KR850001511B1

KR850001511B1 - X선장치

Info

Publication number: KR850001511B1
Application number: KR1019810003444A
Authority: KR
Inventors: 테루아끼 오사꼬
Original assignee: 가부시기가이샤 도시바; 사바 쇼오이찌
Priority date: 1980-09-13
Filing date: 1981-09-14
Publication date: 1985-10-11
Also published as: US4449227A; AU533982B2; DE3163514D1; JPS5753100A; KR830008633A; AU7505981A; EP0047957B1; EP0047957A1

Abstract

내용 없음.

Description

X선장치

제1도는 본 발명 X선장치의 1실시예를 표시하는 회로도.

제2도 내지 제6도는 본 발명의 동작설명을 위한 전류의 흐름을 표시하는 도면.

제7도는 상기 동작설명을 위한 타임 차아트.

제8도는 그 등가회로.

제9도는 피이드백 제어계의 동작설명의 위한 관 전압 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 부리지 회로 (2) : 전압 검출수단

(3) : 피이드백 제어수단 AC : 교류전원

DB₁,DB₂: 정류회로 X_T: X선관

Q₁,Q₂: 초퍼트랜지스터 Q₃,Q₄: 트랜지스터

HT : 고압 트랜스 C₀: 평활용콘덴서

L₃: 초우크코일 D₀: 플라이 휘일 다이오드

R_A,R_B: 저항 R_H:과전류검출용저항

AMP₁~AMP₃: 연산증폭기 G₁~G₃: 앤드 게이트

FF₁,FF₂: 플립플롭 DR₁~DR₄: 트랜지스터 구동회로

본 발명은 부리지인버어터형식의 X선 장치에 관한 것이다.

종래의 부리지인버어터 형식의 X선 장치는 4개의 스위칭소자를 부리지 접속해서, 그중 고압트랜스의 일차측 권선을 포함하는 폐회로내에 접속된 2개의 스위칭 소자를 고주파 초퍼로서 사용하고, 양자를 상보적으로 동작시킴으로서 고압트랜스의 2차측에서 고압출력을 얻어서, 이 고압출력을 정류회로를 개재하여 X선관에 인가하도록 하고 있었다.

그러나, 고압출력의 안정화를 도모하기 위해서는 X선관의 양극전압을 검출해서, 이 검출출력을 상기 초퍼의 제어계에 피이드백하는 이른바 2차측 피이드백 제어방식을 채용하는 것이 바람직하다. 그러나, 일반적으로 X선 장치에 있어서는 특수한 필터를 설치함으로서 고압트랜스의 1차측의 전압을 검출해서, 이것을 초퍼의 제어수단에 피이드백하는 이른바 1차 피이드백 제어방식을 채용하는 것은 가능하나, X선관과 정류회로 사이에 존재하는 케이블 용량에 기인해서 회로가 진동적이 되기 때문에 고압트랜스의 2차측을 사용한 2차측 피이드 백 제어방식을 채용하는 것을 불가능하다는 문제가 있다. 이 문제는 다음과 같이 설명된다. 즉 고압트랜스의 2차측 고압출력을 정류하는 정류회로와, X선관과의 사이에는 시일드(shield)된 고압케이블이 사용되고 있으나, 이 시일드부분과 심선 사이에 정전용량이 존재하여 인버어터에서 본 부하는 용량부하가 된다. 그리고, 고전압이 발생할 때에는 상기 정전용량 부분에 충분한 충전이 이루어진 후에 X선관에 고전압이 인가되게 되나, 이 고전압은 고압트랜스의 1차측에 설치된 인버어터 소자의 교호도통 동작에 의하여극성이 절환되어, 이때 고압트랜스의 리케이지 인덕턴스와 부하임피이던스 및 상기 정전용량과의 관계로 회로가 진동적이 되고, 또 전원 투입시에 극단적인 오우버 슈우트가 발생하기 때문에, X선관의 관전압을 검출하여 피이드백제어를 하면 안정된 고전압파형을 얻을 수 없다는 문제가 있고, 결과적으로 2차측 피이드백제어는 불가능해 진다.

본 발명은 상기 사정을 고려하여 연구된 것으로서 2차측 출력에서의 피이드백 제어가 가능한 X선장치를 제고하는 것을 목적하는 것이다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

제1도는 본 발명 X선장치의 1실시예의 회로도이다.

