JPH0733587Y2 - 直流電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、主として、Ｘ線発生源の電源として用いら
れる高圧の直流電源装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の直流電源装置の一例を第５図に示す。同図におい
て、直流電源装置は、商用電源10および電源整流器11か
らなる直流供給源12と、スイッチング素子Q1〜Q4の開閉
により直流入力を交流出力に変換するインバータ回路13
と、上記交流出力を直流出力に変換する出力整流回路14
と、所望の直流出力の電圧レベルに応じた設定信号ａを
出力する設定回路15と、直流出力電圧を検出する出力電
圧検出回路16と、負荷であるＸ線管17と、その管電流調
節回路18と、スイッチング素子Q1〜Q4の開閉を制御する
制御回路19とを備えており、この制御回路19が、上記設
定信号ａを受けて、上記所望の直流出力が得られるよう
に上記スイッチング素子Q1〜Q4の開閉を制御する。ここ
で、上記制御回路19は、上記出力電圧検出回路16から直
流出力電圧に対応する帰還電圧信号ｂも受けており、実
際の直流出力電圧に応じて上記開閉の制御を微調整す
る。

また、上記インバータ回路13は、トランスT1、チョーク
コイルL0、およびエネルギ回生用のダイオードFD1〜FD4
などを備えており、スイッチング素子Q1〜Q4のOFF時に
は、チョークコイルL0に蓄積されたエネルギーが、上記
回生ダイオードFD1〜FD4を通して、電源整流回路12の平
滑コンデンサFCへ回生されるようになっている。

［考案が解決しようとする課題］ 上記構成において、Ｘ線管17をＸ線分析用のＸ線発生源
として使用する場合、出力電流i0、つまりＸ線管17の管
電流を、定格値に近い一定値としたままで、出力電圧Vc
を定格の1/2,1/3のように大きく変化させる使用方法が
要求される。この出力電圧は、上記設定回路15におい
て、たとえば、外部からの操作により選択的に設定され
る。

ところが、出力電流i0を一定のままで出力電圧Vcを小さ
くすると、チョークコイルL0に蓄積された余剰エネルギ
が増大するので、この余剰エネルギを回生する際に、回
生回路を構成する回生ダイオードFD1〜FD4、平滑コンデ
ンサFC、チョークコイルL0およびこれら素子を接続する
配線などの抵抗分による損失も必然的に増大し、結果と
して変換効率の低下を招いていた。

この考案は、上記課題を解決するためになされたもの
で、出力電圧の変化、つまり設定電圧の変化に応じて、
インバータ回路13のインダクタンスを変化させることに
より、回生時の損失を抑制して、変換効率の低下を防止
することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この考案は、インバータ回
路におけるエネルギ蓄積用のインダクタンス素子を構成
する可変インダクタンス回路と、設定回路から出力され
る設定信号のレベルに応じて上記可変インダクタンス回
路のインダクタンスを変化させるインダクタンス調整回
路とを設けている。

［作用］ この考案によれば、出力電圧の変化、つまり設定信号の
レベル変化に応じて、インバータ回路のインダクタンス
を変化させることにより、回生される余剰エネルギがほ
ぼ一定値に保持されるので、出力電圧が変化した場合に
も、回生時の損失が抑制されて、変換効率の低下が防止
される。

［実施例］ 第１図はこの考案の一実施例を示す直流電源装置の回路
図であり、従来例を示す第５図と同一部分には同一符号
が付されている。

第１図の電源整流器11は、整流ダイオード21を備え、イ
ンバータ回路13もダイオード22,23を備え、出力整流回
路14はブリッジ形の全波整流器25および平滑コンデンサ
26を備えている。また、設定回路15は、異なる３つの出
力電圧V1,V2,V3に対応した信号が入力された端子27〜29
と、外部からの手動操作により、これら端子27〜29を選
択して、所望の直流出力の電圧レベルV1,V2,V3に応じた
設定信号ａを出力する選択スイッチ30とを備えている。
たとえば上記電圧レベルV1は定格電圧、V2は定格の1/
2、V3は定格の1/3である。制御回路19は、発振回路31、
パルス幅制御回路32および駆動回路33を備えている。

上記構成は従来と同様であり、この発明の特徴は、イン
バータ回路13におけるエネルギ蓄積用のインダクタンス
素子を構成する可変インダクタンス回路41と、上記設定
信号ａのレベルに応じて可変インダクタンス回路41のイ
ンダクタンスを変化させるイングクタンス調整回路42と
が設けられていることである。上記可変インダクタンス
回路41は、この実施例では、互いに異なるインダクタン
スを持つ３つのチョークコイルL1,L2,L3を有し、上記イ
ンダクタンス調整回路42は、設定信号ａのレベルを判定
する判定回路43と、その判定結果に応じて上記３つのチ
ョークコイルL1,L2,L3のいずれか１つを選択して、トラ
ンスT1に直列接続する選択回路44とを有している。

