JPH11146658A - エネルギー変換のための方法および装置 - Google Patents

エネルギー変換のための方法および装置

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JPH11146658A
JPH11146658A JP10256242A JP25624298A JPH11146658A JP H11146658 A JPH11146658 A JP H11146658A JP 10256242 A JP10256242 A JP 10256242A JP 25624298 A JP25624298 A JP 25624298A JP H11146658 A JPH11146658 A JP H11146658A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータが並列共振周波数Ｆp より高い動
作周波数のままとなることを保証する、変換装置を動作
させる方法を提供すること。 【解決手段】 直流電圧を反転して交流電圧を得る手段
と、少なくとも１つの並列インダクタＬpを含む交流電
圧をフィルタする手段とを含み、共振周波数Ｆpより上
で動作することができる、トランジスタを有する変換装
置である。この変換装置は、並列インダクタＬp 中の瞬
時電流Ｉ1pのゼロ交差を予見する手段と、電流Ｉ1pのゼ
ロ交差が予見された場合にこの装置のトランジスタを切
り替える手段とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギーの
ＤＣ／ＡＣ変換の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】インバータはＤＣ電圧を供給され、１つ
または複数のトランジスタの半ブリッジによってＡＣ電
圧を出力として送り出す。出力のＡＣ電圧は一般にフィ
ルタを受ける。このタイプのインバータは特に、Ｘ線管
の電源に使用される。
【０００３】例えば医療用放射線機器に取り付けられた
Ｘ線管は、真空にした耐漏ケーシング中に格納された陰
極および陽極を含む。真空にすることによってこれら２
つの電極の間は電気的に絶縁されている。陰極は電子ビ
ームを発生し、これを陽極がＸ線を放射する焦点を構成
する小さな表面上で受ける。
【０００４】陰極が負の電位−Ｖになり、陽極が正の電
位＋Ｖになるように、発電器を使用して陰極および陽極
の端子に高い供給電圧が印加されると、陰極の電位に対
して高い供給電圧を生み出す発電器を通って回路中でい
わゆる陽極電流が発生する。陽極電流は、焦点に衝撃を
与える電子ビームの形態で陰極と陽極の間の空間を通過
する。
【０００５】陽極は、エネルギーの散逸を促進すること
を目的として、ステータがケーシングの外側に配列され
た電気モータのロータによって回転するように駆動され
るシャフトによって支持される、平らな円盤の形状をし
ている。Ｘ線管は、絶縁冷媒で満たされたエンクロージ
ャ中に配列される。
【０００６】この管から放射されるＸ線の特性、特にそ
れらの硬度は、電極に印加される高電圧の値も含むパラ
メータの数に依存する。この高電圧は、所望の特性を得
るように調節可能でなければならず、また検査を受ける
物体を通過したＸ線を受けるＸ線受信機の動作特性を改
変しないように放射線の露光時間にわたって一定に維持
しなければならない。
【０００７】医療診断用のＸ線管はパルスで動作する。
したがって、高電圧を確立するのにかかる時間およびこ
の高電圧からゼロ値に戻るのにかかる時間を可能な限り
短くすることが重要となる。
【０００８】Ｘ線管用の高電圧発電器は、一般に、本線
から送られたＡＣ電圧から生じるＤＣ電圧Ｅを送り出す
供給回路を含む。以下図１参照のこと。電圧Ｅは、少な
くとも１つのトランジスタの半ブリッジを含むタイプの
インバータの端子に印加され、この半ブリッジの各分岐
は、トランジスタＴからなるスイッチＳ、および逆並列
に接続されたフリーホイール・ダイオードＤを含む。イ
ンバータから送り出されたＡＣ信号は、フィルタを介し
て、巻数比ｋを有する昇圧変圧器の１次巻線に印加され
る。昇圧変圧器の２次巻線は、少なくとも１つのダイオ
ードの半ブリッジ、および電圧をフィルタするコンデン
サＣf を含む整流およびフィルタ回路に接続される。
【０００９】周知の様式では、インバータは、供給回路
