JPH05159893A - インバータ式ｘ線高電圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】大型で高価な昇圧チョッパや昇圧変圧器を使用
せずに、三相交流電源電圧を整流する整流回路で直接前
記電源電圧の２倍に昇圧してインバータへ供給し、装置
の小型化と低価格化を図る。 【構成】直列接続された一対の整流素子もしくは制御整
流素子の直流出力端子を直列接続された一対のコンデン
サの両端に接続し、前記整流素子もしくは制御整流素子
の接続点と前記コンデンサの接続点に三相交流電源の任
意の単相を接続して成る単相倍電圧整流回路を少なくと
も２組用意し、これらの単相電圧整流回路の交流電源端
子に前記三相交流電源のうち位相の異なる任意の単相交
流電源を接続し、かつそれぞれの単相倍電圧整流回路の
出力電圧を合成して、この電圧をインバータ回路の入力
電圧とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三相交流電源を入力電源
とし、これを整流して前記交流電源周波数よりも高い交
流電圧に変換するインバータ回路を用いたＸ線高電圧装
置に係り、特にインバータ回路に入力する電圧を高くし
て装置の小型化，高効率化を計ったインバータ式Ｘ線高
電圧装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型で高性能のＸ線高電圧装置として、
近年発達の著しい電力半導体素子を用いたインバータ回
路により商用電源電圧を商用電源周波数よりも高い交流
電圧に変換し、これを高電圧変圧器に入力して昇圧しＸ
線管に印加するインバータ式Ｘ線高電圧装置が開発さ
れ、実用化されている。この方式は、より詳しくは、商
用電源電圧（以下、交流電源電圧と記す。）を整流して
直流にし、これをインバータ回路で高周波の交流電圧に
変換し、この電圧を高電圧変圧器で昇圧して整流しＸ線
管に印加するもので、前記交流電源は単相でも三相でも
使用できる利点がある。

【０００３】このインバータ方式Ｘ線装置において、イ
ンバータ回路と高電圧変圧器を小型なものにするために
は、インバータ回路及び高電圧変圧器の入力電圧を高く
してインバータ回路の電流を小さくし、高電圧変圧器の
巻数比を小さくする必要がある。このために交流電源電
圧が２００Ｖのときは以下の方法をとっていた。 単相２００Ｖ電源の場合 交流電源電圧を倍電圧整流し、インバータ入力電圧を全
波整流時の約２倍に昇圧する。 三相電源の場合 整流回路によって昇圧する回路方式がなかったので、既
設の２００Ｖ電源設備を４００Ｖ電源に変更するか、あ
るいは昇圧変圧器で２００Ｖから４００Ｖに昇圧し、こ
の電圧を全波整流するか又は昇圧チョッパ回路により昇
圧する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、三相２００Ｖ電源の場合は昇圧チョッパ回路や昇圧
変圧器を必要とするために装置が大型で高価なものとな
っていた。すなわち、昇圧チョッパ回路による方法で
は、トランジスタや絶縁ゲート形バイポーラトランジス
タのような大容量の自己消弧形半導体スイッチング素子
とその制御回路や、リアクトルやコンデンサのような複
数の大型受動部品を必要とする。昇圧変圧器による方法
では、上記交流電源と同程度の容量の変圧器を必要とす
るために昇圧チョッパ回路による方法よりも装置が高価
で大型となる。また、４００Ｖ電源に変更する場合はそ
の改造費用は莫大なものとなる。このように、Ｘ線診断
装置のような大電力を扱う用途では、新たに付加する装
置や設備が高価でしかも大型である点について配慮され
ておらず、実際には多くの困難を伴うものであった。本
発明の目的は、三相交流電源の場合でも小型で安価な大
容量のインバータ式Ｘ線高電圧装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、三相交流電源を受電しこれを整流する第一の整流回
路と、この第一の整流回路の出力電圧を平滑する平滑回
路と、この平滑回路の出力電圧を高周波交流に変換する
インバータ回路と、このインバータ回路の出力電圧を昇
圧する高電圧変圧器と、この高電圧変圧器の出力電圧を
整流する第二の整流回路と、この第二の整流回路の出力
電圧が印加されるＸ線管とを備えたインバータ式Ｘ線高
電圧装置において、前記第一の整流回路と前記平滑回路
とで倍電圧整流回路を構成し、この出力電圧を前記イン
バータ回路の入力電圧とすることにより達成される。