つぎに、上記実施例の動作を説明に先立って、この考案
の原理を説明する。

第２図は、第１図のうち、スイッチング素子Q1〜Q4から
整流平滑出力部分までを簡略化し、かつ半サイクルのみ
を取り出した等価回路を示す。第２図において、スイッ
チＳはペアで動作する各一対のスイッチング素子Q1,Q4
またはQ2,Q3（第１図）に、ＬはチョークコイルL1〜L3
のインダクタンスに、Ｃは出力側のコンデンサ26を含む
回路容量に、RLはＸ線管17の負荷抵抗にそれぞれ相当す
る。

第２図の動作波形を第３図に示す。第３図において、半
サイクル期間Ｔ内にスイッチＳ（第２図）がONしている
期間をt1とすると、この期間t1においてインダクタンス
Ｌを流れる電流iLは、ピーク値ipまで直線的に増大す
る。上記ON期間t1にインダクタンスＬを通る電荷QL、お
よび半サイクル期間Ｔに負荷RLを通る電荷Q0はそれぞ
れ、 Q0＝i0・Ｔ ・・・（１） であり、これら電荷QLとQ0が等しいとき、式（１）＝式
（２）より、 したがって、 となる。出力電圧VCが一定（リップル分無視）とすれ
ば、インダクタンスＬにかかる電圧VLは、一般に、 であるから、 となる。これに式（３）を代入して、 したがって、出力電圧VCは、 この式（４）からも明らかなように、スイッチON期間t1
を可変とすることにより、 出力電流i0が一定の場合は、出力電圧VCを、出力電圧Vc
が一定の場合は、出力電流i0を、それぞれ増減させる。

半サイクル期間Ｔ内における１回のスイッチングで、イ
ンダクタンスＬに蓄積されるエネルギELは、 EL＝VL・t1 ・・・（５） で示され、これが、第１図のスイッチング素子Q1〜Q4の
OFF時には、後述するように、回生ダイオードFD1〜FD4
を通して、平滑コンデンサFCへ回生される。つまり、イ
ンダクタンスＬのエネルギは、スイッチング毎に電源側
の平滑コンデンサFCとインダクタンスＬの間を往復して
いることになる。

ここで、スイッチON期間t1を短くすることにより、出力
電流i0一定のままで出力電圧VCを小さくした場合、イン
ダクタンスＬが一定であると、第４図からもわかるよう
に、電圧VLが増大する。このとき、インダクタンスＬに
蓄積されるエネルギELは、式（５）より、 であるから、このエネルギELも、スイッチON期間t1の短
縮、すなわち出力電圧VCの低下によって、やはり増大す
る。

上記エネルギELは、前述のとおり、平滑コンデンサFCに
回生されるので、この回生エネルギも増大することにな
る。その結果、回生回路を構成する第１図の回生ダイオ
ードFD1〜FD4、チョークコイルL1〜L3、平滑コンデンサ
FCおよびこれら素子を接続する配線などの抵抗分による
損失も必然的に増大し、結果として変換効率の低下を招
く。

この事態を避けるために、この発明では、式（６）にお
いて、ON期間t1に比例してインダクタンスＬを変化さ
せ、結果として、エネルギELを最適値に相当するほぼ一
定値としている。すなわち、この発明はつぎのように動
作する。

第１図において、まず、基本的な電力変換動作は従来と
同様であり、たとえば、設定回路15の操作部（図示せ
ず）を外部から手動操作することにより、選択スイッチ
30を作動させて、所望の直流出力電圧VCの３つの電圧レ
ベルV1,V2,V3のいずれかを選択し、設定回路15から設定
信号ａを出力させる。制御回路19のパルス幅制御回路32
は、発振回路31から出力される一定の基準パルス信号p1
と、上記設定信号ａとを受けて、この設定信号ａのレベ
ルが低い程パルス幅が狭くなるように、基準パルス信号
p1のパルス幅を３段階に制御する。このとき、パルス幅
制御回路32は、出力電圧検出回路16から直流出力電圧VC
に対応する帰還電圧信号ｂも受けて、実際の直流出力電
圧VCに応じてパルス幅を微調整する。

