JPH1167488A - エックス線管用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エックス線管用電源装置において、電圧設定
値の可変に対しても、オーバシュートがなく、常に一定
の、かつ高速度の立ち上げ速度を備える。この特性の実
現により、被測定人体への不要被爆量を低減できる。 【解決手段】 医療用エックス線装置に使用するエック
ス線管用電源装置１２において、出力電圧に対応す基準
電圧発生回路５について、コンデンサ570 と、定電流充
電回路510 と、リミッタ530 と、スイッチ回路550 とか
ら構成される。端子512 の信号電圧に対応した傾斜の立
ち上がりで基準電圧信号が誤差増幅器７の＋入力端子に
現れ、この基準電圧に対応して高電圧出力が発生するの
で、電圧設定値の可変に対しても、オーバシュートがな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明はエックス線管用電源装
置に係り、高速度の立ち上げ特性を備えるとともに、特
に設定電圧の変更等に対してオーバーシュートのないエ
ックス線管用電源装置に係る。

【０００２】

【従来技術】 エックス線管用電源装置は、直流高電圧
出力を含む電源装置であり、近年は、高周波インバータ
と高電圧整流回路を組み合わせて、高安定性と小型軽量
化が実現されている。この種のエックス線管用電源装置
は医療用エックス線装置に広く利用されている。ところ
で、医療用エックス線装置は、人体の測定部位によって
エックス線管の印加電圧を最適値に個別に可変設定す
る。一方、エックス線管の放射線は、不要被爆量を低く
抑えることが望ましいので、不要被爆となる立ち上げ期
間は、なるべく短時間としたい。現状では１ｍｓ以下に
することが要請されている。

【０００３】 このエックス線管用電源装置では、高電
圧出力であり、低電圧出力における場合と比較して、高
電圧出力固有の問題点がある。まず変圧器の巻数比率が
大きくなり、漏れ磁束が避けられず、この漏れ磁束によ
り、主回路ループの遅れ要素が生ずる。つぎに、出力電
圧の安定化のための検出回路の分圧比率が大きくなり、
複雑な位相ずれが避けられない。後者の位相ずれについ
ては、位相補正用のコンデンサによりかなり改善される
が、いぜんある程度の位相ずれは残る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 このエックス線管用
電源装置の基準電圧と高電圧出力との対応を図１(a) 及
び(b) に図解して説明する。図１(a) は基準電圧の波形
図であり、図１(b) は高電圧出力の波形図である。これ
らの間の対応は、基準電圧αに対して、高電圧出力Α
（αの大文字）が対応し、基準電圧βに対して、高電圧
出力Β（βの大文字）が対応し、基準電圧γに対して、
高電圧出力Γ（γの大文字）が対応する。図１(b) のΒ
とΓの図に示すように高速度の立ち上げ特性のまま、出
力設定値を低くすると、オーバーシュートすることがあ
る。その理由は、種々考えられるが、出力電圧を低く設
定したときに出力電流を増加させることがあり、その場
合実質的に低インピーダンス出力となり、それが、オー
バーシュートの原因と考えられる。または、低設定付近
は、ループ特性として非線型特性であるため、オーバー
シュートが発生する場合がある。本発明はエックス線管
用電源装置において、立ち上がり特性を維持しつつ、オ
ーバーシュートを防止することを課題とする。

【０００５】

【解決のいとぐち】 解決のいとぐちとして、基準電圧
の立ち上がりの傾斜を必要最小限にして実測してみる。
その結果、基準電圧を図１(c) に、高電圧出力を(d) に
示すように、基準電圧α0 に対しては、高電圧出力Α0
が対応し、基準電圧β0 に対しては、高電圧出力Β0 を
対応し、基準電圧γ0 に対しては、高電圧出力Γ0 を対
応する。

【０００６】 この実測結果により、課題の解決のため
には、基準電圧の立ち上がりの傾斜を、各々の基準電圧
の設定値に対応して、低い設定値のときには、その低い
設定値に所定の立ち上がり時間で立ち上がるように傾斜
を変えればよいことが分かった。そこで、この基準電圧
の設定値と、立ち上がり傾斜との対応を自動的にさせれ
ば課題の解決となる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 本発明はこの課題を解
決するために，高周波インバータにより付勢される高電
圧整流回路と、この高電圧整流回路の出力端子に接続さ
れるエックス線管端子とからなり、前記高電圧整流回路
の出力端子に検出回路を接続し、この検出回路の検出電
圧と基準電圧源の電圧とを比較して所定の高電圧出力を
発生するエックス線管用電源装置において、前記基準電
圧源は、高電圧出力の設定信号の大きさに応じて立ち上
がり傾斜の変化する基準信号を出力し、前記高周波イン
バータは高電圧出力が前記基準電圧源の信号の立ち上が
り傾斜に応じて立ち上がるよう動作することを特徴とす
るエックス線管用電源装置を提案する。

