KR100228419B1 - Filament heating apparatus for x-ray tube of high frequency wave type - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트가열장치에 관한 것으로서, 상용전원을 필요한 직류전원으로 변환하여 일정하게 유지하는 초퍼(100); 상기 직류전원을 고주파의 교류전압으로 변환하는 고주파인버터(200); 변압기의 1차측에 흐르는 전류를 목표치와 비교하여 상기 고주파 인버터(200)가 출력하는 전압단속 펄스의 폭을 조정하는 신호를 출력하는 전류 제어부(300); 엑스선 촬영단계에 동기되어 설정되는 목표 전류값을 변경하는 신호 동기부(400); 상기 직류전압을 설정된 기준값과 비교하고 양자의 오차값을 상기 초퍼(100)에 인가하는 전압 조정부(500); 장치의 시동시에 상기 직류전압이 서서히 증가하도록 상기 초퍼(100)를 제어하는 초기전압 제어부(600); 및 변압기(T1, T2)의 1차측에 과전류가 흐르면 상기 고주파 인버터(200)의 출력전압을 차단하는 과전류 제한기(700);를 포함하여 구성되어 가열변압기의 크기를 축소하고 무게를 경량화시키며 다양한 종류의 필라멘트의 정격에 대응할 수 있으며 또한, 엑스선촬영을 보다 간단히 수행하도록 할 뿐만 아니라 신속하고 정밀한 엑스선촬영이 가능한 효과가 있는 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a filament heating apparatus for an X-ray tube of a high frequency type, comprising: a chopper 100 for converting a commercial power source into a necessary DC power source and keeping it constant; A high frequency inverter (200) for converting the direct current power into a high frequency alternating current voltage; A current controller 300 for comparing a current flowing through a primary side of the transformer with a target value and outputting a signal for adjusting a width of a voltage intermittent pulse output from the high frequency inverter 200; A signal synchronizing unit 400 for changing a target current value set in synchronization with the X-ray imaging step; A voltage adjuster 500 for comparing the DC voltage with a predetermined reference value and applying an error value between the DC voltage and the chopper 100 to the chopper 100; An initial voltage control unit (600) for controlling the chopper (100) so that the DC voltage gradually increases at the start of the apparatus; And an over-current limiter (700) for shutting off the output voltage of the high-frequency inverter (200) when an over-current flows in the primary side of the transformers (T1, T2), thereby reducing the size of the heat- It is possible to cope with the rating of filaments of the type and to perform the X-ray photographing more easily, and also to be able to take a quick and precise X-ray photographing.

Description

고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치Filament heating device for high-frequency X-ray tube

본 발명은 고주파 방식의 엑스선(X-ray)관용 필라멘트 가열장치에 관한 것으로서, 펄스폭 변조방식을 이용한 강압(降壓)형 초퍼(chopper)와 고주파 인버터(High Frequency Inverter)로써 구성하고 스위칭소자의 구동 주파수를 고주파화함으로써 변압기등의 크기를 대폭 축소하고, 필요한 전류 및 전압을 유도하기 위한 변압기의 정격에 적절하게 적용하여 전류/전압을 인가하며 필라멘트에 흐르는 전류를 미세한 양까지 정밀하게 제어하는 것이 가능한 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치에 관한 것이다.The present invention relates to a filament heating apparatus for an X-ray tube of a high frequency type, comprising a step-down type chopper and a high frequency inverter using a pulse width modulation method, The size of the transformer or the like is largely reduced by making the driving frequency high and the current / voltage is appropriately applied to the rating of the transformer for inducing the required current and voltage, and the current flowing in the filament is precisely controlled to a minute amount To a filament heating apparatus for an X-ray tube of a high-frequency type as far as possible.

일반적으로 이극 진공관의 전압-전류특성을 갖는 엑스선관은 음극의 필라멘트를 가열하여 열전자를 발생시키게 되는 데, 이러한 필라멘트 가열을 위하여 가열용 변압기를 사용하고 있다. 필라멘트는 변압기에서 공급하는 이차측 가열전류에 의해서 방출되는 열전자량을 증감시키게 되는 데, 방출되는 열전자의 양에 따라 엑스선관을 흐르는 전류의 양이 결정된다. 엑스선의 발생강도는 엑스선관을 흐르는 전류에 종속되므로, 엑스선관의 필라멘트 가열 변동량은 곧 출력되는 엑스선량에도 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 필라멘트 가열량의 변동을 안정화시키기 위한 필라멘트의 가열전류 제어기가 필요하게 된다.Generally, an X-ray tube having a voltage-current characteristic of a twin-tube is used to heat a filament of a negative electrode to generate a hot electron. To heat the filament, a heating transformer is used. The filament increases or decreases the amount of thermoelectrons emitted by the secondary side heating current supplied from the transformer, and the amount of current flowing through the x-ray tube is determined by the amount of thermoelectrons emitted. Since the generation intensity of the X-rays is dependent on the current flowing through the X-ray tube, the heating variation of the filament of the X-ray tube greatly affects the output of the X-rays. Therefore, a filament heating current controller for stabilizing the fluctuation of the filament heating amount becomes necessary.

종래의 필라멘트는 제8도에 도시된 것과 같이, 상용주파수(60㎐) 전원에 간단한 안정기(10);와 변압기(T)의 1차측에 흐르는 전류량을 결정하는 가변저항기(20);를 포함하여 구성되어 있었다.The conventional filament includes a simple ballast 10 at a commercial frequency (60 Hz) power source and a variable resistor 20 for determining the amount of current flowing to the primary side of the transformer T, as shown in FIG. 8 Respectively.

상기와 같이 구성된 종래의 필라멘트 가열장치에서는, 상기 안정기(10)가 입력되는 상용 교류전압(60㎐, 110~220V)의 변동이나 부하변동에도 일정 허용범위 내에서 일정하게 유지되는 교류전압을 출력하게 되고, 이 전압은 운용자가 설정하는 상기 가변저항기(20)의 저항값에 의하여 상기 변압기(T)의 1차측에 필요한 만큼의 전류가 흐르게 되고, 이 전류는 2차측에 유도되어 엑스선관의 필라멘트(30)를 가열하게 되는 것이다.In the conventional filament heating apparatus configured as described above, the stabilizer 10 outputs an AC voltage which is constantly maintained within a predetermined allowable range even when the fluctuation of the commercial AC voltage (60 Hz, 110 to 220 V) This voltage is supplied to the primary side of the transformer T by the resistance value of the variable resistor 20 set by the operator, and the current is induced to the secondary side to be applied to the filament of the x- 30 are heated.

그러나, 상기와 같이 구성되어 동작하는 종래의 필라멘트 가열장치는, 엑스선관에 흐르는 전류를 정밀하게 제어하는 것이 불가능하고, 다양한 엑스선의 종류와 넓은 부하조건에 대응하여 동작할 수가 없으며 또한, 응답속도가 느리다는 문제점을 가지고 있었다.However, the conventional filament heating apparatus configured as described above can not precisely control the current flowing through the x-ray tube, can not operate in response to various types of x-rays and wide load conditions, It had a problem that it was slow.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소시키기 위해서 창작된 것으로서, 그 목적은 다양한 엑스선 종류와 넓은 부하조건에 대응하여 동작할 수 있고, 사용되는 변압기의 크기를 축소할 수 있으며 또한 응답속도도 빠른 고주파 방식의 엑스선(X-ray) 관용 필라멘트 가열장치를 제공하는 것이며, 본 발명의 다른 목적은, 필라멘트에 흐르는 전류를 매우 정밀하게 제어할 수 있는 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치를 제공하는 것이며, 본 발명의 또 다른 목적은, 운용자의 간단한 조작으로 필라멘트의 가열과 엑스선 촬영에 필요한 기타 요소들을 제어하는 제어신호를 자동적으로 출력함으로써 사용이 편리한 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치를 제공하는 것이며, 본 발명의 또 다른 목적은, 다양한 엑스선 종류와 넓은 부하조건에도 불구하고 변동없는 안정된 전력을 제공할 수 있는 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치를 제공하는 것이며, 본 발명의 또 다른 목적은, 급격하게 증가하는 전류/전압이 초기 시동시에 인입되지 않도록 하여 사용되는 소자를 보호하고 사용수명을 연장시킬 수 있는 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치를 제공하는 것이며, 본 발명의 또 다른 목적은, 공급되는 에너지의 더 많은 부분을 필라멘트에 전달할 수 있는 효율적인 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a transformer that can operate in response to various kinds of X-ray types and wide load conditions, Another object of the present invention is to provide a high frequency filament heating apparatus for an X-ray tube capable of precisely controlling a current flowing through a filament, It is still another object of the present invention to provide a high frequency filament heating apparatus for an x-ray tube which is easy to use by automatically outputting a control signal for controlling filament heating and other elements required for radiography by simple operation of an operator, Another object of the present invention is to provide a method for controlling a plurality of X- Frequency filament heating apparatus capable of providing a steady power without fluctuation in spite of the fact that a sudden increase in current / voltage is prevented from being introduced at the time of initial start-up The present invention also provides a high frequency heating apparatus for an X-ray filament that protects a device to be used and can extend its service life. Another object of the present invention is to provide an efficient high frequency And a filament heating device for an X-ray tube.

