KR100892144B1 - 배터리 전원을 사용하는 휴대용 ｘ선 촬영 장치 - Google Patents

배터리 전원을 사용하는 휴대용 ｘ선 촬영 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 X선 촬영 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 낮은 배터리 전원을 사용하는 배터리형 X선 촬영 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배터리형 X선 촬영 장치는 오일로 채워져 있는 하우징부(13)에 직류-교류 변환부(3''), 고전압 트랜스포머(4''), 교류-직류 변환부(5'') 및 X선 튜브(6'')를 함께 밀봉함으로써, 직류-교류 변환부(3'')에서 발생하는 열을 하우징부(13)의 오일로 쉽게 방출할 수 있다. 또한, 하우징부(13)의 일측 판(15) 양면에 각각 콘덴서(14)와 직류-교류 변환부(3'')를 실장하여 콘덴서(14)와 직류-교류 변환부(3'')를 접속시킴으로써, 콘덴서(14)에서 직류-교류 변환부(3'') 사이의 배선 경로를 최소화할 수 있으며 이로 인해 콘덴서(14)와 직류-교류 변환부(3'') 사이에서 발생하는 전력 손실을 줄일 수 있다.
X선 촬영 장치, 이동형, 배터리, 방열, 스위칭 소자, FET

Description

배터리 전원을 사용하는 휴대용 Ｘ선 촬영 장치{Portable X-ray apparatus using battery power source}
도 1은 종래 이동형 X선 촬영 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 2는 종래 배터리형 X선 촬영 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리형 X선 촬영 장치에 구비되어 있는 하우징부의 사시도를 도시하고 있다.
도 4는 하우징부의 일측 판을 보다 구체적으로 도시하고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 직류-교류 변환부의 일 예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리형 X선 촬영 장치에 구비되어 있는 하우징부의 내부 사시도를 도시하고 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
1: X선 촬영 장치 2: 교류-직류 변환부
3, 3', 3'': 직류-교류 변환부 4, 4', 4'': 고전압 트랜스포머
5, 5', 5'': 교류-직류 변환부 6, 6', 6'': X선 튜브
7: 센서부 8: 전압 제어부
9: 전류 제어부 10, 10', 10'': 필라멘트 트랜스포머
11: 배터리 12, 13: 하우징부
14: 콘덴서 15: 일측 판
16, 17: 컨넥터 20: 일측 판의 외면
21: 일측 판의 내면 22: 스위칭 소자
23: 버스바
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본 발명은 X선 촬영 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 낮은 충전 배터리 전원을 사용하는 배터리형 X선 촬영 장치에 관한 것이다.
X선 촬영 장치는 X선 튜브에서 발생한 X선을 환자나 동물의 신체에 통과시켜 건강 상태를 진단하는 장비이다. X선 튜브는 캐소드와 애노드 단자를 구비하고 있으며 캐소드에서 방출한 열전자를 애노드 단자에 강력하게 충돌시켜 X선을 발생한다. 캐소드에서 방출한 열 전자를 애노드 단자에 강력하게 충돌시키기 위해 애노드 단자와 캐소드 단자 사이에 높은 전압을 인가시켜 주어야 한다.
도 1은 종래 이동형 X선 촬영 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 1을 참고로, 교류-직류 변환부(2)는 상용 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환시키며 직류-교류 변환부(3)는 변환된 직류 전원을 고주파 교류 전원으로 변환시킨다. 고전압 트랜스포머(4)는 변환된 고주파 교류 전원을 고압의 교류 전원으로 변환시키며 교류-직류 변환부(5)는 변환된 고압의 교류 전원을 다시 고압의 직류 전원으로 변환시켜 X선을 생성하는 X선 튜브(6)로 제공한다.
센서부(7)는 X선 튜브(6)로 인가되는 전압의 크기를 센싱하고 센싱한 전압 크기를 전압 제어부(8)로 제공하며, X선 튜브(6)에 흐르는 전류의 크기를 센싱하고 센싱한 전류 크기를 전류 제어부(9)로 제공한다. 전압 제어부(8)는 제공된 전압 크기에 기초하여 X선 튜브(6)로 인가되는 전압 크기를 제어한다. 전압 제어부(8)는 X선 튜브(6)로 인가되는 전압 크기를 제어하기 위한 펄스 신호를 생성하며 생성한 펄스 신호를 통해 직류-교류 변환부(3)의 스위칭 온/오프 주기를 조절한다. 한편, 전류 제어부(9)는 제공된 전류 크기에 기초하여 필라멘트 트랜스포머(10)로 인가되는 전류의 크기를 제어함으로써 X선 튜브(6)에 흐르는 전류의 크기를 제어한다.
