KR20080084483A - 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터에 관한 것으로, 콘덴서 뱅크를 사용하는 엑스레이 제너레이터에서, 콘덴서 뱅크에 충전된 전원의 양을 증가시키는 부스팅 블록을 구비함으로써 엑스레이 제너레이터의 에너지 저장용량을 확대시키고, 이를 통해 무게가 가볍고 에너지 저장용량이 확대된 엑스레이 제너레이터를 제안한다.
Figure P1020070026292
엑스레이 제너레이터, 직류전압 부스트 방식, 콘덴서

Description

직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터{DIRECT CURRENT BOOST TYPE X-RAY GENERATOR}
도 1은 종래기술에 따른 엑스레이 제너레이터의 회로 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 도면으로, 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터의 회로 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
4 : 평활 콘덴서 5 : 부스트 리액터
6 : 부스트 스위칭 소자 7 : 부스트 다이오드
8 : 콘덴서 뱅크
22 : DC 전압 지령 출력부 23 : DC 전압 소프트 스타트
24 : DC 전압 비례적분 제어기 25 : DC 전압지령 제한부
26 : DC 전압 절연구동부 27 : DC 전압 게이트 구동부
28 : DC 전압 검출부 30 : DC 전압 비교기
본 발명은 전원 용량이 확대된 엑스레이 제너레이터에 관한 것이다.
엑스레이 제너레이터는 엑스레이를 조사하여 피사체를 촬영하는 장비이다. 이하 엑스레이 제너레이터의 회로를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 종래기술에 따른 엑스레이 제너레이터의 회로 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엑스레이 제너레이터의 회로는, 전자접촉기, 돌입전류 방지회로부, 정류부, 콘덴서 뱅크, 인버터부, 고압탱크, 승압트랜스, 고압정류부, 엑스레이 발생 튜브, 제어용 트랜스, 제어전원부, 메인 컨트롤 블록, 콘솔, 엑스레이 지령입력부, 주제어부, 파워부 전원투입 지령부, 관전압 지령출력부, 관전압 소프트 스타트(soft start), 관전압 검출부, 관전압 비례적분 제어기, 관전압 지령 제한부, 관전압 절연구동부, 관전압 게이트 구동부를 포함하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 엑스레이 제너레이터는, 엑스레이가 조사(照査)될 때, 막대한 순간 에너지를 요구한다. 따라서, 엑스레이 제너레이터에 공급되는 미약한 전력으로는 엑스레이의 조사를 위해 요구되는 양의 순간 에너지를 충족시키지 못한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 도 1의 회로는 콘덴서 뱅크를 포함한다. 도 1의 콘덴서 뱅크는 엑스레이 장비에서 엑스레이를 조사하기 위한 에너지 저장수단으로 사용된다. 그런데, 콘덴서 뱅크가 에너지 저장수단으로 사용되는 경우, 에너지 저장용량이 충분치 못하다. 에너지 저장용량이 충분하지 못한 경우, 충분한 시간의 엑스레이 조사가 이루어질 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해 에너지 저장용량이 큰 산업용 리드 애시드 배터리를 사용하는 방법이 제안되기도 하지만, 리드 애시드 배터리를 사용하는 방법 은 장비의 무게를 무겁게 하며, 이로 인해 이동이 원활하지 못하다는 문제점을 가진다. 이동이 원활하지 못하다는 점은, 엑스레이 제너레이터의 운용을 불편하게 하며, 이러한 불편은 특히 휴대형으로 제작된 엑스레이 제너레이터에서 더 크게 발생할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 에너지 저장수단으로 콘덴서를 사용하고, 직류전압을 부스팅시킴으로서 무게가 가볍고 에너지 저장용량이 확대된 엑스레이 제너레이터를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터는, 에너지를 공급받아 엑스레이를 조사하는 엑스레이 발생 튜브와, 공급되는 전원을 충전하고, 자신의 에너지가 기 설정된 값 이상 충전되면, 충전된 에너지를 상기 엑스레이 발생 튜브에 공급하는 콘덴서 뱅크와, 상기 콘덴서 뱅크에 전원을 공급하여 상기 콘덴서 뱅크의 전압을 승압시키는 부스팅 블록을 포함함을 특징으로 한다.
상기 부스팅 블록은, 전원을 입력받아 에너지를 충전하는 평활 콘덴서와, 상기 평활 콘덴서로부터 에너지를 제공받아 충전되는 부스트 리액터와, 상기 부스트 리액터에 충전된 에너지를 상기 콘덴서 뱅크에 제공하기 위한 제어를 수행하는 부스트 스위칭 소자를 포함함을 특징으로 한다.