【０００６】より詳しくは、前記倍電圧整流回路は、直
列接続された一対の整流器もしくは制御整流器の直流出
力端子を直列接続された一対のコンデンサの両端に接続
し、前記整流器もしくは制御整流器の接続点と前記コン
デンサの接続点に前記三相交流電源の任意の単相を接続
して成る単相倍電圧整流回路を少なくとも２組用意し、
この２組の単相倍電圧整流回路の交流電源端子に前記三
相交流電源のうち位相の異なる任意の単相交流電源を接
続するものである。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、インバータ回路と高電圧変
圧器への入力電圧は、例えば交流電源電圧が２００Ｖの
場合には、約４００Ｖに昇圧されたものとなる。したが
って、高電圧変圧器における昇圧比は小さくでき、２０
０Ｖ電源使用時を例にとると、本発明を実施した場合、
従来装置よりも高電圧変圧器の巻数比は約１／２とな
り、高電圧変圧器の小型，軽量化が図れる。また、イン
バータ回路への入力電圧を高くするため、インバータ回
路の電流が低減し、半導体スイッチは容量の小さいもの
を使用することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。図
１は本発明の一実施例によるインバータ式Ｘ線高電圧装
置の主要回路を示している。図において、７は三相交流
電源で、ｕ，ｖ，ｗの各相からは電源側に発生する高調
波を抑制するためのリアクトル８ｕ，８ｖ，８ｗを介し
て倍電圧整流回路２６に三相交流電力を供給する。この
整流回路はダイオード（整流素子）２ｕ，３ｕとコンデ
ンサ５ｕ，６ｕから成る単相倍電圧整流回路とダイオー
ド２ｖ，３ｖとコンデンサ５ｖ，６ｖから成る単相倍電
圧整流回路のそれぞれの直流出力をダイオード１ｕ，１
ｖと４ｕ，４ｖとで合成し、この出力を直流リアクトル
９とコンデンサ１０とより成る平滑回路で平滑しインバ
ータ回路２７に供給する。

【０００９】インバータ回路２７はトランジスタ１１〜
１４とこれらのトランジスタに逆並列接続されたダイオ
ード１５〜１８とで構成されたフルブリッジインバータ
回路で、この出力は共振用コンデンサ１９と高電圧変圧
器２０の１次巻線に接続されている。２１は全波整流回
路、２２はＸ線管２３のアノードとカソード間に印加さ
れる電圧（以下、管電圧と記す。）を検出する抵抗、２
４は管電圧設定値と抵抗２２によって検出された管電圧
検出値とを比較し、この両者が一致するようにインバー
タ回路２７を制御する信号を生成する電圧制御器、２５
は電圧制御器２４の出力を増幅し、これをインバータ回
路２７のトランジスタ１１〜１４のベースに供給するベ
ースドライブ回路である。

【００１０】上記構成において、三相交流電源７のｕ−
ｖ間の電圧ｅｕｖが正のときはダイオード２ｕが導通し
てコンデンサ５ｕに充電され、負のときはダイオード３
ｕが導通してコンデンサ６ｕに充電され、コンデンサ５
ｕとコンデンサ６ｕの両端にはｕ−ｖ間電圧ｅｕｖのピ
ーク値のほぼ２倍の電圧が充電される。同様に三相交流
電源７のｖ−ｗ間の電圧ｅｖｗが正のときはダイオード
２ｖが導通してコンデンザ５ｖに充電され、負のときは
ダイオード３ｖが導通してコンデンサ６ｖに充電され、
コンデンサ５ｖとコンデンサ６ｖの両端にはｖ−ｗ間電
圧ｅｖｗのピーク値のほぼ２倍の電圧が充電される。そ
して、これらのコンデンサ５ｕとコンデンサ６ｕの両端
の電圧とコンデンサ５ｖとコンデンサ６ｖの両端の電圧
をダイオード１ｕ，１ｖと４ｕ，４ｖとで合成すると整
流回路２６の出力電圧は図２のｅｄｃのように、交流電
源電圧のピーク値の約２倍の直流電圧となり、これがリ
アクトル９とコンデンサ１０とで平滑されてインバータ
回路２７に入力されることになる。

