作用、(3)抵抗109と]ンデンυ116の組合せ
のろ波作用と、ダイオード118.119を介してエネ
ルギを電源の=1ンデンリに戻り能力と組合せた効果と
して、高圧側に発生する鋭いスパイクのレベルがどうで
あっても、電子式の制御回路に損傷を招く程のj−ネル
ギが加えられることがない様に保aiEされる。 次に高圧分流器44の設割につい(史に訂しくを1明づ
ると、その過渡的な応答は、コンアン1)−11、抵抗
69及び■×に於りる等価抵抗を持つT1ンデンザ10
7の合計インピーダンスに関係するが、定常状態では、
その精度は抵抗69及びVxの等価抵抗に関係づる。比
較的小さな値の減衰抵抗124を設置ノで、直列インタ
フタンスによって発イトされるかも知れないコンデンサ
71に対する余分のリップル振動を減衰さぼる。この理
由で、高バコンデンリ−71はり態型的にはナノヘンリ
ー未満の小さいインタフタンスの値を持つことが好まし
い。抵抗69、及び直列の抵抗117.109.111
と並列の抵抗108C構成された等価抵抗と、コンデン
サ11及び107の間の関係は、それ等の時定数を同じ
にしなりればならないこと、並びに要求される電圧又は
v×の電圧が、最大75 kVの陽極天地間電圧に対し
、(アンターライター・ラボラ1−リーズによって要求
される)40ボルト程度にすべきであることによって定
められる。分流器の設定に対する調節が非常に簡III
′cあり、必要な唯一の調整は、コンデンサ51の許容
公差、!lI!を的には5%程度に対して、二1ンテ゛
ンリ 101を調mJることぐあることをこ)e述べ(
おさ)、二い。この1個の調節に較べC1従来の分流器
では、非常に多数の部品を使っている為に、非常に多く
の調節を必要と覆るのが典型的であり、それど非常に対
照的である。 この発明の分流器の別の利点は、高圧側から37.5ポ
ル1〜の点VzまC1部品の数が2個の抵抗及び2個の
コンデンサと最小限に抑えである為、累詩的な誤差の倶
れが最小限になっていることである。抵抗に要求される
許容公差はそれ稈厳しく4にい。これは抵抗の数が僅か
2個であるからである。この為、過渡的な応答が速い分
流器を非常に筒中に、安いコストで高い精度r作ること
が出来る。 抵抗だlジを使う従来の分流器は良好な過渡的な応答及
び速い立上りを持たないのが酋通であるが、非常に急激
な立上りを以て高い周波数で動作するこの発明の装置で
は、閉ループ帰還mル制御が出来る様に良好な過渡的な
応答が得られる。更に、一層大きな帯域幅で動作が出来
、こうして装置の応答が改善される。 混合増幅器及び帰還制御器 高圧帰還制御ll装置が第9図に示されCおり、O乃至
10ボルト・程度の電子回路用の低レベル信号Cある可
変電圧指令を発生りる周知の1段を含んでいる。この発
明では、この信号が中央マイクロプロ[ツナ30により
、ディジタル・アノログ変換器52を介して発生される
。線12を介して出力から戻って来るキロボルト数帰還
信号がアナL1り・ディジタル変換器53で変換されて
、同じマイク11ブロセツシ30に供給され、装置が正
しく動作しC゛いること、並びに帰還電圧が指令電圧に
追従しCいることを実時間動作で確認する。第9図に示
Jりfましい電力段が先ず電ツノトランジスタ・インバ
ータ39を含んでいる。このインバータは、24 kV
 (乳房造影法)から150kV (放射線写真法〉ま
での要求される非常に広いキ[1ボルト数で作用りるこ
とが出来る様にりる為に、変1に器の2つの固定タップ
1及び■の内の1つで作用りる。第9図では、電力トラ
ンジスタ・インバータ39の出力に、こ)で1次側と呼
ぶ高圧側にり(1覆る等価回路が示されている。その主
な構成部品は、変圧器の漏洩インダクタンス、インダク
タンス及びそれに伴う直列インダクタンス1.1、’q
P波コンデンサCF及び可変負荷RLである。このP波
コンデンサは1次側に対しては、高電圧の時の値に変圧
器のターン比の自乗を乗じ”−it nされ、この結果
非常に大きな値になる。角変負荷は1次側に対しては、
非常に広い範囲にねたつ可変わり19る(!!!3型的
には、1.25(1m八から0.1m△と15.0(+
(1対1に、又は場合によっては史に大きな負荷電力の
変化がある)。 更に前に述べた高圧分圧器が示されCいる。これは電圧
帰j!用の混合、増幅及び制御器34と中央処理装H3
0を動作さける為の十〇ボルト数帰還信号を発生する。 閑ループ1llil還制御1装置のヨ1ユな特徴の1つ
は、抵抗12G、抵抗127及びコンデンサ128の粗
金ゼによっ6行われる電圧帰還の進相と、帰)?抵抗1
31及びコンデンIす132の時定数によつC得られる
混合増幅器129の遅相であり、その協働作用によって
kV帰遼遠誤差信号発生されるが、これは立上り期間の
間変化覆ると其に、定常状態では直流信号とみなづこと
が出来、鋸歯状波発生器ζ36と比較され、比較器13
3の出力にパルス幅変調のパルス列を発生Jる。 上に述べた飽和防止回路47も閉ループ帰3イキUポル
1〜数ループの一部分Cあることをjボベておきたい。 これは、鋸歯状波発生器からの波形の勾配を動的に変え
る時、ループ全体の制御器の実効利得も変えているから
である。飽和防止1【ji路47に於りる変動は小さく
、変圧器自体が到達覆る飽和レベルに従って動的に変化
しているが、ループに導入される可変利得は、装置の安
定性並びに性能のよい動作にとって考慮に入れなりれば
ならない別の重要な特徴である。ループの遅相回路の目
的は、誤差帰還信号の雑音をろ波−することである、、
最適の性能を達成する為には、装置の帯域幅、短いパル
ス応答及び帰還のI〜ラッキングを改善づる為に、「和
回路tよ最小限に抑えな【ノればならない。この発明の
遅相回路は、抵抗131及びコンデンサ132の組合u
O)時定数と、RL及びCI・の値によって決定される
負荷ろ波器の時定数とによって特性的に定められる1、
然し、[くLC[が可変であって、前に32明した様に
、典型的には15,000対1で変化りることがあるか
ら、抵抗131及び]ンデンサ132によって混合増幅
器129に導入される位相の遅れは、制御並びに安定性
の点C゛、X線発生装同pg通に起る考えられる大幅の
負荷変動を補(賞しなGJれはなら4「い1.他方、抵
抗131及びコンデンサ 1320組合せは、帰還装置
が1ミリ秒という短い描出時間に応答し得る様に保1[
りる為、時定数が最低になる様にしなGJればならない
。 混合増幅器129の帰還で装置の速い応答を得る為、市
場で入手し1qる制限回路13!)を設ける。この回路
の作用は、iIt合増幅器129の最大出力を10ボル
トのレベルに制限覆ることぐある。この10ポルI・の
レベルは鋸歯状波計(ト器の出力と同じ振幅であり、こ
の為、混合増幅器129の最大出力は鋸歯状波発生器の
出力レベルを越えない。この関係により、特に立上り期
間の後の方の部分の間、応答を一層遅くする原因になる
様な混合増幅器の飽和を避ける。遅相装置の2番目の作
用は、進相の特徴によって導入された雑音を補償し、予
定の周波数より高い所では、遅相装置が装置に対りる雑
音の影響を最小限に抑える様にすることである。 立上りR間の間、抵抗126.127及びコンデンサ−
12IIによる進相効果が、立上り時間の終りにオーバ
シュートを予定のレベルにクランプする。これが負荷の
動的な変動、又はキロポルl−数に影響をりえ1ワる、
直流レールの電1ルベルの様な他のパラメータの変動に
対重る装置の応答を改善づる。 こうしC進相回路が立上り時間の間のA−バシュー1〜
を制御し、傾斜関数作用をする。制御の観点から見ると
、それがづることは、立上り時間の間に変圧器及び出力
直流ろ波器が蓄積りる工オルギを減少して、オーバシュ
ートを制御11’Jることである。進相の特徴を使うこ
とに伴う主<>欠点は、混合演幹増幅器の出力に対づる
雑音信号に固有の増加が起ることCあるが、前に説明し
IC様に、カッ1−71フ周波vi、J:り高い周波数
ではこれが補償され、この為、進相によつC発生される
交流リップルの増加が、前述の遅相回路並びに関連した
中間遅相回路にJ、つ−C実効的に相殺される。この回
路は直列接続された抵抗130及びコンテン4ノ140
で構成されCいで、タイナミック雑音を補tfft シ
、こうしC高い利1!ス及び良い安定性を持つ改良され
た装置に於りる雑音レベルを許容し得るものにづ°る。 装置の帯域幅は1乃至1.2にト1zの範囲であること
が好ましく、変L[器の切換え周波数は典型的には6k
l−1z稈疫父はそれより高く、こうして進相並ひに中
間遅相の両方に対づる両方のカッ1−オノ周波数が、変
LF器の切換え周波数より十分低くて、進相の特徴によ
って発生される交流リップルの増加を補償する。装置の
安定性が第10図に示ずニコル線図によつC示され−C
いる。この図は全体的な利得の余裕が約20 dBで位
相の余裕が70°であることを示している。従って、装
置の直線性並びに制御安定性の余裕は非常に良好である
。 この発明の装置は、種々の設削及び性能の特徴を考えれ
は、更によく理解されよう。例え(31立十り期間の間
、一方は立上り時間を速くJる為に電流の流れを大きく
づるという条件、そしC他方はA−バシコー1へを避け
ると共に司法が大きづぎる部品を必要としないで済む様
に、電流の流れを制限しにうと覆る条件の相反する相互
作用条イ!1があることが理解されよう。立上り時間の
間、電流が変圧器を磁化する為に非常に大きく流れる傾
向があり、出力ろ波コンデンサ69を充電Jるが、変圧
器の漏洩インダクタンスによって制限されるだけである
1、この漏洩インダクタンスは設itにJ:す、1次側
及び2次側の間の信号波形のFl現性が非常にJ:りな
る様に、最小限に抑えることが好ましい。 X線発生装置の直流出力iP波器の規模は、達成しよう
とする低いIIIA、インバータの所望の切換え周波数
、及び許容し得る出力電圧のリップルの兼合いである。 この発明の特徴は、立−1こり期間の間、周波数を高く
して、限流作用を少なくして立上り時間を一層速くし、
こうしC矩形波にごく近い波形を得ることeある。 上に述べた条f1の他に、電力1〜ランジスタ・インバ
ータ27並ひにでれに関連し/j制御装吋が許容し得る
レベルに電流の流れを制限覆る必要がある。 更に、立−しり時間の終りのA−バシュートを避ける為
に、電流の流れ並びに関連する立上り時間を制限しな(
)ればならない。こういう理由で、立上り時間の間に電
流を制御しなりればならないが、それと同時に、X線手
順で好ましい結果を得る為、特に短い露出て゛は、装置
は0.5乃至1.5ミリ秒の範囲内の妥当なx”t J
Zり時間を達成しなければならない。こういうことが、
増加づる可変のマーク/スペース比の特徴の作用と、定
常状態の動作Jこりも一層高い周波数で動作させること
によって達成されることは、前に述べた通りである。 上に説明した電流レベル相互作用現象の別の1面は、立
