JPS62198097A - インバ−タ式ｘ線装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、インバータ式Ｘ線装置に係り、特にＸ線曝射
開始時における管電圧波形を良好にする技術に関する。

〔発明の背景〕

Ｘ線装置は、商用電源を受電し、電圧調整用変圧器の２
次側に設けた摺動ブラシの位置を変えるなどの方法によ
って調整した等圧を高圧変圧器によって昇圧し、整流し
た後、Ｘ線管に印加する装置構成が採用されていた。

一方、近年、発達のめざましい電力用半導体を用いて、
電力制御技術を適用したインバータ式Ｘ線装置が開発さ
れている。インバータ式Ｘ線装置は、電力制御に半導体
素子を用いるので、その電力制御の応答は、前述の電力
調整用変圧器を用いる構成に比べて、きわめて速く、Ｘ
線曝射中の管電圧調整も容易になるので、管電圧やイン
バータ入力電圧を検出し、設定値と比較した結果に応じ
て管電圧を調整するフィードバック制御によって。

精度よく所定の管電圧を得ることができる。

第５図は、フィードバック制御系を有するインバータ式
Ｘ線装置の構成を示す。１は直流電源、２はリアクトル
、３はトランジスタ、４はダイオード、５は平滑用コン
デンサであり、これらのうち２〜５によって直流−直流
コンバータ（以下、ＤＣ−ＤＣコンバータと称す。）を
構成する。

ＤＣ−ＤＣコンバータはトランジスタ３を所定の周期で
スイッチングし、オンとオフの期間を変化することによ
って、その出力電圧を変化するととができる。ここで、
トランジスタ３のスイッチング周期Ｔｃに対するオン期
間ＴＯＨの比を通流率りとすると であり、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧Ｅと出力電圧
Ｖｃとの関係は。

Ｖｃ＝Ｄ−Ｅ　　　　　　　　　　・・・・・・（２）
で表わすことができる。

６はインバータでありＤＣ−ＤＣコンバータの出力を所
定の周波数の交流に変換し、高圧変圧器７に入力する。

高圧変圧器７で変圧された電圧は整流器８で全波整流さ
れ、Ｘ線管９に印加される。

この構成では、トランジスタ３で通流率りを変化するこ
とによってインバータ６の入力電圧を制御できるので、
最終的にＸ線管９に印加する電圧を変化できる。

−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｃを設定する電圧設定値
と分圧器の検出電圧との差を増幅する誤差増幅器、１３
は誤差増幅器１２の出力に応じてトランジスタ３の通流
率りを決めオン期間ＴＯＮを制御するＶ／Ｄ変換器、１
４は、Ｖ／Ｄ変換器１３の信号に応じてトランジスタ３
を駆動するドライバーである。つまり、ＤＣ−ＤＣコン
バータの出力電圧ｖｃが設定値より小さい場合、トラン
ジスタ３の通流率りは犬きくなってＤＣ−ＤＣコンバー
タの出力電圧Ｖｃを大きくし、Ｄ−Ｃ−ＤＣコンバータ
の出力電圧Ｖｃが設定値Ｖ１．．より大きい場合は、ト
ランジスタ３の通流率りが小さくなってコンバータの出
力電圧Ｖｃｆ下げる。以上の動作によってＤＣ−ＤＣコ
ンバータの出力電圧Ｖｃは設定値に維持される。

第６図は、一般的なＰＩ制御の誤差増幅器１２の構成を
示す。３０は演算増幅器、３１〜３３は抵抗で、抵抗値
は３１と３２がＲ，，３３ばＲ２器１２の入出力の関係
は、分圧器の検出電圧をＶｃ’、ＤＣ−ＤＣコンバータ
の出力電圧設定値をＶ、、ｔ　（以下、単に電圧設定値
と称す）、出力をｄとすると、 である。ここにＳはラプラス変数である。したがって、
出力は入力に対しＣＲ２の応答時遅れを生ずる。