이 회로도는 교류전원 AC의 양단에 초오크 코일 L₁,L₂를 접속하고, 이 코일 L₁,L₂의 선단에 다이오드 부리지 형식의 제1의 정류회로 DB₁을 접속하고 이 제1의 정류회로 DB₁의 정극측 출력을 초오크코일 L₃를 개재하여 또 부극측은 과전류검출 저항 RH를 개재하여 부리지회로(1)에 공급하고 있다. 또, 초오크코일 L₃에는 플라이 휘일 다이오드 D₀가 병렬 접속되고, 제1의 정류회로 DB₁의 출력단자간에는 평활용콘덴서 C₀가 접속되어 있다. 상기 부리지 회로(1)은 2개의 NPN트랜지스터 Q₁,Q₂와 고압트랜스 HT의 1차측 코일 T₁으로 구성되는 직렬회로와, 2개의 NPN트랜지스터 Q₃,Q₄와 상기 1차측 코일 T₁으로 구성되는 직렬회로를 병렬접속해서 구성되고, 각 트랜지스터 Q₁~Q₄에는 다이오드 D₁~D₄가 각각 병렬접속되고, 또, 트랜지스터 Q₃과 Q₄의 각각의 에미터간에는 다이오드 D₅과 저항 R_A의 병렬회로 및 다이오드 D₆와 저항 R_B의 병렬회로가 삽입접속된다. 이들 트랜지스터 Q₁~Q₄중 대향 배치된 한쌍의 트랜지스터 Q₁,Q₂가 고주파 초퍼용으로서 사용되게 된다. 상기 고압 트랜스 HT의 2차측 코일 T₂에는 다이오드 부리지 형식의 제2의 정류회로 DB₂가 접속되고, 이 제2의 정류회로 DB₂의 출력측에는 X선관 XT가 접속된다. 이 X선관 XT의 양극에는 분압저항 R₁,R₂(브리이더 저항)로 구성되는 전압검출수단(2)가 접속되고, 이 전압검출수단(2)의 출력은 피이드 백제어수단(3)에 입력되어 있다. 이 피이드 백 제어수단(3)은 상기 전압 검출수단(2)의 출력을 입력하여, 임피이던스 변환을 하는 연산 증폭기 AMP₁과, 이 연산증폭기 AMP₁의 출력전압과 V_ref를 가산한 전압을 입력으로 하고, 정귀환용 가변저항 V_R을 가지는 오차증폭기 AMP₂와, 상기 과전류검출용 저항 RH의 양단간 전압을 입력하고, 그 전압치가 허용범위를 초과하면 출력이 고레벨으로 반전하는 오차증폭기 AMP₃와, 이 오차증폭기 AMP₃의 출력고레벨에 의하여 세트되고 인터록해제신호 V_R에 의하여 리세트되는 리세트우선의 플립플롭 FF₁과, 이 플립플롭 FF₁의 Q 출력신호와 상기 오차증폭기 AMP₂의 출력을 2입력으로 하는 앤드 게이트 G₁과, 발진기 OSC의출력에 의해 트리거되어, 출력단자 Q,Q로 부터 각각 상보적으로 출력되고, 또, 발진기 OSC의 출력을 적절히 분주한 출력을 발생하는 J-K 플립플롭 FF₂와, 이 플립플롭 FF₂의 Q출력과 상기 앤드 게이트의 출력을 2입력으로 하는 앤드 게이트 G₂와, 플립플롭 FF₂의 Q출력과 앤드 게이트 G₁의 출력을 2입력으로 하는 앤드 게이트 Q₃와, 상기 앤드 게이트 G₂, G₃의 각 출력을 각각의 입력으로 하는 트랜지스터 구동회로 DR₁,DR₂와, 상기 플립플롭 FF₂의 Q,Q출력을 각각의 입력으로 하는 트랜지스터 구동회로 DR₄,DR₅에 의하여 구성되어 있고, 상기 트랜지스터 구동회로 중, 상단의 구동회로 DR₁및 DR₂의 출력은 각각 상기 초퍼용 트랜지스터 Q₁및 Q₂의 베이스에 또 하단의 구동회로 DR₃및 DR₄의 출력은 각각 트랜지스터 Q₃,Q₄의 베이스에 공급되도록 되어 있다.

다음에 제2도 내지 제8도를 참조하여 상기 회로의 동작을 설명한다.

