JPH01197998A

JPH01197998A - インバータ式ｘ線装置

Info

Publication number: JPH01197998A
Application number: JP2196788A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Hino; 博文日野; Masaharu Otakeguchi; 大竹口　正治
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1989-08-09

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、インバータ式Ｘ線装置に係り、特に設定した
Ｘ線管電圧を精度よく実現する機構を備えたインバータ
式Ｘ線装置に関する。

〔従来の技術ＪＸ線装置は、適用電源を受電し、該電源電圧を電圧調整
用変圧器に入力しその変圧器の２次側に設けた摺動ブラ
シの位置を変える、あるいは２次側に設けた出力タップ
を切換えるなどの方法によって調整しその出力電圧を高
圧変圧器によって昇圧し、整流器によって整流した後、
Ｘ線管に印加する端成が用いられてきた。

一方、近年、発達のめざましい電力用半導体を用いた電
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を用
いるので、その電力制御の応答は、前述の電圧調整用変
圧器を用いる場合に比べて、きわめて速い。したがって
、Ｘ線管電圧（以下、管電圧と称す）あるいは管電圧に
相当する値を検出し、設定値との誤差が零になるように
制御するフィードバック制御によって比較的に精度よい
管電圧を得ることが可能である。

第５図は、前記フィードバック制御を行うインバータ式
Ｘ線装置の構成を示す。１は商用電源、２は交流電圧を
直流電圧に変換する整流器、３は整流器２の出力の直流
電圧を受電し、所定の周波数ｆ１でオン、オフを繰り返
し、そのオン時間とオフ時間との比（以下、通電率と記
す）によって、出力の直流電圧を制御するＤＣ／ＤＣ変
換器、４は４８〜４ｄのスイッチング素子から成るイン
バータで、スイッチング素子４ａと４ｄを同時にオンし
、またスイッチング素子４ｂと４０を同時にオンするこ
とを所定の周波数ｆ２で交互に繰り返し、高圧変圧器５
の１次巻線５ａにｆ２の周波数の交流電圧を印加する。

６は高圧変圧器５の２次巻線５ｂに誘起した交流電圧を
直流電圧に変換する整流器、７は整流器６の出力を平滑
するコンデンサであり、この平滑した電圧（管電圧に相
当する）ＶｘをＸ線管８に印加する。９は管電圧を検出
して該管電圧に対応した検出信号ｖｘ′　　を出力する
管電圧検出器、１０は前記検出信号ＶＸ’　　と管電圧
設定値Ｖｓｅｔ　との誤差に応じた値ａを出力する誤差
増幅器、１１は前記ａの値に応じてＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃ
の通流率を制御するＤＣ／ＤＣ変換器制御器である。

また、第６図は一般的な誤差増幅器１０の構成を示す。

２１と２２は抵抗値の等しい抵抗Ｒｚ、２３は演算増幅
器、２４は抵抗Ｒ２，２５はコンデンサＣである。

第５図に示す構成の装置の動作は以下の通りである。Ｘ
線放射が開始すると、ＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃによって所定
の値に調整した直流電圧を、インバータ４で交流に変換
する。この交流電圧を高圧変圧器５で昇圧し、整流器６
とコンデンサ７で整流、平滑してＸ線管８に印加する。

このとき、管電圧検出器９によって検出された検出信号
ＶＷ’は、誤差増幅器１０に入力され、Ｘｌｉ管電圧設
定値Ｖｓｅｃ　との誤差に応じてａを変化させ、ＤＣ／
ＤＣＣ／鉛Ｃ御器１１を通じてＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃの通
電率を制御する。たとえば、前記検出信号ＶＸ’　がＸ
線管電圧設定値Ｖｓｅｃよりも小さい場合には、ＤＣ／
ＤＣＣ／鉛Ｃの通電率を大きくして管電圧Ｖｘを上昇す
る。逆に前記検出信号ｖｘ′がＸ線管電圧設定値Ｖ　ｓ
　ｅ　ｔよりも大きくなると、ＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃの通
電率は最少となってＸ１ｉＡ管電圧ＶＸを下げる。この
ように、管電圧Ｖｘを制御し管電圧ＶＸと管電圧設定値
Ｖ　ｓ　ｅ　ｔとの誤差が零になるように制御する。