제1도는 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치의 바람직한 실시예의 구성도이고,FIG. 1 is a configuration diagram of a preferred embodiment of a filament heating apparatus for a high frequency type x-ray tube according to the present invention,

제2도는 제1도의 고주파 인버터의 펄스폭 변조를 위한 제어동작 파형도이고,FIG. 2 is a control operation waveform diagram for pulse width modulation of the high-frequency inverter of FIG. 1,

제3도는 제1도의 신호 동기부의 상세 구성도이고,3 is a detailed configuration diagram of the signal synchronization unit of FIG. 1,

제4도는 제1도의 전류 제어부의 부분을 보다 상세하게 도시한 상세 구성도이고,FIG. 4 is a detailed configuration diagram showing a part of the current control unit in FIG. 1 in more detail,

제5도는 제4도의 전류 연산부를 보다 더 상세하게 도시한 상세 구성도이고,FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the current calculation unit of FIG. 4 in more detail,

제6도는 제4도의 비례적분 제어기를 보다 더 상세하게 도시한 상세 구성도이고,FIG. 6 is a detailed diagram showing the proportional integral controller of FIG. 4 in more detail,

제7도는 제1도의 펄스폭 변조기를 보다 상세하게 도시한 상세 구성도이고,FIG. 7 is a detailed configuration diagram of the pulse width modulator of FIG. 1,

제8도는 종래의 엑스선관용 필라멘트 가열장치의 구성을 도시한 것이다.FIG. 8 shows a configuration of a conventional filament heating apparatus for an X-ray tube.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

A : 소촛점(small focus) 필라멘트 B : 대촛점(large focus) 필라멘트A: small focus filament B: large focus filament

C1,..,Cm : 캐패시터 C101,C102 : 캐패시터C1, ..., Cm: capacitors C101 and C102: capacitor

C201, C202 : 분압 캐패시터 C203 : 임피던스 정합 캐패시터C201, C202: Divisional capacitor C203: Impedance matching capacitor

D214-1, D214-2 : 신호 지연소자 L101 : 인덕터D214-1, D214-2: Signal delay element L101: Inductor

R1,..,Rn : 저항 R501, R502 : 전압검출 저항R1, ..., Rn: Resistors R501 and R502: Voltage detecting resistors

S101 : 초퍼 스위치 S201,S202 : 인버터 스위치S101: Chopper switch S201, S202: Inverter switch

SW321, SW322 : 개폐 스위치 SW : 필라멘트 선택스위치SW321, SW322: opening / closing switch SW: filament selection switch

T,T1,T2 : 가열변압기 VR1,..,VRk : 가변저항T, T1, T2: Heating transformer VR1, ..., VRk: Variable resistance

ZD1 : 제너 다이오드 10 : 안정기ZD1: Zener diode 10: Ballast

20 : 가변저항기 30 : 필라멘트20: variable resistor 30: filament

100 : 강압형 초퍼 101 : 브릿지 다이오드100: Step-down type chopper 101: Bridge diode

110 : 펄스폭 변조기 200 : 고주파 인버터110: Pulse width modulator 200: High frequency inverter

210 : 펄스폭 변조기 211 : 반전기210: pulse width modulator 211:

212 : 삼각파 발생기 213 : 비교부212: Triangle wave generator 213:

213-1 : 제1비교기 213-2 : 제2비교기213-1: first comparator 213-2: second comparator

214 : 데드타임 보상부 214-1, 214-2 : 논리곱소자214: Dead time compensation unit 214-1, 214-2: Logic multiplication element

215,216 : 논리곱소자 300 : 전류 제어부215, 216: Logical multiplication element 300:

310 : 전류검출기 311 : 전류센서310: current detector 311: current sensor

312 : 전류연산부 312-1 : 이득 조정기312: current calculation unit 312-1: gain adjustment unit

312-2 : 여파기 312-3 : 실효치 변환기312-2: filter 312-3: rms converter

320 : 목표치 변동설정기 321 : 비례적분 제어기320: target value variation setter 321: proportional integral controller

321-1 : 오차 증폭기 321-2 : 비례제어기321-1: Error amplifier 321-2: Proportional controller

321-3 : 적분제어기 400 : 신호 동기부321-3: Integral controller 400: Signal synchronizer

401 : 상승에지 트리거 402,403 : 하강에지 트리거401: rising edge trigger 402, 403: falling edge trigger

404 : 논리부정소자 420 : 타이머404: Logical negative element 420: Timer

431 : 논리합소자 432,433 : 논리곱소자431: an OR circuit element 432, 433:

500 : 전압 조정부 510 : 전압 보상기500: voltage adjuster 510: voltage compensator

600 : 초기전압 제어부 700 : 과전류 제한기600: initial voltage control unit 700: overcurrent limiter

800 : LED표시기800: LED indicator

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치는, 변압기를 포함하여 구성되는 엑스선(X-ray)관용 필라멘트 가열장치에 있어서, 입력되는 교류전압을, 음극 필라멘트의 정격에 맞는 전압 및 전류가 공급되기에 적합한 임의의 직류전압으로 변환하여 유지하는 가변 정류수단; 상기 변환된 직류전압을 고주파 제어신호로 단속(斷續)하여 고주파의 교류전압을 상기 변압기로 출력하는 직류/교류 변환수단; 상기 변압기의 1차측에 흐르는 교류전류를 검출연산하여 그 값을 설정된 목표전류값과 비교하고 비교된 값의 차이에 따라 상기 직류/교류 변환수단에서 출력되는 교류전압의 실효치를 증가 또는 감소시키는 제어신호를 출력하는 상기 직류/교류 변환수단에 인가하는 전류 제어수단; 엑스선 촬영단계에 동기되어 상기 전류 제어수단의 비교 기준인 설정된 목표전류값을 변경하고, 열전자 방출을 위한 동기된 제어신호들을 출력하는 신호 동기수단; 및 장치의 시동시에만 작동하여 상기 가변 정류수단에서 출력되는 직류전압이 서서히 증가하여 설정된 값에 도달하도록 상기 가변 정류수단을 제어하는 초기전압 제어수단을 포함하여 구성되는 것에 특징이 있으며, 상기 전류 제어수단은 상기 검출된 값을 실제 에너지가 전달되는 양인 실효치로 변환한 후 그 값에 따라 제어동작을 수행하는 것에 특징이 있으며, 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치는, 상기 가변정류수단에서 출력되는 직류전압을 일정하게 유지하기 위해 상기 가변 정류수단의 입력에서 출력으로 전압이 전달되는 시간을 조정하는 전압 조정수단을 더 포함하여 구성되는 것에 다른 특징이 있는 것이며, 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치중 상기 직류/교류 변환수단은, 그 출력단에 임피던스 정합을 위한 용량성소자를 더 포함하여 구성되는 것에 또 다른 특징이 있는 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a filament heating apparatus for an X-ray tube including a transformer, wherein the filament heating device for an X- Variable rectifying means for converting and holding an arbitrary DC voltage suitable for being supplied with a voltage and a current according to the rated voltage; DC / AC converting means for intermittently interrupting the converted DC voltage with a high frequency control signal to output a high frequency AC voltage to the transformer; A control signal for detecting or calculating an alternating current flowing in a primary side of the transformer, comparing the value with a set target current value, and increasing or decreasing an effective value of the alternating voltage output from the direct current / To the DC / AC conversion means for outputting the current; A signal synchronizing means for synchronizing with the X-ray imaging step to change a set target current value which is a comparison reference of the current control means, and to output synchronized control signals for thermoelectronic emission; And initial voltage control means for controlling the variable rectifying means so that the DC voltage output from the variable rectifying means gradually increases and reaches a set value by operating only at the start of the apparatus, The apparatus is characterized in that the detected value is converted to an effective value which is an actual amount of energy transferred and then a control operation is performed in accordance with the value. The filament heating apparatus for an X-ray tube of high frequency type according to the present invention comprises: And a voltage regulating means for regulating a time period during which the voltage is transferred from the input to the output of the variable rectifying means in order to maintain a constant DC voltage outputted from the variable rectifying means. Wherein said DC / AC converting means comprises an output terminal As further comprising a capacitor for impedance matching seongsoja will have a second characteristic.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치는 다음과 같이 엑스선관용 필라멘트의 정격에 적합한 전류를 정밀한 범위내에서 필라멘트에 인가하게 된다.The filament heating device for a high frequency type x-ray tube according to the present invention configured as described above applies a current suitable for the rating of the filament for an X-ray tube to the filament within a precise range as follows.