종래 이동형 X선 촬영 장치(1)에서 고전압 트랜스포머(4), 교류-직류 변환부(5), X선 튜브(6), 필라멘트 트랜스포머(10)는 작동시 많은 열을 발생한다. 따라서, 발생한 열을 외부로 용이하고 신속하게 방출하기 위해 이동형 X선 촬영 장치(1)의 구성요소들(4, 5, 6, 10)은 오일로 채워져 있는 하우징부(12)에 밀봉되어 있다.
종래 이동형 X선 촬영 장치(1)는 상용 교류 전원을 이용하여 X선 튜브에 필요한 전원을 제공한다. 따라서 종래 이동형 X선 촬영 장치(1)는 상용 교류 전원을 제공하는 콘센트가 구비되어 있는 장소에서만 사용이 가능하여 이동성에 한계를 가진다.
도 2는 종래 배터리형 X선 촬영 장치(1')의 기능 블록도를 도시하고 있다.
위에서 설명한 종래 이동형 X선 촬영 장치(1)가 가지는 한계를 극복하기 위하여 종래 배터리형 X선 촬영 장치(1')는 상용 교류 전원 대신 배터리 전원을 동작 전원으로 사용한다.
배터리형 X선 촬영 장치(1')는 충전 배터리(11)를 구비하고 있으며 충전 배터리(11)의 충전 전원은 직류-교류 변환부(3'), 고전압 트랜스포머(4'), 교류-직류 변환부(5')를 거쳐 X선 튜브(6')로 인가된다. 종래 배터리형 X선 촬영 장치(1')는 상용 교류 전원에 상응하는 높은 전압을 제공하기 위해 직렬로 배열된 많은 수의 배터리(11)들을 사용하고 있으며 이로 인해 무게와 부피가 증가하여 휴대하기 불편하다는 문제점을 가진다.
최근 들어, 소형화 및 경량화된 배터리형 X선 촬영 장치의 개발에 많은 노력과 비용이 투자되고 있다. 특히, 소형화 및 경량화된 배터리형 X선 촬영 장치의 개발을 위해 낮은 배터리 전압으로도 동작할 수 있는 배터리형 X선 촬영 장치의 개발에 많은 연구와 비용이 투자되고 있다.
일정한 전력을 요구하는 배터리형 X선 촬영 장치에서, 높은 전압의 배터리(11)를 사용하는 경우 배터리(11)로부터 직류-교류 변환부(3')로 상대적으로 낮은 전류가 인가된다. 반면 낮은 전압의 배터리(11)를 사용하는 경우, 배터리(11)로부터 직류-교류 변환부(3')까지의 전류 흐름 계통에 많은 전류가 흐른다. 이로 인해 전류 흐름 계통에서 큰 전력 손실이 발생하며 고속 스위칭 동작을 수행하는 직류-교류 변환부(3')에서 많은 열이 발생한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 목적은 낮은 전압의 배터리를 사용하면서도 배터리와 직류-교류 변환부 사이에서 발생하는 전력 손실을 최소화시키며 직류-교류 변환부에서 발생하는 열을 효율적으로 흡수할 수 있는 배터리형 X선 촬영 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 배터리형 X선 촬영 장치는 아래의 구성을 가진다.
첫째, 오일로 채워져 있는 하우징부에 직류-교류 변환부, 고전압 트랜스포머, 교류-직류 변환부 및 X선 튜브가 밀봉되어 있다.
둘째, 하우징부의 일측 판은 인쇄회로기판이며 인쇄회로기판의 내면과 외면에 각각 직류-교류 변환부 및 콘덴서를 실장하여 콘덴서와 직류-교류 변환부 사이의 배선 경로를 최소화한다.
셋째, 직류-교류 변환부를 구성하는 스위칭 소자의 몸통은 버스바에 접촉되어 있다.
이하 첨부된 도면을 참고로, 본 발명에 따른 배터리형 X선 촬영 장치에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리형 X선 촬영 장치에 구비되어 있는 하우징부의 사시도를 도시하고 있으며, 도 6은 본 발명에 따른 배터리형 X선 촬영 장치에 구비되어 있는 하우징부의 내부 사시도를 도시하고 있다.
도 3과 도 6을 참고로 살펴보면, 하우징부(13)의 일측 판(15)은 납땜 또는 나사 등과 같은 접속 수단에 의해 하우징부(13)의 본체에 부착되어 하우징부(13)를 밀봉한다. 바람직하게, 하우징부(13)의 일측 판(15)은 인쇄 회로 기판으로 제작될 수 있다.