一方、管電圧ＶＸの波形は、一般に第７図のように２ｆ
ｚの周波数の脈動をともなう。これはインバータ４の動
作によって生ずる。インバータ４は、スイッチング素子
４ａと４ｄ、あるいは４ｂと４ｃが同時にオンするが、
スイッチング素子４ａと４０、あるいは４ｂと４ｄが同
時にオンしてＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃの出力が短絡しないよ
うにある休止期間Ｔｄを設ける。この休止期間のＴｄの
間はＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃから負荷へは電力が供給されな
い。このため、Ｘ線管８への電力はコンデンサ７からの
放電電流だけとなり管電圧Ｖ、は低下する。また、イン
バータ４．高圧変圧器５及び整流器６の間には、配線の
インダクタンス、高圧変圧器５の漏れインダクタンスや
浮遊容量などが存在し、負荷電流は振動を生ずることも
ある。

以上の要因によって生ずる周波数２ｆ２の脈動はＤＣ／
ＤＣＣ／鉛Ｃにおける直流電圧の安定化とは無関係に生
ずるので、ＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃを制御して脈動を低減す
るのは非常に困難である。したがって、この周波数２ｆ
ｚの脈動はフィードバック制御されないようにする必要
がある。

第６図に示す誤差増幅器１０における入出力の関係は、となる。ここにＳはラプラス変換のパラメータである。

したがって出力ａは入力に対しＣＲｚの応ａは２ｆｚの
周波数の脈動には応答しないので、安定な制御が可能と
なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この誤差増幅器による制御において、ＣＲ２に
よって２ｆ２の周波数の脈動に応答しないようにするこ
とは、２ｆｚの周波数の脈動を平滑することと等価であ
る。したがって、２ｆ２の周波数の脈動を平滑した値が
、フィードバックされると考えてよい。第７図のように
、管電圧の最大値Ｖｐに対して、脈動を平均化した管電
圧Ｖ、がフィードバックされる。

２ｆｚの周波数の脈動の大きさは負荷の大きさに依存す
る。Ｘ線管電流（以下、管電流と称す）が多い場合には
脈動は大きくなり、管電流が少ない場合には脈動が小さ
い。また、通常、管電圧は、ＶＷの最大値として定義さ
れる。したがって、第８図のように、２ｆｚの周波数の
脈動を平均化した管電圧Ｖ、が等しくても、管電流が小
さい場合には脈動が小さく管電圧はＶ　ｐ　１となるが
、管電流が大きい場合には管電圧はＶ　ｐ　２となる。

以上のように従来の技術は、第６図に示す誤差増幅器を
用いてフィードバック制御を行うと、管電圧の脈動が異
なっても、その脈動を平均化した値が等しければ、等し
い管電圧とみなして制御するので、実際の管電圧と設定
した管電圧に誤差を生ずるという問題を有している。

そこで、本発明は設定した管電圧を精度良く実現できる
インバータ式Ｘ線装置を提供することを目的とし、特に
インバータの動作半周期内のどの時点に管電圧ピーク値
が呪われても、そのピーク値をフィードバックして管電
圧を制御することができる装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、直流電圧をオン・オフ時比率を変えること
で適宜な直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃ、この
ＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃ出力電圧を２つのスイッチング手段
を交互にオン・オフすることにより変流電圧に変換する
インバータと、このインバータの出力電圧を昇圧する高
圧変圧器と。

この高圧変圧器の出力電圧を直流電圧に変換する整流器
と、この整流器の出力電圧が高圧ケーブルを介して印加
されるＸ線管と、Ｘ線管に印加された電圧を検出し管電
圧に応じた信号を出力する管電圧検出器とを備えたイン
バータ式Ｘ線装置において、管電圧検出器の出力信号の
ピーク値を検出出力するピーク値検出器と、そのピーク
値をサンプルホールドするサンプルホールド器と、この
サンプルホールド器の動作をインバータのオフ信号に同
期して制御する第１の制御器と、サンプルホールド器の
サンプルホールド動作完了毎にピーク値検出器をリセッ
トする第２の制御器と、サンプルホールド器の出力信号
と管電圧設定信号との差に応じてＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃオ
ン・オフ時比率を制御する第３の制御器とを設けること
により達成される。

〔作用〕

ＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃ出力電圧をインバータで交流に変換
し、高圧変圧器で昇圧し、整流器で再度直流に変換して
Ｘ線管に印加される電圧は、インバータの２つのスイッ
チング手段の動作によって前述の如く脈動を有している
。この脈動を有した管電圧は管電圧検出器によって検出
され、その検出値のピーク値、即ち管電圧ピーク値はピ
ーク値検出器によって検出され続け、そのピーク値はサ
ンプルホールド器に入力される。サンプルホールド器は
インバータの２つのスイッチング手段のオフ信号に同期
して管電圧の脈動の一波形内のピーク値をサンプルホー
ルドする。そしてサンプルホールド値と設定管電圧信号
とが比較され、その差に応じてＤＣ／ＤＣＣ／鉛Ｃオン
・オフ時比率が制御されて管電圧ピーク値が設定値とな
るように制御される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図によって説
明する。第１図は本発明の構成を示すブロック図である
。図中の１乃至１１は第５図における従来装置の構成ブ
ロックと同種のものであるので、その説明を省略し、付
加構成を説明する。