먼저, 상기 가변 정류수단은 입력되는 상용의 교류전압으로부터 필라멘트 가열변압기의 정격(또는 필라멘트의 정격)에 맞는 전압/전류를 생성하기 위해 임의로 설정되는 기준치의 직류전압을 출력한다. 상기 가변 정류수단에서 출력되는 전압은 상기 직류/교류 변환수단에 의해 고주파의 교류전압으로 다시 변환된다. 상기 변환된 고주파의 교류전압은 짧은 시간에 많은 에너지를 상기 변압기를 통해 2차측에 유도함으로써 필라멘트를 신속하게 가열하게 되고, 일정 인덕턴스 성분을 내기위한 변압기의 턴수도 고주파의 입력신호로 인해 그 수를 감소시킬 수가 있게되며, 따라서 사용되는 가열변압기의 크기를 줄일 수가 있게 된다.First, the variable rectifying means outputs a DC voltage of a reference value arbitrarily set to generate a voltage / current matching the rating of the filament heating transformer (or the rating of the filament) from the inputted commercial AC voltage. And the voltage output from the variable rectifying means is converted back to a high frequency AC voltage by the DC / AC converting means. The converted AC voltage of the high frequency induces a large amount of energy to the secondary side through the transformer in a short time, thereby rapidly heating the filament, and the number of turns of the transformer for generating a constant inductance component, So that it is possible to reduce the size of the used heat transformer.

또한, 상기 전류 제어수단은 상기 변압기의 1차측에 흐르는 교류전류를 검출하여 그 값을 실제 에너지가 전달되는 실효치의 값으로 변환한 뒤, 그 값을 상기 변압기의 1차측에 흐르도록 하여야 할 목표전류값과 비교하여 상기 변환된 실효치가 더 크면 상기 직류/교류 변환수단을 제어하여 상기 변압기측으로 전압이 인가되는 시간을 축소하여 전달되는 에너지량을 감소시키고, 상기 실효치가 더 작으면 상기 변압기측으로 전압이 인가되는 시간을 늘려 전달되는 에너지량을 증가시키게 함으로써, 상기 필라멘트에서 방출되는 열전자를 보충하기 위한 전류를 일정하게 유지시키게 되는 것이다. 한편, 상기 전압 조정수단은 상기 가변 정류수단에서 출력되는 직류전압을 검출하여, 그 값을 가열변압기의 정격에 맞는 전압/전류가 변압기에 인가되도록 하는 데 필요한 기준치의 직류전압과 비교하여 그 비교의 결과에 따라 상기 가변 정류수단의 출력단으로 전달되는 에너지를 미세 증가 또는 감소시킴으로써 상기 가변 정류수단의 출력전압이 필요한 직류전압을 항상 유지하도록 한다.The current control means detects the alternating current flowing in the primary side of the transformer and converts the value into a value of the effective value to which the actual energy is transferred, AC converting means is controlled to reduce the amount of energy delivered by reducing the time of voltage application to the transformer, and if the effective value is smaller than the effective value, the DC / AC converting means controls the voltage to the transformer side By increasing the applied time to increase the amount of energy delivered, the current for replenishing the thermoelectrons emitted from the filament is kept constant. On the other hand, the voltage regulating means detects the DC voltage outputted from the variable rectifying means and compares the value with a DC voltage of a reference value required for applying a voltage / current matching the rating of the heating transformer to the transformer, The output voltage of the variable rectifying unit is always maintained at a required DC voltage by slightly increasing or decreasing the energy delivered to the output terminal of the variable rectifying unit according to the result.

상기 신호 동기수단은, 운용자가 엑스선 촬영을 위해 조작스위치를 누르게 되면 그 신호를 감지하여 그 동작을 위해 필요한 전류를 계산하여 상기 전류 제어 수단에 목표전류값을 변경인가하게 되고, 엑스선관의 양극을 회전시키는 제어신호와 엑스선 발사동작시에는 엑스선관의 양극과 음극사이에 고전압을 인가하도록 하는 제어신호를 동기시켜 발생시킴으로써 운용자의 간단한 조작에 의해서 모든과정이 자동적으로 이루어지게 된다.The signal synchronizing means senses the signal when the operator presses the operation switch for radiographing the X-ray, calculates the current required for the operation, and changes the target current value to the current control means. The control signal for rotating the X-ray tube and the control signal for applying the high voltage between the anode and the cathode of the X-ray tube are synchronously generated at the time of the X-ray emission operation so that the entire process is automatically performed by the simple operation of the operator.

이하, 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치의 바람직한 실시예의 구성과 동작을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of a filament heating apparatus for a high frequency type x-ray tube according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치의 바람직한 실시예의 구성도로서, 상용전원을 필요한 직류전원으로 변환하여 일정하게 유지하는 강압형 초퍼(chopper:100); 상기 변환된 직류전원을 고주파 제어신호로써 출력단으로 전달되는 전압을 단속하여 고주파의 교류전압을 변압기(T1,T2)로 출력하는 고주파 인버터(200); 변압기(T1,T2)의 1차측에 흐르는 전류를 일정하게 유지하기 위해 1차측으로 부터 전류를 검출하여 그 값을 목표치로 설정된 목표전류와 비교하여 그 결과에 따라 상기 고주파 인버터(200)가 출력하는 전압단속 펄스의 폭을 조정하는 전류 제어부(300); 운용자의 엑스선 촬영단계에 동기되어 상기 전류 제어부(300)에 설정되는 목표 전류값을 변경하고, 열전자 방출등을 위한 제어신호들을 출력하는 신호 동기부(400); 상기 강압형 초퍼(100)의 출력전압을 검출하여 그 값을 변압기(T1,T2)의 정격에 맞도록 설정된 기준값과 비교하고 양자의 오차값을 상기 초퍼(100)에 인가하는 전압 조정부(500); 장치의 시동시에 동작하여 상기 초퍼(100)에서 출력되는 직류전압이 서서히 증가하여 설정된 값에 도달하도록 상기 초퍼(100)를 제어하는 초기전압 제어부(600); 변압기(T1,T2)의 1차측에 흐르는 전류가 제한된 값을 초과하면 상기 고주파 인버터(200)를 제어하여 변압기(T1,T2)에 전압이 인가되지 않도록 하는 과전류 제한기(700); 및 장치의 동작상태와 과전류상태를 표시하는 LED 표시기(800);를 포함하여 구성되어 있으며, 제1도에는 상기의 구성요소외에 소촛점(small focus) 필라멘트(A), 대촛점(large focus) 필라멘트(B), 그리고 소촛점 필라멘트 가열변압기(T1), 대촛점 필라멘트 가열변압기(T2), 운용자가 가열되는 필라멘트(A,B)를 선택하도록 하는 스위치(SW)도 함께 도시되어 있다.FIG. 1 is a block diagram of a preferred embodiment of a filament heating apparatus for a high frequency type x-ray tube according to the present invention, which comprises a step-down type chopper 100 for converting a commercial power source into a necessary DC power source and keeping it constant; A high frequency inverter 200 for interrupting a voltage transmitted to the output terminal by using the converted DC power as a high frequency control signal and outputting a high frequency AC voltage to the transformers T1 and T2; In order to keep the current flowing in the primary side of the transformers T1 and T2 constant, the current is detected from the primary side, and the current is compared with the target current set as the target value, and the high- A current controller 300 for adjusting the width of the voltage intermittent pulse; A signal synchronizing unit 400 for synchronizing with an operator's X-ray imaging step to change a target current value set in the current control unit 300 and outputting control signals for thermoelectron emission or the like; A voltage regulator 500 for detecting an output voltage of the step-down chopper 100 and comparing the output voltage with a reference value set to match the rating of the transformers T1 and T2 and applying the error value to the chopper 100, ; An initial voltage control unit (600) for operating the chopper (100) so that the DC voltage output from the chopper (100) gradually increases to a predetermined value when the apparatus is started; An overcurrent limiter 700 for controlling the high frequency inverter 200 to prevent a voltage from being applied to the transformers T1 and T2 when the current flowing through the primary side of the transformers T1 and T2 exceeds a limited value; And an LED indicator 800 for displaying an operating state and an overcurrent state of the device. In FIG. 1, a small focus filament A, a large focus, A filament B and a switch SW for selecting a focusing filament heating transformer T1 and a focusing filament heating transformer T2 as well as a filament A and B to be heated by the operator are also shown.