上り時間の間、泥倉増幅器129が飽和状態にあり、飽
和期間の間、装置が変圧器鉄心の飽和状態から速やかに
回復Jること並びにこの期間中制御作用が保たれること
を保証ηる為に、何等かの制御作用を加えな()ればな
らない。nFiに説明した様に、この制御作用を設定す
る為、)■4合増幅器129の帰還に出力制限回路13
5を装入しC、コンデンサ132が回復するまでの時間
が長<’Jる様な極端な位置に誤差信号が行かない様に
し“C,誤差信号が鋸歯状波発生器の交点の限W内にあ
つC1混合増幅器を飽和状態から速やかに脱出さけ、立
上り期間の終りに良好な制御作用を達成する。この立上
り時間の終りに、並びに立上り時間の間でも、飽和防止
回路47は変圧器28が飽和状態から確実に脱出づる様
にする為に釣合せなりればならない。これは、この立上
り時間の間、マーク/スペース比又はボルト7秒の動的
(2非対称1りがインバータ21及び変肚器28に加え
られるからである。 立上り時間の間の増加づる可変のマーク/スペース比は
、マイクロブロレッ勺30から1〕/A変換器52を通
じて電圧要求値の勾配を制御して、立Vり時間の初めの
小さなパルスが、電力インバータに対重る電流限界と共
に、電流を制限し、立上り期間をも制御することによっ
て達成し得る。 第11Δ図乃至第1月−図は、ビネラル・エレクトリッ
ク・カンパニが製造したX線管Ml−100に種々のパ
ラメータを用いて動作(る時のこの発明の装置の性能を
示している。第11A図は、55.60゜70、80.
9(l及び1 (1(l k Vの異なるkVレベルに
対して640mAの電流負荷を用いlご時の32ミリ秒
の典型的な露出時間を承り。先づ、立上り■、1間が非
常に速く、即ち1ミリ秒以内であることが認められよう
。2M目に、立上り時間の間の曲線性が非常によく、進
相補償の為に、立上り時間の終りにオーバーシュートが
緊密に制御されている。定常状態の動作中、出力のリッ
プルが出力電圧と共に減少し、マーク/スペース比が電
圧上を1と共にH’J加りることが判る。然し、何れの
場合もリップルはごく少ない。 第11F3図は、夫々12!ikv及ヒ4001IIA
の電「及び電流レベルて動作覆る時の1ミリ秒並びにて
れ以−にの露出時間を示り。この図で承り1つのことは
、帰還回路の効果がノド常に高速であることである。 kV波形の平坦な頂部は、帰還が1ミリ秒以内に作用し
ていることを実証している。この図は、立上り期間の間
、限流作用が働いC立−Iり期間中に)P波コンデンサ
及び変圧器にJネルギが蓄積されるのを制御して、A−
バシュー1−を防止づ−る場所の表示を幾つか示してい
る。動作パラメータは、X線発生装置が非常に低いmA
r自動露出制御で作用す゛る時の典型的な値である。こ
の様に非常に低いmAの場合、従来の発生装置では再現
性が、負荷の大幅の変動の為に達成りるのが非常に困難
である。この発明は、この様な状態でも、A−バシュー
1〜がなく、頂部が平坦で応答が速いことを保証する非
常に高速の閉ループ動v1ミでキ[1ポル1〜数を制御
づることににす、良好な性能を達成づる。 第11C図は110kV、400mAの時の露出を示し
ており、インバータの電流波形を示す。この図は相異な
る2つの014間をはっきりと示している。第1の期間
、即ち非線形立上り期間は、初流が定常状態のレベルよ
り一層高いレベルC流れることが出来、立上り時間を速
くすることを示している。更にS’l十り時間の間b、
定常状態の動作中も、波形が非常に対称的であることを
示している。これは、飽和防11回路47の作用の為、
変圧器の飽和現象がないことを表4つり。更にこの図は
、立上り期間と定常状態の間の移り変わりが進相動作の
終り並びにkV数の種部に達しlζ時に、滑らかに且つ
高速で行4)れることを示している。 kV階段形応答が第111)図に示されており、この図
は200 mA、 7(l kVの波形に15kVの段
階を中油した鳴合を承り。この図から判る様に、A−バ
ージ]−1〜が4丁く、落rjさ115間は非常に速い
(1ミリ秒未満程度)。これは〃相及び進相回路が支配
的に4【る第1次装置、即ち1/(1+SI)であると
思われる。 第111図は同じ波形−Cあるが、周波数が一層高くな
り、 7.!1kVpの階段を重畳した場合を示しでお
り、キ]−1ポル1〜数周波数応答を示し−4いる。 下側の曲線(j、可変の中間要求値を発生器るクロック
発生器を承り。 第jiF図は第11E図と同様であるが、75kVpに
7.5 kVl]を重畳しlc場合である。然し、時間
の目盛が変わっCおり、周波数はこの11.’i !+
、5 k+−17゜である。 第10図及び第11図に示した性能データから、電圧帰
還制御器に関してひき出せる結論は次の通りである。(
1)X線発生装置に用いる広い範囲の方式にわたり、実
質的にA−バシコートかない。 (2)少なくとも5.5kl−12よrハ1−ラフ:1
ングが非常に良好である。(3’)不安定性がなく、む
しろ直線性並びにfQ現性が非常にJ:い。(4)その
挙動は第1次装置1 / (1−+−S −1’ )の
挙動である。 この発明を特定の実施例並びに例につぃ(説明したが、
当業者には以上の説明からいろいろな変更が考えられよ
う。従っC11吉n’f晶求の範囲内C1この発明はこ
)で具体的に説明した以外の形で実施覆ることが出来る
ことを承知され/j u) 。
[This is reduced by the connected phase-to-phase circuit. Set up a high voltage voltage divider circuit: take out the low voltage control signal representing the output voltage for use in the control circuit. Instead of using a separate capacitor in the high voltage section of the 1° voltage divider, use a -wave capacitor for that purpose, This serves a dual purpose. This results in a substantial reduction in the number of components and results in a closed-loop voltage feedback signal with good transient response when used with the high frequency pulse width modulated output of the present invention. Possible malfunctions, voltage spikes, and flashovers In order to protect the equipment from undesirable conditions that may occur due to Certain conditions for which the protective device will reduce, prevent or stop operation of the device are excessive voltage at the output, unbalance of the anode and cathode with respect to earth, excessive current flow, Uncontrolled demand for excessive kilovolts.Start timing the X-ray exposure only after the output voltage level reaches 75% of the required value or device set point, thus ensuring improved performance. At the same time, the necessary adjustment conditions are fulfilled.
Preferred embodiments of this invention are shown in the drawings and will be described below, but it should be understood that various modifications may be made within the scope of this invention. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A typical prior art XS* generator is shown in FIG.
Connected to 3. The taps of the autotransformer 12 can be selectively changed relative to the primary coil 16 to change the connection of the primary to the input line, thus compensating for changing line conditions. . The electric transformer 13 is typically Yi! primary side 17 of im and secondary winding 1 of Δ-Y connection
8 is in type a and generates 12 or 6 output waveforms. After this, the output is the double wave rectifier bridge 19
.. 21, from which a high voltage is supplied to the X-ray tube 22. The power level to the x-ray tube 22 is varied by a variable input/output transformer 13. Its primary winding 17 is selectively closed by a static contactor 23, usually an SCR. Such conventional devices suffer from the various drawbacks mentioned above. The xm generator system of the present invention is shown in FIG.
