JPH0531383B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はインバータ方式の電源装置に関するも
のである。

（従来の技術） 例えばインバータ方式を用いて高電圧を発生さ
せるＸ線管の電源部として第１図に示すような回
路構成の装置が提案されている。即ち、この装置
は基本的には、２つのスイツチングトランジスタ
１，１′と、直流電源２と、チヨークトランス３
と、インバータトランス６と、整流回路７と、該
整流回路７の出力が印加されるＸ線管１０とによ
つて構成される。そして、スイツチングトランジ
スタ１，１′をデユーテイー50％で交互にスイツ
チング動作させると電源２からチヨークトランス
３及びインバータトランス６の一次側線輪を介し
て電流が流れる。このときインバータトランス６
の二次側には交番電圧が発生する。この交番電圧
を整流回路７で整流した後Ｘ線管１０に高電圧を
印加してＸ線を曝射する。ところで、スイツチン
グトランジスタ１，１′のスイツチング動作時に
インバータトランス６の洩れインダクタンスに蓄
積されたエネルギーが放出されることになるが、
この放出エネルギーが大きい場合（つまり洩れイ
ンダクタンスが大きい場合）にはスイツチングト
ランジスタ１，１′を破壊してしまうことがある。
そこで抵抗４とコンデンサ５とを直列接続したエ
ネルギー吸収回路を挿入接続して破壊を防止して
いる。このような抵抗４及びコンデンサ５の定数
を決定する場合には、インバータトランス６の洩
れインダクタンスと最小負荷インピーダンス及び
このエネルギー吸収回路に流れる電流が振動的に
ならないように選ぶ。この場合、抵抗４の値を余
り大きくするとスイツチングトランジスタ１，
１′に過渡的に最大定格を越えるようなスパイク
電圧が印加される可能性があるので、かかる場合
にはスイツチングトランジスタ１，１′にサージ
電圧吸収用の非線型素子（図示せず）等を設けて
これを防止するようにしている。このような考慮
がなされたインバータ方式の回路では、インバー
タトランス６の二次側にはチヨークトランス３と
負荷インピーダンスとで決まる急峻な立上り及び
立下り特性の方形波交番電圧が得られる。

ところで、整流回路７の整流出力である高電圧
をＸ線管１０に供給する経路にはシールドされた
ゲーブルが使用されるが、このシールド部分は接
地されておりこのシールド部分と芯線との間に静
電容量１１が存在し結局、インバータから見た負
荷は容量負荷となる。このため、インバータ動作
開始時点では、この静電容量１１と各トランス３
及び６の洩れインダクタンスとの関係で振動が生
じ、この振動は負荷インピーダンスが大きい場合
に顕著に表われる。ここで前記振動を生じさせな
い条件は次式(1)によつて表わされる。

Ｌ＞4CR² …(1) ここで、Ｌはトランス３と６の洩れインダクタ
ンスの和、Ｃはケーブルの静電容量、Ｒは負荷イ
ンピーダンスである。この式(1)から明らかなよう
に洩れインダクタンスＬをできるだけ大きくする
ことによつて振動させないようにすることができ
るわけであり、このためにチヨークトランス３が
挿入接続されている。このような考慮を払つても
なお振動を防止することができない場合には、抵
抗９とコンデンサ８とを直列接続したエネルギー
吸収回路を整流回路７の出力側に設けることによ
つて振動を防止し得る。これは、主として洩れイ
ンダクタンスに蓄積されたエネルギーが抵抗９に
よつて熱に変換され、回路系のＱが小さくなるか
らである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような考慮を払つても軽負
荷時の振動を防止できない。特に負荷インピーダ
ンスの変化範囲が極めて広い診断用Ｘ線装置にあ
つては軽負荷時の振動が極めて大きくなり、高圧
波形のオーバーシユートを抑制することができな
いという問題を有する。即ち、Ｘ線診断装置では
特に重負荷時において立上り時間が１ｍsec以内
であることが要求されるため前記チヨークトラン
ス３の値を余り大きなものとすることができず、
このために前述のようなエネルギー吸収回路（抵
抗９、コンデンサ８）を挿入してもなお軽負荷時
の振動を防止することができない。従つて、第２
図に示すように、重負荷時の高圧波形の立上りは
滑らかとなるのに対し、軽負荷時にはオーバーシ
ユート曲線Ｘが発生する（破線Ｙは理想曲線）。
かかるオーバーシユートはフイルム画像の画質の
低下の原因となるので好ましいものではない。