우선 도시를 생략한 전원스위치를 넣으면, 피이드 백제어 수단(3)내의 발진기 OSC가 동작하여, J-K 플립플롭 FF₂의 각 출력 단자 Q,Q로 부터 주파수출력이 발생하여, 각 트랜지스터 구동회로 DR₁~DR₄가 동작하여, 제7도의 타임차아트에 표시된 바와같은 트랜지스터 구동출력을 발생한다. 즉, 초퍼트랜지스터 구동회로 DR₁,DR₂로 부터는 상호 위상이 반전하고, 또 소정폭 T₁내에 고주파펄스를 함유하는 펄스신호 P₁,P₂가 출력되어, 다른 트랜지스터구동회로 DR₃,DR₄로부터는 상호 위상이 반전하고, 또 소정 폭 T₁을 가하는 펄스신호 P₃,P₄가 출력된다. 여기에서, 상기 각 펄스 중 펄스 P₁의 포락 파형과 P₄및 펄스 P₂의 포락파형과 P₅는 상호 위상이 대략 일치하는 신호가 된다. 또, 트랜지스터 구동회로 DR₁,DR₂는 각각 앤드 게이트 G₂, G₃로 부터의 출력신호(오차 증폭기 AMP₂의 출력신호)에 의하여 제어되고, 출력펄스 P₁,P₂의 고주파펄스의 시비율을 변화시키는 동작을 한다.

이상과 같은 펄스신호 P₁~P₄에 의하여 부리지 회로(1)내의 각 트랜지스터 Q₁~Q₄가 구동되기 때문에, 이 회로는 이하와 같은 동작을 한다.

우선, 각 초포트랜지스터 Q₁이온, Q가 오프일 때이고, 또한, 트랜지스터 Q₃가 오프, 트랜지스터 Q₄가 온일때(제7도의 시각 t₁~t₂의 사이)에는, 제2도에 표시하는 바와같이 제1의 정류회로 DB₁의 정극측, 초오크코일 L₃, 초퍼트랜지스터 Q₁, 고압트랜스 HT의 1차측 코일 T₁, 트랜지스터 Q₄, 다이오드 D₄, 과전류검출용 저항 RH, 정류회로 DB₁의 부극측의 경로로 전류 L₁이 흐른다. 이로 인해 고압트랜스 HT의 2차측코일 T₂에 고압 출력이 얻어지고, 제2의 정류회로 DB₂를 개재하여 직류고압출력전압이 X선관 XT에 인가되어 X선 폭사가 행해진다. 이때, X선폭사 개시시의 관전압 E_P는 다음식(Ⅰ)에 의해 표시되는 전압이 된다.

여기에서, X선관구의 내부 임피이던스를 R로 하고, 고압 케이블의 대접지 용량을 C로 하고, 초오크 트랜스 L₃의 인덕턴스와 고압트랜스의 누설인덕턴스와를 더한 것을 L라 한다면, 전기한 α,β는 다음식 (2),(3)으로 바꾸어 놓을 수 있다.

또, 1/α 이 최소로 800μsec, β/2π가 2msec 정도라고 설정하고, , 또한 초퍼트랜지스터 Q₁의 스위칭 주기가 800μsec 보다도 충분히 작은 것이라면, 트랜지스터 Q₁이 도통상태인때 관전압 E_P는 항상 일어서는 상태를 나타낸다.

다음에, 트랜지스터 Q₄가 온(on)인데 초퍼 트랜지스터 Q₁이 순간적으로 오프(off)가 된때, (제7도의 펄스신호 P₁의 시각 t₁~t₂의 사이에 있어서의 고주파펄스의 내려가는 때)에는, 제3도에 표시하는 바와 같이, 고압트랜스 HT의 1차측 코일 T₁, 도통하고 있는 트랜지스터 Q₄, 다이오드 D₆, 저항 R_A, 다이오드 D₃, 상기한 1차측 코일 T₁의 경로에 전류 I₂가 흘러 고압트랜스 HT의 1차측 코일 T₁에 축적된 에너지의 방출이 행해진다. 이때의 등가회로는 제8도에 나타낸 것처럼 되고, 이 등가회로가 다음식(4)의 관계를 만족하께금 저항 R_A의 값은 선택하면 고압출력의 파고 치레벨에서의 내려감이 단조 감소함수가 되고, 진동이 생기지 않는 회로로 할 수가 있다.

또한, 인버어터 동작에 있어서의 위상의 절환시 즉, 각 트랜지스터 Q₁~Q₄가 모다 오프가 된 시점에서는 제4도에 표시된 것처럼, 제1도의 정류회로 DD₁의 부극측, 관전류검출용저항 R_H, 저항 R_A, 다이오드 D₃, 고압트랜스 HT의 1차코일 T₁, 다이오드 D₂, 훌라이 휠 다이오드 D₉, 제1의 정류회로 DB₁의 정극측의 경로로 전류 I₃가 흐르고, , 고압 트랜스 HT의 누설 인덕턴스부분에 축적된 에너지는 저항 R_A와 부하(X선관)의 일부에 소비되면서 전원 AC축에 회수되게 되어, 이 회수가 종료하면은 이번에는 초퍼트랜지스터 Q₂및 트랜지스터 Q₃는 도통가능상태가 되고, 위상의 절환을 원활히 행할 수 있다.