It consists of a C filter 26 and a DC to AC pulse width modulated inverter 27 operating at variable high frequency conditions, ie in the range of several kilohertz. The output of inverter 27 is controlled by pulse width modulation by means of varying both the mark-space ratio and the frequency by a kVIIl'l remote controller, as will be explained in more detail below. The output of the PWM inverter 27 is sent to the high voltage transformer N28, and finally x
It is applied to the wA tube 31. The X-ray tube 31 operates at voltage levels up to 150 mA, but depending on the particular application and procedure, can have any load from 0.1 mA to 1250 mA to accommodate a variety of line photography applications. For this purpose, it must be possible to have a wide range of exposure times from 1 millisecond to several seconds. As will be explained in more detail below, the present invention allows such a wide range of operating conditions and performance parameters to be measured by rapidly increasing the X-ray output in a positive 111'' manner. Looking at Figure 2, it can be seen that the main feature of this fast-response device is the closed-loop feedback control device. A signal representing WM is sent to the high voltage feedback control drawing 33, and this feedback control drawing is one
- (Generates a control signal for the inverter 27. Although the power supply has been described as being 3-phase human power, it should be noted that single-phase human power may also be used.
Because it is designed to operate at a higher frequency than a conventional X-ray generator, the problem of waveform ripple is greatly reduced.For this reason, even when conventional X-ray generators are not capable of single-phase operation. , when the features of the present invention are incorporated and used, it can be practically achieved. A central control microprocessor 30, a mixing amplifier and feedback controller 34, an I/I tooth wave generator and comparator 36, a logic control unit 37, It has a dedicated microcomputer 41 that controls the power 1 transistor controller 38, the square wave pulse width modulation 1 to the transistor inverter 27, and the interlock of the safety bond from the power 1 transistor inverter 27 to the logic control unit 37. Inverter monitor 40, high voltage transformer 28, high voltage rectifier 29, high voltage shunt 32, high voltage divider feedback circuit 46, error signal and sawtooth generator and comparator 36 acting together to prevent saturation circuit 47, current limit circuit 48 , display console and A operator control device 49 (microphone [1 processor 1)]
) and an image forming device 51, which may be of a conventional type. The entire apparatus will now be described generally with reference to FIG. 3, and the individual parts will be explained in more detail thereafter. The operation of the entire control device is managed by a microcomputer 41 and a control microprocessor 30. The inverter microcomputer 41 continuously monitors the high power 1-transistor inverter 27 and inspects it 1-
A centrally controlled marquee, dedicated to
A processor 30 acts to control the required value before and during exposure. The control microprocessor 1) 30 also reads the kiloformyl number coming from the return device and precisely controls what is happening on the high pressure side during exposure. Any of the numerous microbroths and/or converters available on the market can be used in this invention. For example, an Intel 2+ 8085 type microcomputer 01 can be used for central control, and an Intel 8749 type microcomputer can be used to monitor the operation of the inverter. In response to signals from display console 49, central microprocessor 30 generates a kilovolt demand value and sends this signal via A/A converter 52 to mixing amplifier and feedback controller 34. The kilovolt number confirmation signal is Δ/1. )
It is sent via converter 53 to central microprocessor 30 . In addition to being monitored by the central microprocessor 30 for that purpose, the kilovolt request signal and the kilovolt confirmation signal must be kept in close proximity to each other. It is also used as an input for protective action in the event of an occurrence or damage to the component. In this case, the kilovolt request signal is followed by the key [
' volts confirmation signal does not follow and therefore,
The central microprocessor tree 30 stops the operation of the device. A central microprocessor 30 is connected via data link 54 to display console 49, via line 56. Ru. The operator enters the exposure time and other parameters at the console 49, from which data processing and communication begins. The microprocessor of a device such as Intel's 8088 type microprocessor, and the arithmetic processing such as Intel's 8087 type that handles all C operations that weigh on x#lA (! protection and exposure parameters). These parameters are analyzed and controlled by the device 1, console 49
and between 1 and 33 or type 8088 and 808
The communication between type 5 microblossom and no is
Via link 54, this is done by two data link protocol controllers 59,61. In one embodiment,
These controllers are Intel 8273 chips. These controllers ensure very high reliability in data transmission in both directions due to the N RZ I protection scheme with cyclic redundancy check words. In addition, the console 49 can also communicate with a further data link 62 overlapping the imaging device 5) 1, so that the communication is completely digital and provides high reliability during operation. Communication between the central microprocessor 30 and the impark microcombicoater 41 on the side 1~
This is done in both directions via lines 56,57. For this purpose, the operator's control status, kilovoltage and exposure time are supplied to the central control microprocessor 30 and from there to the inverter microcombicoater 41.
This micro combicoater controls the output voltage, inverter operation and exposure time during the exposure, so that the
Two microprocessors control the exposure time (i.e., a central control microphone [1 controller 8088 and an inverter microcombicoater 41 on the cabinet side, and a microprocessor 8088 in the display console on the console side as supporting equipment). type). This combination injury
Provides redundant protection against excessive radiation doses during exposure. One advantage of using closed-loop feedback and kilovoltage request and kilovoltage confirmation signals as shown is that in long-term exposures, such as in fluoroscopy operations, high-voltage feedback devices or any associated electronic If a component deviation occurs, closed-loop feedback automatically compensates for it. Furthermore,
Communication via line 5 (i, 57) between the inverter microcomputer 41 and the cabinet side microprocessor 30 is such that the central control microprocessor 30 sends the kilovoltage, exposure start command and exposure time command to the microcomputer 41. The microprocessor 41 continuously monitors the output status and sends a status signal and an acknowledgment signal back to the central microprocessor 30. A simple communication link, with several redundancy levels, can detect any potential problem in the power circuits and shut down the high power inverter within a few microseconds, or safely if necessary. It becomes possible to circuit the contactor 63. A mixing amplifier and feedback controller 34 generates a narrow signal that is the difference between the kilopol number request signal and the kilopol number confirmation signal or feedback signal. .The resulting k
The V error signal is amplified and processed in lead and lag circuits, which will be explained in more detail below, to stabilize the device. The kV error signal is sent to the copper wave generator and comparator 36 along with the signal from the anti-saturation circuit 41. The signal from the saturation prevention circuit 47 changes the slope of the sawtooth wave optical q-mirror aI! As will be explained in detail later, the high voltage transformer 28 is prevented from reaching saturation. The kV error signal is provided to a sawtooth curved wave generator and comparator 36 to generate a PWM pulse train with a variable mark/space ratio that controls the output voltage and through a dead loop kilovolt feedback operation. Applied to automatically adjust the output voltage. Copper wave generator and comparator 36 and logic control IT device 37
is controlled by the reset I signal or synchronization signal that is input every half cycle from the dedicated microprocessor +141 via line 64, and the kV error signal from the mixer 34 generates a copper peak wave once every half cycle. intersects the waveform of the vessel,
Avoids the habit of having multiple cross-overs which can lead to problems in the power stage circuits. Logic controller 37, which handles all protection and timing for the device, provides an output on optical #&H line 66, which output is routed through power transistor controller 38 (controls power transistor inverter 27). 3. Logic control device 31
also processes the output of current limit circuit 48. Current limit circuit 48 is responsive to the inverter current level sensed by current transformer 67 in series with the primary of high voltage transformer 28 . The sensed current level is connected to the current limit circuit 48.
If an overload condition occurs in the circuit, the output of the current limit W circuit 48 is compared with the planned safety level.
is applied to dynamically block and override the mark-space ratio. The output from current transformer 67 is also fed back to anti-saturation circuit 47, the output of which is applied via line 74 to a C sawtooth generator to electronically compensate for transformer saturation. Dynamically change the slope. In addition to generating signals that directly control power transistor inverter 27, power transistor controller 38 also generates signals that directly control power transistor inverter 27.
Indicates the power supply status and transistor status of the controller.1
The signal is fed back via line 68 to the inverter microcombicoater 41 which uses this information to control the logic controller 37 so that if any transistor or power supply fails, The information coming from the controller 38 is fed back to the logic controller 37 in real time, and the logic controller 31 first stops the inverter and then
Then, connect the appropriate safety contactor 63 to the circuit. The pulse width modulation type inverter 27 is composed of a plurality of transistors arranged in the form of a double-wave bridge and shown as -1-+-1'a in FIG. A current is passed alternately to the primary side 28 of the transformer via J. The transistors may be used as shown, or they may be used in parallel if the power conditions require it. One type of transistor that has been found useful with this invention is called the Wl'-5752, which was manufactured by Westinghouse Brake (Westcord) in England.