本発明は前記問題点を解決するためになされた
ものであり、本発明の第１の目的はインバータ方
式の電源装置における高圧出力部のオーバーシユ
ートを抑制することによつて軽負荷時でも十分に
使用できる電源装置を提供することである。本発
明の第２の目的は高電圧出力の立上げを速くする
ことである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、入力され
た電流を所定のデユーテイーでチヨツピングする
チヨツピング手段と、このチヨツピング手段によ
りチヨツピングされた電流をほぼ直流に変換する
ためのコンデンサを含む平滑手段と、この平滑手
段により平滑された電流をスイツチングさせるス
イツチング手段と、このスイツチング手段に接続
され、スイツチングされた電流を外部に供給する
インバータトランスと、前記コンデンサに対して
等価的に並列に接続され前記コンデンサ内の電荷
の充放電を制御するコンデンサ制御手段と、外部
からの入力信号に基づいて前記コンデンサ内の電
荷が所定値になるように前記コンデンサ制御手段
に信号を出力する充放電制御手段とを有したこと
を特徴とする電源装置である。

（作用） 外部からの信号が入力される以前に予めコンデ
ンサ（第３図によれば１６）に所定の電荷を蓄積
しておくことにより出力電圧の立上り特性を改善
する。

（実施例） 以下実施例により本発明を具体的に説明する。

第３図は本発明装置の一実施例を示す回路図で
ある。１，１′はデユーテイー50％で交互的にス
イツチング動作せしめられるスイツチングトラン
ジスタ、２は直流電源、３はチヨークトランス、
抵抗４及びコンデンサ５の直列接続回路はエネル
ギー吸収回路、６はインバータトランス、７は整
流回路、１０はＸ線管、電源２に直列接続された
トランジスタ１２は電源をチヨツピングするため
のもの、１７は電源供給経路に対して並列にチヨ
ークコイル１３と抵抗１４とが接続され、かつ抵
抗１５とコンデンサ１６とが直列接続されること
によつて構成された平滑回路、１８は該平滑回路
１７内のコンデンサ１６の充放電制御回路、１９
はＸ線管１０の管電圧設定信号によつて出力パル
ス幅が変化し、かつこの出力パルスによつて前記
チヨツピングトランジスタ１２のスイツチング時
のデユーテイーを制御するように構成されたパル
ス幅変調器（PWM）であり、２０はＸ線曝射開
始信号に同期して出力V0を発生し、これにより
前記PWM１９の出力パルス幅を制御するように
構成された積分器である。この積分器２０が後述
するようにオーバーシユート防止に寄与すること
になる。尚、２１はチヨツピングトランジスタ１
２のエミツタと電源２の負極側との間に接続され
たフライホイールダイオードである。

前記充放電制御回路１８は、平滑回路１７内の
抵抗１５の上部接点と電源２における負極側との
間に接続されたスイツチングトランジスタ２２
と、コンデンサ１６の端子間電圧V1と前記管電
圧設定信号とを比較し両者の差電圧を増幅出力
V2とする誤差増幅器２３と、該増幅出力V2によ
つて制御され、出力V3によつて前記スイツチン
グトランジスタ２２を駆動する反転増幅回路と、
同じく誤差増幅器V2によつて制御され、出力V4
によつて前記PWM１９の動作を制御する非反転
増幅回路２５とによつて構成されている。この充
放電制御回路１８は後述するように高圧出力部波
形の立上り特性を改善するために寄与する。尚、
この充放電制御回路１８はＸ線曝射時には不要と
なるので、Ｘ線曝射開始信号に同期して発生する
ロツク信号により回路の動作を停止させるように
している。

ここで、前記回路の主要部分の作用について詳
細に説明する。

本発明には大きく分けて２つの発明がある。第
１は従来のインバータ回路と電源との間にチヨツ
ピング回路を設け、チヨツプする制御を外部から
の信号と同期させて変化させることを特徴とする
ものである。これにより出力電圧の高上がり時に
生じるオーバーシユートをなくすことができる。
第２の特徴は、外部からの信号が入力される以前
に予めコンデンサ（第３図によれば１６）に所定
の電荷を蓄積しておくことにより出力電圧の立上
り特性を改善するものである。

では初めにチヨツプ回路の制御について詳細に
説明する。チヨツピングトランジスタ１２は直流
電源２からの電流をPWM１９の制御によりスイ
ツチングして平滑回路１７へ供給する。スイツチ
ングされた電流は、平滑回路１７のチヨークトラ
ンス３を通りコンデンサ１６に蓄積される。これ
と同時にチヨークコイル３へも電流が流れる。コ
イル１３と平列に接続された抵抗１４は出力電圧
の立上り特性をよくするものであり、コイル１３
によつて遮断される立上り時の高周波成分を補う
ものである。