【０００８】 また、上記の基準電圧源の構成について
は、コンデンサと、定電流源と、電圧リミッタと、スイ
ッチ回路とから構成され高電圧出力の設定信号に対応す
る立ち上がり傾斜の可変直流基準電圧源であることも提
案する。

【０００９】

【発明の実施の形態】 図２により，本発明にかかるエ
ックス線管用電源装置の実施の形態を説明する。このエ
ックス線管用電源装置12は、大別してインバータ及び制
御部１と高電圧部２とから構成される。そしてインバー
タ及び制御部１は、整流回路３、高周波インバータ４、
傾斜基準電圧発生回路５、ドライブ回路６及び誤差増幅
器７とから構成される。また、高電圧部２は、変圧器1
0、高電圧整流回路９及び分圧器８とから構成される。

【００１０】 構成を詳細に説明すると、商用交流電源
の200Vの電圧が入力端子311,312 に接続される。この交
流200Vは整流回路３により、約400Vの直流電圧に整流さ
れる。この約400Vの直流電圧は、ブリッジ接続された４
個のIGBT401,402,403,404 よりなる高周波インバータ４
により約30kHz の高周波に変換され、変圧器10の一次巻
線に接続される。ここで、高周波インバータ４はドライ
ブ回路６により駆動制御される。変圧器10の二次巻線
は、一次巻線との巻数比が１：70であり、この比で昇圧
された高周波高電圧は、ダイオード903,905,913,915 及
びコンデンサ901,907,911,917 からなる整流回路９によ
り４倍圧整流される。この４倍圧整流された直流高電圧
は最高150kV になり、エックス線管11のアノードとカソ
ード間に供給される。

【００１１】 この直流高電圧の電圧値の安定化と制御
について説明する。高電圧部２におけるコンデンサ907
と917 は互いにほぼ等しい値に充電されているので、コ
ンデンサ907 の両端の電圧を分圧器８で検出する。分圧
器８は多数の抵抗を直列に接続して構成され、それぞれ
の抵抗 に並列にコンデンサ が接続されている。この
分圧比率は150kV を5V程度にする比率すなわち、30,00
0:1である。この大きな分圧比率では、理想的な分圧特
性とならないので、コンデンサの値を調整してできる限
り理想的な分圧特性に近づけている。この分圧された電
圧信号は、誤差増幅器７の−入力端子に送られる。一
方、誤差増幅器７の＋入力端子には、基準電圧発生回路
５の出力電圧が供給される。そして誤差増幅器７の出力
は、ドライブ回路６に送られて、その信号に応じたイン
バータ制御出力を発生する。したがって、高周波インバ
ータ４は、分圧器８の検出電圧と基準電圧発生回路５か
らの値とが互いに等しくなるように動作する。

【００１２】 基準電圧発生回路５は、基本的には一定
の基準電圧を発生するものであるが、立ち上がり時の傾
斜に特徴がある。この基準電圧発生回路５の構成は、一
端をコモン線に接続したコンデンサ570 を設け、このコ
ンデンサ570に定電流回路510 により充電電流を流す。
定電流回路510 は端子512 に印加される可変の高電圧出
力設定信号の値に対応した一定電流を流すよう動作す
る。また、コンデンサ570 の一端と端子512 との間には
リミッタ530 が接続され、コンデンサ570 が充電され、
端子512 の電圧値に達したときに、リミッタ530 が動作
して充電電圧を制限する。コンデンサ570 の両端には、
また、スイッチ550 が接続されており、基準電圧のオン
オフのタイミングを設定する。

【００１３】 図３は、基準電圧発生回路５の一例であ
る。図２における符号と同一の符号は、それぞれ同一の
構成要素に対応する。定電流回路510 については、演算
増幅器511 とPNP 形トランジスタ515,521 と抵抗器517,
519,523 とコンデンサ513 とから構成される。演算増幅
器511 の−入力端子は、端子512 に接続されて、基準電
圧の設定用信号を受ける。また、演算増幅器511 の＋入
力端子は、抵抗器519 との接続点520 に接続され、抵抗
器519 の両端の電圧信号を受ける。そして、演算増幅器
511 の出力端子は、PNP 形トランジスタ515 のベースに
接続される。PNP 形トランジスタ515 のエミッタは、抵
抗器517 を介して電源線VDに接続される。もう１個のPN
P 形トランジスタ521 については、そのベースがPNP 形
トランジスタ515 のベースに共通接続される。PNP 形ト
ランジスタ521 のエミッタは、抵抗器523 を介して電源
線VDに接続され、そのコレクタは、コンデンサ570 の一
端に接続される。

