JPH0254640B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はＸ線管に対して再現性良く安定に電力
供給を行い得るようにしたＸ線装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

Ｘ線CT装置等、パルスＸ線を用いるＸ線装置
では、そのＸ線管に高速で立上り特性の速い電力
をパルス的に再現性良く供給することが必要であ
る。例えば1msec以内に120kV、300mAに立上る
高電圧をＸ線管にパルス的に供給することが必要
である。ちなみに立上り速度が10msec程度の電
圧を供給してＸ線管を駆動すると、その途中の低
い電圧で発生する軟Ｘ線の線量が増え、Ｘ線が照
射される生体の軟組識にとつて甚だ有害となる。

そこで従来では、高圧テトロード管を用いてＸ
線管に印加する120kVの高電圧スイツチングする
ことで、上記Ｘ線管を２〜3msec以内で短時間パ
ルス駆動することが行われている。この高圧テト
ロード管のスイツチング作用によつて、Ｘ線管印
加電圧を0.2msec程度の高速度で立上げることを
可能としている。ところが高圧テトロード管は真
空管である為にその寿命が短く、定期的な交換が
必要である。しかもテトロード管が高価であり、
またこれを駆動する為の付属回路が非常に大掛り
であると云う不具合があつた。

一方、このような高電圧を発生する電源回路に
ついて考えてみると、商用周波数で駆動される変
成器を用いて回路を構成すると、その電圧立上り
に10msec以上の時間が必要となる。そこで最近
では、動作周波数が10kHz程度の高周波インバー
タ回路を用いて電源部を構成することが考えられ
ている。このような高周波インバータ回路を用い
ることによつて、原理的には変成器の１次巻線側
の制御により、1msec以内に120kV程度に立上る
高電圧を得ることが可能となる。

ところが、このようにして高周波インバータ回
路を用いる場合、実際上、次のような問題が生じ
た。即ち一般に上記高周波インバータ回路を駆動
する直流電源は完全な直流ではなく、通常商用電
源周波数の２倍の周期のリツプル成分を含んでい
る。また大電力をＸ線管に供給している間に、そ
の供給電圧が徐々に降下してくる。このことは、
Ｘ線管に供給する電圧にリツプルが生じ、また電
圧降下が生じることを意味している。Ｘ線CT装
置やデイジタル・ラジオ・グラフイー装置では良
質の画像を得る為には高圧パルスの波高値の変動
が１％以下であることが必要であり、上記のよう
な電圧降下やリツプルは画像の劣化をもたらす。

そこで、Ｘ線管に供給する高電圧を検出して発
生電圧を負帰還制御することが考えられている
が、この制御系による高電圧の立上りを速くする
とオーバーシユートを生じ、この過電圧によるＸ
線管の破壊を招来し易いと云う不具合が生じた。

また大電力回路として、大容量モータの高速駆
動および短時間ブレーキの制御手段として、その
制御帰還系にスイツチを設け、このスイツチをオ
ン・オフする所謂バンバン制御が知られている。
この場合、上記スイツチのオン・オフ・タイミン
グが非常に重要であり、専ら計算機を用いてその
評価関数が最小となるタイミングを計算して制御
している。然し乍ら、このような手法をＸ線装置
に取入れるには、上記計算に時間がかかる等の多
くの問題があり、実用性に乏しかつた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、Ｘ線管に対して
再現性良く、且つ安定にパルス高電圧を立上り良
く与えて上記Ｘ線管を安定に駆動し得るようにし
たＸ線装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、高周波インバータ回路により変成器
の２次巻線に生起されてＸ線管に供給される高電
圧回路の出力電圧を検出し、この検出電圧を非線
形処理して前記高周波インバータ回路に帰還して
該インバータ回路のスイツチング周期またはスイ
ツチング導通幅を非線形制御するようにしたもの
である。例えば帰還系に設けたスイツチにより、
高電圧出力が目標値に近付いたときから帰還ルー
プを作動させ、その後、前記検出電圧に対して動
作不感帯領域を持つ動作特性の誤差増幅器を介す
る非線形な帰還ループを構成することによつて高
周波インバータ回路の動作を帰還制御するように
したものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、非線形な高周波イン
バータ回路の帰還制御により、その帰還系が過度
に働くことがない。この結果、100kV以上の高電
圧で、且つ200mA以上の大電流パルスをＸ線管
に供給するに際しても、オーバーシユートを招く
ことなしに1msec以内の高速に立上る電力パルス
波形とすることができる。そして、上記帰還系に
より、入力電源のリツプル、レギユレーシヨンに
よる電圧変動を効果的に抑え、更にはＸ線管を駆
動する場合の固有な問題、つまりＸ線管フイラメ
ント電流の変動に起因する管電圧の変動を効果的
に吸収して、Ｘ線管への供給電圧の安定化と再現
性の向上を図ることが可能となる。これ故、Ｘ線
装置の特性安定化を図り得る等、実用上多大なる
効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例につき説
明する。