の出力端子に直列に接続されたトランジスタ対を含む。
ダイオードは、その陽極が対応するトランジスタのエミ
ッタに接続されるように、各トランジスタＴのコレクタ
とエミッタの間に接続される。トランジスタのベース
は、トランジスタの切替え信号を送り出す制御回路に接
続される。半ブリッジが単一である場合には、インバー
タの２つの出力端子は、半ブリッジの２つの分岐の共通
点、および並列に取り付けられた半ブリッジの２つのコ
ンデンサに共通な点からなり、半ブリッジが２つである
場合には、半ブリッジの２つのトランジスタに共通な各
点からなる。
【００１０】インバータの出力フィルタは、例えば、直
列に配列されたコイルＬr およびコンデンサＣr、なら
びにコンデンサＣrと並列に配列されたコイルＬp を含
む。フィルタの端子の１つはインバータの出力端子に接
続され、もう一方の端子は変圧器の１次回路の端子に接
続される。単共振のフィルタを使用することもできる。
【００１１】昇圧変圧器の２次巻線に接続された整流回
路は、例えば、２つのダイオードに共通な点が変圧器の
２次巻線の出力端子の１つに接続された２ダイオードの
ブリッジ、ならびにダイオードのブリッジと並列に配列
された２つのコンデンサＣf1およびＣf2からなり、変圧
器の２次巻線のもう一方の端子は２つのコンデンサＣf
に共通な点に接続される。
【００１２】制御回路は基本的に、比較器、変圧器の１
次巻線で電流Ｉlrを測定する回路、およびインバータの
トランジスタ用の切替え信号を発生させる回路を含む。
比較器の２つの出力端子の一方は、Ｘ線管のＤＣ供給電
圧Ｖcfが印加される分圧器の２つの抵抗器の共通点に接
続され、もう一方は基準電源に接続される。比較器の出
力端子は、入力端子に印加される２つの電圧の差に比例
する振幅を有する信号を送り出し、また切替え信号を発
生させる回路の入力端子に接続されて、トランジスタの
制御信号の周波数を変化させる。変圧器の１次巻線中の
電流を測定する回路の出力端子は、インバータの特定の
誤動作を検出および回避することを目的として、切替え
信号を発生させる回路のもう１つの入力端子に接続され
る。
【００１３】上述した従来の様式では、制御回路が作用
する制御変数は、インバータの電流がゼロ値に達した瞬
間から開始してトランジスタがオンになるまでの時間間
隔、すなわち活性化遅延Ｔdである。
【００１４】２重共振のフィルタが存在するので、イン
バータの電流を、並列共振周波数と直列共振周波数の間
の周波数の単調増加関数として変化させることができ
る。その値は、フィルタの直列コイルＬr と並列コイル
ＬpのコンデンサＣrの値とに依存する。したがって、イ
ンバータの動作周波数、およびその結果として活性化遅
延Ｔd により、Ｘ線管に伝送される電力を制御すること
が可能であると考えられる。しかし、動作が並列共振周
波数Ｆp 以下である場合には、インバータの電流の値は
周波数の単調減少関数であり、これが調整のエラーを引
き起こす可能性があることも分かる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】値がフィルタのコンデ
ンサおよびコイルの値のばらつきによって機器ごとにプ
ラスマイナス５％程度変化する可能性があるが、インバ
ータは、並列共振周波数Ｆp より高い動作周波数のまま
となることを保証して、上述した欠点を克服することが
望ましい。
【００１６】さらに、負荷のない状態および負荷の弱い
状態で十分に動作するインバータを提供することも望ま
しい。
【００１７】インバータが並列共振周波数Ｆp より高い
動作周波数のままとなることを保証する、変換装置を動
作させる方法を提供することが望ましい。
【００１８】その理由は、負荷のない状態での動作から
開始して、変圧器からなる負荷に伝送された電力が増加
すると、トランジスタを流れる電流の振幅は増大する
が、それと連動するダイオードを流れる電流の振幅は減
少するからである。負荷のない状態では、電流Ｉlrは変
圧器の１次巻線を流れる電流と等しく、直列インダクタ
Ｌr を流れる電流Ｉlrの第１高調波は、電流Ｉlr自体と
同時にゼロと交差する。負荷が増加すると、電流Ｉlrの
第１高調波は電流Ｉlrに対してシフトし、後にダイオー
ドの導通時間中にゼロと交差する。その結果、電流Ｉlr
の第１高調波とは反対の位相にある並列インダクタＬp
を流れる電流Ｉlpの第１高調波も、ダイオードの導通時