상기 부스팅 블록은, 상기 부스트 리액터에 충전된 에너지가 상기 콘덴서 뱅 크가 위치하는 방향으로 제공되도록 하는 부스트 다이오드를 더 포함함을 특징으로 한다.
상기 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터는, 상기 콘덴서 뱅크의 전압 상승이 완만하게 이루어지도록 하는 제어수단을 더 포함함을 특징으로 한다.
상기 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터는, 상기 콘덴서 뱅크의 전압이 엑스레이 조사 필요량 이상인지 판단하고, 상기 콘덴서 뱅크의 전압이 엑스레이 조사 필요량 이상이라고 판단되는 경우 상기 엑스레이 튜브를 통해 엑스레이가 조사되도록 하는 주 제어부를 더 포함함을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 엑스레이 제너레이터는, 그 크기와 무게를 감소시키기 위해 콘덴서를 사용하고, 전원 용량을 확대하기 위해 직류전압을 부스트시킴을 특징으로 한다. 이를 통해 본 발명은 엑스레이 조사전의 예열단계에서 일시적으로 콘덴서 뱅크의 전압을 부스트시켜 놓고, 상승된 전압으로 엑스레이가 나가도록 하여 조사용량을 확대시키도록 고안되어 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 도면으로, 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터의 회로 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엑스레이 제너레이터는, 전자접촉 기(1), 돌입전류 방지회로부(2), 정류부(3), 콘덴서 뱅크(8), 인버터부(9), 고압탱크(13), 승압트랜스(11), 고압정류부(12), 엑스레이 발생 튜브(14), 제어용 트랜스(17), 제어전원부(18), 메인 컨트롤 블록(16), 콘솔(19), 엑스레이 지령입력부(20), 주제어부(21), 파워부 전원투입 지령부(15), 관전압 지령출력부(30), 관전압 소프트 스타트(soft start)(32), 관전압 검출부(29), 관전압 비례적분 제어기(33), 관전압 지령 제한부(34), 관전압 절연구동부(35), 관전압 게이트 구동부(36)를 포함하도록 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 각 구성요소들의 기능은 다음과 같다.
여기서, 전자접촉기(1)는 엑스레이 제너레이터 회로(이하 특별히 언급할 필요가 없는 한 "회로"로 약칭한다)에 대한 외부 전원의 공급을 제어하기 위해 사용된다. 전자접촉기(1)가 도통되면 전원이 회로에 공급되고, 전자접촉기(1)가 차단되면, 전원이 회로에 공급되지 않는다. 돌입전류방지회로부(2)와 정류부(3)는 회로에 안정적인 전원을 공급하기 위해 사용된다. 돌입전류방지회로부(2)는 과도적으로 정상상태보다 크게 흐르는 전류인 돌입전류가 회로에 유입되는 것을 방지한다. 정류부(3)는 유입되는 전류의 정류를 통해 회로에 안정된 전원이 공급되도록 한다.
콘덴서 뱅크(8)는 엑스레이 조사를 위해 요구되는 에너지의 축적을 위해, 전자접촉기(1), 돌입전류방지회로부(2) 및 정류부(3)를 통해 공급되는 전원을 충전한다. 이러한, 엑스레이 조사를 위해 요구되는 에너지의 축적을 위한 충전 과정을 예열 과정이라 할 수 있다. 콘덴서 뱅크(8)에 충전된 에너지는, 엑스레이의 조사 를 위해 요구되는 기 설정된 값 이상의 전압 값이 되면, 엑스레이 발생 튜브(14)에 제공된다.
콘덴서 뱅크(8)에 충전된 에너지는 인버터부(9)와 고압탱크(13)를 통해 엑스레이 발생 튜브(14)에 제공된다. 인버터부(9)는 콘덴서 뱅크(8)로부터 출력되는 전원을 스위칭하며, 고압탱크(13)는 안정적인 전원을 엑스레이 발생 튜브(14)에 제공하기 위해 사용된다. 고압탱크(13)는 승압 트랜스(11)와 고압 정류부(12)를 포함할 수 있다.