Commercially available from the company. Pulse width modulation is performed by selectively turning ON and OFF only the upper transistors F1 and V2. High voltage transformer 28 is described in pending US Patent Application Serial No. Box 564,612, filed on the same date as this application. In this case, the transformer 28 has very low leakage inbetance so that the rectangular waveform generated by the PWM inverter has very good waveform reproducibility and is sent in pulse form to the secondary side of the transformer. Suffice it to say that it is designed to be as small as possible. This minimizes pulse dropout, minimizes post-rectification ripple, and limits the size of the output waveformer. This easily increases the reproducibility of operation at low mA settings. Rectifier @29 is a normal single-phase type. The high pressure valve sluice or flow divider 32 is connected to the element 69.71.107
Contains unique resistive and capacitive electronic circuitry shown at 108 to improve the response of transformer 28 to dynamic load or source fluctuations or other transient conditions, minimizing rise and fall times. It is as it is. The output of high voltage shunt 32 is a kilovolt output and is provided via line 12 in step-down form to high voltage divider feedback circuit 46 . That is, because the output of the shunt 32 is higher than the voltage that can be applied directly to the control circuitry, the transmission of high voltage transients from the high voltage area that could damage the control circuitry is avoided. In order to reduce the voltage, it is necessary to step down the voltage in several steps using different surge arresters and overvoltage protection methods. This circuit will be explained in detail at the end. The operation of the closed loop kV feedback system relies primarily on the mixing amplifier and feedback controller 34 which generates an error signal equal to the difference between the kilovolt demand signal and the kilovolt output. The controller 34 is configured such that: (1) the error signal is conditioned to the level of the electronic circuit through a high voltage divider feedback circuit so as to generate a mark/space shaped pulse train having a specific ratio depending on the kilovoltage requirement; , (2) Three main variables that may disturb the operation of the equipment during exposure: (a) the fixed free-flow rail, which changes with the track and the adjusting action of the track; and (b) the invitance of the X-ray tube. It is necessary to compensate for the fluctuations that occur in the electronic circuitry, especially those that occur due to long-term exposure such as electronic cooling phenomena, and (c) the A-fret fluctuations that the electronic circuit itself has with respect to the overall device. be. Saturation Prevention Circuit and Sawtooth Generator and Comparator Referring to FIG. 4, a circuit diagram of the combination of saturation prevention circuit 47 (FIG. 3) and sawtooth generator and comparator 36 is shown. As shown in FIG. 3, the sawtooth generator and comparator 36 includes (1) a synchronization signal coming from line 64 to reset the range of the sawtooth every half cycle; (2) saturation prevention. Line 73 from circuit 41
and (3) a kilovolt error signal E from the mixing amplifier 34. Anti-saturation circuit 47 is responsive to the inverter current output received on line 14. Referring to FIG. 4, the inverter is shown to have one transistor T+-T,l and an associated flywheel diode D+-D4. The current in the inverter or the primary side of the transformer 28 is sensed by a current transformer 67 and sent via line 74 to an integrator 76 . The output of this integrator is fed via line 77 to an amplifier 78 whose output is applied to two comparators 79.81. These comparators each have positive and negative reference levels, which are usually very low values, ie, close to 1, and determine what is called the W saturation level of the transformer. The outputs of the comparators 79.810 are connected to the Punto gates G1. G2
It can be seen that the output is applied to Nando Goo 1-03. The output of NAND gate G3 acts to close FET switch E1 for one diagonal T+, l-4 or the other diagonal -1-2, T3 of the power inverter. FET switch F1 becomes 111L;
The error amplifier output signal, which is proportional to the sensed current, is now provided to a precision rectifier 82. This rectifier operates on first and fourth slopes and provides a linear output to a sawtooth generator or compensator via FET switch F1. The sawtooth generator is an integrator 83 with line 64
It is preset by synchronization No. 11 from , and generates a sawtooth wave. The slope of the sawtooth wave is constant at zero saturation level, as shown in FIGS. 5A and 5B, and is limited by the range of a portion of the overall closed loop feedback system. After this, the sawtooth waveform signal is sent to the comparator 8 together with the kV error signal E.
5, which comparator responds by generating a PWM pulse train that controls the inverter. For example, diagonal line T1. When saturation begins to occur in the direction of T'4, error amplifier 78 provides a DC level input to precision rectifier 82, the output of which is linearly proportional to this input. Precision rectifier 82 is responsive to either positive or negative DC voltage input from error amplifier 78. Its sign depends on the direction of the relevant current in the power transistor inverter. As a result, the magnitude of a particular DC saturation level determines the output of precision rectifier 82, and if this saturation level is higher than the preset base f4j level to correct the condition, this output will - Pass through switch F1. For example, if saturation occurs on the diagonal T+, -r4, the sawtooth generator will increase the slope of the portion of the waveform where the diagonal 1-+, T'a is conducting, as seen in Figure 5B. As such, this increase in slope leads to a decrease in the mark/space ratio for a given error signal of the feedback, so that in alternating cycles the mark/space ratio of this diagonal decreases. C1 dynamically compensates for unbalances caused by, for example, differences in hysteresis time of transistors or local saturation of the iron core. If such a saturation condition were to occur in FIG. , the A2 time of the T4 diagonal is equal to +1J, so when the transistor of the T+ , T4 diagonal turns on, the waveform of the sawtooth generator automatically becomes steeper and has a smaller mark/space ratio. Become. The saturation level is thus dynamically and electronically compensated by closed-loop proportional control. That is, the mark period X becomes shorter and the period Y becomes longer. The advantage of this electronic FET compensation is that - the negative current device 67
When the current level of the inverter exceeds a preset reference saturation level, it operates continuously and compensates in a proportionally controlled manner by appropriately reducing the mark/space ratio as the inverter diagonal approaches saturation. It is to be. Logic Control Unit Logic control unit 37, which operates in conjunction with microcomputer 41, will now be described for both its analog and digital functions. The analog +i function is shown in FIG. 6 and the logic signal flow is shown in FIG. The outputs of the signal processing circuits, whether analog or digital, are supplied to a microcomputer 41, which controls the overall inverter operation, protection and performance. In FIG. 6, on the left side, a series of input signals 111 to 16 are shown.
And on the right side, a series of output signals 0+ to 06 are shown. These input and output signals are applied to or derived from protection circuitry within the device and control overall device operation on the high and low sides. First the ground anode and cathode signals II+, +1
2 comes from a voltage divider or flow divider 32, as seen in FIGS. 313 and 8. These signals are sent to operational amplifier 8
4 and the output represents the kVV pressure output. This output is fed back to the main or central microphone processor () 30 in the KV network 1, and as shown in FIG. The output of the operational amplifier 84 is fed to the positive side of the operational amplifier 86, where the output is fed to the positive side of the operational amplifier 86, where it is inputted via the central microcontroller 30 to I)/Δ converter 52 in the electric oyster 17, as shown in FIG. It is compared with the incoming kilopol I-number request signal 12. An operational amplifier 86 calculates the kilopol-term error signal, which is applied to a comparator 85 where it is compared with the output of a sawtooth generator, not shown in FIGS. 4 and 5. and generates output 01. Output 01 is a pulse width modulated pulse train that controls the inverter. FIG. 6 shows the high-voltage side including the transformer 28 (not just the power supply 1 to the protection circuit that protects the transistor inverter 21) and the high-voltage side that normally originates from the high-voltage side of all X-ray equipment.
There are several types of associated control circuits that are typically affected by arcing, flashing or transient conditions. The output 02 of comparator 88 is (1) very fast in operation and (2) provides overvoltage protection that is responsive to small transients that may occur on the high voltage side. Referring to FIG. 6, the charge signal 12 from the cabinet's central processing unit is applied to the positive input of an operational amplifier 89 and added to a reference signal C, which is considered to be the maximum allowable overvoltage, e.g. 10 kV. The output of the operational amplifier 89 is the required value kV plus 10 kV, 1=signal, and in the comparator 88 this signal is sent from the operational amplifier 84 to the negative input of the comparator 88.
The V return signal is subtracted from or compared to it. Output jO2 of comparator 88 is logic 1 or logic 0, and logic O
A change from 1 to 1 is an indication of overvoltage, and a dedicated inverter/microcontroller will forcibly stop the operation of the device through the software/routine. This overvoltage characteristic, when detected, trips or shuts down the inverter within as little as 10 microseconds. This is 1000 to 2000 times faster than the overvoltage response in conventional devices. This feature thus protects the x-ray tube, high voltage rectifier 29 and high voltage transformer 28 and increases their lifetime. For this reason,
These components must be able to withstand overvoltages of only a few microphones (1 second). Another feature of the protection shown in FIG. 6 is against unbalanced differences in the anode and cathode voltages to ground in the x-ray tube high voltage circuit. This is done through an amplifier 91 having an input 1111L2. These inputs are subtracted and the output is applied to a comparator 92 and compared with a 5 kV reference signal. The unbalance between the anode voltage to earth and the cathode voltage to earth is 5k
If it is greater than V, the comparator 92 is tripped off and the output 03 immediately stops the operation of the device by the inverter microcomputer 41. This protection circuit can detect manufacturing defects that occur in the secondary coil. That is, if the number of turns on the secondary side is incorrect and a difference of more than 5 kV occurs, this error will be detected during testing with the circuit just described. Furthermore, the dynamic performance and operation of the If another unbalance occurs due to a short circuit, the difference in the output will be greater than 51V, and this abnormality can be said to be a fault condition, but it will be detected by the output of the window comparator 92. The logic signal that represents this is data.
Sent to operator console via link. The protective action of comparator 92 thus detects possible faults, damage or deviations in either the secondary coil of the transformer, the high voltage rectifier, the output filter or the x-ray tube itself. Another protection circuit concerns that when the film is exposed to X-rays, most exposures occur when the energy level is greater than 15% of the claimed level. Comparator 93
is provided to receive a kV return signal on its positive input and a signal representing a 75% kV request level on its negative input. This 75% signal is extracted by operational amplifier 90 and voltage divider 95. When the power i~ turns on the transistor inverter 27, the kV output begins to rise and when it reaches 75% of the kV request value, the comparator 93 is tripped on and produces an output 04,
In this way, the dedicated microcomputer 41 is informed that the level of 75% of the kV required value has been reached and that the exposure time is the number of sets J at this time. Related properties of this circuit! The function detects any defect in either the power 1 to transistor inverter 27 or the integrator circuit during the kilovolt rise time and returns the kV after a certain period of time, e.g. 2.5 milliseconds. When the voltage does not reach 75% of the required value, power 1 to transistor inverter 27, its peripheral circuits, high voltage transformer 28, rectifier 29
, assume there is a problem with the filter or feedback circuit. At this time, this signal is used to turn off the device and disconnect it for safety. All three IC protection circuits described above are concerned with sensing deviations in voltage levels. There is also a need to sense when excessive current levels occur and to protect against them. S Two identical circuits are provided, which are for redundancy but have the same setting level.The reason for the redundant circuits is that in the event of an overload, the inverter 27 This is because the inverter tries to generate current and therefore some method must be used to prevent the inverter from doing so.Such overloads can occur due to flashovers in the X-ray tube, or e.g. This may occur due to arcing in the device or a short circuit in the output diode.Furthermore, the saturation prevention circuit 4
When transformer 28 goes into saturation, the current increases and this increase in current tends to lower the rail voltage, leading to problems with the output. For this reason, the current limit circuit is
It is constructed with two redundant circuits with the same setting level to ensure that the device is protected even if one of the current limiting channels fails. To explain the operation, it has a ferrite iron core, is connected in series with the primary side of the transformer 28 at the output of the inverter, and the current limiting action is started by a pair of current transformers 94 and 96. Each output is a differential amplifier 97
.. 98. These amplifiers are inverters,
Caused by radiation etc. 4! ? The exclusion of common styles is very strong in order to avoid noise. Out) Jls. 16 are applied to respective precision rectifiers 99, 101, which produce DC level signals proportional to their respective currents with little delay. This is in contrast to conventional RC'zf' waveform schemes, which have the luxury of long delays, such that the device is no longer sufficiently safe in terms of full response of current limiting action. The outputs of precision rectifiers 99, 101 are applied to the positive inputs of comparators 102, 103, respectively. The two current limit W levels are connected to the respective comparators 102 and 103.