즉, 위상이 절환되면, 제5도에 표시하는 것처럼 초오크 코일 L₃, 초퍼 트랜지스터 Q₂, 고압 트랜스 HT의 1차측 코일 T₁, 트랜지스터 Q₃, 다이오드 D₅, 과전류검출용 저항 R_H의 경로로 전류 I₄가 흘러 X선 폭사가 행해진다. 그리고, 초퍼트랜지스터 Q₂가 오프인 때에는 제6도에 표시한 것처럼 고압트랜스의 1차측 코일 T₁, 트랜지스터 Q₃, 저항 R_B, 다이오드 D₄의 경로로 전류 I₅가 흘러서 축적에너지의 방출이 행해진다. 이때에도, 전기한 제8도와 같은 등가회로로 되므로, 저항 R_B의 값을 전기식(4)에 있어서의 저항 R_A와 동일하게 되도록 값을 설정하면 진동을 제지할 수가 있다.

이러한 동작을 반복하여 인버어터 동작이 행해지고, X선폭사가 행해진다.

다음에, 피드백 제어수단(3)의 동작을 설명한다. 전기한 인버어터 동작시에 있어서의 X선가 XT의 관전압은 전압검츨수단(2)에 의하여 검출되고, 그 검출출력이 증폭기 AMP₁를 개재하여 오차증폭기 AMP₂에 입력된다. 여기서 오차증폭기 AMP₂는 히스테리시스특성을 갖추고, 제9도의 관전압파형에 있어서의 상한치 E_P와 하한치 E_B의 2개의 임계 전압을 가지고 있다. 따라서, 관전압이 상한치 E_P에 달할때까지는 전기한 초퍼트랜지스터 Q₁또는 Q₂를 도통상태로 하여 관전압의 상승을 촉진하고, 상한치 E_P에 달하면 초퍼트랜지스터 Q₁또는 Q₂를 비도통 상태로 하여 관전압을 강하(降下)시켜, 관전압이 하한치 E_B에 달하면 초퍼 트랜지스터 Q₁또는 Q₂를 재차 도통상태로 하여 관전압을 상승하도록 각 구동회로 DR₁,DR₂를 제어한다. 이와같이 하여 출력고전압의 안정화를 도모할 수 있다.

또한, 전기한 각동작에 있어서 회로에 과전류가 흐르면, 이것이 과전류검출용 저항 R_H에 의하여 검출되고 오차증폭기 AMP₃의 출력이 고레벨로 반전하기 때문에, 플립플롭 FF₁이 셋트되고, 이때의 플립플롭 FF₁의 Q 출력 신호에 의하여 앤드 케이트 G₁의 케이트가 닫혀지고, 제어회로가 인터록되기 때문에, 안전이 확보된다. 이 인터록을 해제하기 위하여서는, 인터록 해제 신호 V_R를 플립플롭 FF₁의 리세트단자에 공급하면 된다.

본 발명은 전기한 실시예에 한정되지 않고, 여러가지의 변형이 가능하다. 예를 들면 피드백 제어 수단은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 히스테리스 특성을 갖춘 비교기를 사용할 수가 있고, 또, 스윗칭트랜지스터 Q₃,Q₄를 GTO (gate turn off thyristor)로 하여도 좋다. 또한, 전기한 과전류 검출부는, 본 발명의 요지에는 직접 영향을 미치는 것을 아니므로 반드시 설치않아도 된다.

이상, 상술한 본 발명에 의하면, 고압트랜지스터의 1차측 코일의 축적에너지의 방출 경로에 저항을 설치하여, 이것을 포함하는 등가회로가 진동조건을 만족시키지 않도록 하고, 겸하여 오버슈우트를 억제하도록 하고 있기 때문에, 2차측 피드백제어가 가능하게 되고, 안정한 고압출력에 의하여 X선폭사를 행하는 X선 장치를 제공할 수가 있다.

Claims

4개의 스위칭 소자를 부리지 접속하고, 적어도 2개의 스위칭소자를 고주파 초퍼로 하여 동작시키고, 고압트랜스의 2차측에서 고압출력을 얻는 부리지 인버어터와, 상기 고압 출력이 인가되는 X선관을 구비한 부리지 인버어터형식의 X선장치에 있어서 상기 X선관의 양극전압을 검출하여, 이 검출출력이 소정치가 되는 제어신호를 상기 초퍼에 공급하는 피이드백제어수단을 설치하는 동시에, 상기 고압트랜스의 1차측 권선의 축적에너지를 방출하는 경로내에 저항을 삽입접속한 것을 특징으로 하는 X선장치.