JPS6072199A - Ｘ線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はＸ線ｉケに対して再現性良く安定に電力供給を
行い得るようにしたＸ線装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

Ｘ線ＣＴ装置等、パルスＸ線を用いるＸ線装置では、そ
のＸ線管に高速で立上シ特性の速い電力をパルス的に再
現性良く供給することが必要である。例えば１　ｍ５ｅ
ｅ以内に１２０ｋＶ、３００ｍＡに立上る高電圧をＸ線
管にｉ４ルス的に供給することが必要である。ちなみに
立上シ速度が１０　ｍ５ｅｃ程度の電圧を供給してＸ線
管を駆動すると、その途中の低い電圧で発生する軟Ｘ線
の線量が増え、Ｘ線が照射される生体の軟組織にとって
甚だ有害となる。

そこで従来では、高圧テ）　ｏ　−Ｐ管を用いてＸ線管
に印加する１　２０　ｋＶの高電圧をスイッチングする
ことで、上記Ｘ線管を２〜３　ｍ５ｅｃ以内で短時間ノ
ｅルス駆動することが行われている。

この冒圧テトロード管のスイッチング作用によって、Ｘ
線管印加電圧ｔ　０．２　ｍ５ｅｃ程度の高速度で立上
げることを可能としている。ところが高圧テ）ｏ−ド菅
は真空・Ｕである為にその寿命が短く、定期的な交換が
必要である。しかもテトロード管が高価であり、またこ
れを駆動する為の付属回路が非常に大損シであると云う
不具合があった。

一方、このような高電圧を発生する電源回路について考
えてみると、商用周波数で駆動される変成器を用いて回
路全構成すると、その電圧立上りに１０　ｍ５ｅｃ以上
の時間が必要となる。そこで最近では、動作周波数がＬ
　ＯｋＨｚ程度の高周波インバータ回路を用いて電源部
を構成することが考えられている。このような高周波イ
ンバータ回路を用いることによって、原理的には変成器
の１次巻線側の制御により、ｌ　ｍ５ｅｃ鞘に１２０　
ｋＶ埋度に立上る高′眠圧を得ることが可能となる。

ところが、このようにして高周波インバータ回路を用い
る場合、実際上、次のような問題が生じた。即ち一般に
上記高周波インバータ回路を駆動する直流電源は完全な
直流ではなく、通常商用電源周波数の２倍の周期のリッ
プル成分を含んでいる。また大電力全Ｘ＃ｉ！管に供給
している間に、その供給電圧が徐々に降下してくる。

このことは、Ｘｉ管に供給する電圧にリップルが生じ、
また電圧降下が生じることを意味している。Ｘ線ＣＴ装
置やディジタル・ラジオ・グラフィー装置では良質の画
（象を得る為には高圧）ぐルスの波高値の変動が１％以
下であることが必要であシ、上記のような電圧降下やリ
ップルは画像の劣化をもたらす。

そこで、Ｘ線管に供給する高電圧を検出して発生電圧を
負帰還制御することが考えられているが、この制御系に
よる高電圧の立上シを速くするとオーバーシュートを生
じ、この過電圧によるＸ　線管の破壊を招来し易いと云
う不具合が生じだ。

また大・電力回路として、大容量モータの高速駆動およ
び短時間ブレーキの制御手段として、その制御帰還系に
スイッチを設け、このスイッチをオン・オフする所謂パ
ンパン制御が知られている。この場合、上記スイッチの
オン・オフ・タイミングが非常に重要であり、専ら計算
機を用いてその評価関数が最小となるタイミングを計算
して制御している。然し乍ら、このような手法をＸ線装
置に取入れるには、上記計算に時間がかかる等の多くの
問題があシ、実用性に乏しかった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、ｘｉ’ｉに対して再現性良く、
且つ安定にノＲルス高電圧金立上シ良く与えて上記Ｘ線
管を安定に駆動し得るようにしたＸ線装置を提供するこ
とにちる。

〔発明の概要〕

本発明は、冒周波インバータ回路により変成器の２次巻
線に生起されてＸ線管に供給される高電圧回路の出力電
圧を検出し、この検出電圧を非線形処理して前記高周波
インバータ回路に帰還して該インバータ回路のスイッチ
ング周期またはスイッチング導通幅を非線形制御するよ
うにしたものである。例えば帰還系に設けたスイッチに
より、高゛畦圧出力が目り’Ｋｆ直に近付いたときから
帰還ルーノを作動させ、或いは検出電圧に対して動作不
感帯領域を持つ動作特性の誤差増ｌ１ｌｉ器を介する帰
還ループを構成することによって高周波インバータ回路
の動作全帰還制御するようにしたものである。