is applied to the negative input of In operation, when the current exceeds the set level of either comparator 102 or 103, output 05 or 06 is turned off and applied to logic control+ device 37, as shown in FIG. The inverter 27 is controlled so that transistors 1 to 1 are selectively shut off, so that the current is automatically reduced and delayed, and then turned on again in the next half cycle. In this case, the current limit is that the energy stored in the transformer windings is circulated through the upper transistor, which was previously carrying 8 current, through the complementary lower diode and its diagonal lower transistor. It is necessary to note that the upper transistors 11 and 12 (see FIG. 4) work by covering the upper transistors 11 and 12 (see FIG. 4) in order to be able to perform the same function. This is the inductive current or inductive energy +17
However, the loop made up of the lower flywheel diode, transformer winding and lower I transistor guarantees attenuation. Such a damping loop is more effective than if all four 1~ transistors were turned off. When the four transistors turn off, inductive energy must be dissipated from the lower flywheel diode through the transformer to the diagonally upper flywheel die suite. In this loop, energy is fed back to the DC rail and decays much faster, allowing the lower flywheel die and lower transistor to conduct. This fast decay of the circulating energy that is fed back to the fixed DC rail via the diodes on the lower and opposite sides of the diagonal leads to an even faster shedding of the current limit, so that the control It is possible to switch transistors on and off at constantly high frequencies. For this reason, the procedure for shutting off the upper transistors (11 to 11) and the operation of the device is -fi, J:
< It was found through experiments that this leads to the following. Thus, change 1. The attenuation time of the current when circulating through the lower l transistor and die A-1 passing through the primary side of the F converter is further increased,
This avoids spurious operation at the high frequency of the inverter.Next, we will explain the digital operation of a protection device like the one shown in Figure 7.The center of this device is a dedicated inverter. Microcomputer 41. This microphone [1 computer generates the upward 1-1 slope of the sawtooth generator, synchronizes with the error signal, controls the output 1-transistor, and detects possible faults. case,
In order to confirm this and to record any kind of error detected (if any) in the output circuit, the entire system is There are several signals sent from the microprocessor 30 to the microcomputer 41.1 First, the microprocessor 30
There is a Z>exposure command signal generated within the camera that notifies the microcomputer to start exposure. Before this occurs, the microcomputer 41 checks that (1) the power supply status and the four 1 to 1 transistors are in the correct status;
and (2) to ensure that the power transistor controller 38 is in the correct state before starting ``11''.
The status of the entire device can be checked using different signals. The microcomputer 41 is a microphone [Procera 1)
In addition to the exposure command signal from 30, it also receives an exposure time signal and a phase voltage control signal. The exposure time signal determines the length of the exposure time, and the phase voltage control signal is used to generate output pulses with very small pulse widths to provide output compensation for low energy exposures. . In this way, pulse widths can be scaled small, with durations of a few microseconds, to ensure tight control through closed-loop feedback (ψ) operation. The well-known phase voltage control method uses the 1st transistor on the lower side of the diagonal as the transistor on the 2nd side! 1
11, and for this reason a minimum amount of time, typically 20 microseconds, to ensure that the l<C slowing circuit is completely discharged before switching to the output (A). To,
- If the pulse width of the upper transistor is fixed, then both transistors conduct for a period of time determined by J:τ in closed-loop feedback operation.
, Therefore, if the energy required for exposure is at a low level, the phase voltage controller adjusts and generates a very small pulse width at the diagonal output of the power transistor inverter,
Achieve 1x1 when exposing with high accuracy and low Cornergi. 75% output From the protection circuit shown in Figure 6, the output voltage has reached kVl + 75% of the required value;
The microprocessor 30 also informs the dedicated microcomputer 41 that M number of exposure times should be started. For this purpose, the microcomputer 41 sends a signal back to the central microprocessor 30 called exposure start. At this time, the microprocessor 30 starts counting the exposures. For redundancy, this is also done by the console's microphone [1] monitor via the cabinet screw 1~/console 1-to-1 link. If an overvoltage or unbalance condition occurs during exposure, the microcomputer 41 issues a signal to stop the output to the inverter transistors 1-+-"I-a." No. 564.612 of the pending U.S. Patent Application Serial No. 564.612 filed on the same date as this application.
By driving the power transistor controller 38, output 1 to transistor I"l-l'
A set of theories that control 4! P Ant Goo 1~G4. G
5. G6. There is a G7. Generally speaking, G4 controls the upper transistor 11, G5 controls T2, and G
6 controls 1-3, and G7 controls T4. , the main signal that enters G4 is the drive signal from the microcomputer 41 related to 1-1, and this is
4 and the modulation signal is coupled to the transistor T1 (G4
I want to be able to modulate the output. Similarly, the micro-combination terminals 41 each have gates G5. G6. Drive signals related to 1'2, 'l'3, and -1'4 are supplied to G7. Goo 1~G/I, G5. G6. There are two other inputs to G7, the absence of which can stop modulation. One example where this signal (state PS) is absent is:
This occurs due to a failure of the transistor drive power supply. If it is absent, the transistor I-+--! '
The other signal that acts on the ladder that stops the operation of step 4 is a signal called short circuit protection or shoe 1 to through protection.
This is the optical fiber Ill interface between one transistor, e.g. -11, and its complementary transistor T3; ]1 cannot be switched on either. This is because if such a thing were to occur, vertical shoot-through would occur and damage the second 1-transistor. The feature of this protection is that it is bidirectional; if 1-transistor 3 yields, then 1-
1 cannot be switched on. Conversely, if ]-1 yields .eta., the interlock will control ]-3 before 13 is switched on. The same is true for C for the other vertical branch of power transistors 12 and 14. The signal applied to the upper two transistors]-1 and 1-2 is a line protection signal. The absence of this signal C is caused by a failure of the kV output protector, which is supplied with three different signals for gate G10. This guard line is generated by AND gate G10. AND gate G10 is switched by the second current limit level, overvoltage protection or unbalance protection, so that the output from G10 is 0 and 0 through G4 or G5. , l-transistor]1 and T2. Any of the second current limits, overvoltage or unbalanced circuits will disable the outputs of transistors T1 and T2 to avoid a fault condition occurring in the power output stage. The lower transistors T3 and ]4 do not experience as much weight (?N11) because they span the entire half cycle of the waveform from the high voltage transformer. Regarding the signals applied from terminals 1-3 and 1-4 of the tree to groups 1 to G6 and G7, respectively.
The 7h current limit characteristic represented by the "modulating" signal on G/I and G5 also acts on the upper two transistors 11 and 12. ['''' The encoder 41 generates a synchronization signal, which is applied to the flip knob 404.10 (i. gate G9 is controlled by the first current limit and the output of OR gate G8; The OR gate G8 receives the pulse width modulated pulse train signal and the 2 signal generated from the output of the flip knob 106.
Receives a synchronization signal that is a 0 microsecond monostable pulse. This lowest pulse is generated because the RC series circuit at the output of the transistor inverter is fully discharged before the transistor turns off, thus causing the second breakdown of the transistor. This is to protect FJ from occurring. To explain the operation, if we assume that the second current limit is set to The output is the same 1111 L/S as the second current limit, and the flip 70 knob 106 is associated with the turn on of the 20 microsecond monostable lowest pulse through the first current limit and to ensure RC discharge. After that, the microcomputer 41 generates the main frequency waveform of the transformer, which is immediately applied to the lower one transistor T3.'I'4. The pulse width modulated pulse train signals passing through GB, G9 and flip-flops 104 and 106 are synchronized, and the pulse width modulated pulse train output at the end of B is synchronized with the rise time of the rectangular wave meter IX device. transistors 1 and/or 2. At this time, i.e. at the end of every half cycle, the microphone 1 computer 41 applies voltages to diagonal 1, i.e. from transistors 1 and 14 to diagonal 2,
That is, a signal is generated to switch transistors T2 and T3.
Rir. Finally, the microphone 1]=] computer 41 also generates fault errors and error codes, which are sent back to the control microprocessor '4j30, at the point when one of the possible faults has occurred. Also, let us know what type of failure it is. The binary number is decoded and sent via the data link to the console 49. In this way, the microcomputer 41 controls the power inverter, generates waveforms, communicates with the central microcontroller on the Kisepinetsu I side, receives commands, and, most likely, the power circuit. It has great commercial flexibility in that it provides information to the equipment to make decisions such as whether or not a failure will occur. High-voltage shunt and high-voltage divider feedback circuit The high-voltage shunt 44 and high-voltage divider feedback circuit 46 of FIG. 3 are shown in more detail in FIG. , provides protection against excessive voltages that can affect electronic control circuits.The unique feature is that it replaces the large number of components of a conventional shunt.