間内にゼロと交差する。ただし、Ｉlpは準正弦的であ
る。したがってＩlpはダイオードの導通時間中に、すな
わちＩlrの後でゼロと交差する。
【００１９】さらに、並列インダクタの両端子間の電圧
ＶlpはＩlpより９０°進んでおり、コンデンサ中を流れ
る電流Ｉcrは、Ｖ1pと等しいコンデンサの両端子間の電
圧より９０°進んでいる。したがってＩ1pおよびＩcrは
１８０°位相がずれている。Ｉlrの第１高調波は、同時
にゼロと交差するＩcrの第１高調波とＩlpの第１高調波
の合計に等しく、Ｉcrの振幅はＩlpの振幅より大きい。
この結果、Ｉlrは、Ｉlpの高調波である。
【００２０】定常状態では、変圧器からなる負荷に電力
が伝送されると、それにより状況は、ＩlrがＩlpより先
にゼロと交差するようになる。逆の場合に、ＩlrがＩlp
より後でゼロと交差すると、インバータは異常な動作状
態になることになる。変圧器の出力がダイオードのブリ
ッジに接続されるので、エネルギー変換アセンブリは可
逆ではなく、したがって変圧器はインバータにエネルギ
ーを送り出すことができない。したがって、ＩlrがＩlp
より後でゼロと交差するようにトランジスタが制御され
る場合には、定常状態を有する条件はもはや満たされ
ず、インバータの動作は不安定になる。
【００２１】したがって、本発明のさらに別の目的は、
ＩlrがＩlpより後でゼロと交差することを防止すること
である。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明の１実施態様の変
換装置はトランジスタを有するタイプであって、直流電
圧を反転させて周波数Ｆの交流電圧を得る手段と、少な
くとも１つの並列インダクタＬp を含む交流電圧をフィ
ルタする手段とを含み、共振周波数より上で動作するこ
とができる。この変換装置は、並列インダクタＬp 中の
瞬時電流Ｉlpのゼロ交差を予見する手段と、電流Ｉlpの
ゼロ交差が予見された場合にこの装置のトランジスタを
切り替える手段とを含む。これにより、変換装置のいく
つかの構成要素がそれらの定格値とはわずかに異なる値
を有する場合でも、負荷の低い状態での定常状態、すな
わち共振周波数付近での十分な動作が保証される。
【００２３】本発明の他の実施態様では、変換装置は、
電流Ｉlpの瞬時値を測定する手段と、電流Ｉlpの時間に
関する導関数Ｉ’lpの値を計算する手段と、導関数Ｉ’
1pに所定周期ｔFをかけた積を計算する手段と、電流Ｉ
lpの瞬時値と積Ｉ’1p×ｔFとを比較する手段とを含
む。したがって、トランジスタは、電流Ｉlpが周期ｔF
内にゼロと交差すると予見されると直ちに、オンになる
ことができる。
【００２４】変換装置は、電流Ｉlpを計測し、電流Ｉlp
の瞬時値を表す電圧Ｖ1 を送り出す変圧器と、導関数
Ｖ’1の値に所定周期ｔFをかけた積を表す電圧Ｖ2 を送
り出すことができる、電圧Ｖ1 を微分する回路と、電圧
Ｖ1およびＶ2を比較する回路とを含むことができ、この
比較器回路の出力はトランジスタの切換えを制御する装
置に接続される。
【００２５】本発明の実施態様では、変換器は、変換器
の出力電流が共振周波数Ｆp より高い動作周波数Ｆの単
調増加関数になる２重共振を有する。フィルタ手段は、
反転手段の出力に直列に配列されたコンデンサＣrおよ
びインダクタＬrを含むことができ、並列インダクタＬp
はコンデンサＣrと並列に配列される。
【００２６】本発明の実施態様では、反転手段は、フリ
ーホイール・ダイオードをそれぞれ備えた２つのトラン
ジスタを有する少なくとも１つの半ブリッジを含む。
【００２７】一般に変換装置は、その１次巻線が反転手
段から給電される昇圧変圧器と、この変圧器の第２巻線
に接続された電圧整流手段とを含む。
【００２８】直流電圧を反転させて周波数Ｆの交流電圧
を得る手段と、少なくとも１つのインダクタＬp を並列
に含む交流電圧をフィルタする手段とを含む、トランジ
スタを有する変換装置を動作させる本発明の実施形態の
方法では、並列インダクタＣr 中の瞬時電流Ｉlpのゼロ
交差が決定され、遅くとも電流Ｉlpのゼロ交差が予見さ
れたときにこの装置のトランジスタが切り替えられる。
【００２９】電流Ｉlpのゼロ交差の予見は、電流Ｉlpの
瞬時値の測定と、電流Ｉlpの時間に関する導関数Ｉ’lp
の計算と、導関数Ｉ’lpに所定周期ｔF をかけた積の計