〔発明の効果〕 かくして本発明によれば、非線形な高周波インバータ回
路の帰還制御により、その帰還系が過度に働くことがな
い。この結果、１００　ｋＶ以上の高電圧で、且つ２０
０　ｍＡ以上の大電流パルスｌＸ線管に供給するに際し
ても、オー・々−シュー）ｆ招くことなし、に１　ｍ５
ｅｃ以内の高速に立上る電力・ぐルス波形とすることが
できる。そして、上記帰還系によシ、入力電源のリップ
ル。

レギュレーションによる電圧変動を効果的に抑え、更に
はＸ線肯を駆動する場合の固有な問題、つまりＸ線管フ
ィラメント電流の変動に起因する管電圧の変動を効果的
に吸収して、Ｘ線管への供給電圧の安定化と再現性の向
上を図ることが可能となる。これ故、Ｘ線装置の特性安
定化を図９得る等、実用土多大なる効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。

第１図は冥施例装置の要部概略構成図である。

直流電源１は、例えば商用電源をダイオ−Ｐを介して整
流したものからなり、この直流電源１０両端間に変成器
２の１次巻線および主スィッチ素子３、補助スイッチ素
子４が直列に接続され、更に上記主スィッチ素子３の両
端間に共振用コンデンサ５およびダンｉｅ−用ダイオー
ドが逆並列に接続されて電圧共振型シングルエンドスイ
ッチ方式の商周波インバータ回路が構成されている。Ｇ
ＴＯ等からなるＦｍ記主スイッチ素子３は、パルス発生
器７からのｌ　Ｑ　ｋＨｚ程度のトリが信号を受けて動
作し、またザイリスタからなる補助スイッチ素子４は、
前記ｉｅルス発生器７に同期して所定の遅延パルスを発
生する補助パルス発生器８によシ駆動される。この遅延
パルスの遅延量は、後述する帰還信号によって可変され
る。そして、この高周波インバータ回路の作動によシ前
記変成器２の２次巻線に生起される高電圧は、ダイオー
ドプリツノからなる整流器を介して整流され、更にはコ
ンデンサ１０によシ平滑化されたのち、ｘｍ管１１に印
加供給されている。

しかして、Ｘ線管１１に供給される電圧は、直列接続さ
れた抵抗器からなる電圧検出器１２によシ検出されてお
シ、この検出電圧は帰還回路１３を介して前記補助ノク
ルス発生器８に帰還されている。帰還回路１３は、例え
ば検出ＣＥ圧に所定の係数に１ＦＩ：与える係数器１３
ａ１ツエナーダイオード１３ｂにより設定される基準電
圧と、上記係数処理された検出電圧との誤差電圧金求め
る誤差増幅器１３Ｃ１そしてこの誤差増幅器１３ｃの出
力を選択的に前記パルス発生器８に与えるスイッチ１３
ｄとによ多構成される。

このスイッチ１３ｒｌは、前記検出電圧が所定の目標値
に達したときに導通されて、前記病周波インバータ回路
による出力電圧制御の負帰還制御ループを形成するもの
である。具体的には、前記Ｘ線管１１への供給電゛圧を
検出し、その電圧が目ｖＡ＋直の９０％に達したときに
スイッチ１３ｄを投入するようにすればよい。

このような負帰還制御ループにおいて前記補助パルス発
生器８は、一定周期で、且つ一定の導通幅でオン・オフ
動作する主スィッチ素子３に対して、補助スイッチ素子
４の導通タイミングを、検出電圧が所定値より低いとき
には遅延時間を短くし、また検出電圧が所定値よシ高い
ときには遅延時間を長くして前記高周波インバータ回路
による出力電圧を制御している。

ところで、前記補助スイッチ朱子４の働きによる高周波
インバータ回路における電力供給量の可変作用について
は、本発明者らが先に提唱した特願昭５８−１０８１０
４号等に詳しく述べる通りである。この補助スイッチ素
子４の働きについて簡単に説明すると、主スィッチ素子
３の働きによってインバータ回路に生起される共振電流
による共振用コンデンサ５の再充電を上記補助スイッチ
素子４により効果的に阻止することができる。しかもこ
のときのインバータ回路の共振条件をそのまま維持する
ことができる。この結果、主スィッチ素子３に対する補
助スイッチ素子４の導通タイミングを可変するだけで、
インバータ回路による供給電力量、ひいては供給゛電圧
を簡易にして効率良く広範囲に変えることが可能となる
。

従って今、第２図（ａ）に示すように主スィッチ素子３
を一定の周期Ｔで一定の時間幅Ｔｏｎで導通制御し、こ
れに対して同図（ｂ）に示すように補助スイッチ朱子４
′ｆ：所定の時間遅れＴＤをもって駆動するようにすれ
ば、同図（Ｃ）に示すようにインバータ回路に流れる電
流波形を可変することがｉ５Ｊ能となる。そして、上記
時間遅れＴＤを長くするに従って電流量を抑え、その供
給電力量を少なくし、また時間遅れＴＤを短くして電流
量を増大せしめ、供給電力量を増やすことができる。