Necessary output power 4 from the DC side of the high voltage rectifier 29]
11 is used in a secondary role. The parts that need to be added are the lower resistor 107 and the lower resistor 108 shown in Figure 8, which makes the physical size of the shunt much smaller and , the inherent inaccuracies and costs associated with using a large number of elements, as is done in conventional shunts, are avoided. Ideally, for low-energy generators (in the 0.25 mA S (1) range), the filtering capacitance should be kept to a minimum. For example, in a preferred embodiment of the invention, the capacitance 1 of capacitor 7 is about 5 nanofarads from anode to ground. There is also an identical capacitor and an identical shunt between the cathode and earth. The purpose of using the lower capacitor 107 is to collect the output signal at a low voltage, i.e. in the range of 5 to 15 pols, so that it can be fed back to the control circuit without adverse effects v11. . A related problem that must be addressed is the large electrical spike when the x-ray tube exits the tube. This is a phenomenon that can occur either between the anode and the earth, between the cathode and the earth, or between the anode and the cathode. Of course, if some kind of protection is not provided, there is a possibility that such an overvoltage will damage the control circuit. The scheme used in the present invention to protect the equipment U is such that, in the worst case scenario, the control circuitry connected to the operational amplifier 84 is
To ensure that there are no overvoltages that could damage the equipment, provide a voltage filtering action from the ground down. In order to take advantage of this protective effect, the conditions for the voltage divider in the case of a nominal maximum of 75 kV are determined by multiplying the ratio of capacitor 107 to capacitor 71 by 2,000 as 9. Capacitor 1 () 7 +ff [l; L 10 microphone [about 1 farad, voltage Vx is 37, ! Equal to i volts. The voltage at point Vy in the voltage divider circuit applied to the operational amplifier 84 is connected to the resistors 109 and 1
11C, voltage 13': VZ is approximately half the value of Vy, that is, 4.99 volts or, for example, a voltage close to 5 volts. When considered in relation to the voltage of the same cathode-to-ground voltage divider, at an output level of 150 kV, this 5pol1~
The voltage divider's input voltage becomes 10 pol]-. When the voltage is divided, the casshood filtering action comes into play. First, if a transient occurs and is higher than the predetermined level, the arrester S P 1 provides protection against spikes. In this case, another element that contributes to the wave action is the coaxial couple 112, which has an inherent capacitance and inductance. It has a tendency to reduce the radiation noise coming from the side.As shown in the figure, a second lightning arrester Sl) 2 is installed to ensure complete protection.In addition to this cascade mill wave action, , 113, 114, 116 and a resistor 117 are provided. There is another filtering effect between the resistor 117 and the capacitor 114. Finally, the resistor 109 and the capacitor 11
6 has a filtering effect from y to VZ. resistance 10
9 and capacitor 116 are the resistors 019.9 and 116 mentioned above.
Calculate the effect in relation to +11 divided by 1 effect. The cumulative effect of this is that for an anode voltage of 75,000 pol I~, the nominal value of the voltage VZ is 5 pol 1~. The circuit of FIG. 8 also has diodes 118 and 119. Depending on the polarity of the spike, these diodes either redirect the spike through diode 118 to the 15 volt supply, or VV through diode 119
hl, I and others turn towards the earth. Furthermore, operational amplifier 84 includes diodes 121 . +22 and is protected from overvoltage on its input terminals. (1) Surge arrester SP1, coaxial relay 112, cable 113, air gap A1, lightning arrester SP2 and resistor 109,
111. The filtering effect of the combination of elements including the voltage divider of 117, (2> The filtering effect of the combination of the resistor 117 and the capacitor 114, (3) The filtering effect of the combination of the resistor 109 and the diode υ116, and the diode. The effect, combined with the ability to return energy to the power source via 118 and 119, is that the level of sharp spikes that occur on the high voltage side can be severe enough to cause damage to electronic control circuits. - It is maintained so that energy is not added.Next, regarding the setting of the high voltage shunt 44 (to clarify for the record, its transient response is 1) -11, resistance T1 ndenza 10 with equivalent resistance at 69 and ■×
7, but in steady state,
Its accuracy is related to the equivalent resistance of resistor 69 and Vx. The relatively small value of damping resistor 124 is provided to dampen any extra ripple vibrations on capacitor 71 that may be introduced by the series interface. For this reason, it is preferable that the high vacuum density 71 has a small intufftance value of less than a nanohenry. Resistor 69 and series resistor 117.109.111
The relationship between the equivalent resistance constructed in parallel with the resistor 108C and the capacitors 11 and 107 is such that their time constants must be the same and that the required voltage or voltage of v× is up to 75 It is determined that for an anode voltage of kV, it should be around 40 volts (as required by the Unterritor Laboratories). Very easy adjustment to shunt settings
'c, the only adjustment required is the tolerance of capacitor 51,! lI! It is mentioned here that there is a case where the target is about 5%, and there is a 21-degree 101 mJ adjustment.
Osa), two. In contrast to this single adjustment, traditional flow dividers typically require a large number of adjustments because they use a large number of components; . Another advantage of the current shunt of this invention is that the number of C1 components from the high voltage side to 37.5 pol 1 to Vz is kept to a minimum with only 2 resistors and 2 capacitors. This means that the deviation of errors is minimized. The tolerance required for the resistor is as tight as 4. This is because the number of resistors is only two. For this reason, a flow divider with a fast transient response can be manufactured in a cylinder with high precision at a low cost. Conventional shunts using resistor gates typically do not have good transient response and fast rise times, but the device of the present invention, which operates at high frequencies with very rapid rise times, provides closed-loop feedback. A good transient response can be obtained so that control can be performed. Furthermore, it is possible to operate with greater bandwidth, thus improving the response of the device. Mixing Amplifier and Feedback Controller A high voltage feedback control system is shown in FIG. 9 and includes the well-known single stage for generating a variable voltage command for low level electronic circuits on the order of 0 to 10 volts. I'm here. In the present invention, this signal is generated by a central microprocessor 30 via a digital-to-analog converter 52. The kilovolt feedback signal returning from the output via line 12 is converted by an analog-to-digital converter 53 and fed to the same microphone 11 processor 30 to ensure proper operation of the device as well as feedback voltage. Verify in real-time operation that C follows the command voltage. The preferred power stage shown in FIG. 9 first includes a horn transistor inverter 39. The power stage shown in FIG. This inverter is 24 kV
In order to be able to operate at a voltage of 1 volt, the two fixing taps 1 and It acts on one of (1). In Fig. 9, an equivalent circuit is shown in which the output of the power transistor inverter 39 is connected to the high voltage side (1), which is called the primary side. The components are transformer leakage inductance, inductance and associated series inductance 1.1,'q
They are a P-wave capacitor CF and a variable load RL. For the primary side, this P-wave capacitor is multiplied by the square of the turn ratio of the transformer to its value at high voltage, resulting in a very large value. For the side,
Variable in a very wide range 19 (!!!For type 3, it is 1.25 (1 m8 to 0.1 m△ and 15.0 (+
(There is a large load power change on a one-to-one basis or in some cases historically). Also shown is the previously mentioned high voltage divider. This is a voltage return! mixing, amplifying and controller 34 and central processing unit H3 for
Generates a 100 volt feedback signal to avoid zero operation. One of the most important features of the idle loop feedback control device is the phase advance and return of the voltage feedback performed by the resistor 12G, resistor 127, and capacitor 128. resistance 1
The phase delay of the mixing amplifier 129 is obtained by the time constants of the capacitor I and the capacitor I 132, and their joint action generates a kV return error signal, which changes during the rising period. , in a steady state, it can be regarded as a DC signal, and is compared with the sawtooth wave generator ζ36, and the comparator 13
A pulse train of pulse width modulation is generated at the output of 3. It should be noted that the saturation prevention circuit 47 described above also has a closed loop circuit with a portion of one to several loops. This is because when we dynamically change the slope of the waveform from the sawtooth generator, we are also changing the effective gain of the overall loop controller. Saturation Prevention 1 [Although the fluctuations in path 47 are small and change dynamically according to the saturation level reached by the transformer itself, the variable gain introduced into the loop improves the stability and performance of the device. This is another important feature that must be taken into account for operation. The purpose of the loop delay circuit is to filter out noise in the error feedback signal.
To achieve optimal performance, the summation circuit must be minimized to improve device bandwidth, short pulse response, and feedback tracking. The phase circuit consists of a combination u of a resistor 131 and a capacitor 132.
O) characteristically defined by the time constant and the time constant of the load filter determined by the values of RL and CI.
However, since LC is variable and can vary by typically 15,000 to 1, as explained earlier, the voltage introduced into mixing amplifier 129 by resistor 131 and capacitor 132 is On the other hand, the phase delay caused by the 131 and capacitor 1320 are used to keep the return device responsive to imaging times as short as 1 millisecond.
To avoid this, the time constant must be minimized. In order to obtain a fast response of the device with the feedback of the mixing amplifier 129, a limiting circuit 13 which is available on the market and requires 1q! ) will be established. The action of this circuit is to limit the maximum output of iIt combiner 129 to a level of 10 volts. The level of this 10pol I is the same amplitude as the output of the sawtooth wave meter (G), so the maximum output of the mixing amplifier 129 does not exceed the output level of the sawtooth wave generator. During the latter part of the rise period, it avoids saturation of the mixing amplifier which would cause the response to become even slower.The second action of the phase lag device is to compensate for the noise introduced by the phase lead feature. , above the intended frequency, the phase delay device minimizes the effect of noise on the device.During the rising R, resistors 126, 127 and capacitors
The phase advance effect due to 12II clamps the overshoot to the expected level at the end of the rise time. This may affect dynamic load fluctuations or the kilopol number.