チヨークコイル１３とコンデンサ１６により平
滑回路をなし、チヨツピングトランジスタ１２か
らのパルス波をほぼ直流電源に変換する。従つて
チヨークトランス３を通してインバータトランス
６へ供給される電流はコンデンサ１６からの電流
とコイル１３を通して直接送られてくる電流の和
である。第３図においてチヨークトランス３、イ
ンバータトランス６、スイツチングトランジスタ
１，１′、抵抗４、コンデンサ５、整流回路７は
従来の技術を使用している。

PWM１９はチヨツピングトランジスタ１２に
パルス信号を送り、直流電源２からの電流をスイ
ツチングさせる。従つてPWM１９の出力パルス
信号のデユーテイー比を変化させることにより、
コイル１３とトランス３間の電圧を任意に変える
ことができる。PWM１９のデユーテイー比は管
電圧設定値及びＸ線曝射開始時及びコンデンサ１
６の電圧値に基づいて決定される。つまりコンデ
ンサ１６の電圧値が何らかの原因で設定値よりも
降下すればそれを補正するように差動アンプ２
３，２５を介してV4が上昇してデユーテイーが
大きくなる。又、管電圧設定値が大きければデユ
ーテイーも全体的に大きくなるためＸ線管１０へ
供給する電力も大きくなる。

本実施例はこのデユーテイーをＸ線曝射開始に
基づいて変化させることによりＸ線管電圧のオー
バーシユートを防止することができる。

第３図によれば、チヨツピングトランジスタ１
２のスイツチング動作時のデユーテイーを第４図
に示すように徐々に大きくしていき所望の値で落
ち着くように制御する。前記積分器器２０はＸ線
曝射開始信号に同期して徐々に立上る出力V0を
発生しPWM１９の出力を制御している。この場
合、PWM１９の出力がチヨツピングトランジス
タ１２のスイツチング動作時のデユーテイーを第
４図の如く制御できるように、前記積分器２０の
各構成素子（コンデンサC0、抵抗R11、R12等）
の定数を設定しておく。このように制御すればチ
ヨークトランス３に流れる電流が急激に変化しな
いためオーバーシユートを抑制することができ
る。

以上、本発明の第１の発明について詳細に述べ
た。これにより第１の目的を達成することができ
る。

次に本発明の第２の発明について詳細に述べ
る。第２の発明は電源装置において高速応答性が
必要な場合の発明である。つまり負荷に印加する
電圧を急激に変化させたいときである。特に診断
用Ｘ線装置のように早い立上りが要求されるもの
にあつては立上り特性の劣化は大きな問題とな
る。そこで、前記充放電制御回路１８を設けて、
これによりインバータ動作が行われていないとき
に平滑回路１７のコンデンサ１６に所定電圧を充
電しておき、Ｘ線曝射開始時の高圧出力波形の立
上り特性を改善するようにしている。即ち、チヨ
ツピングトランジスタ１２の導通によりコンデン
サ１６に充電が行われ、コンデンサ１６の端子間
電圧V1が管電圧設定信号に基づく基準電圧Vref
よりも低い場合には、誤差増幅器２３の出力V2
は正となり、この出力V2によつて制御される反
転型シユミツト回路２４の出力V3は負になる。
このためスイツチングトランジスタ２２は導通せ
ずコンデンサ１６の放電は行われないから充電電
圧は徐々に高くなる。このとき非反転増幅回路２
５の出力V4は正となつており始めの状態を維持
しているのでPWM１９の動作には影響を与えな
い。次に、コンデンサ１６の端子間電圧V1が高
くなり基準電圧Vrefを越えると誤差増幅器２３
の出力V2が負に反転し、反転増幅回路２４の出
力V3が正に反転する。このためスイツチングト
ランジスタ２２が導通することになりコンデンサ
１６は放電を開始する。このとき非反転増幅回路
２５の出力V4は負になつているので、PWM１９
の動作は停止し、チヨツピングトランジスタ１２
に非導通となる。このような動作を繰り返してコ
ンデンサ１６の端子間電圧は常に一定の値を保つ
ように制御される。尚、このような動作はＸ線曝
射開始前において行われ、Ｘ線曝射時にはロツク
信号により充放電制御回路１８の動作はロツクさ
れる。この結果Ｘ線曝射開始時の高圧出力波形の
立上りは改善されることにより、診断用Ｘ線装置
に使用するのに最適なものを得ることができる。
これにより第２の目的である出力電圧の立上り特
性の改善をすることができる。