また、コ／パータ出力平滑用リアクル２とコンデンサ５
によるコンデンサ電圧Ｖｃの応答遅れを生じる。これは
第７図において、Ｅをコンバータの直流電源１の電圧、
Ｌをリアクトル２のインダクタンス、Ｃをコンデンサ５
の静電容量ｂｕｘを負荷抵抗とし、トランジスタ３をス
イッチ２５におきかえると、コンデンサ５の電圧ＶＣは
、Ｖｃ＝Ｅ（１−ｅ　　　（１＋αｔ）ｌ　　　　−−
−−−・（５）−ｄｔＳｉｎ（βｔ＋φ） ＶＣ＝Ｅ（１−ｅ　　　　　７）・−・−（６）ｓｔｎ
　　φ となる。ただし、 ψ＝　ｔａｎｈ　＋ｔ　　− α β φ＝ｔａｎ−１− α （４）〜（６）式より、コンバータの負荷抵抗ｎｘの太
き返によってＶａの応答は第８図のように異なる膠、”
　Ｌ、　　Ｃ，Ｒｘを実用的な値とした場合、ｖｃは数
ｍ３以上の応答遅れを生じる。

次に、第９図を用いて、動作の説明及び問題点を説明す
る。時刻［０以前では、ＤＣ−ＤＣＣコンバータ出力電
圧ｖｃは０である。時刻ｔｏでＸ線曝射信号を入力する
と、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧ＶＣを、所定の管
電圧を出力するために必要な電圧とするため電圧設定値
Ｖ　ｓ　ｅ　＆が実際に設定された設定値に対応する値
となる。同時にＤＣ−ＤＣコンバータ及びインバータ６
は動作を開始して、Ｘ線管９に電圧を印加する。

このとき、誤差増幅器１２の出力ｄは前記電圧設定値Ｖ
　ｓ　＊　ｔと分圧器の検出電圧Ｖｃ′の差に応じてＤ
Ｃ−１）Ｃコンバータを制御するので、電圧が増加する
。しかし、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力平滑用リアクト
ル２とコンデンサ５による応答遅れと、（３）式で示し
たような誤差増幅器１２の応答遅れによって、第９図の
ように徐々に増加し、管電圧波形の立上りが遅くなり、
撮影時間と線量なお、この種の装置における管電圧波形
の立上り特性の改善については、特開昭５６−２４８０
０号などがある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、インバータ式Ｘ線装置において、Ｘ線
曝射開始時の・び電圧波形の立上り特性を良好にする制
御機溝を提供することにある。

〔発明の概要〕

Ｘ線装置では、１ｍｓ以下の管電圧立上がり時間が要求
されている。回路系全体の応答をｌ　ｉｎ　Ｓ以下にす
ることは非常に困難である。しかし、定常状態において
は１ｍｓ以下の応答性は必要ない。

したがって、本発明のインバータ式Ｘ線装置はフィード
バック系は従来装置のをのをそのまま用い、立上がり時
だけ応答が速くなるように、Ｘ線曝射開始前にＤＣ−Ｄ
Ｃコンノパ一夕の出力平滑用コンデンサに前記コンバー
タの動作により所定の電圧を光電しておき、かつ誤差増
幅器の設定電圧入力系には微分要素を追加することによ
って前記目的を達成しようとするものである。

更に詳しく説明すれば、一般に、フィードバック系の応
答を速くするには、誤差増幅器のフィードバック電圧入
力系に微分要素を加えるが、この方法では応答は速くな
るが微分要素を加えない場合に比べて、利得と大きくで
きないので定常誤差が大きくなる。

本発明では、定常状態では微分要素を誤差増幅器の設定
電圧入力系に追加したため、設定電圧が変化する立上が
り時には応答を速くでき、定常時には設定電圧が変化し
ないので、微分要素を追加しないときと同様の動作をす
ることができる。したがって、本発明は立上がり時の応
答を速く、定常時の利得を大きくできるという特徴を有
する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明によるインバータ式Ｘ線装置の第一の実
施例の構成図であって、１〜１４は第５図及び第６図と
同種のものであるので説明を省略する。２０ば、２人力
の和の電圧を出力する演算増幅器、２１（は、Ｘ線曝射
信号の入力によって、Ｘ線曝射信号の議会波形あるいは
パルス状の電圧を発生するとともに、この出力電圧波形
を入力の電圧設定１直あるいは入力の電流設定値に応じ
て変化させる機能を備えた電圧発生器である。２２ば、
Ｘ線曝射信号によってオンし演算増幅器２０の出力を誤
差増幅器１２の正入力すに入力するスイッチ、２３は電
圧設定１′直Ｖ　ｇ　＊　ｔと検出電圧Ｖｃ′との差を
検出する誤差増幅器、２４はＸ線曝射開始前の一定期間
Ｘ線曝射準備信号によって誤差増幅器２３をＶ／Ｄ変換
器１３に接続し、Ｘ線曝射開始後は誤差増幅器１２と誤
差増幅器１３とを接続するスイッチである。