It improves the response of the device to variations in other parameters such as DC rail power level. This C phase advance circuit is used during the rise time of A-Bashu 1~
is controlled and acts as a gradient function. From a control perspective, what this does is reduce the power that the transformer and output DC filter accumulate during the rise time, controlling overshoot 11'J. The main disadvantage of using the phase advance feature is the inherent increase in the noise signal relative to the output of the mixed stem amplifier; This is compensated for at higher frequencies, so that the increase in the AC ripple generated by the phase advance is transferred to the aforementioned lag circuit and related intermediate lag circuits. effectively offset. This circuit consists of a resistor 130 and a content 4 resistor 140 connected in series.
It is composed of C and compensates for dynamic noise. The noise level in the improved device is based on acceptable noise levels and good stability. The bandwidth of the device is preferably in the range 1 to 1.2 to 1z, and the switching frequency of the transformer is typically 6k.
The l-1z culm frequency is higher than that, thus both cut-on frequencies for both the leading phase as well as the intermediate lag are sufficiently lower than the switching frequency of the variable LF converter, and due to the characteristics of the leading phase. Compensate for the increase in AC ripple generated. The stability of the device is not shown in Figure 10, but is shown by the Nicol diagram.
There is. This figure shows an overall gain margin of about 20 dB and a phase margin of 70°. Therefore, the margin of linearity and control stability of the device is very good. The apparatus of the present invention will be better understood when its various machining and performance characteristics are considered. For example, during the 31 rising period, one condition is to increase the current flow to increase the rise time, and the other condition is to avoid A-Vaccord 1 and require large parts. It will be appreciated that there is a conflicting interaction between conditions that can be reversed to limit the flow of current so that it does not occur.During the rise time, the current magnetizes the transformer so that the The flow tends to charge the output filtering capacitor 69, but is only limited by the leakage inductance of the transformer. This leakage inductance is set between the primary and secondary sides. It is preferable to minimize the Fl frequency of the signal waveform of the It is a trade-off between the switching frequency and the tolerable output voltage ripple.A feature of the invention is to increase the frequency during the ramp-up period to reduce the current limiting effect and provide a faster rise time. ,
In this way, it is possible to obtain a waveform very close to the C rectangular wave. In addition to the above mentioned f1, it is necessary to limit the current flow associated with the power supply 1 to the transistor inverter 27 to a level acceptable to the control system. Additionally, the current flow and associated rise time should be limited to avoid A-bashoot at the end of the rise time.
) must be. For this reason, the current must be controlled during the rise time, but at the same time, in order to obtain favorable results in X-ray procedures, especially for short exposures, the device can be A valid x”t J
You must achieve Z time. This kind of thing is
As previously stated, the effect of the increasingly variable mark/space ratio feature and steady state operation is also achieved by operating at higher frequencies. Another aspect of the current level interaction phenomenon described above is that during the rise time, the tank amplifier 129 is in saturation, and during the saturation period, the device quickly recovers from the transformer core saturation. Some control action must be added to ensure that the control action is maintained during this period. As explained in nFi, in order to set this control effect, the output limiting circuit 13 is connected to the feedback of the 4-combiner amplifier 129.
5 to prevent the error signal from going to an extreme position where it takes a long time for the capacitor 132 to recover. The anti-saturation circuit 47 quickly brings the C1 mixing amplifier in the transformer 28 out of saturation and achieves a good control effect at the end of the rise period. At the end of this rise time as well as during the rise time, the anti-saturation circuit During this rise time, the mark/space ratio or the dynamic (2 asymmetrical 1) of the volts 7s must be balanced to ensure that the inverter 21 and the variable The increasing variable mark/space ratio during the rise time controls the slope of the voltage demand from the microcontroller 30 to 1/A converter 52 to increase the rise time. A small pulse at the beginning of the V rise time can be achieved by limiting the current and also controlling the rise period, with a current limit placed on the power inverter. Figure 11A shows the performance of the device of the present invention when operated using various parameters in an X-ray tube Ml-100 manufactured by Electric Company.
A typical exposure time of 32 ms per l using a current load of 640 mA for different kV levels of 9(l and 1(l) kV was observed. It will be observed that the curvature during the rise time is very good at 2M, and the overshoot at the end of the rise time is tightly controlled due to the phase advance compensation. It can be seen that during steady-state operation, the output ripple decreases with the output voltage, and the mark/space ratio increases by 1 and H'J above the voltage.However, in both cases the ripple is negligible. Figure 11F3 shows 12!ikv and h4001IIA, respectively.
The exposure time is shown in 1 millisecond as the voltage and current level change. One thing to notice in this figure is that the effect of the feedback circuit is always fast. The flat top of the kV waveform demonstrates that the feedback is acting within 1 millisecond. By controlling the accumulation of J energy in wave capacitors and transformers,
Some indications of where to prevent Bashu 1 are shown. The operating parameters are that the X-ray generator has very low mA
This is a typical value when working with automatic exposure control. For such very low mA, reproducibility is very difficult to achieve with conventional generators due to large variations in load. The present invention is able to control the number of keys even in such conditions with very fast closed-loop motion that ensures that there is no A-base, a flat top, and a fast response. In order to achieve good performance. FIG. 11C shows exposure at 110 kV and 400 mA, and shows the current waveform of the inverter. This figure clearly shows the difference between the two different 014s. The first period, the non-linear rise period, indicates that the initial flow can flow at a level C much higher than the steady state level, resulting in a faster rise time. Furthermore, for a period of ten minutes,
It shows that the waveforms are highly symmetrical even during steady-state operation. This is due to the action of the saturation prevention circuit 47.
Table 4 shows that there is no saturation phenomenon of the transformer. Furthermore, this figure shows that the transition between the start-up period and the steady state occurs smoothly and rapidly 4) at the end of the phase-advance operation and at the time when the seed part of the kV number is reached. The kV step response is shown in Figure 111), which shows a 200 mA, 7 (l kV waveform with a 15 kV step in between. As can be seen from this figure, the A-barge) -1 to 4, and the drop rj 115 is very fast (about less than 1 millisecond). ). Figure 111 shows the same waveform -C, but with a higher frequency and a superimposed staircase of 7.!1kVp. Figure 11E is similar to Figure 11E, but with 75 kVp superimposed on 7.5 kVl]. However, the time scale has changed and the frequency is 11.'i!+
, 5k+-17°. From the performance data shown in FIGS. 10 and 11, the following conclusions can be drawn regarding voltage feedback controllers. (
1) Across a wide range of systems used in X-ray generators, A-basicote is virtually exclusive. (2) At least 5.5 kl-12 to 1-rough: 1
performance is very good. (3') There is no instability, and rather the linearity and fQ characteristics are very good. (4) Its behavior is that of the primary device 1/(1-+-S-1'). The present invention has been described by way of specific embodiments and examples.
Various modifications will occur to those skilled in the art from the above description. Therefore, it is understood that within the scope of the present invention, this invention may be practiced otherwise than as specifically described herein.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のxm発生装置の略図、第2図はこの発明
のX線発生装置の略図、第3 A図及び第3B図はこの
発明の好ましい実施例の電圧帰還及びlil制御部分の
回路図、第4図はこの発明の飽和防止回路の回路図、第
5Δ図及び第5B図はこの発明のインバータの制御装@
C発生される代表的なパルスを示づ簡略のグラフ、第6
図はこの発明で用いる神々の保護回路の回路図、第1図
はこの発明の保護回路のディジタル部分を示す回路図、
第E3図はこの発明の好ましい実施例の分1■器の回路
図、第1)図は)昆合増幅器並びにそれに1」連した進
相口−°δを含むこの発明の帰還制御部分の回路図、第
10図はこの発明の1:1〕ボルト数帰還をグラフで示
Jニコル線図、第11A図乃至第11F図はこの発明の
性能のいろいろな特性を示すAツシロス]−ブに得られ
た痕跡を示リグラフである。 主な符号の説明 23:3相入力 24;整流器 27:インバータ 28:高圧変圧器 29:整流器 37:論理制御装置 4γ:飽和防止回路 48:電流限界回路 67:変流器 特許出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理人 (76
30) 生 沼 徳 二FIG、2 0 5 to Is 2025 303540#l (
8リオづ1) FIG、llA 3 IQ Is 20253035404りF、、、、
 cit城<慴 +234 81 o r。 FIG、llF g’rlゝ弓0す竹J手続ンm正書(
方式) 1、事件の表示 昭和59年特n願第268737号 2、発明の名称 電ツノ発生器 3、補正をする者 事件との関係 出願人 任 所 アメリカ合衆国、12305、ニューヨーク州
、スケネクタデイ、リバーロード、1番 名 称 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ4、代
即人 住 所 〒107東京都港区赤坂1丁目14番14号第
35興和ビル 4階 日本ゼネラル・エレクトリック株式会社・極東特許部内
電話(588)5200−5207 昭和60年4月10日 (発送日:昭和60年4月30日) 6、補正の対象
FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional xm generator, FIG. 2 is a schematic diagram of an X-ray generator of the present invention, and FIGS. 3A and 3B are circuits of the voltage feedback and lil control portion of the preferred embodiment of the present invention. Figure 4 is a circuit diagram of the saturation prevention circuit of the present invention, Figure 5Δ and Figure 5B are the inverter control system of the present invention @
C. Simplified graph showing typical pulses generated, No. 6
The figure is a circuit diagram of the divine protection circuit used in this invention, and Figure 1 is a circuit diagram showing the digital part of the protection circuit of this invention.