상기의 구성요소중 상기 강압형 초퍼(100)는, 상용의 교류전원으로 부터 일정한 직류전원으로 변환하는 브릿지 다이오드(101);와 캐패시터(C101); 변환된 직류전원이 출력단으로 전달되는 것을 단속하는 스위치(S101); 출력단으로 전달되는 직류전원의 값을 조정하기 위해 상기 스위치(S101)가 단속되는 시비율(duty cycle)을 조정하는 펄스폭 변조기(110); 및 상기 스위치(S101)에서 출력되는 전압을 평활시키는 필터소자인 캐패시터(C102);와 인덕터(L101);의 주요 구성소자를 포함하여 구성되고, 상기 고주파 인버터(200)는, 인가된 직류전압을 각각 분압하는 캐패시터(C201,C202); 상기 분압된 전압이 출력으로 전달되는 것을 단속하는 스위치(S201,S202); 상기 스위치(S201,S202)를 일정 시비율로 교번적으로 개폐시키는 펄스폭 변조기(210); 및 변압기(T1,T2)의 입력 임피던스와 정합시키기 위한 캐패시터(C203);의 주요 구성소자를 포함하여 구성되고, 상기 전류 제어부(300)는, 1차측의 전류를 검출하는 전류 검출기(310); 및 상기 신호 동기부(400)의 제어신호와 검출된 전류값에 따라 상기 펄스폭 변조기(210)의 시비율을 제어하는 신호를 인가하는 목표치 변동설정기(320);를 포함하여 구성되고, 상기 전압 조정부(500)는; 상기 초퍼(100)의 출력전압을 분압하여 검출하는 저항(R501,R502); 및 검출된 전압과 기준치의 전압을 비교하여 그 결과에 따라 상기 펄스폭 변조기(110)의 시비율을 조정하는 신호를 출력하는 전압 보상기(510);를 포함하여 구성된다.Among the above components, the step-down type chopper 100 includes a bridge diode 101 for converting a commercial AC power source to a constant DC power source, a capacitor C101, A switch S101 for interrupting transmission of the converted DC power to the output terminal; A pulse width modulator (110) for adjusting a duty cycle at which the switch (S101) is interrupted to adjust a value of a DC power supplied to an output terminal; And a capacitor C102 which is a filter element for smoothing the voltage output from the switch S101 and an inductor L101, and the high frequency inverter 200 converts the applied direct current voltage Capacitors C201 and C202 respectively for partial pressure; Switches (S201, S202) for interrupting transmission of the divided voltage to the output; A pulse width modulator 210 for alternately opening and closing the switches S201 and S202 at a constant rate; And a capacitor C203 for matching the input impedance of the transformer T1 and the transformer T2. The current controller 300 includes a current detector 310 for detecting a current on the primary side; And a target value variation setter 320 for applying a signal for controlling a duty ratio of the pulse width modulator 210 according to a control signal of the signal synchronizing unit 400 and a detected current value, The voltage adjusting unit 500 includes: Resistors R501 and R502 for dividing and detecting the output voltage of the chopper 100; And a voltage compensator 510 for comparing the detected voltage with a voltage of a reference value and outputting a signal for adjusting the duty ratio of the pulse width modulator 110 according to the comparison result.

이하에서는, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치의 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the preferred embodiment of the filament heating apparatus for a high frequency type x-ray tube according to the present invention will be described in detail.

먼저, 전원이 인가되면 상기 브릿지 다이오드(101)와 캐패시터(C101)에 의해서 상기 스위치(S101) 입력단에 직류전압이 인가된다. 상기 펄스폭 변조기(110)는 상기 스위치(S101)의 입력단의 전압을 출력단으로 전달하기 위해 상기 스위치(S101)를 단속시키는 약 40㎑의 단속신호를 출력하게 되는 데, 이 단속하는 신호의 시비율을 증가시키면 출력단에 전달되는 에너지가 높아져 출력전압이 상승하고 시비율을 감소시키면 출력전압이 감소하게되므로 가열변압기(T1,T2)의 정격이나 음극 필라멘트의 정격에 대응할 수 있는 시비율을 설정하여 그에 따른 직류전압을 출력하도록 하여 다양한 정격을 충족시킬 수가 있게 된다.First, when power is applied, a DC voltage is applied to the input terminal of the switch S101 by the bridge diode 101 and the capacitor C101. The pulse width modulator 110 outputs an intermittent signal of about 40 kHz for interrupting the switch S101 to transmit the voltage at the input terminal of the switch S101 to the output terminal. The output voltage is increased by increasing the energy delivered to the output stage and the output voltage is decreased when the duty ratio is decreased. Therefore, it is necessary to set the application rate that can correspond to the rating of the heating transformer T1 or T2 or the rating of the cathode filament, So that various ratings can be satisfied.

시동 초기에는 상기 단속신호는 상기 초기전압 제어부(600)에 의해 제어되어 출력되는 펄스의 시비율을 서서히 증가하게 된다. 출력되는 펄스의 시비율이 증가함에 따라 출력단의 전압이 서서히 상승하게 되어 초기 인가 전압에 의한 과도한 전압인가 현상은 발생하지 않게 된다. 초기시동후 일정시간이 경과하고 나면 상기 펄스폭 변조기(110)는 상기 초기전압 제어부(600)에 의해 시비율이 제어되지 않고 상기 전압 보상기(510)에서 인가되는 오차값에 의해 시비율이 미세 조정되기 시작한다. 상기 스위치(S101)의 출력전압은 상기 캐패시터(C102)와 인덕터(L101)에 의해서 평활되고 이 평활된 출력전압은 상기 저항(R501,R502)에 의해 검출된다. 상기 전압 보상기(510)는 검출된 전압을 기준값과 비교하면서 그 비교결과에 따른 오차값을 상기 펄스폭 변조기(110)에 인가하게 되는 데, 만약 검출된 값이 기준전압보다 작으면 펄스의 시비율을 미세 증가시키도록 하는 오차값을 출력하고, 검출된 값이 더 크면 펄스의 시비율을 미세 감소시키도록 하는 오차값을 출력한다. 따라서, 상기 펄스폭 변조기(110)는 상기 초퍼(100)의 출력전압에 맞도록 설정된 펄스의 시비율에 따라 상기 스위치(S101)를 단속하는 도중, 소비되는 전류의 증가나 입력전압의 변동에 의하여 출력되는 직류전압의 변동이 발생하게 되면 그 즉시 출력전압을 미세 보상함으로써 전기적 정격에 맞도록 설정된 기준값과 항상 일치하는 직류전압을 유지하게 한다.In the initial stage of starting, the intermittent signal is controlled by the initial voltage control unit 600 and gradually increases the duty ratio of the output pulse. As the duty ratio of the output pulse increases, the voltage of the output terminal gradually rises, so that an excessive voltage application phenomenon due to the initial applied voltage does not occur. After a certain period of time elapses after the initial start, the pulse width modulator 110 adjusts the duty ratio according to the error value applied by the voltage compensator 510 without the duty ratio being controlled by the initial voltage controller 600 . The output voltage of the switch S101 is smoothed by the capacitor C102 and the inductor L101 and the smoothed output voltage is detected by the resistors R501 and R502. The voltage compensator 510 compares the detected voltage with a reference value and applies an error value according to the comparison result to the pulse width modulator 110. If the detected voltage value is smaller than the reference voltage, And outputs an error value for finely decreasing the duty ratio of the pulse if the detected value is larger. Accordingly, the pulse width modulator 110 may be controlled by increasing the current consumed or by changing the input voltage while interrupting the switch S101 according to the duty ratio of the pulse set to match the output voltage of the chopper 100 When the output DC voltage fluctuates, the output voltage is finely compensated to maintain the DC voltage always matching the reference value set to meet the electrical rating.