こうしてパルス幅が制御されたパルス信号p2は、駆動回
路33に入力され、この駆動回路33から、パルス幅に応じ
た駆動信号d1〜d4が出力されて、スイッチング素子Q1〜
Q4が開閉される。このとき、２つのスイッチング素子Q
1,Q4は同時に開閉されて、時間t1だけONし、これとは逆
のタイミングで他の２つのスイッチング素子Q2,Q3が同
時に開閉されて、やはり時間t1だけONする。これによ
り、トランスT1に交流が供給され、この交流がトランス
T1で電圧変換されたのち、出力整流回路14の全波整流器
25で整流され、さらにコンデンサ26で平滑化されたの
ち、Ｘ線管17に供給される。

ここで、この発明の特徴である可変インダクタンス回路
41およびインダクタンス調整回路42は、つぎのような動
作を行なう。すなわち、インダクタンス調整回路42の判
定回路43が、設定信号ａを受けて、この設定信号ａのレ
ベル、つまり出力電圧VCのレベルを判定し、その判定結
果に応じて選択回路44を駆動し、設定信号ａのレベルが
定格電圧V1、その1/2であるV2、1/3であるV3のそれぞれ
の場合に応じて、インダクタンスの大きい方から、チョ
ークL1,L2,L3をそれぞれ選択して、トランスT1に直列接
続させる。

スイッチON時間t1は、設定信号ａのレベル、すなわち出
力電圧VCのレベルに対応して1:1/2:1/3に変化する。こ
れに対して、チョークL1,L2,L3のインダクタンスは、式
（６）を用いて先に説明したとおり、スイッチON時間t1
に比例してやはり1:1/2:1/3に変化し、チョークL1,L2ま
たはL3に蓄積されたエネルギELを一定に保持する。この
蓄積されたエネルギELは、FD1→L1（L2,されたL3）→FC
→FD4、またはFD3→L1（L2,L3）→FC→FD2の経路で，平
滑用コンデンサFCに回生されるのであるが、この回生エ
ネルギ量は、上記蓄積されたエネルギELに等しいので、
設定信号ａのレベル（出力信号VCのレベル）が低下して
も、増大することなく、一定に保たれる。したがって、
出力電圧VCを低下させた場合にも、回生回路における損
失が抑制される。

なお、チョークのインダクタンスを変化させる方法とし
ては、上記実施例のほかに、コイルの巻ピッチを可変と
する方法、ブルックス相互誘導器を利用する方法、過飽
和リアクトルを利用する方法なども適用できる。

上記コイルの巻ピッチを可変とする方法は、単層ソレノ
イドコイルを比較的剛性の高い単線で巻き、その一端を
固定し、他端をコイルの軸に沿って機械的に移動させ、
インダクタンスを可変するものであり、上記ブルックス
相互誘導器を利用する方法は、直列接続した２組のコイ
ルの相対位置を可変することにより、結合係数を変化さ
せ、全体としてインダクタンスを可変するものである。
また、過飽和リアクトルを利用する方法は、２組のコイ
ルを有する過飽和リアクトルで、１組のコイルをチョー
クコイルとして使用し、他のコイルには直流バイアス電
流を流し、この電流を変化させることにより、磁芯の実
効透磁率を変化させ、インダクタンスを変化させるもの
である。

［考案の効果］ 以上のように、この考案によれば、出力電圧の変化、つ
まり設定信号のレベル変化に応じて、インバータ回路の
インダクタンスを変化させることにより、回生される余
剰エネルギがほぼ一定値に保持されるので、出力電圧が
変化した場合にも、回生時の損失が抑制されて、変換効
率の低下が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す回路図、第２図は第
１図の等価回路を示す回路図、第３図は同等価回路の信
号波形図、第４図は同等価回路の電圧分布を示す特性
図、第５図は従来例を示す回路図である。 12……直流供給源、13……インバータ回路、14……出力
整流回路、15……設定回路、19……制御回路、41……可
変インダクタンス回路、42……インダクタンス調整回
路、ａ……設定信号、FC,FD1〜FD4,L1〜L3……回生回
路、VC……出力電圧。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直流供給源からの直流入力をスイッチング
   素子の開閉により交流出力に変換するインバータ回路
   と、上記交流出力を直流出力に変換する出力整流回路
   と、所望の直流出力の電圧レベルに応じた設定信号を出
   力する設定回路と、この設定信号を受けて、上記所望の
   直流出力が得られるように上記スイッチング素子の開閉
   を制御する制御回路と、上記インバータ回路に蓄積され
   た余剰エネルギを上記直流供給源に回生させる回生回路
   とを備えた直流電源装置において、 上記インバータ回路におけるエネルギ蓄積用のインダク
   タンス素子を構成する可変インダクタンス回路と、上記
   設定信号のレベルに応じて上記可変インダクタンス回路
   のインダクタンスを変化させることにより、上記回生さ
   れる余剰エネルギをほぼ一定に保持するインダクタンス
   調整回路とを有することを特徴とする直流電源装置。