엑스레이 발생 튜브(14)는 콘덴서 뱅크(8)로부터 입력받은 전원을 사용하여 엑스레이를 조사한다. 엑스레이의 조사가 가능한 시간은, 콘덴서 뱅크(8)로부터 입력받은 전원의 양에 의해 결정될 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 콘덴서 뱅크(8)의 전압을 승압시켜서 엑스레이의 조사 시간을 연장하기 위해 부스팅 블록(10)을 사용한다. 부스팅 블록(10)을 통해 콘덴서 뱅크(8)를 사용하는 엑스레이 제너레이터 회로의 용량이 확대될 수 있다. 부스팅 블록(10)은 평활콘덴서(4), 부스트 스위칭 소자(6) 및 부스트 다이오드(7)를 포함할 수 있다. 부스팅 블록(10)은 부스트 리액터(5)에 전원을 저장하고, 저장된 전원을 콘덴서 뱅크(8)에 제공함으로써 부스팅을 수행한다.
DC 전압 지령출력부(22), DC 전압 소프트 스타트(23), DC 전압 비례적분 제어기(24), DC 전압 지령 제하부(25), DC 전압 절연구동부(26), DC 전압 게이트 구동부(27), DC 전압 검출부(28) 및 DC 전압 비교기(30)는 부스트 리액터(5)로부터 콘덴서 뱅크(8)에 제공되는 전원의 양을 제어하기 위해 사용된다.
관전압 검출부(29)는 엑스레이 조사 튜브(14)에 공급되는 전원의 양을 검출한다. 관전압 검출부(29)에 의해 검출된 값은, 콘덴서 뱅크(8)로부터 엑스레이 조사 튜브(14)에 제공되는 전원의 양을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 관전압 검출부(29), 관전압 지령출력부(31), 관전압 소프트 스타트(32), 관전압 비례적분 제어기(33), 관전압 지령 제한부(34), 관전압 절연구동부(35) 및 관전압 게이트 구동부(36)는 엑스레이 조사 튜브(14)에 제공되는 전원의 양을 제어하기 위해 사용된다.
전술한 DC 전압 지령 출력부(22) 내지 관전압 게이트 구동부(36)는, 부스트 리액터(5)로부터 콘덴서 뱅크(8)에 제공되는 전원의 양을 제어함으로써 콘덴서 뱅크의 전압 상승이 완만하게 이루어지도록 한다. 이를 통해 콘덴서 뱅크(8)의 운용이 안정적으로 이루어질 수 있다.
도 2에 도시된 주 제어부(21), DC 전압 지령출력부(22), DC 전압 소프트 스타트(23), DC 전압 비례적분 제어기, DC전압 지령 제한부(25), DC 전압 절연구종부(26), DC 전압 게이트 구동부(27), DC 전압 검출부(28), 관전압 검출부(29), DC 전압 비교기(30), 관전압 지령출력부(31), 관전압 소프트 스타트(32), 관전압 비례적분 제어기(33), 관전압지령 제한부(35), 관전압 게이트 구동부(36) 등의 구성요소들은 회로의 제어를 위해 사용되는 것으로, 이들 구성요소들을 메인 컨트롤 블록(16)이라고 할 수 있다.
콘솔(19)과 엑스레이 지령입력부(20)는, 엑스레이의 조사 여부 등을 제어하기 위한 사용자의 입력을 메인 컨트롤 블록(16)의 주제어부(21)에 전달하기 위해 사용된다. 제어용 트랜스(17)와 제어전원부(18)는 회로에 공급되는 외부 전원의 제어를 위해 사용되며, 전원과 주제어부(21) 사이에 연결된다. 주제어부(21)는 파워부 전원투입 지령부(15)를 통해 전자접촉기의 도통 또는 차단을 제어함으로써 외부 전원의 공급 여부를 제어할 수 있다.
이하 도 2에 도시된 엑스레이 제너레이터 회로의 동작에 대해 기술하도록 한다.
사용자의 지령이 콘솔(19)과 엑스레이 지령입력부(20)를 통하여 주 제어부(21)에 입력되면, 주 제어부(21)는 파워부 전원투입 지령부(15)를 통하여 전자접촉기(1)를 도통시켜서 돌입전류 방지회로부(2)와 정류부(3)를 통한 전원이 평활 콘덴서(4)에 정상적으로 충전되도록 한다. 이후, 제어부(21)는 콘덴서 뱅크(8)의 전압이 정상적인 전압으로 충전되기를 기다린다. 콘덴서 뱅크(8)가 정상적인 전압으로 충전되는지의 여부는, DC 전압 검출부(28)를 통해 검출될 수 있다. 콘덴서 뱅크(8)의 전압이 정상적인 전압으로 충전이 완료되면 제어부(21)는, 콘덴서 뱅크(8)의 전압을 엑스레이의 조사를 위한 적정 전압으로 상승시키기 위하여, DC 전압 지령입력부(22)를 통해 전압지령을 출력한다.