일정하게 유지되는 직류전압은 상기 캐패시터(C201,C202)에 의해 이분되어 분압되고, 이 분압된 전압은 상기 스위치(S201,S202)에 의해 상기 변압기(T1,T2)중 스위치(SW)에 의해 선택된 변압기로 출력되게 되는 데, 이 출력은 상기 펄스폭 변조기(210)가 상기 스위치(S201,S202)를 약 20㎑의 고주파신호로 교번적으로 단속함으로써 고주파의 교류가 되는 것이다. 고주파의 교류가 상기 변압기(T1,T2)에 인가되면 회로의 임피던스가 증가하게 되고 따라서, 고속의 필라멘트 가열이 방해를 받게 되는 데, 상기 캐패시터(C203)는 변압기(T1,T2)의 입력 임피던스를 정합시킴으로써 상기와 같은 고주파교류에 의한 구동에도 2차측에 원활한 에너지의 전달이 이루어지게 한다. 또한, 상기와 같은 고주파 방식을 사용하는 경우에 변압기에서의 와전류에 의한 손실을 감소시키기 위해서는 페라이트 코어를 사용하여 상기 변압기(T1,T2)를 제작하는 것이 바람직하다.The DC voltage which is kept constant is divided by the capacitors C201 and C202 and divided by the switches S201 and S202 to be selected by the switch SW of the transformers T1 and T2 The output of the transformer is such that the pulse width modulator 210 intermittently switches the switches S201 and S202 to a high frequency signal of about 20 kHz to generate high frequency alternating current. If a high frequency alternating current is applied to the transformers T1 and T2, the impedance of the circuit increases and thus the high speed filament heating is interrupted. The capacitor C203 controls the input impedance of the transformers T1 and T2 So that energy can be smoothly transmitted to the secondary side even when driven by the high frequency AC as described above. In order to reduce the loss due to the eddy current in the transformer when the high-frequency system is used, it is preferable to fabricate the transformers T1 and T2 using a ferrite core.

한편, 상기 전류 검출기(310)는 변압기(T1,T2)의 1차측에 흐르는 전류를 검출하여 상기 목표치 변동설정기(320)에 전달한다. 상기 목표치 변동설정기(320)는 상기 신호 동기부(400)로 부터의 특정 제어신호가 인가되면 현재 설정된 목표치의 전류값과 상기 검출된 전류값을 비교하여 상기 펄스폭 변조기(210)에서 출력되는 펄스의 시비율을 미세 조정하게 되는 데, 이 과정은 제2도의 고주파 인버터(200)의 펄스폭 변조 제어동작 파형도를 참조하여 상세히 설명한다.The current detector 310 detects a current flowing in the primary side of the transformers T1 and T2 and transmits the detected current to the target value variation setter 320. [ The target value variation setter 320 compares the current value of the currently set target value with the detected current value when a specific control signal from the signal synchronizer 400 is applied and outputs the detected current value to the pulse width modulator 210 This procedure will be described in detail with reference to the pulse waveform modulation control operation waveform diagram of the high-frequency inverter 200 of FIG. 2.

먼저, 설명의 편의를 위해 상기 목표치 변동설정기(320)에서 출력되는 조정신호(PI+)를 제2도에서 도시된 값으로 가정한다. 제2도의 조정신호중 음신호(PI-)는 상기 펄스폭 변조기(210)의 내부에서, 입력되는 조정신호(PI+)를 반전시켜 생성하는 신호이다. 상기와 같은 조정신호(PI+,PI-)에 대해 상기 펄스폭 변조기(210)는 자체에서 발생시키는 삼각파와 상호 비교하여 그 삼각파의 신호값이 조정신호중 양신호(PI+)의 값보다 더 크면 상기 스위치(S202)의 게이트(gate)에 제2도에 도시된 신호(GS202)를 인가하여 상기 스위치(S202)를 턴온(Turn-On)시키고, 삼각파의 신호값이 조정신호중 음신호(PI-)의 값보다 더 작으면 상기 스위치(S201)를 턴온시키게 된다. 상기와 같은 스위치(S201,S202)의 개폐동작이 이루어지게 되면 고주파 인버터(200)의 출력전압(Vout)은 제2도와 같은 교류전압이 출력되게 되는 것이다. 이와 같이 출력된 전압으로 부터 변압기(T1,T2)의 1차측에 전류가 흐르게 되고, 이 전류가 상기 전류 검출기(310)에 의해 검출되어 상기 목표치 변동설정기(320)에 의해 목표값과 비교되고 그 값이 목표값보다 더 크면 상기 조정신호(PI+)를 미세 증폭시킨다. 상기 조정신호(PI+)가 미세증폭되면 반전된 조정신호(PI-)도 음의 값으로 함께 미세증폭되므로 제2도에서 보는 바와 같이, 상기 펄스폭 변조기(210)에서 출력되는, 스위치(S201,S202)의 게이트에 인가되는 턴온신호(GS201,GS202)의 펄스폭은 줄어들게 되고, 이로 인해 출력전압(Vout)의 폭도 감소하여 상기 변압기(T1,T2)로 전달되는 에너지가 미세 감소하여 1차측의 전류가 감소하게 된다. 이와는 반대로 1차측에 흐르는 전류가 감소하여 상기 목표치 변동설정기(320)에 의해 조정신호(PI+)가 다소 감소하면 출력되는 전압(Vout)의 폭은 증가하여 1차측에 흐르는 전류를 미세 증가시키게 된다. 이와 같이, 상기 전류 제어부(300)는 상기 스위치(S201,S202)에 인가되는 제어신호의 시비율을 조정하는 신호를 상기 펄스폭 변조기(210)에 인가함으로써 상기 변압기(T1,T2)의 1차측에 흐르는 전류를 항상 정해진 목표치의 전류값으로 유지하게 되는 것이다.First, for convenience of explanation, it is assumed that the adjustment signal PI + output from the target value variation setter 320 is a value shown in FIG. 2, the negative signal PI- is a signal generated by inverting the input adjustment signal PI + in the pulse width modulator 210. The pulse width modulator 210 compares the triangular wave generated by the pulse width modulator 210 with the adjustment signal PI +, PI-, and if the signal value of the triangular wave is greater than the value of the positive signal PI + The switch 202 is turned on by applying the signal GS20 shown in FIG. 2 to the gate of the control signal S202 and the signal value of the triangle wave is set to the value of the negative signal PI- The switch S201 is turned on. When the switches S201 and S202 are operated to open and close, the output voltage Vout of the high frequency inverter 200 outputs an AC voltage similar to the second voltage. A current flows from the output voltage to the primary side of the transformers T1 and T2. The current is detected by the current detector 310 and compared with the target value by the target value variation setter 320 And amplifies the adjustment signal PI + when the value is larger than the target value. When the adjustment signal PI + is finely amplified, the inverted adjustment signal PI- is also minutely amplified together with a negative value. Therefore, as shown in FIG. 2, the switches S201, The pulse widths of the turn-on signals GS201 and GS202 applied to the gates of the transformers T1 and T2 are reduced so that the width of the output voltage Vout is reduced, The current is reduced. On the contrary, when the current flowing in the primary side decreases and the adjustment signal PI + is slightly decreased by the target value variation setter 320, the width of the output voltage Vout increases to finely increase the current flowing in the primary side . The current controller 300 applies a signal to the pulse width modulator 210 to adjust the duty ratio of the control signal applied to the switches S201 and S202 so that the primary side of the transformers T1 and T2 So that the current flowing through the resistor is always maintained at the current value of the predetermined target value.