【００１４】 この定電流回路510 の動作については、
まず端子512 の信号電圧と、接続点520 の電圧とが互い
に等しくなるように動作する。したがって、PNP 形トラ
ンジスタ515 のコレクタ電流が、端子512 の信号電圧に
対応して一定電流となるように作用する。このとき抵抗
器517 の両端の電圧は、抵抗器519 に流れる電流に対応
した電圧となる。PNP 形トランジスタ515,521 とは、各
ベースは共通接続されているので、PNP 形トランジスタ
521 は、PNP 形トランジスタ515 と同様に、いわば、な
らい動作する。したがって、PNP 形トランジスタ521 の
コレクタからは、端子512 の信号電圧に対応して一定電
流となるように作用する。つまり、端子512 の信号電圧
が低いときは、その低い信号電圧に対応した小さい電流
が流れて、コンデンサ570 を充電する。また、端子512
の信号電圧が高いときは、その高い信号電圧に対応した
大きい電流で流れて、コンデンサ570 を充電する。した
がって、コンデンサ570 の充電電圧の立ち上がりの傾斜
は、端子512 の信号電圧に対応した傾斜となり、高電圧
出力は、基準電圧の立ち上がり傾斜に等しい立ち上がり
傾斜をもつ。

【００１５】 リミッタ回路530 については、演算増幅
器531 とダイオード533 とからなるリミッタ機能を有す
るボルテージ・フォロワ回路である。一般に、演算増幅
器の−入力端子と出力端子との間を接続したボルテージ
・フォロワ回路は、演算増幅器の＋入力端子と出力端子
との電圧が常に等しくなるように作動する。そして、演
算増幅器531 の出力端子に直列接続されたダイオード53
3 の作用により、接続点534 の電位は、演算増幅器531
の＋入力端子よりも高くなることなく、それ以上に上昇
しようすると、これらリミッタ回路530 が導通して、端
子512 の電位に上限が制限される。なお、抵抗器537 は
低い抵抗値の電流制限用である。

【００１６】 スイッチ回路550 については、電流制限
用の抵抗器555 を介してＦＥＴ553 のドレイン・ソース
が接続される。そしてＦＥＴ553 のゲートには、論理回
路551 が接続される。端子552 の信号がＨレベルのとき
は、論理回路551 の出力端子はＬレベルとなり、ＦＥＴ
553 のゲートもＬレベルで、スイッチ回路550 はオフと
なる。逆に、端子552 の信号がＬレベルのときは、論理
回路551 の出力端子はＨレベルとなり、ＦＥＴ553 のゲ
ートもＨレベルで、スイッチ回路550 はオンとなる。

【００１７】 以上説明したように、図３に示す基準電
圧発生回路５は、端子572 に所定の基準電圧を発生させ
るものであり、端子512 の信号電圧に対応して傾斜で立
ち上がり、端子512 の信号電圧を上限として一定電圧の
発生を維持する。また、端子552 の信号によって、この
基準電圧の停止と発生及び再起動をする。

【００１８】

【発明の効果】 本発明は以上述べたような特徴を有し
ており，エックス線管用電源装置において、電圧設定値
の可変に対しても、常に一定で、オーバシュートのな
い、高速度の立ち上がり特性を有する。したがって、被
測定人体への不要被爆量を低減できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】エックス線管用電源装置の起動時の特性の検討
図解である。

【図２】本発明にかかるエックス線管用電源装置の実施
の態様を示す。

【図３】本発明にかかるエックス線管用電源装置におけ
る基準電圧発生回路の一例を示す。

【符号の説明】

１…インバータ及び制御部 ２…高電圧部 ３…整流
回路 ４…高周波インバータ ５…基準電圧発生回路 ６
…ドライブ回路 ７…誤差増幅器 ８…分圧器 ９…高電圧整流
回路 10…変圧器 11…エックス線管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高周波インバータにより付勢される高電圧
   整流回路と、この高電圧整流回路の出力端子に接続され
   るエックス線管端子とからなり、前記高電圧整流回路の
   出力端子に検出回路を接続し、この検出回路の検出電圧
   と基準電圧源の電圧とを比較して所定の高電圧出力を発
   生するエックス線管用電源装置において、 前記基準電圧源は、高電圧出力の設定信号の大きさに応
   じて立ち上がり傾斜の変化する基準信号を出力し、前記
   高周波インバータは高電圧出力が前記基準電圧源の信号
   の立ち上がり傾斜に応じて立ち上がるよう動作すること
   を特徴とするエックス線管用電源装置。
2. 【請求項２】前記基準電圧源の構成が、コンデンサと、
   定電流源と、電圧リミッタと、スイッチ回路、放電リセ
   ット回路とから構成され高電圧出力の設定信号に対応す
   る立ち上がり傾斜の可変直流基準電圧源であることを特
   徴とする請求項１に記載のエックス線管用電源装置。