第２図は電圧発生器２１の構成の一実施例である。４０
は演算増幅器、４１と４２は入力信号を微分するだめの
コンデンサと抵抗で各々その値はｃｄとＲｙ、４３は抵
抗でその値はＲ，、，４４はコンデンサ４１と抵抗４２
の値を入力の電圧設定１直および電流設定値に応じて変
化させる制御器である。この電圧発生器２１の入出力の
関係は、入力（Ｘ線曝射信号）をＸｏ　％出力をａとす
ると、である。この応答？第３図に示す。時刻ｔｏで電
圧発生器２１への入力ＸＯがステップ状に変化するとａ
で示すように微分波形が得られる。コンデンサＣ４及び
抵抗Ｒ４の（直を変化するとａは図のように、ピーク値
や時定数が変化する。

次に第４図を用いて、第１図の動作を説明する。

Ｘ線曝射開始前のｔ。７時にＸ線曝射準備信号によって
スイッチ２４がオンして誤差増幅器２３とＶ／Ｄ変換器
１３を接続し、誤差増幅器２３に徐々に増加する電圧設
定信号Ｖ　＠　＠　ｔが入力され、Ｖ／Ｄ変換器１３、
ドライバ１４を介してＤＣ−ＤＣコンバータのトランジ
スタ３の通流率りを制御すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ
の出力電圧ＶＣは上昇する。一方、Ｘ線曝射開始前であ
るためスイッチ２２は開いており、誤差増幅器１２°に
はＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧ＶＣに比例した信号
のみが入力されるので、この出力ｄと前記電圧設定信号
Ｖ、、、との差に応じてトランジスタ３の通流率りが制
御され、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｃは設定電
圧に等しい値に充電される。

ＶＣが設定電圧になるとＸ線曝射準備信号のオフにより
、スイッチ２４によって、Ｖ／Ｄ変換器１３の入力には
誤差増幅器１２の出力端が接続される。

時刻ｔｏでＸ線曝射信号を入力するとスイッチ２２がオ
ンし、演算増幅器２０の出力は誤差増幅器１２に入力さ
れる。ＤＣ−ＤＣコ／バータの出力電圧ＶＣを所定の管
電圧を出力するために必要な電圧にするため、電圧設定
値Ｖ　ｓ　＊　ｔが設定値と対応する１′直となる。同
時にインバータ６は動作を開始してＸ線管９に電圧を印
加する。

このとき、誤差増幅器１２のｂへの入力としてＶ　ｓ　
＠　ｔのみを入力した場合、（３）式で示したような応
答遅れのため、負荷への電力供給は時刻ｔ。以前に平滑
用コンデンサ５に充電されていたエネル゛ギーの放電だ
けによって行なわれる。

したがって、ＶＣの電圧は時刻ｔ。直後に一度低下して
所定の電圧へと制御される。

このため、管電圧Ｖｘは第４図の点線で示すように、曝
射直後に一度落ち込みを生じる。

これを改善するために誤差増幅器１２の正入力すを第３
図に示すように、電圧設定値Ｖ１０．に電圧発生器２１
の出力ａが加算された信号とする。

つまり、Ｘ線曝射開始時だけ電圧発生器２１の出力ａが
電圧設定値Ｖ　ｍ　＊　ｔより大きくなる。このため誤
差増幅器１２の出力ｄは、第７図の従来例のタイムチャ
ートで示したようなゆるやかに増加するのではなく、急
激に増加する。

誤差増幅器１２の出力ｄが大きくなることは、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータから負荷への供給エネルギーが大きくなる
ことである。したがって、第４図に実線で示すように、
Ｘ腺曝射開始直後に誤差増幅器１２の出力ｄが急激に増
加すれば、負荷への電力は、予め平滑用コンデンサ５に
充電したエネルギーの放電のみでなく、ＤＣ−ＤＣコン
バータからも供給できるので、平滑用コンデンサ５の電
圧も低下することなく所定の電圧へ制御できる。