【００１１】次に、図１に示す構成のインバータ式Ｘ線
高電圧装置の動作を説明する。先ず、被検体へ放出する
Ｘ線の条件（管電圧，管電流及び撮影時間）を設定する
これらのＸ線条件のうち図１は管電圧のみの設定及び制
御を示している。所望の管電圧を設定し、Ｘ線曝射開始
信号を与えると、管電圧設定信号により電圧制御器２４
はインバータ回路２７を制御する信号をベース駆動回路
２５へ与える。ベース駆動回路２５はそれを増幅し、イ
ンバータ回路２７のトランジスタ１１〜１４のベースに
出力する。すると、インバータ回路２７は前記管電圧を
設定するための所定の周期でトランジスタ１１と１４、
及び１２と１３とを交互にオン／オフするスイッチング
動作を開始し、これによりコンデンサとインダクタンス
で定まる振動周期の電流（共振電流）が高電圧変圧器２
０に流れる。

【００１２】振動周期を定めるコンデンサとインダクタ
ンスのうち、コンデンサは高電圧変圧器２０の一次巻線
に直列接続された共振用コンデンサ１９と、高電圧変圧
器２０の二次巻線の層間に存在する浮遊容量と、高圧ケ
ーブルの浮遊容量（図示省略）とであり、インダクタン
スは高電圧変圧器２０の漏洩インダクタンスと配線のイ
ンダクタンスとである。トランジスタ１１，１４が駆動
された所定周期の半周期間内において共振電流は先ず、
トランジスタ１１→共振コンデンサ１９→高電圧変圧器
２０の一次巻線→トランジスタ１４の回路で共振周波数
の弧を描いて流れ、ある（前記半周期の１／２）時間経
過後共振電流が零になり、今後は逆方向にダイオード１
８→高電圧変圧器２０の一次巻線→共振コンデンサ１９
→ダイオード１５の回路で流れる。そして、トランジス
タ１１，１４がオフし、次の半周期には、トランジスタ
１２，１３がオンする。すると、上記に対し、トランジ
スタ及びダイオードを入れ替えた回路で共振電流が流れ
る。

【００１３】この高電圧変圧器２０の一次巻線を流れる
一次電流から高電圧変圧器２０の励磁電流と二次巻線の
浮遊容量に流れる電流とを減じた交流電流が整流回路２
１で整流され、高圧ケーブルの浮遊容量で平滑されてＸ
線管２３に印加される。管電圧検出用抵抗２２により検
出された実際の管電圧に対応した信号は電圧制御回路２
４に入力され、設定管電圧信号とそれとの差が零となる
ように、インバータの動作周波数あるいはパルス幅を制
御するための信号が作成され、この信号はベースドライ
ブ回路２５を介してトランジスタ１１〜１４のベースに
与える。これにより次の周期におけるインバータ２７の
動作周波数が補正され、管電圧が設定値に対し正確に制
御される。

【００１４】上記動作において、三相２００Ｖ電源より
負荷であるＸ線管に印加されるまでの電圧変換は次のよ
うな順になっている。三相２００Ｖの交流電圧は整流回
路２６によって倍電圧整流され、略４００Ｖの直流電圧
に変換される。この略400Ｖの直流電圧は、リアクトル
９とコンデンサ１０とで平滑されインバータ回路２７に
入力される。電圧制御回路２４は、高電圧変圧器２０の
昇圧比と設定管電圧との関係から、インバータ回路２７
における電圧変換率に対応したインバータの動作周波数
を決定し、ベースドライブ回路２５を介してインバータ
回路２７のトランジスタを制御する。上記略４００Ｖの
直流電圧が印加されたインバータ回路２７及び高電圧変
圧器２０は前述の共振により、高電圧変圧器２０の２次
側に高周波の交流電圧を発生する。この高周波の交流電
圧は整流回路２１で直流電圧に変換され、高圧ケーブル
で平滑されて管電圧としてＸ線管２３に印加される。