DC 전압 지령출력부(22)에 전압지령이 출력되면, 부스트 리액터(5)와 부스트 스위칭 소자(6)를 거쳐 콘덴서 뱅크(8)의 전압이 승압된다. 콘덴서 뱅크(8)의 승압 완료 여부는, DC 전압 검출부(28)를 통하여 주제어부(21)에 제공된다.
주제어부(21)는 DC 전압 검출부(28)를 통하여 검출된 콘덴서 뱅크(8)의 전압이 자신이 지령한 전압과 동일한지의 여부를 판단하기 위해 한다. 주제어부(21)는 DC 전압 비교기(30)에 대한 제어를 통해 이러한 판단을 수행될 수 있다. 콘덴서 뱅크(8)의 전압이 자신이 지령한 전압과 동일하다고 판단되면, 주제어부(21)는 관전압 지령출력부(31)를 통해 관전압 지령을 출력한다.
여기서, 단상 전원은 전자접촉기(1)를 거쳐 돌입전류 방지회로부(2)와 정류부(3)를 거쳐 콘덴서 뱅크(8)에 충전된다. 이 전압은 인버터부(9)에서 스위칭되어 고압탱크(13)에 연결된다. 고압탱크(13)는 내부에서 승압트랜스(11)를 거치고, 그 출력은 고압정류부(12)에 의해 직류전압으로 변환된다. 이 직류전압은 엑스레이 발생을 위한 튜브(14)에 연결된다. 또, 단상 전원은 제어용 트랜스(17)와 제어전원부(18)를 거쳐, 메인 컨트롤 블록(16)에 공급된다. 외부에 연결된 콘솔(19)은 사용자로부터의 입력을 받아, 엑스레이 지령입력부(20)를 거쳐 메인 컨트롤 블록(16)의 주제어부(21)에 전달된다.
주제어부(21)는 파워부 전원투입 지령부(15)를 통해 전자접촉기(1)의 ON/OFF를 수행한다. 또한, 주제어부(21)는 콘덴서 뱅크(8)로부터 엑스레이 조사 튜브(14)에의 전원 공급을 제어하기 위한 지령 신호를 관전압 지령출력부(31)에 출력한다. 이 출력은 관전압 소프트 스타트(32)를 거치고, 관전압 검출부(29)에서 검출된 전압신호와 결합된다. 그 결합된 결과가 관전압 비례적분 제어기(33)에 연결되고, 관전압 지령 제한부(34), 관전압 절연구동부(35), 관전압 게이트 구동부(36)를 거쳐, 이 출력신호가 인버터부(9)의 파워소자를 구동시킨다.
전술한 바와 같이 구성된 엑스레이 제너레이터에, 사용자로부터 콘솔(19)을 통하여 엑스레이 조사 버튼이 눌려졌다는 정보가 입력되면, 해당 정보는 엑스레이 지령입력부(20)를 거쳐서 주 제어부(21)에 입력된다. 주 제어부(21)는 콘덴서 뱅크(8)에 전원을 충전시키기 위하여 파워부 전원투입 지령부(15)를 통하여 전자접촉기(1)를 도통시킨다. 전자접촉기(1)가 도통하게 되면, 전원은 돌입전류 방지회로부(2)와 정류부(3)를 거쳐 서서히 콘덴서 뱅크(8)에 충전된다. 콘덴서 뱅크(8)에 전원의 충전이 완료될 때까지의 충분한 시간이 지난 후에, 주 제어부(21)가 관전압 지령출력(30)을 내보내면, 이 전압은 급격한 관전압 상승을 막고, 안전하게 작동하도록 하기 위해 관전압 소프트 스타트(30)를 거친다. 이 출력은 고압탱크(13)로부터 관전압 검출부(29)를 통하여 검출된 실제의 관전압과 비교되고, 그 차이는 관전압 비례적분 제어기(33)에서 적절한 값으로 연산되고, 관전압 지령 제한부(34)에서 제한치를 넘지 못하도록 조정된 후, 관전압 절연구동부(35)와 관전압 게이트 구동부(36)를 거쳐, 인버터부(9)의 파워 스위칭 소자를 구동시킨다.