이하에서는, 상기 각 구성요소를 보다 상세히 도시한 구성도를 참조하여 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 가열장치의 바람직한 실시예의 동작을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the preferred embodiment of the heating apparatus for a high-frequency type x-ray tube according to the present invention will be described in detail with reference to the constitution diagrams showing the respective components in more detail.

제3도는, 상기 신호동기부(400)의 상세 구성도로서, 상승 에지트리거(401); 2개의 하강 에지트리거(402,403); 플립플롭(410); 및 타이머(420); 그리고 기타 논리소자(404,431,432,433);를 포함하여 구성되어 있으며, 제4도는 상기 전류 제어부(300) 부분을 보다 상세히 도시한 구성도로서, 상기 전류 제어부(300)는, 상기 신호 동기부(400)의 제어신호('예열', '준비')가 상기 펄스폭 변조기(210)에 인가되는 것을 제어하는 스위치(SW321,SW322); 상기 변압기(T1,T2)의 1차측 전류를 감지하는 전류센서(311); 감지된 전류를 실효치의 값으로 변환하는 전류연산부(312); 및 상기 연산된 실효치의 값과 목표치의 전류값을 비교하여 상기 스위치(SW322)의 입력단에 조정신호(PI+)를 출력하는 비례적분 제어기(321);를 포함하여 구성되어 있다.FIG. 3 is a detailed block diagram of the signal synchronizer 400, which includes a rising edge trigger 401; Two falling edge triggers 402 and 403; Flip flop 410; And a timer 420; 4 shows the current control unit 300 in more detail. The current control unit 300 controls the operation of the signal synchronizing unit 400, Switches SW321 and SW322 for controlling that control signals ('preheating', 'ready') are applied to the pulse width modulator 210; A current sensor 311 for sensing a primary current of the transformers T1 and T2; A current calculator 312 for converting the sensed current into an effective value; And a proportional-plus-integral controller (321) for comparing the calculated value of the effective value with the current value of the target value and outputting an adjustment signal (PI +) to the input terminal of the switch (SW322).

제3도의 신호동기부(400)에서, 운용자가 'Ready' 스위치를 누르게 되면, 상기 상승 에지트리거(401)가 누름신호를 인식하여 상기 플립플롭(410)의 출력값(Q)을 세트시켜 그 때까지 HIGH상태를 유지하던 '예열'신호를 리세트시키면서 '준비'신호를 HIGH상태로 만든다. '준비' 신호가 HIGH상태가 되면 이 신호는 상기 목표치 변동설정기(320)에 인가되어 상기 스위치(SW322)를 단락시킴으로써 상기 비례적분 제어기(321)의 출력이 상기 펄스폭 변조기(210)에 입력되도록 한다. 한편, 상기 전류센서(311)는 변압기(T1,T2)의 1차측 전류를 감지하여 감지된 값을 상기 전류연산부(312)에 입력하게 되는 데, 상기 전류연산부(312)는 입력된 교류전류값을 에너지가 전달되는 값을 나타내는 실효치의 값으로 변환하여 이 값을 상기 비례적분 제어기(321)에 인가하게 된다. 상기 비례적분 제어기(321)는 목표치로 설정된 전류값(If*)과 비교하여 상기에서 설명한 바와 같이 그 결과에 따라 조정신호(PI+)를 출력하게 되는 데, 이 조정신호(PI+)는 상기 '준비'신호에 의해 단락된 스위치(SW322)를 통해 상기 펄스폭 변조기(210)에 입력되어 변압기(T1,T2)중 선택된 변압기의 1차측에 흐르는 전류의 실효치가 목표치에 도달하도록 하고 목표치와 동일하게 되면 그 값에서 일정하게 유지함으로써, 상기 '준비'신호에 의해, 선택된 2차측의 필라멘트(A 또는 B)가 급속하게 가열되도록 한다. 상기 신호 동기부(400)는 '준비'신호와 함께, 'Rotor'신호도 함께 HIGH상태로 출력하는데, 이 'Rotor'신호가 HIGH가 되면 엑스선관의 양극(도면 미도시)이 회전하기 시작하여 이 후에 음극에서 방출되는 열전자가 골고루 부딪히도록 한다.3, when the operator presses the 'Ready' switch, the rising edge trigger 401 recognizes the push signal and sets the output value Q of the flip-flop 410 until that time It makes the 'ready' signal HIGH while resetting the 'preheat' signal which kept HIGH state. When the 'ready' signal becomes HIGH, this signal is applied to the target value variation setter 320 to short-circuit the switch SW322 so that the output of the proportional-plus-integral controller 321 is input to the pulse width modulator 210 . The current sensor 311 senses the primary current of the transformers T1 and T2 and inputs the sensed value to the current calculator 312. The current calculator 312 calculates the alternating current Is converted into a value of an effective value indicating a value to which energy is transferred, and the value is applied to the proportional-plus-integral controller 321. The proportional-plus-integral controller 321 compares the current value If * with the current value If * set as the target value and outputs the adjustment signal PI + according to the result as described above. The adjustment signal PI + Signal to the pulse width modulator 210 so that the effective value of the current flowing in the primary side of the selected transformer of the transformers T1 and T2 reaches the target value and becomes equal to the target value By keeping the value constant, the filament (A or B) of the selected secondary side is rapidly heated by the 'ready' signal. The signal synchronizing unit 400 outputs the 'Rotor' signal together with the 'ready' signal in a HIGH state. When the 'Rotor' signal becomes HIGH, the anode (not shown) of the x-ray tube starts to rotate After this, the hot electrons emitted from the cathode are hit evenly.

양극이 회전하기 시작한 후 약 0.4초~0.8초가 경과하면 정상적인 회전속도를 가지게 되므로, 운용자가 'Ready' 스위치를 누른 상태에서 'Shoot' 스위치를 누르게 되면, 상기 타이머(420)에 의해 설정된 발사시간만큼 신호가 발생하게 된다. 상기 타이머(420)의 출력이 HIGH가 되면 이 신호는 상기 논리곱소자(432,433)를 통해 'Kvp'제어신호를 HIGH로 출력하게 되어 엑스선관의 양극과 음극에 초고전압을 인가하게 함으로써 가열된 음극에서 열전자가 방출되도록 한다. 열전자가 방출하기 시작하면 2차측에 흐르는 전류가 감소하기 시작하는데, 전류가 감소되는 것을 변압기의 1차측으로 부터 검출하여 상기에서 설명한 전류제어과정을 따라 전류를 보상함으로써 1차측 전류를 일정하게 유지하여, 방출되는 열전자를 연속적으로 보상하게 된다.If the operator presses the 'Shoot' switch while the 'Ready' switch is pressed, the user is notified of the time of the launching time set by the timer 420 because the user has a normal rotation speed when about 0.4 to 0.8 seconds have elapsed since the anode started to rotate. A signal is generated. When the output of the timer 420 becomes HIGH, the signal outputs 'Kvp' control signal HIGH through the AND gates 432 and 433 to apply a very high voltage to the positive and negative electrodes of the x-ray tube, So that the hot electrons are emitted. When the thermoelectrons begin to emit, the current flowing in the secondary side begins to decrease. The primary current of the transformer is detected from the primary side of the transformer, and the primary current is kept constant by compensating the current according to the current control procedure described above , Thereby continuously compensating for the released hot electrons.