本発明は第１図の構成へ、インバータ制御器３１゜サン
プルホールド制御器３２．サンプルホールド器３３．ピ
ーク値検出器３４．ピーク値リセット制御器３５を付加
したものである。それらの機能は次のとおりである。イ
ンバータ制御器３１は、インバータ４の２つのスイッチ
ングの手段のオン信号、即ち、スイッチング素子４ａと
４ｄのオン信号ＩＮＶＩ及びスイッチング素子４Ｃと４
ｄのオン信号ＩＮＶ２をインバータ４とサンプルホール
ド制御器３２へ出力する。サンプルホールド制御器３２
は、インバータ制御器３１から入力されたインバータ４
のオン信号ＩＮＶＩとＩＮＶ２の各々のオフ時、つまり
インバータ４のスイッチング動作終了時にホールド信号
ａを出力する。ピーク値検出器３４は、Ｘ線管電圧検出
器９の出力信号ｖｘｄを入力し、所定の期間を設定する
タイミングで発せられる制御信号の間隔内におけるＶ　
ｘ　ｄの最大値を検出しそれをＶ　Ｘ　Ｐとして出力す
る。サンプルホールド器３３は、ピーク値検出器３４の
出力信号Ｖ　ｘ　ｐを前記ホールド信号ａが入力された
タイミングでホールドする。ピーク値リセット制御器３
５は、インバータ４のオン信号ＩＮＶＩとＩＮＶ２の動
作に応じて、より詳しくはサンプルホールド器３３の動
作完了時に合わせてピーク値検出器３４の出力信号Ｖ　
ｘ　ｐをリセットさせるための信号すを出力する。

以上の構成によって管電圧の最大値がインバータ４のス
イッチング動作毎に同期してサンプリングされる。

第２図はピーク値検出器３５の一構成例を示している。

４０と４１は演算増幅器、４２と４３はダイオードであ
り、演算増幅器４０とダイオード４２及び４３によって
理想ダイオードを構成する。

４４はコンデンサ、４５はコンデンサ４４の電荷を放電
するときの放電抵抗、４６は否定論理回路、４７及び４
８はスイッチであり、このスイッチ４７．４８へ入力す
る信号が「１」のときに閉路する。

このピーク値検出器３４の動作を説明する。ピーク値リ
セット制御器３５から出力されるピーク値リセット信号
すが「０」のとき、否定論理回路４６の出力は「１」と
なるので、スイッチ４７は閉じ、一方スイッチ４８は開
く。このとき、コンデンサ４４の電圧はピーク値検出器
３４への入力電圧Ｖ　ｘ　ｄと等しくなり、Ｖ　ｘ　ａ
が大きくなるに従ってコンデンサ４４の電圧も等価的に
大きくなる。

しかし、ある状態から逆にｖｘｄが小さくなる場合には
、演算増幅器４０とダイオード４２及び４３で構成され
た理想ダイオードの作用によってコンデンサ４４の電圧
は小さくなることができず、更に演算増幅器４１が電圧
フォロアとして動作するために、入力インピーダンスが
大きく、コンデンサ４４の電圧は一度充電された値から
小さくなることができない。

次に、ピーク値リセット信号すが「１」になると、否定
論理回路４６の出力は「０」となるので、スイッチ４７
は開き、スイッチ４８は閉じる。すると、コンデンサ４
４に充電されていた電荷は放電抵抗４５を介して、コン
デンサ４４の静電容量Ｃと放電抵抗４５の抵抗値Ｒとに
より決まる時定数τで放電する。このように第２図に示
すピーク値検出器では、ピーク値リセット信号すが「１
」となった後１次にピーク値リセット信号すが「１」と
なるまでの間のｖｘｄの最大値を検出・出力することが
できる。

以下、第３図を用いて第１図の本発明の詳細な説明する
。Ｘ線曝射中、インバータ制御器３１はインバータ４．
サンプルホールド制御器３２及びピーク値リセット制御
器３４ヘインバータのオン信号ＩＮＶＩ及びＩＮＶ２を
出力する。ＩＮＶＩとＩＮＶ２の信号は第３図に示すよ
うに一方がオフして他方がオンするまでの間に休止時間
Ｔｄを設けられて交互に周波数ｆ２でオンさせられる。