第１図は実施例装置の要部概略構成図である。
直流電源１は、例えば商用電源をダイオードを介
して整流したものからなり、この直流電源１の両
端間に変成器２の１次巻線および主スイツチ素子
３、補助スイツチ素子４が直列に接続され、更に
上記主スイツチ素子３の両端間に共振用コンデン
サ５およびダンパー用ダイオードが逆並列に接続
されて電圧共振型シングルエンドスイツチ方式の
高周波インバータ回路が構成されている。GTO
等からなる前記主スイツチ素子３は、パルス発生
器７からの10kHz程度のトリガ信号を受けて動作
し、またサイリスタからなる補助スイツチ素子４
は、前記パルス発生器７に同期して所定の遅延パ
ルスを発生する補助パルス発生器８により駆動さ
れる。この遅延パルスの遅延量は、後述する帰還
信号によつて可変される。そして、この高周波イ
ンバータ回路の作動により前記変成器２の２次巻
線に生起される高電圧は、ダイオードブリツジか
らなる整流器を介して整流され、更にはコンデン
サ１０により平滑化されたのち、Ｘ線管１１に印
加供給されている。

しかして、Ｘ線管１１に供給される電圧は、直
列接続された抵抗器からなる電圧検出器１２によ
り検出されており、この検出電圧は帰還回路１３
を介して前記補助パルス発生器８に帰還されてい
る。帰還回路１３は、例えば検出電圧に所定の係
数Ｋを与える係数器１３ａ、ツエナーダイオード
１３ｂにより設定される基準電圧と、上記係数処
理された検出電圧との誤差電圧を求める誤差増幅
器１３ｃ、そしてこの誤差増幅器１３ｃの出力を
選択的に前記パルス発生器８に与えるスイツチ１
３ｄとにより構成される。このスイツチ１３ｄ
は、記検出電圧が所定の目標値に達したときに導
通されて、前記高周波インバータ回路による出力
電圧制御の負帰還制御ループを形成するものであ
る。具体的には、前記Ｘ線管１１への供給電圧を
検出し、その電圧が目標値の90％に達したときに
スイツチ１３ｄを投入するようにすればよい。

このような負帰還制御ループにおいて前記補助
パルス発生器８は、一定周期で、且つ一定の導通
幅でオン・オフ動作する主スイツチ素子３に対し
て、補助スイツチ素子４の導通タイミングを、検
出電圧が所定値より低いときには遅延時間を短く
し、また検出電圧が所定値より高いときには遅延
時間を長くして前記高周波インバータ回路による
出力電圧を制御している。

ところで、前記補助スイツチ素子４の働きによ
る高周波インバータ回路における電力供給量の可
変作用については、本発明者らが先に提唱した特
願昭58−108104号等に詳しく述べる通りである。
この補助スイツチ素子４の働きについて簡単に説
明すると、主スイツチ素子３の働きによつてイン
バータ回路に生起される共振電流による共振用コ
ンデンサ５の再充電を上記補助スイツチ素子４に
より効果的に阻止することができる。しかもこの
ときのインバータ回路の共振条件をそのまま維持
することができる。この結果、主スイツチ素子３
に対する補助スイツチ素子４の導通タイミングを
可変するだけで、インバータ回路による供給電力
量、ひいては供給電圧を簡易にして効率良く広範
囲に変えることが可能となる。

従つて今、第２図ａに示すように主スイツチ素
子３を一定の周期Ｔで一定の時間幅Tonで導通制
御し、これに対して同図ｂに示すように補助スイ
ツチ素子４を所定の時間遅れT_Dをもつて駆動す
るようにすれば、同図ｃに示すようにインバータ
回路に流れる電流波形を可変することが可能とな
る。そして、上記時間遅れT_Dを長くするに従つ
て電流量を抑え、その供給電力量を少なくし、ま
た時間遅れT_Dを短くして電流量を増大せしめ、
供給電力量を増やすことができる。尚、この場
合、時間遅れT_Dを零にすることにより、最大の
電力が供給可能となる。