이 출력은 고압탱크(13) 내부의 승압트랜스(11)에서 고압으로 승압되고, 다시 고압정류부(12)에서 직류전압으로 정류된 후에, 최종 부하인 튜브(14)에 공급되어, 엑스레이가 나오게 된다. 이때의 관전압은 실시간으로 관전압 검출부(29)에서 검출되고, 다시 관전압 소프트 스타트(32)의 출력값과 비교되어, 결국은 주 제어부(21)에서 출력된 값과 일치하도록 폐루프 제어가 이루어진다.
한편, 콘덴서 뱅크(8)의 전압이 승압되는 과정을 자세히 기술하면 다음과 같다.
먼저, 부스트 스위칭 소자(6)가 DC 전압게이트 구동부(27)의 신호를 받아 도통하게 되면, 평활 콘덴서(4)에 충전된 에너지는 급격하게, 부스트 리액터(5)와 부 스트 스위칭 소자(6)로 이루어진 폐회로를 통하여 부스트 리액터(5)에 저장된다. 부스트 리액터(5)에 에너지가 일정량의 기준치 이상 충전되면 부스트 스위칭 소자(6)가 차단되면서, 부스트 리액터(5)에 충전된 에너지는 부스트 다이오드(7)를 거쳐 콘덴서 뱅크(8)에 충전되어 콘덴서 뱅크(8)의 전압을 상승시킨다.
콘덴서 뱅크(8)에 충전된 전압은 DC 전압 검출부(28)를 통하여 DC 전압 소프트 스타트(23)의 출력과 비교되고, 그 출력은 DC 전압 비례적분 제어기(24)와 DC 전압 지령 제한부(25)를 거친 후, DC 전압 절연구동부(26)를 통하여 절연된 후, DC 전압 게이트 구동부(27)를 통하여 부스트 스위칭 소자(6)를 구동시키게 된다. 그리고, 콘덴서 뱅크(8)의 전압은 주 제어부(21)에서 DC 전압 지령 출력부(22)를 거친 지령치와 일치하도록 폐루프 제어가 이루어지게 된다. 이러한 DC 전압 지령 출력부(22) 내지 DC 전압 검출부(28)의 동작들은, 콘덴서 뱅크의 전압을 상승시키는 과정이, 급격한 지령이 아닌, 완만한 지령에 의해 이루어지도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 콘덴서 뱅크를 사용한 엑스레이 제너레이터의 회로에 직류전압 부스트 방식을 사용함으로써 엑스레이 제너레이터의 저장 용량을 확대시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 콘덴서 뱅크를 사용한 엑스레이 제너레이터의 저장 용량을 확대시킴으로써 가볍고 저장 용량이 확대되는 엑스레이 제너레이터를 제안한다. 또, 이와 같은 본 발명을 통해 엑스레이 제너레이터를 경량화함으로써 기기의 이동을 편리하게 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터에 있어서,
    에너지를 공급받아 엑스레이를 조사하는 엑스레이 발생 튜브;
    공급되는 전원을 충전하고, 자신의 에너지가 기 설정된 값 이상 충전되면, 충전된 에너지를 상기 엑스레이 발생 튜브에 공급하는 콘덴서 뱅크; 및
    상기 콘덴서 뱅크에 전원을 공급하여 상기 콘덴서 뱅크의 전압을 승압시키는 부스팅 블록을 포함함을 특징으로 하는 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 부스팅 블록은,
    전원을 입력받아 에너지를 충전하는 평활 콘덴서;
    상기 평활 콘덴서로부터 에너지를 제공받아 충전되는 부스트 리액터; 및
    상기 부스트 리액터에 충전된 에너지를 상기 콘덴서 뱅크에 제공하기 위한 제어를 수행하는 부스트 스위칭 소자를 포함함을 특징으로 하는 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 부스팅 블록은,
    상기 부스트 리액터에 충전된 에너지가 상기 콘덴서 뱅크가 위치하는 방향으로 제공되도록 하는 부스트 다이오드를 더 포함함을 특징으로 하는 직류전압 부스 트 방식의 엑스레이 제너레이터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 콘덴서 뱅크의 전압 상승이 완만하게 이루어지도록 하는 제어 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 콘덴서 뱅크의 전압이 엑스레이 조사 필요량 이상인지 판단하고, 상기 콘덴서 뱅크의 전압이 엑스레이 조사 필요량 이상이라고 판단되는 경우 상기 엑스레이 튜브를 통해 엑스레이가 조사되도록 하는 주 제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 직류전압 부스트 방식의 엑스레이 제너레이터.
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