休止時間Ｔｄを設ける理由は、インバータ４のスイッチ
ング素子４ａと４０、あるいはスイッチング素子４ｂと
４ｄが同時にオンしてＤＣ／ＤＣ変換器３の出力が短絡
されるのを防止するためである。

今、ある時刻ｔｏでインバータのオン信号ＩＮＶＩが「
１」となると負荷電流はスイッチング素子４ａと４ｄを
介して流れ、負荷（Ｘ線管）に電力が供給され管電圧Ｖ
ｘは時間経過とともに増加し、それに伴ってＸ線管電圧
検出器９の出力電圧Ｖ□も第３図の破線にて示す如く上
昇する。このとき、ピーク値リセット信号すは「０」と
設定されているので、ピーク値検出器３４の出力電圧Ｖ
　ｘ　ｐも増加することとなる。

次に、時刻ｔｒで管電圧■８が最大となり、その後減少
すると、ｘｇ管電圧検出器３４の出力電圧ｖｘｄは管電
圧Ｖｘに対応して減少するが、ピーク値検出器３４の出
力電圧■、は時刻し１におけるＶ　ｘ　ａの最大値を保
っている。

時刻ｔ２でインバータオン信号ＩＮＶＩが「０」になる
と、サンプルホールド制御器３２からホールド信号ａが
サンプルホールド器３３へ出力され。

それによってサンプルホールド器３３はピーク値検出器
３４の出力Ｖ　ｘ　ｐをホールドする。このようにして
、インバータのスイッチング素子がオンしている半周期
内の管電圧ｖ０の最大値を検出できる。サンプルホール
ド器３３はホールドしたＶＸＰに対応する信号ｖ′、を
誤差増幅器１０へ出力する。

次に、時刻ｔ、ｓ　　（この時点ではサンプルホールド
が完了している）でピーク値リセット信号すが「１」と
なり、ピーク値検出器３４の出力電圧をリセットする。

このリセット動作は、ピーク値検出器３４に入力するＸ
線管電圧検出器９に出力Ｖ　ｘ　ｍがインバータの動作
の半周期毎の変化に対応するためで、特に前の半周期に
比べ、次の半周期のＶｘａが小さくても検出可能とする
ために必要である。このリセットによってピーク値検出
器３４の出力電圧Ｖｘｐは時定数τで減少する。

時刻も４でインバータオン信号ＩＮＶ２が「１」となり
、スイッチング素子４ｂと４０を介して負荷に電力が供
給されると、管電圧■８は再び増加し、それに対応して
Ｘ線管電圧検出器９の出力電圧ｖｘｄも増加する。時刻
ｔ４でピーク値リセット信号すは再び「０」となりピー
ク値検出器３４はピーク値検出を開始する。本実施例で
は、管電圧ｖｏの変化よりもピーク値検出器３４のコン
デンサ４４の放電を遅く行った例を示しているので、時
刻ｔａではコンデンサ４４の放電が不完全であり、Ｘ線
管電圧検出器９の出力電圧Ｖ　ｘ　ｄの方が小さく、ピ
ーク値検出器３４は放電が停止した状態を保つ。次に、
時刻ｔδとなって、Ｘ線管電圧検出器９の出力電圧Ｖｘ
イが上昇するとピーク値検出器３４の出力電圧Ｖｘｐも
上昇し始める。時刻ｔ６でｖｘｄは最大値となり、この
値は時刻し７でサンプルホールドされる。

以上の過程において、時刻ｔ２から時刻ｔ７までの間、
時刻ｔｏから時刻ｔ２までの間のＶ　ｘ　ａの最大値に
対応する値Ｖ’ＸＰをホールドし出力している。

そして時刻ｔ７以降では１時刻ｔａから時刻ｔ７までの
間のｖｘｄの最大値に対応する値をホールドし出力する
。以後、この動作が繰り返される。（第４図参照）サンプルホールド器３３からの出力信号Ｖ’ｘｐは誤差
増幅器１０へ入力されて管電圧設定値Ｖｓｅｔと比較さ
れ、それらの間に差がある場合には、その差に応じた信
号ａをＤＣ／ＤＣ変換器制御器１１へ出力する。ＤＣ／
ＤＣ変換器制御器１１は入力信号ａに応じてＤＣ／ＤＣ
変換器３の流通率を制御する信号すをＤＣ／ＤＣ変換器
３へ出力し、インバータ４へ供給する直流電圧を制御す
る。