この結果、Ｘ線管９に印加する電圧Ｖｘも、第４図のよ
うに立上がり時間が短かく落ち込みを生じない。

ｆｆ１１図の実施例では、曝射開始前に予めコンデンサ
５に電圧を充電する方法として、電圧設定値と上記コン
バータ出力に比例した電圧との差に応じてコンバータの
トランジスタの通流率を制御するようにしたが、これに
限定するものではなく、曝射開始前にコンバータのトラ
ンジスタを動作して所定の電圧を上記コンデンサ５に充
電できればよい。

例えば、第１０図に示すように、Ｘ線曝射準備信号によ
りＸ線曝射前に切換えスイッチ２４をＸ側に接続して予
備電圧設定信号Ｖ’ｓｅｔ　　をＶ／Ｄ変換器１３に入
力し、ドライバー１４を駆動し、トランジスタ３の通信
率を制御して所定の電圧をコンデンサ５に充電する。

Ｘ線曝射時には、Ｘ線曝射信号により前記切換えスイッ
チ２４をｙ側に接続し、スイッチ２２が閉じて誤差増幅
器１２の出力ｄがＶ／Ｄｆ換器１３に入力されて、以下
は第１図と同様となる。

以上のように、本発明によればＸ線曝射開始前にＤＣ−
ＤＣコンバータの出力平滑用コンデンサに前記コンバー
タの動作により所定の電圧を充電しておき、前記コンバ
ータの出力をフィードバンク制御する誤差増幅器の設定
電圧入力に微分要素あるいは微分要素に類似した要素を
付加し、Ｘ線曝射開始時に電圧設定値を定常直より大き
くすることによって、定常特性に悪影響ヲ与えることな
く、立上がり時の管電圧波形を良好にできる。

また、本発明は、上述した実施例に限定されることなく
同様の構成の回路にはすべて適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、インバータ式Ｘ線装置においてフィー
ドバック制御によって管電圧波形を安定化する場合、定
常特性を悪化することなく、管電圧波形の立上がり特性
を良好にできるので、Ｘ線の線量の増加や影響時間と線
量との線型性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例、第２図は本発明によるα圧
発生器の一実施例、第３図は本発明による電圧発生器の
タイツ、チャート、第４図は第１図の動作を説明するタ
イムチャート、第５図は従来列、第６図はフィードバッ
ク制御における誤差増幅器の構成図、第７図はコンバー
タの等何回路、第８図は第７図の特性図、第９図は第５
図の動作を説明するタイムチャート、第１０図は他の実
施例。 １・・・直流電源、２・・・リアクトル、３・・・トラ
ンジスタ、５・・・コンデンサ、６・・・インバータ、
７・・・高圧変圧器、５・・・整流器、９・・・Ｘ線管
、１２・・・誤差増幅器、２１・・・電圧発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電源と、 該直流電源を所定の電圧に変換するスイッチング手段及
   び少なくともコンデンサを有する平滑手段とを備えたコ
   ンバータと、 該コンバータの出力電圧を交流に変換するインバータと
   、 該インバータの出力に接続する変圧器と、 該変圧器の出力に接続する整流器と、 該整流器の出力に接続するＸ線管と を備え、前記コンバータの出力電圧あるいは前記Ｘ線管
   に印加する電圧に対応した電圧を検出する検出器と、前
   記コンバータの出力電圧を設定する第１の信号あるいは
   前記Ｘ線管に印加する電圧を設定する第２の信号と前記
   検出器の出力である第３の信号とが等しくなるように前
   記コンバータの動作を制御する第１の制御器を有するイ
   ンバータ式Ｘ線装置において、 Ｘ線曝射開始前に前記コンバータスイッチング手段の通
   流率を制御して該コンバータの出力を平滑するコンデン
   サに所定の電圧を充電するとともに、Ｘ線曝射開始時あ
   るいはその近傍で第４の信号を発生する第２の制御器と
   、該第１の信号あるいは該第２の信号に該第４の信号を
   加算する手段 を有することを特徴とするインバータ式Ｘ線装置。