FIG. E3 is a circuit diagram of a divider according to a preferred embodiment of the invention; FIG. Figure 10 is a graph showing the 1:1 volt feedback of the present invention, and Figures 11A to 11F are graphs showing various characteristics of the performance of the present invention. This is a graph showing the traces. Description of main symbols 23: 3-phase input 24; rectifier 27: inverter 28: high voltage transformer 29: rectifier 37: logic control device 4γ: saturation prevention circuit 48: current limit circuit 67: current transformer patent applicant General Electric・Company agent (76)
30) Iku Numa Toku 2 FIG, 2 0 5 to Is 2025 303540#l (
8riozu1) FIG, llA 3 IQ Is 20253035404riF...
cit castle<Ki+234 81 o r. FIG.
1. Indication of the case Patent Application No. 268737 of 1982 2. Name of the invention Electric horn generator 3. Person making the amendment Relationship to the case Applicant's office River Road, Schenectaday, New York, 12305, United States of America , No. 1 Name: General Electric Company 4 Address: 4th floor, Kowa Building, 35, 1-14-14 Akasaka, Minato-ku, Tokyo 107 Japan General Electric Co., Ltd. Far East Patent Department Telephone (588) 5200-5207 April 10, 1985 (Shipping date: April 30, 1985) 6. Subject to amendment

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)XFJI管の陽極と陰極の間に高い電圧を印加する
のに使う電力発生器に於て、直流電源に接続されていC
1該直流電源から交流矩形波出力を発生ずることが出来
る電力インバータと、該インバータに接続されていて、
前記交流出力を受取って高圧出力を送出1高圧変圧器と
、前記高圧出力を受取ってX線管に対して高圧直流出力
を送出づ゛高圧整流器と、制御信号に応答して前記イン
バータを動作させて、該インバータの矩形波出力のパル
ス幅を選択的に変える制御手段と、前記X線管及び制御
手段の間に接続されていて、前記X線管の陽極及び陰極
の間の電圧レベルに応答して、前記陽極及び陰極の間に
予定の電圧レベルを保つ為に前記制御手段に印加づ゛べ
き111i)速制御信号を発生する電圧帰還回路とを有
する電力発生器。 2、特許請求の範囲1)に記載した電力発生器に於て、
前記制御手段が、インバータの出力の周波数並びにその
パルス幅を選択的に変える様に応答する電力発生器。 3)特許請求の範囲1)に記載した電力発生器に於て、
前記制御手段が、前記帰還制御信号及びAペレータの制
御に応答しで発生される電圧要求レベルの間の差の関数
である電圧誤差信号を発生する手段を含Iυでいる電力
発生器。 4)特許請求の範囲3)に記載した電力発生器に於て、
前記電圧誤差信号を発生づる手段が、予定の立上り時間
の間、前記電圧誤差信号を変化させる進相の特徴を持ち
、こうして立上り時間の終りに於りるオーバシュートが
起らない様に保護する電力発生器。 5)特許請求の範囲4)に記載した電力発生器に放て、
前記電圧誤差信号を発生する手段が、前記進相の特徴に
よって導入された雑音を補償】る遅相手段を含んでいる
電力発生器。 6、特許請求の範囲1)に記載しIC電力発生器に於て
、前記制御手段が、予定の制御信号に応答してその周波
数並びに勾配が可変である出力を持つ鋸歯状波発生器を
含lυでおり、こうして前記制御手段を変調する電力発
生器。 7)特8′[請求の範囲6)に記載した電力発生器に於
て、前記高圧変圧器に流れる電流に応答して前記電力イ
ンバータの飽和状態を感知り−ると共に、それに応答し
て前記飽和状態を減らづ信号を前記鋸歯状波発生器に供
給覆る飽和防止回路を右づる電力発生器。 8)特許請求の範囲1)に記載した電力発生器に於て、
前記電力インバータが高圧高周波変圧器を制御する電力
トランジスタ・ブリッジで構成されている電力発生器 9)特許請求の範囲1)に記載した電力発生器於て、前
記直流電源が3相被制御形整流器を接続した3相交流電
源で構成され−Cいる電力発生器。 10)特許請求の範囲1)に記載した電力発生器に於−
C1前記雷カインバータが1乃至15Kllの範囲内の
比較的高い周波数で勃作覆る電力発生器。 11)X線管の陽極及び陰極の間に高い電圧を印加し且
つこの電圧を制御づる高圧発生器に於て、直流源と、該
直流源の出力を高圧変圧器に供給される交流電圧に変換
するインバータと、X線質に印加づる為に前記高圧変圧
器の出力を整流する手段と、X線管の陽極及び陰極の間
の電圧レベルを感知して、実際の電圧を表わづ信号を発
生する手段と、陽極及び陰極の間の所望の電圧を表ねt
l信号を発生づる手段と、実際の電圧を表わづ信号及び
所望の電圧を表ねり信号に応答して、前記所望の電圧を
保つ様に、前記インバータを選択的にAン及びオフに切
換える制御手段とをイ・jりる高圧発生器。 12、特許請求の範囲11)に記載した高圧発生器に於
て、前記感知手段が2重の作用をづるコンデンサを持つ
分流回路を有し、該]ンデンVは分流回路の高圧コンデ
ンサとして作用づると共に整流手段の出力のか波コンデ
ンサとして作用りる高圧発生器。 13)特許請求の範囲11)に記載した高圧発生器に於
て、前記制御手段がマイクロプロセッサを含み、該マイ
クロプロセッサはD/A変換器を介して前記実際の電圧
を表わす信号を受取り、A/D変換器を介して、この後
で実際の電圧を表わり信号と比較Jる為の電圧要求信号
を発生する高圧発生器。 14)特A’F請求の範囲11)に記載した高圧発生器
に於て、前記インバータがパルス幅変調方式C動作する
矩形波インバータである高1■発生器。 15)特許請求の範囲14)に記載しIζ高圧発生器に
於て、前記インバータが高圧高周波変圧器を制御づる電
力1−ランジスタ・ブリッジで構成されている高圧発生
器。
[Claims] 1) In a power generator used to apply a high voltage between the anode and cathode of the XFJI tube, a C
1 a power inverter capable of generating an AC rectangular wave output from the DC power supply; and a power inverter connected to the inverter;
a high voltage transformer that receives the AC output and sends out a high voltage output; a high voltage rectifier that receives the high voltage output and sends out a high voltage DC output to the X-ray tube; and a high voltage rectifier that operates the inverter in response to a control signal. a control means for selectively varying the pulse width of the square wave output of the inverter; and a control means connected between the X-ray tube and the control means and responsive to a voltage level between an anode and a cathode of the X-ray tube. and a voltage feedback circuit for generating a fast control signal to be applied to said control means to maintain a predetermined voltage level between said anode and cathode. 2. In the power generator described in claim 1),
A power generator in which the control means is responsive to selectively vary the frequency of the output of the inverter as well as its pulse width. 3) In the power generator described in claim 1),
A power generator in which the control means includes means for generating a voltage error signal that is a function of the difference between the feedback control signal and the voltage demand level generated in response to control of the A-pelator. 4) In the power generator described in claim 3),
The means for generating the voltage error signal has a phase-advancing feature that changes the voltage error signal during a predetermined rise time, thus protecting against overshoot at the end of the rise time. power generator. 5) discharged into the power generator according to claim 4),
A power generator in which the means for generating the voltage error signal includes phase-lag means for compensating for noise introduced by the phase-lead characteristic. 6. The IC power generator according to claim 1), wherein the control means includes a sawtooth wave generator having an output whose frequency and slope are variable in response to a predetermined control signal. lυ and thus modulating said control means. 7) In the power generator according to feature 8' [Claim 6], the saturation state of the power inverter is sensed in response to the current flowing in the high voltage transformer, and the A power generator having an anti-saturation circuit that supplies a signal to the sawtooth generator without reducing the saturation condition. 8) In the power generator described in claim 1),
9) In the power generator according to claim 1), the power inverter is constituted by a power transistor bridge that controls a high voltage high frequency transformer, wherein the DC power source is a three-phase controlled rectifier. A power generator consisting of a three-phase AC power supply connected to -C. 10) In the power generator described in claim 1)-
C1 A power generator in which the lightning inverter is activated at a relatively high frequency within the range of 1 to 15 Kll. 11) In a high voltage generator that applies a high voltage between the anode and cathode of the X-ray tube and controls this voltage, a DC source and the output of the DC source are converted into an AC voltage supplied to a high voltage transformer. an inverter for converting, a means for rectifying the output of the high voltage transformer to improve the quality of the x-rays, and a means for sensing the voltage level between the anode and cathode of the x-ray tube and generating a signal representative of the actual voltage. and the desired voltage between the anode and cathode t
means for generating a signal representing an actual voltage and a signal representing a desired voltage for selectively switching the inverter on and off to maintain the desired voltage; A high pressure generator connected to a control means. 12. In the high-voltage generator as set forth in claim 11), the sensing means has a shunt circuit having a dual-functioning capacitor, and the capacitor V acts as a high-pressure capacitor of the shunt circuit. The high voltage generator acts as a ripple capacitor for the output of the rectifier means. 13) The high voltage generator according to claim 11), wherein the control means includes a microprocessor, the microprocessor receiving a signal representative of the actual voltage via a D/A converter; A high voltage generator generates a voltage request signal for subsequently comparing the actual voltage with the representation signal via a /D converter. 14) The high voltage generator according to claim 11), wherein the inverter is a rectangular wave inverter operated by pulse width modulation method C. 15) The Iζ high voltage generator according to claim 14, wherein the inverter comprises a power transistor bridge controlling a high voltage high frequency transformer.
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