算と、この積と基準値の比較とを含む。電流Ｉ1pのゼロ
交差はこの積が基準値未満になると予見される。この基
準値は電流Ｉ1pである。
【００３０】全く限定的なものではない例として与え
た、添付の図面によって説明する以下の実施形態の詳細
な説明を読めば、本発明はより明白に理解され、その他
の利点も明らかになるであろう。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１に示す変換装置では、可聴ス
ペクトルの外側になるように並列共振周波数Ｆp ＝２０
ｋｈｚが選択される。トランジスタＴの導通時間は４μ
ｓである。したがって選択は、ｔF を４μｓの値に固定
するように行われる。このようにして、Ｉ1pのゼロ交差
が４μｓ以内に予見されると直ちに、トランジスタＴは
オンになり、これは４μｓの周期後に完了することにな
る。したがって、電流Ｉ1rは電流Ｉ1pと同時にゼロ値に
達し、これは定常状態での安定動作に望ましい状態であ
る。
【００３２】図５から分かるように、電流Ｉlpを測定す
る変圧器Ｔ1は、コイルＬpの供給導体の１つに配列され
る。変圧器Ｔ1 は抵抗器Ｒ0に接続される。Ｒ0の両端子
間に得られた電圧Ｖ1は、それ自体電流Ｉ1pに比例す
る、変圧器Ｔ1の２次巻線を流れる電流に比例する。次
いで電圧Ｖ1 は、直列であり、演算増幅器１の負の端子
に接続される抵抗器Ｒ1およびコンデンサＣ1を含む微分
器回路に送り出される。この負の端子は、抵抗器Ｒ2 を
介して、演算増幅器１の出力端子にも接続される。演算
増幅器の正の端子は抵抗器（図示せず）を介してアース
される。Ｒ2 と比較して小さい抵抗器Ｒ1 により、通過
帯域が制限され、回路上に存在するノイズの微分が回避
される。
【００３３】したがって、演算増幅器１の出力で得られ
る電圧Ｖ2は、電圧Ｖ1の時間に関する導関数Ｖ’1に微
分器回路の時定数ｔ1をかけた積に比例する。この時定
数ｔ1は、抵抗器Ｒ2にコンデンサＣ1をかけた積と等し
い。したがって、これら２つの構成要素は４μｓになる
ように選択されることになる。
【００３４】電圧Ｖ1およびＶ2は、演算増幅器２を含む
比較器回路に送り出され、この演算増幅器の負の端子
は、変圧器Ｔ1の出力に接続されて、抵抗器Ｒ3を介して
電圧Ｖ1をサンプリングし、また演算増幅器１の出力に
接続されて、その値が抵抗器Ｒ3の値と等しい抵抗器Ｒ4
を介して電圧Ｖ2をサンプリングする。演算増幅器２の
正の端子は、抵抗器（図示せず）によってアースされ
る。
【００３５】したがって、演算増幅器２の出力端子は、
その状態が電圧Ｖ1およびＶ2の比較に依存する離散的信
号を送り出す。この信号は、トランジスタを制御する回
路に送信される。これにより電圧Ｖ1が電圧Ｖ2未満にな
ると直ちにトランジスタをオンにする。これは４μｓ以
内の電流Ｉ1pのゼロ交差の予見に対応する。
【００３６】本発明は、インバータの動作が不安定にな
る危険性なく、それらの定格値付近でばらつきのあるイ
ンダクタンス値およびキャパシタンス値を含むことがで
きる、周波数自己適応制限を備えたエネルギー変換装置
を利用可能にする。この制限がトリガされると直ちに、
トランジスタは前もってオンになり、これにより動作周
波数が高くなり、したがって共振周波数以下の通過が回
避される。
【００３７】当業者なら、本発明の範囲を逸脱すること
なく、構造および／または機能／および／または段階の
様々な修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エネルギー変換装置を示す概略図である。
【図２】 負荷に送り出される電流の変動を、インバー
タの動作周波数の関数として示す図である。
【図３】 負荷のない状態の時間にわたる電流Ｉ1pおよ
びＩ1rの変化を示す時間図である。
【図４】 負荷のない状態の時間にわたる電流Ｉ1pおよ
びＩ1rの変化を示す時間図である。
【図５】 本発明による電流Ｉ1pのゼロ交差を予見する
手段を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 演算増幅器 ２ 演算増幅器

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直流電圧を反転させて周波数Ｆの交流電
    圧を得る手段と、少なくとも並列インダクタＬp を含む
    交流電圧をフィルタする手段とを含む、トランジスタを