前述した負帰還ループは、検出電圧に応じて上
記時間遅れT_Dを可変して出力（供給）電圧の一
定化を行うものであり、特に前記スイツチ１３ｄ
の作用によつてＸ線管１１への供給電圧が目標値
に達したのち、つまり最終的な供給電圧V_Zの±
10％以内の範囲内に達したのちに形成される。従
つて、検出電圧に対して非線形に帰還制御が行わ
れるものとなつている。

このようなスイツチ１３ｄによる非線形制御を
行うと、供給電圧を目標値に早く収束させること
ができる。すなわち、もし始めから閉ループが形
成されているとすると電圧が立ち上り始めたとき
大きな誤差電圧がパルス発生器８に供給され必要
以上の大きな電力がＸ線管１１に供給され始め
る。しかし次第にＸ線管１１の電圧が上昇し、誤
差電圧が少なつて来たときには平滑コンデンサ１
０や閉ループ系の遅れ特性のために急激に対応で
きず、電力を負荷に送り過ぎ、結果としてオーバ
ーシユートする。その後はオーバーシユートを下
げるべくパワーが絞られるがやはり遅れのために
振動しながら徐々に目標値に向つて収束する。結
局出力電圧が目標値に収束安定化するまでに長い
時間がかかる。この点、本装置では前述した如く
非線形な制御によつて、出力電圧が目標値に近づ
いたときに初めて帰還ループが作用するので、上
述したオーバーシユート等の問題を招くことなし
に速やかに出力電圧が安定化する。つまり、全体
的に目標値への安定化に要する時間が短くなり、
その立上り特性を良好なものとすることができ
る。

第３図はこのような制御によつて得られる出力
電圧波形を示すもので、オーバーシユートを生じ
ることなしに、約0.5msecの良好な立上り特性を
示していることが示される。尚、第３図中のノイ
ズ分は、高周波インバータ回路から、その測定系
に混入したノイズを示しており、そのスイツチン
グ周波数は約10kHzとなつている。

以上説明したように本発明によれば、Ｘ線管１
１に供給する電圧の立上り特性を十分に良好なも
のとし、且つその供給電圧の安定化を図り得る。
従つて、Ｘ線管１１の管電流が変化しても、その
管電圧の安定化を図り得るので、Ｘ線装置に要求
される仕様を十分満たして、その特性の向上を図
ることが可能となる。故に、Ｘ線CT装置やデイ
ジタル・ラジオ・グラフイー装置に適用して多大
な効果が奏せられる。またテトロード管等を必要
としないので安価であり、その保守性も良い等の
効果が奏せられる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。例えばインバータ回路による出力電圧制御
を、主スイツチ素子３のスイツチング周期やスイ
ツチング導通幅を変えることによつて行うように
してもよい。また帰還回路１３を第４図ａに示す
ような不感帯特性を持つ非線形増幅器１３ｅを用
いて第４図ｂに示す如く構成してもよい。この場
合、スイツチ１３ｄが不要となりまた前述した第
１図に示す帰還回路１３と基本的に同様な作用が
呈せられる。その他本発明は、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の要部概略構成
図、第２図ａ〜ｃは実施例装置の動作波形図、第
３図は実施例装置の出力電圧波形図、第４図ａ，
ｂは本発明の変形例を示す図である。 １……直流電源、２……変成器、３……主スイ
ツチ素子、４……補助スイツチ素子、５……共振
用コンデンサ、６……ダンパー用ダイオード、７
……パルス発生器、８……補助パルス発生器、９
……整流器、１０……コンデンサ、１１……Ｘ線
管、１２……電圧検出器、１３……帰還回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変成器の１次巻線を負荷として所定のスイツ
   チング周期および所定のスイツチング導通幅で動
   作する高周波インバータ回路と、この高周波イン
   バータ回路の動作により前記変成器の２次巻線に
   生起され高周圧を整流してＸ線管に供給する高電
   圧回路と、この高電圧管の前記Ｘ線管への供給電
   圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器によ
   る検出電圧を前記高周波インバータ回路に非線形
   帰還して該高周波インバータ回路のスイツチング
   周期またはスイツチング導通幅を非線形制御する
   帰還回路とを具備し、 この帰還回路は、前記電圧検出器による検出電
   圧が所定の目標値に近付いたときに帰還ループを
   形成し、前記検出電圧と目標値との差電圧が所定
   の電圧値を越えたときにのみ前記検出電圧の値に
   応じて前記高周波インバータ回路のスイツチング
   周期またはスイツチング導通幅を可変制御するこ
   とを特徴とするＸ線装置。