【００１５】本発明によれば、三相２００Ｖ電源を使用
する場合に、昇圧チョッパ回路や昇圧変圧器を使用せず
とも倍電圧整流回路によりインバータ回路の入力電圧を
高くすることができるので、インバータ回路の電流及び
高電圧変圧器の巻数比が約半減し、小型で経済的な大容
量のインバータ式Ｘ線高電圧装置が可能となる。図１の
実施例でインバータ入力電圧を可変する場合は、それぞ
れの単相倍電圧整流回路のダイオードをサイリスタ（制
御整流素子）に置き換えればよい。これは、図３に示す
ように図１のダイオード２ｕ，３ｕをサイリスタ２
ｕ′，３ｕ′に、ダイオード２ｖ，３ｖをサイリスタ２
ｖ′，３ｖ′に置き換えた場合で、それぞれのサイリス
タのゲートの位相角を制御することによってインバータ
回路のみで制御する場合よりもさらに制御範囲を広くす
ることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、従来の三相整流回路に
ダイオードを追加するだけの倍電圧整流回路により、交
流電圧を電源電圧の２倍の直流電圧にしてインバータ回
路に電圧を供給できるので、装置設置場所の電源が三相
２００Ｖ電源の場合でも、インバータ回路の電流及び高
電圧変圧器の巻数比は小さくなり、小型で安価な大容量
のインバータ式Ｘ線高電圧装置が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成図。

【図２】図１の整流回路の入力電圧と出力電圧の波形
図。

【図３】本発明の他の実施例の回路構成図。

【符号の説明】

１ｕ ダイオード ２ｕ ダイオード ３ｕ ダイオード ４ｕ ダイオード １ｖ ダイオード ２ｖ ダイオード ３ｖ ダイオード ４ｖ ダイオード ２ｕ′ サイリスタ ２ｖ′ サイリスタ ３ｕ′ サイリスタ ３ｖ′ サイリスタ ５ｕ コンデンサ ５ｖ コンデンサ ６ｕ コンデンサ ６ｖ コンデンサ ７ 三相交流電源 ２０ 高電圧変圧器 ２１ 第二の整流回路 ２３ Ｘ線管 ２６ 三相倍電圧整流回路 ２７ インバータ回路 ２８ 三相倍電圧整流回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三相交流電源を受電しこれを整流する第一
   の整流回路とこの第一の整流回路の出力電圧を平滑する
   平滑回路とより構成された倍電圧整流回路と、前記平滑
   回路の出力電圧を高周波交流に変換するインバータ回路
   と、このインバータ回路の出力電圧を昇圧する高電圧変
   圧器と、この高電圧変圧器の出力電圧を整流する第二の
   整流回路と、この第二の整流回路の出力電圧が印加され
   るＸ線管とを備えたインバータ式Ｘ線高電圧装置におい
   て前記倍電圧整流回路は、直列接続された一対の整流素
   子もしくは一対の制御整流素子の直流出力端子を直列接
   続された一対のコンデンサの両端に接続し、前記整流素
   子もしくは制御整流素子の接続点と前記コンデンサの接
   続点に前記三相交流電源の任意の単相を接続して成る単
   相倍電圧整流回路を少なくとも２組用意し、これらの単
   相倍電圧整流回路の交流電源端子に前記三相交流電源の
   うち位相の異なる任意の単相交流電源を接続し、かつそ
   れぞれの単相倍電圧整流回路の出力電圧を合成して、こ
   の電圧をインバータ回路の入力電圧とすることを特徴と
   するインバータ式Ｘ線高電圧装置。