발사시간이 끝나거나 또는 운용자가 'Ready' 스위치의 누름상태를 해제하게 되면, 상기 하강 에지트리거(402,403)는 상기 플립플롭(410)을 리세트시키게 되어 '예열'신호를 제외한 다른 신호들은 모두 LOW상태로 만든다. HIGH상태가 된 '예열'신호와 LOW상태가 된 '준비'신호는 다 같이 상기 목표치 변동설정기(320)에 입력되어 상기 펄스폭 변조기(210)에 입력되는 조정신호를 상기 비례적분 제어기(321)의 조정신호(PI+)에서 '예열기준전류'인 일정전류로 대체하게 된다. 따라서, 예열상태에서는 상기 펄스폭 변조기(210)는 상기 '예열기준전류'에 해당하는 전류가 변압(T1,T2)의 1차측에 항상 흐르도록 일정한 펄스폭을 갖는 신호로써 상기 스위치(S201,S202)를 교번적으로 단속하게 된다. 이 때는, 전류궤환에 의한 제어과정은 행해지지 않는다.The falling edge triggers 402 and 403 reset the flip flop 410 so that all signals other than the 'preheat' signal are LOW State. The 'preheat' signal in the HIGH state and the 'ready' signal in the LOW state are input to the target value variation setter 320 and supplied to the proportional-plus-integral controller 321 ) Is replaced with a constant current which is a 'preheating reference current' in the adjustment signal PI +. Therefore, in the preheating state, the pulse width modulator 210 is a signal having a constant pulse width so that the current corresponding to the preheating reference current always flows to the primary side of the transforming voltages T1 and T2. The switches S201 and S202 ) Are alternately interrupted. In this case, the control process by the current feedback is not performed.

제5도 내지 제7도는 상기 제4도의 구성요소중 상기 전류 연산부(312), 비례적분 제어기(321) 그리고 펄스폭 변조기(210)를 보다 더 상세하게 도시한 각각의 구성도로서, 이하에서는, 상기 각 구성요소(312,321,210)의 내부 동작을 보다 더 상세히 설명한다.5 to 7 are diagrams showing the current calculator 312, the proportional integral controller 321 and the pulse width modulator 210 among the constituent elements of FIG. 4 in more detail. The internal operation of each of the components 312, 321, and 210 will be described in more detail.

제5도에 도시된 전류 연산부(312)에서는, 먼저 전류센서(311)가 변압기(T1,T2)의 1차측으로 부터 전류를 감지하고 감지된 미세한 전류성분은 이득조정기(312-1)를 거쳐 일정레벨로 증폭되며, 이 증폭된 신호중 1차측의 전류성분만을 검출하기 위해 20㎑대역의 여파기(312-2)를 이용해 증폭된 신호를 여파시키게 된다. 이와 같이 여파되어, 감지된 전류성분만이 추출되면 이 전류값은 실효치 변환기(312-3)에 입력되어 감지된 전류의 실효치값(If)이 출력되게 된다. 상기와 같이 구해진 실효치값(If)은 상기 비례적분 제어기(321)에 입력되는데, 제6도에 도시된 비례적분 제어기(321)에서는, 필라멘트 가열 목표전류값(If*)과 실효치로 변환된 실제 가열 전류치(If)의 차이값을 오차 증폭기(321-1)에서 증폭하여 증폭된 오차신호를 기준으로 하여 비례제어기(321-2)와 적분제어기(321-3)는 필요한 제어량을 조정신호(PI+)로 출력하게 된다. 이 때, 제너 다이오드(ZD1)는 상기 조정신호(PI+)가 일정레벨이상 상승하게 되면 출력단의 전류를 바이패스(by-pass)시킴으로써 제어량의 과도한 상승으로 상기 펄스폭 변조기(210)가 과도한 에너지를 변압기(T1,T2)의 1차측으로 전달하는 것을 방지하게 된다. 상기와 같이 구해진 제어량인 조정신호(PI+)는 제7도와 같이 구성된 펄스폭 변조기(210)에 입력되는데, 제7도의 펄스폭 변조기(210)에서는, 먼저 반전기(211)가 제2도에 도시된 입력된 조정신호(PI+)의 반전된 신호(PI-)를 생성하게 된다. 조정신호(PI+)와 반전된 신호(PI-)는 비교부(213)에서 삼각파 발생기(212)에서 출력되는 삼각파와 각각 비교되는데, 제1비교기(213-1)는 반전된 신호(PI-)가 삼각파 신호보다 큰 구간에서만 HIGH상태를 출력하고 제2비교기(213-2)는 삼각파 신호가 조정신호(PI+)보다 큰 구간에서만 HIGH상태를 출력하게 된다.(제2도 참조) 스위칭 소자의 지연시간을 고려하여 상기와 같이 출력되는 논리신호에 데드 타임(dead time)을 삽입하기 위하여 상기 비교부(213)의 출력신호는 데드타임 보상부(214)를 통과하게 된다. 상기 데드타임 보상부(214)에 입력되는 신호는 직접 논리곱소자(214-1,214-2)에 입력되는 동시에 지연소자(D214-1,D214-2)에 함께 입력되는데, 상기 지연소자(D214-1,D214-2)에 입력된 신호는 소정의 시간이 지연되어 원신호 그대로 상기 논리곱소자(214-1,214-2)에 입력되어 지연되지 않은 신호와 논리곱연산이 이루어진다. 따라서, 상기 비교부(213)의 어느 한쪽에서 출력된 HIGH상태의 신호는 상기 지연소자(D214-1,D214-2)에 의해 지연된 시간만큼 HIGH상태의 폭이 신호전단부에서 제거되어, 즉 데드타임이 삽입되어 상기 고주파 인버터(200)의 스위치 암(arm : S201과 S202)의 단락을 완전하게 방지하게 된다. 상기와 같이, 데드타임이 삽입된 신호는 논리곱소자(215,216)를 통해 고주파 인버터(200)내의 상기 스위치(S201,S202)의 게이트에 각각 입력된다.5, first, the current sensor 311 senses a current from the primary side of the transformers T1 and T2, and the sensed fine current component is passed through the gain adjuster 312-1 The amplified signal is filtered using a 20-kHz band filter 312-2 to detect only the current component on the primary side of the amplified signal. When only the sensed current component is extracted, the current value is inputted to the effective value converter 312-3 and the effective value If of the sensed current is outputted. The proportional integral controller 321 shown in FIG. 6 converts the filament heating target current value If * into an actual value converted into an effective value The proportional controller 321-2 and the integral controller 321-3 amplify the difference between the heating current value If by the error amplifier 321-1 and use the amplified error signal as a reference, ). At this time, when the adjustment signal PI + rises above a certain level, the Zener diode ZD1 bypasses the current of the output stage, thereby causing the pulse width modulator 210 to excessively increase the energy To the primary side of the transformers T1, T2. The control signal PI + obtained as described above is input to a pulse width modulator 210 configured as shown in FIG. 7. In the pulse width modulator 210 of FIG. 7, And generates an inverted signal PI- of the input adjustment signal PI +. The adjustment signal PI + and the inverted signal PI- are respectively compared with the triangular wave output from the triangle wave generator 212 in the comparator 213. The first comparator 213-1 compares the inverted signal PI- The second comparator 213-2 outputs a HIGH state only in a section where the triangular wave signal is larger than the adjustment signal PI +. (See FIG. 2). The delay of the switching element The output signal of the comparator 213 passes through the dead time compensator 214 to insert a dead time into the logic signal output as described above. The signal input to the dead-time compensator 214 is input to the direct AND gates 214-1 and 214-2 and is simultaneously input to the delay elements D214-1 and D214-2. The delay elements D214- 1 and D214-2 are delayed by a predetermined time and input to the logical multiplication devices 214-1 and 214-2 as they are as a raw signal, so that a logical multiplication operation is performed with a signal not delayed. Therefore, the HIGH state signal output from one of the comparators 213 is removed from the signal front end portion in the HIGH state by the time delayed by the delay elements D214-1 and D214-2, that is, Time is inserted to completely prevent the short-circuit between the switch arms (S201 and S202) of the high-frequency inverter (200). As described above, the signal having the dead time inserted is input to the gates of the switches S201 and S202 in the high frequency inverter 200 through the AND gates 215 and 216, respectively.