    有するエネルギー変換装置であって、並列インダクタＬ
    p 中の瞬時電流Ｉlpのゼロ交差を予見する手段と、電流
    Ｉlpのゼロ交差が予見された場合にこの装置のトランジ
    スタを切り替える手段とを含む、共振周波数Ｆp より上
    で動作することができる装置。
  2. 【請求項２】 電流Ｉlpの瞬時値を測定する手段と、電
    流Ｉlpの時間に関する導関数Ｉ’lpの値を計算する手段
    と、導関数Ｉ’lpに所定周期ｔF をかけた積を計算する
    手段と、電流Ｉlpの瞬時値と積Ｉ’lp *ｔFとを比較する
    手段とを含む請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 電流Ｉlpの瞬時値を表す電圧Ｖ1 を送り
    出すことができる、電流Ｉlpを計測する変圧器と、導関
    数Ｖ’1の値に所定周期ｔFをかけた積を表す電圧Ｖ2を
    送り出すことができる、電圧Ｖ1を微分する回路と、電
    圧Ｖ1およびＶ2を比較する回路とを含み、この比較器回
    路の出力がこの装置のトランジスタの切替えを制御する
    装置に接続される請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 変換器が、出力電流が動作周波数Ｆの単
    調増加関数になる２重共振を有し、前記動作周波数Ｆが
    共振周波数Ｆp より高い請求項１ないし３のいずれか一
    項に記載の装置。
  5. 【請求項５】 フィルタ手段が、反転手段の出力で直列
    に配列されたコンデンサＣrおよびインダクタＬrを含
    み、並列インダクタＬpがコンデンサＣrと並列に配列さ
    れる請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 反転手段が、フリーホイール・ダイオー
    ドをそれぞれ備えた２つのトランジスタを有する少なく
    とも１つの半ブリッジを含む請求項１ないし５のいずれ
    か一項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 １次巻線が反転手段から給電される昇圧
    変圧器と、この変圧器の２次巻線に接続された電圧整流
    手段とを含む請求項１ないし６のいずれか一項に記載の
    装置。
  8. 【請求項８】 直流電圧を反転させて周波数Ｆの交流電
    圧を得る手段と、少なくとも１つのインダクタＬp を並
    列に含む交流電圧をフィルタする手段とを含む、トラン
    ジスタを有する変換装置を動作させる方法であって、並
    列インダクタＬp 中の瞬時電流Ｉ1pのゼロ交差を決定す
    る段階と、遅くとも電流Ｉ1pのゼロ交差が予見されたと
    きにこの装置のトランジスタを切り替える段階とを含む
    方法。
  9. 【請求項９】 電流Ｉlpのゼロ交差の予見が、電流Ｉlp
    の瞬時値を測定する段階と、電流Ｉlpの時間に関する導
    関数Ｉ’lpを計算する段階と、この導関数Ｉ’lpに所定
    周期ｔF をかけた積を計算する段階と、この積を基準値
    と比較する段階とを含み、この積が基準値未満になると
    電流Ｉlpのゼロ交差が予見される請求項８に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 基準値が電流Ｉlpである請求項９に記
    載の方法。
JP25624298A 1997-09-10 1998-09-10 エネルギー変換のための方法および装置 Expired - Fee Related JP4119540B2 (ja)

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FR9711243 1997-09-10

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EP (1) EP0902529B1 (ja)
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DE (1) DE69841299D1 (ja)
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