第４図は、以上の動作が繰り返して行われたときの管電
圧Ｖｘ、Ｘ線管電圧検出値Ｖ□とピーク値検出値Ｖｘｐ
、ピーク値検出値Ｖｘｐとサンプルホールド値Ｖ’ｘｐ
　との関係を示している。

このように、本発明によれば、インバータの半周期毎に
管電圧のピーク値を検出し、その値をフィードバックし
て制御できるので、管電圧の２ｆｚの周波数の脈動に影
響されることなく、設定した管電圧ピーク値を正確に制
御することができる。

本発明は、Ｘｍ管電圧制御の誤差増幅器としてアナログ
の演算増幅器を用いたものだけでなく、マイクロコンピ
ュータを用いてディジタル制御する構成にも適用可能で
ある。ディジタル制御の場合、検出した信号をＡ／Ｄ変
換器によってディジタル信号とし、マイクロコンピュー
タで演算し。

設定値との誤差に応じて、通電率を決定する。この検出
信号は管電圧ピーク値でなければならないが１本発明を
用いれば、管電圧ピーク値を用いてフィードバック制御
できるので、精度よく設定した場電圧ピーク値を得るこ
とができる。

なお、インバータの動作周期に比べてＡ／Ｄ変換器の変
換速度が遅い場合には、サンプリング周波数をインバー
タ周波数の１／２など整数分の１としてインバータの動
作に同期してサンプリングすれば、はぼ同等の効果を得
ることができる。

本発明を出力２ＫＷ、動作周波数２００Ｈｚのインバー
タ式ｘ、ｍ装置への適用例で効果を説明する。この装置
は、透視時にはインバータの通電率が約１０％であり、
残りの９０％は高圧コンデンサの放電によって負荷に電
力を供給される。この装置では従来のフィードバック系
を用いた場合、設定管電圧４０ｋＶにおいて、管電流０
．５ｍＡ時には管電圧ピーク値は４０ｋＶであるが、管
電流３ｍＡ時には、管電圧ピーク値が４７ｋＶであった
。本発明適用後は、管電流の値に影響されず、管電圧ピ
ーク値が４０ｋＶとなり精度よく設定値を実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ｘ線管電圧のピーク値を用いてフィー
ドバック制御可能となるので、Ｘ線管電流などの大きさ
に依らず、設定したＸ線管電圧を精度よく実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のフィードバック機構を備え
たインバータ式Ｘ線装置の系統図、第２図はピーク値検
出器の一実施例の部分図、第３図および第４図は本発明
による一実施例の動作説明図、第５図は従来のフィード
バック機構を備えたインバータ式Ｘ線装置の系統図、第
６図は誤差増幅器の構成図、第７図はＸ線管電圧の波形
図、第８図は従来のフィードバック機構を用いたときの
Ｘ線管電圧波形の説明図である。１・・・商用電源、２・・・整流器、３・・・ＤＣ／Ｄ
ＣＣ／鉛Ｃ４・・・インバータ、５・・・高圧変圧器、
８・・・Ｘ線管、９・・・Ｘ線管電圧検出器、１０・・
・誤差増幅器、１１・・・ＤＣ／ＤＣ変換器制御器、３
１・・・インバータ制御器、３２・・・サンプルホール
ド制御器、３３・・・サンプルホールド器。３４・・・
ピーク値検出器、−≧＼第２図 ′＄３０第４回

Claims

【特許請求の範囲】

１、直流電圧をオン・オフ時比率を変えることで適宜な
直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換器と、このＤＣ／Ｄ
Ｃ変換器の出力電圧を２つのスイッチング手段を交互に
オン・オフすることで交流電圧に変換するインバータと
、このインバータの出力電圧を昇圧する高圧変圧器と、
この高圧変圧器の出力電圧を直流電圧に変換する整流器
と、この整流器の出力電圧が高圧ケーブルを介して印加
されるＸ線管と、Ｘ線管に印加された電圧を検出し管電
圧に応じた信号を出力する管電圧検出器とを備えたイン
バータ式Ｘ線装置において、前記管電圧検出器の出力信
号のピーク値を検出するピーク値検出器と、前記ピーク
値をサンプルホールドするサンプルホールド器と、該サ
ンプルホールド器の動作をインバータ前記サンプルホー
ルド器のサンプルホールド動作完了毎に前記ピーク値検
出器をリセットする第２の制御器と、前記サンプルホー
ルド器の出力信号と管電圧設定信号との差に応じて前記
ＤＣ／ＤＣ変換器のオン・オフ時比率を制御する第３の
制御器とを備えたことを特徴とするインバータ式Ｘ線装
置。