한편, 하우징부(13)의 내부에는 콘덴서(14)로부터 제공되는 직류전원을 고속 스위칭 동작에 의해 교류 전원으로 변환하는 직류-교류 변환부(3''), 변환된 교류 전원의 크기를 증가시켜 고전압 교류 전원을 출력하는 고전압 트랜스포머(4''), 고전압 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 교류-직류 변환부(5''), X선 튜브(6'') 및 필라멘트 트랜스포머(10'')가 오일과 함께 밀봉되어 있다.
하우징부(13)의 일측 판(15)의 외면에는 다수의 콘덴서들(14)과 컨넥터(16, 17)가 부착되어 있다. 콘덴서(14)는 배터리(11)로부터 제공되는 직류 전원을 충전하고 충전된 직류 전원을 이용하여 일정한 크기를 가지는 안정된 직류 전원을 직류-교류 변환부(3'')로 방전한다.
컨넥터(16, 17)는 하우징부(13)의 내부와 외부 사이에서 전기 신호를 전달한다. 예를 들어, 컨넥터(16)는 하우징부(13) 내부에 위치한 X선 튜브(6'')로 인가되는 전압의 크기와 X선 튜브(6'')에 흐르는 전류의 크기를 하우징부(13) 외부에 위치한 센서부로 전달한다. 컨넥터(17)는 X선 튜브(6'')에 흐르는 전류 크기를 조절하기 위해 생성한 펄스 제어 신호를 하우징부(13)의 내부에 위치한 필라멘트 트랜스포머(10'')로 전달한다.
낮은 충전 배터리를 사용하는 배터리형 X선 촬영 장치에서 직류-교류 변환부(3'')가 하우징부(13) 내부에 밀봉되어 있기 때문에, 직류-교류 변환부(3'')에서 발생하는 많은 열은 하우징부(13)의 오일로 직접 방출된다.
또한, 직류-교류 변환부(3'')에서 변환된 고주파의 교류 전원이 직류-교류 변환부(3'')와 고전압 트랜스포머(4'')을 연결하는 배선을 통과할 때, 배선의 저항 성분과 인덕턴스 성분은 전압 손실을 발생시킨다. 본 발명에서 직류-교류 변환부(3'')와 고전압 트랜스포머(4'')는 하우징부(13)에 함께 밀봉되고 하우징부(13)의 내부에서 최대한 가까운 위치에 배치된다. 따라서 직류-교류 변환부(3'')와 고전압 트랜스포머(4'') 사이에서 발생하는 전압 손실은 최소화된다.
도 4는 하우징부(13)의 일측 판(15)을 보다 구체적으로 도시하고 있다.
도 4를 참고로, 일측 판(15)의 외면(20)에는 다수의 콘덴서(14)들이 부착되어 있으며 내면(21)에는 직류-교류 변환부(3'')가 부착되어 있다. 바람직하게, 일측 판(15)은 인쇄회로기판이며, 인쇄회로기판의 양면에 다수의 콘덴서들(14)과 직류-교류 변환부(3'')가 실장되어 있다. 인쇄회로기판에 실장된 콘덴서들(14)과 직류-교류 변환부(3'')를 별도의 배선없이 인쇄회로기판을 통해 직접 접속시킴으로써, 콘덴서들(14)과 직류-교류 변환부(3'') 사이의 배선 길이를 최소화시킨다.
직류-교류 변환부(3'')는 고속 스위칭 동작을 수행하는 다수의 스위칭 소자(22) 및 스위칭 소자(22)의 몸통과 접촉되어 있으며 스위칭 소자(22)로 콘덴서(14)에 저장되어 있는 전원을 제공하는 다수의 버스바(23, bus-bar)를 구비하고 있다. 스위칭 소자(22)는 펄스 제어 신호에 의해 스위치 온/오프 동작하는 회로 소자로 트랜지스터, 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor, FET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 등이 사용될 수 있다. 이하에서는 고속 스위칭 동작을 수행하는 전계효과트랜지스터(FET)를 예로 설명하나 본 발명이 적용되는 분야에 따라 스위칭 동작을 수행하는 다른 회로 소자가 사용될 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다.
버스바(23)는 인쇄회로기판(15)에서 콘덴서(14)와 접속되어 있으며 스위칭 소자(22)의 몸통은 버스바(23)에 접촉되어 있다. 따라서 콘덴서(14)에 충전되어 있던 전원이 버스바(23)를 통해 스위칭 소자(22)로 인가될 수 있다. 직류-교류 변환부(3'')를 구성하는 스위칭 소자(22)의 몸통은 버스바(23)에 접촉되어 있으므로, 스위칭 소자(22)에서 발생한 열은 버스바(23)를 통해 하우징부(13)의 오일로 신속하고 용이하게 방출된다.