次に前記Ｘ線装置全体の動作について説明す
る。先ず管電圧設定信号によつて管電圧が設定さ
れると共に、PWM１９が動作しチヨツピングト
ランジスタ１２のスイツチング動作が制御され
る。このとき、PWM１９の出力パルス幅は前記
設定管電圧が得られるようなデユーテイーでチヨ
ツピングトランジスタ１２を制御するような値に
設定される。このチヨツピングトランジスタ１２
の導通により平滑回路１７内のコンデンサ１６に
充電が行われる。そして充電電圧は充放電制御回
路１８によつて一定値になるように制御される。
その後Ｘ線曝射開始信号が印加されると積分器２
０が動作すると共に、充放電制御回路１８の動作
のロツクが行われる。前記積分器２０の出力V0
によつてPWM１９が制御されチヨツピングトラ
ンジスタ１２はデユーテイーが徐々に増大し、や
がて所定状態に落ち着くように動作する。このた
めＸ線管に印加される電圧は前記デユーテイーの
変化に対応した高圧出力波形となる。従つて、診
断用Ｘ線装置として使用した場合、軽負荷時で
も、このデユーテイーの制御及び平滑回路の動作
によつてオーバーシユートを抑制することができ
る。尚、重負荷時には前記デユーテイーの制御に
よつて立上り特性が緩やかになるが、前述のよう
にＸ線曝射開始時点では平滑回路１７内のコンデ
ンサ１６が所定の電圧を保つようにされているた
め、前記立上り特性は改善され、高速化を図るこ
とができる。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明装置によれば、平滑回路を
設けると共にチヨツピングトランジスタのデユー
テイーを制御することによつて完全に高圧出力波
形の立上り特性を改善することができることにな
り、従つて診断用Ｘ線装置として最適な装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインバータ方式のＸ線装置の基本的構
成を示す回路図、第２図は軽負荷時のオーバーシ
ユートの問題を説明するための管電圧と時間との
関係を示す特性図、第３図は本発明装置の一実施
例を示す回路図、第４図はデユーテイーと時間と
の関係を示す特性図である。 １，１′……スイツチングトランジスタ、２…
…直流電源、３……チヨークトランス、４……抵
抗、５……コンデンサ、６……インバータトラン
ス、７……整流回路、１０……Ｘ線管、１１……
ケーブルの静電容量、１２……チヨピングトラン
ジスタ、１３……チヨークコイル、１４，１５…
…抵抗、１６……コンデンサ、１７……平滑回
路、１８……充放電制御回路、１９……PWM、
２０……積分器、２１……ダイオード、２２……
スイツチングトランジスタ、２３……誤差増幅
器、２４，２５……シユミツト回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力された電流を所定のデユーテイーでチヨ
   ツピングするチヨツピング手段と、このチヨツピ
   ング手段によりチヨツピングされた電流をほぼ直
   流に変換するためのコンデンサを含む平滑手段
   と、この平滑手段により平滑された電流をスイツ
   チングさせるスイツチング手段と、このスイツチ
   ング手段に接続され、スイツチングされた電流を
   外部に供給するインバータトランスと、前記コン
   デンサに対して等価的に並列に接続され前記コン
   デンサ内の電荷の充放電を制御するコンデンサ制
   御手段と、外部からの入力信号に基づいて前記コ
   ンデンサ内の電荷が所定値になるように前記コン
   デンサ制御手段に信号を出力する充放電制御手段
   とを有したことを特徴とする電源装置。 ２ 前記インバータトランスが高電圧用である特
   許請求の範囲第１項記載の電源装置。 ３ 前記インバータトランスから高電圧が供給さ
   れる外部がＸ線管である特許請求の範囲第２項記
   載の電源装置。 ４ 前記コンデンサ制御手段がトランジスタであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   電源装置。 ５ 前記平滑回路が主にコイルと前記コンデンサ
   のフイルター回路から成る特許請求の範囲第１項
   記載の電源装置。 ６ 前記外部からの入力信号がＸ線曝射条件であ
   る特許請求の範囲第３項記載の電源装置。 ７ 前記充放電制御手段の動作を外部からの制御
   信号によりＸ線曝射時に停止せしめるようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電
   源装置。