한편, 상기 논리곱소자(215,216)의 한쪽 입력단에는 제4도에 도시된 상기 과전류 제한기(700)에서 출력되는 제어신호인 '전류제한신호'가 입력되는 데, 상기 과 전류 제한기(700)는 상기 전류센서(311)로부터 검출된 전류가 일정레벨이상인 것으로 판단되면 상기 '전류제한신호'를 LOW상태로 출력한다. 상기 '전류제한신호'가 LOW상태로 상기 논리곱소자(215,216)에 동시에 입력되면 상기 데드타임 보상부(214)의 출력신호에 상관없이 상기 스위치(S201,S202)의 게이트에 인가되는 신호가 LOW상태가 되어 상기 변압기(T1,T2)로 에너지가 전달되지 않게 되어, 과전류가 흐르던 1차측의 전류를 감소시키게 되는 것이다.A current limit signal, which is a control signal output from the overcurrent limiter 700 shown in FIG. 4, is input to one input terminal of the AND gates 215 and 216, Current limit signal 'to a LOW state when it is determined that the current detected from the current sensor 311 is higher than a predetermined level. When the 'current limit signal' is simultaneously input to the logic multipliers 215 and 216 in a LOW state, the signal applied to the gates of the switches S201 and S202 is LOW Energy is not transferred to the transformers T1 and T2, and the current of the primary side, over which the overcurrent flows, is reduced.

상기와 같이 구성되어 작용하는 본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치는, 변압기에 에너지를 전달하는 신호가 고주파이므로 가열 변압기의 크기를 소형화할 수 있으므로, 엑스선발생 시스템에서 고전압 발생용 변압기와 필라멘트 가열용 변압기가 함께 설치된, 절연유(絶緣油)를 포함하는 변압기 외함의 크기를 줄이는 것이 가능한 효과가 있는 것이다. 실제로 본 발명에 따른 실시예에 의해, 가열신호로서 20㎑의 고주파신호를 사용하고 변압기의 재료로서는 페라이트 코어를 사용하여 가열 변압기의 크기를 64㎜×59㎜×32㎜, 무게는 210g 까지 줄이는 효과가 있었다.The filament heating device for a high frequency type x-ray tube according to the present invention operates as described above. Since the signal for transmitting energy to the transformer is a high frequency, the size of the heating transformer can be miniaturized. Therefore, It is possible to reduce the size of the transformer enclosure including the insulating oil provided with the filament heating transformer. Actually, according to the embodiment of the present invention, a high frequency signal of 20 kHz is used as a heating signal and a ferrite core is used as a material of the transformer to reduce the size of the heat transformer to 64 mm x 59 mm x 32 mm and the weight to 210 g .

또한, 출력되는 직류전압의 크기를 자유로이 변화시킬 수 있는 초퍼를 사용하여 고주파 인버터의 입력전압을 조정함으로써, 사용되는 가열변압기의 권수비를 바꾸지 않고서도 여러 종류의 엑스선관용 음극 필라멘트의 정격에 대응할 수 있는 편리함이 있을 뿐 아니라, 엑스선 촬영에 필요한 제어신호를 운용자의 간단한 스위치조작에 의해 자동적으로 동기시켜 출력함으로써, 엑스선 촬영이 보다 더 용이해지고 발생할 수 있는 조작상의 실수를 감소시키는 효과가 있는 것이다.Further, by adjusting the input voltage of the high-frequency inverter using a chopper which can freely change the magnitude of the output DC voltage, it is possible to adjust the input voltage of the high- It is convenient, and the control signal necessary for radiography is automatically synchronized and output by a simple switch operation of the operator, thereby making it easier to take an X-ray and to reduce operational errors that may occur.

본 발명에 따른 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치는, 필라멘트를 가열하는 전류와, 전류를 출력하기 위해 제공되는 직류전압을 어떠한 외부 부하의 변동에도 일정하게 유지하는 제어기를 포함하여 구성되어, 엑스선관의 음극에서 방출되는 열전자수를 일정하게 유지함으로써, 엑스선 촬영을 보다 더 정교하게 할 수 있는 매우 유용하고 편리한 발명인 것이다.The filament heating apparatus for a high frequency type x-ray tube according to the present invention comprises a controller for maintaining a current for heating the filament and a DC voltage provided for outputting a current to a constant level regardless of any external load, Is a very useful and convenient invention that can make the X-ray imaging more precise by keeping the number of thermoelectrons emitted from the cathode of the X-ray tube constant.

Claims (4)

변압기를 포함하여 구성되는 엑스선(X-ray) 관용 필라멘트 가열장치에 있어서, 입력되는 교류전압을, 음극 필라멘트의 정격에 맞는 전압 및 전류가 공급되기에 적합한 임의의 직류전압으로 변환하여 유지하는 가변 정류수단; 상기 변환된 직류전압을 고주파 제어신호로 단속(斷續)하여 고주파의 교류전압을 상기 변압기로 출력하는 직류/교류 변환수단; 상기 변압기의 1차측에 흐르는 교류전류를 검출연산하여 그 값을 설정된 목표전류값과 비교하고 비교된 값의 차이에 따라 상기 직류/교류 변환수단에서 출력되는 교류전압의 실효치를 증가 또는 감소시키는 제어신호를 출력하는 상기 직류/교류 변환수단에 인가하는 전류 제어수단; 엑스선 촬영단계에 동기되어 상기 전류 제어수단의 비교 기준인 설정된 목표 전류값을 변경하고, 열전자 방출을 위한 동기된 제어신호들을 출력하는 신호 동기수단; 및 장치의 시동시에만 작동하여 상기 가변 정류수단에서 출력되는 직류전압이 서서히 증가하여 설정된 값에 도달하도록 상기 가변 정류수단을 제어하는 초기전압 제어수단을 포함하여 구성되는 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치.A filament heating apparatus for an X-ray tube comprising a transformer, comprising: a variable rectifying unit for converting an input AC voltage into an arbitrary DC voltage suitable for supplying a voltage and a current suitable for rating of a cathode filament, Way; DC / AC converting means for intermittently interrupting the converted DC voltage with a high frequency control signal to output a high frequency AC voltage to the transformer; A control signal for detecting or calculating an alternating current flowing in a primary side of the transformer, comparing the value with a set target current value, and increasing or decreasing an effective value of the alternating voltage output from the direct current / To the DC / AC conversion means for outputting the current; A signal synchronizing means for synchronizing with the X-ray imaging step to change a set target current value which is a comparison reference of the current control means, and to output synchronized control signals for thermoelectronic emission; And an initial voltage control means for controlling the variable rectifying means so that the DC voltage output from the variable rectifying means is gradually increased to reach a set value while operating only at startup of the apparatus. . 제1항에 있어서, 상기 연산은 검출된 교류값으로 부터 실효치 값을 구하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치.The apparatus for heating filament of claim 1, wherein the calculation is to obtain an effective value from the detected AC value. 제1항에 있어서, 상기 가변 정류수단에서 출력되는 직류전압을 검출하여 설정된 값과 비교하고 비교된 값의 차이에 따라 상기 직류전압을 증가 또는 감소시키기 위해, 상기 가변 정류수단의 입력에서 출력으로 전압이 전달되는 시간을 조정하는 전압 조정수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치.The variable rectifying device according to claim 1, further comprising: a rectifying device for rectifying the direct-current voltage outputted from the variable rectifying device to an output from the variable rectifying device in order to detect a DC voltage output from the variable rectifying device and compare the detected DC voltage with a set value, Further comprising a voltage adjusting means for adjusting a time to which the filament is to be delivered. 제1항에 있어서, 상기 직류/교류 변환수단은 출력단에 상기 변압기에 전달되는 에너지를 높이기 위해 임피던스를 정합시키는 용량성소자를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 방식의 엑스선관용 필라멘트 가열장치.The filament heating apparatus of claim 1, wherein the DC / AC conversion means further comprises a capacitive element for matching an impedance to an output terminal in order to increase energy transmitted to the transformer.
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