도 5는 본 발명에 따른 직류-교류 변환부(3'')의 일 예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5를 참고로, 직류-교류 변환부(3'')를 구성하는 다수의 전계효과트랜지스터와 버스바는 4개의 스위칭 그룹(30, 31, 32, 33)으로 분리된다. 제1 스위칭 그룹(30)과 제4 스위칭 그룹(33)이 스위칭 온으로 동작하는 동안, 제2 스위칭 그룹(31)와 제3 스위칭 그룹(32)은 스위칭 오프로 동작한다. 반대로 제1 스위칭 그룹(30)과 제4 스위칭 그룹(33)이 스위칭 오프로 동작하는 동안, 제2 스위칭 그룹(31)와 제3 스위칭 그룹(32)은 스위칭 온으로 동작한다.
제1 스위칭 그룹(30)과 제4 스위칭 그룹(33) 및 제2 스위칭 그룹(31)과 제3 스위칭 그룹(32)이 교대로 스위치 온/오프를 반복함으로써 고전압 트랜스포머(4'')의 1차 코일(34)에는 교류 전류가 흐르게 된다.
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본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
낮은 전압의 충전 배터리를 사용하는 본 발명에 따른 배터리형 X선 촬영 장치는 아래의 효과를 가진다.
첫째, 오일로 채워져 있는 하우징부(13)에 직류-교류 변환부(3''), 고전압 트랜스포머(4''), 교류-직류 변환부(5'') 및 X선 튜브(6'')를 함께 밀봉함으로써, 직류-교류 변환부(3'')에서 발생하는 열을 하우징부(13)의 오일로 쉽게 방출할 수 있다.
둘째, 하우징부(13)에 직류-교류 변환부(3'')와 고전압 트랜스포머(4'')를 함께 밀봉하고 직류-교류 변환부(3'')와 고전압 트랜스포머(4'') 사이의 배선 거리를 최소화함으로써, 직류-교류 변환부(3'')와 고전압 트랜스포머(4'')에서 발생하는 전력 손실을 줄일 수 있다.
셋째, 인쇄회로기판인 하우징부(13)의 일측 판(15) 양면에 각각 콘덴서(14)와 직류-교류 변환부(3'')를 실장하여 콘덴서(14)와 직류-교류 변환부(3'')를 접속시킴으로써, 콘덴서(14)와 직류-교류 변환부(3'') 사이의 배선 경로를 최소화하고 이로 인해 콘덴서(14)와 직류-교류 변환부(3'') 사이에서 발생하는 전력 손실을 줄일 수 있다.
넷째, 직류-교류 변환부(3'')를 구성하는 스위칭 소자(22)의 몸통을 버스바(23)에 부착함으로써, 스위칭 소자(22)에서 발생한 열을 버스바(23)를 통해 쉽게 오일로 방출할 수 있다.

Claims (7)

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  2. 삭제
  3. 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 직류-교류 변환부;
    상기 변환된 교류 전원의 크기를 증가시켜 고전압의 교류 전원을 출력하는 고전압 트랜스포머;
    상기 출력된 고전압 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 교류-직류 변환부;
    상기 변환된 직류 전원의 양극과 음극에 각각 접속된 애노드 단자와 캐소드 단자를 구비하며 상기 캐소드 단자에서 방출된 전자를 상기 애노드 단자에 충돌시켜 X선을 발생하는 X선 튜브;
    상기 직류-교류 변환부, 고전압 트랜스포머, 교류-직류 변환부 및 X선 튜브를 함께 밀봉하고 있으며 오일로 채워져 있는 하우징부; 및
    상기 배터리의 직류 전원을 충방전하는 콘덴서;를 포함하고,
    상기 직류-교류 변환부는 상기 하우징부의 일측 판의 내면에 부착되어 있고, 상기 콘덴서는 상기 하우징부의 일측 판의 외면에 부착되어 있으며, 상기 하우징부의 일측 판은 상기 직류-교류 변환부와 상기 콘덴서를 전기적으로 접속시킨 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 X선 촬영 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 하우징부의 일측 판에는
    상기 하우징부의 내부와 외부 사이에서 전기 신호를 전달하기 위한 컨넥터가 부착되어 있는 X선 촬영 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 직류-교류 변환부는
    스위칭 동작에 의해 상기 콘덴서에 충전된 직류 전원을 고주파 교류 전원으로 변환하는 스위치 소자; 및
    상기 하우징부의 일측 판을 통해 상기 콘덴서와 접속되어 있으며 상기 콘덴서의 직류 전원을 상기 스위치 소자로 전달하는 버스바를 포함하는 X선 촬영 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 스위치 소자는
    전계효과트랜지스터(FET) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 중 어느 하나인 X선 촬영 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 스위치 소자의 몸통은
    상기 버스바에 접촉되어 있는 X선 촬영 장치.
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