尚、この場合、時間遅れｉ’ｏｆ：零にすることによシ
、最大の成力が供給可能となる。

前述した負帰還ループは、検出電圧に応じて上記時間遅
れＴＤを可変して出力（供給）電圧の一定化を行うもの
であシ、特に前記スイッチ７　、？　ｄの作用によって
Ｘ線管１ノへの供給電圧が目標値に達したのち、つまり
最終的な供給電圧ｖ２の±１０％以内の範囲内に達した
のちに形成される。従って、検出電圧に対して非線形に
帰還制御が行われるものとなっている。

このようなスイッチ１３ｄによる非線形制御を行うと、
供給電圧を目標値に早く収束させることができる。すな
わち、もし始めから閉ループが形成されているとすると
電圧が立ち上シ始めたとき大きな誤差電圧がノ９ルス発
生器８に供給され必要以上の大きな電力がＸ線′ａ１１
に供給され始める。しかし次第にＸ線管１１の電圧が上
昇し、誤差電圧が少なって来たときには平滑コンデンサ
１０や閉ループ系の遅れ特性のために急激に対応できず
、電力を負荷に送りＡぎ、結果としてオーバーシュート
する。その後はオーバーシュートを下げるべくパワーが
収られるかやはシ遅れのために振動しながら徐々に目標
値に向って収束する。結局出力電圧が目標値に収束安定
化するまでに長い時間がかかる。この点、本装置ａ、で
は前述した如く非線形な制御によって、出力電圧が目標
値に近づいたときに初めて帰還ループが作用するので、
上述したオーバーシュート等の問題を招くことなしに速
やかに出力電圧が安定化する。つまり、全体的に目標値
への安定化に要する時間が短くなり、その立上シ特性を
良好なものとすることができる。

第３図はこのような制御によって得られる出力電圧波形
を示すもので、オーバーシュートを生じることなしに、
約０．５　ｍ５ｅｃの良好な立上シ特性を示しているこ
とが示される。尚、第３図中のノイズ分は、晶周波イン
バータ回路から、その測定系に混入したノイズ金示して
おり、そのスイッチング周波数は約１０　ｋＨｚとなっ
てい。

る。

以上説明したように本発明によれば、Ｘ線管１１に供給
する電圧の立上シ％性を十分に良好なものとし、且つそ
の供給電圧の安定化を図シ得る。従って、Ｘ線管１１の
菅４尤流が変化しても、その管電圧の安定化を図シ得る
ので、Ｘ線装置に要求される仕様を十分満たして、その
特性の向上を図ることが可能となる。故に、Ｘ線ＣＴ装
置やディノタル・ラジオ・グラフィー装置に適用して多
大な効果が奏せられる。またテトロード管等を必要とし
ないので安価であシ、その保守性も良い等の効果が奏せ
られる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えばイン・ぐ−夕回路による出力電圧制御を、主スィッ
チ素子３のスイッチング周期やスイッチング導通幅を変
えることによって行うようにしてもよい。また帰還回路
１３を第４図（、）に示すような不感帯特性を持つ非線
形増幅器１３ｅを用いて第４図（ｂ）に示す如く構成し
てもよい口この場合、スイッチ１３ｄが不要となシまた
前述した第１図に示す帰還回路１３と基本的に同様な作
用が呈せられる。その信奉発明は、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の要部・慨略構成［ｄ、
第２図（−）〜（Ｃ）は実施例装置の動作波形図、第３
図は実施例装置の出力電圧波形図、第４図（ａ）　（ｂ
）は本発明の変形例を示す図である。 １・・・直流電源、２・・・変成器、３・・・主スィッ
チ素子、４・・・補助スイッチ素子、５・・・共振用コ
ンデンサ、６・・・ダンｉ４−用ダイオード、７・・り
臂ルス発生器、８・・・補助／４’ルス発生器、９・・
・整流器、１０・・・コンデンサ、１ノ・・・Ｘ線’ｔ
ｌ　、７２・・・重圧検出器、１３・・・帰還回路。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第４図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）変成器の１次巻線全負荷とする高周波インバータ
   回路と、この高周波インバータ回路の動作によシ前記変
   成器の２次巻線に生起される高電圧を整流してＸ線管に
   供給する高電圧回路と、この高電圧回路の前記ｘ６管へ
   の供給電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器に
   よる検出電圧を前記高周波インバータ回路に非線形帰還
   して該高周波インバータ回路のスイッチング周期または
   スイッチング導通幅全非線形制御する帰還回路とを具備
   したことを特徴とするＸ線装置。
2. （２）　帰還回路は、電圧検出器による検出電圧と所定
   の基準電圧との差電圧をめる誤差増幅器と、高電圧回路
   がＸ線管に供給する電圧が目標値に近づいたときに前記
   誤差増幅器の出力を高周波インバータ回路に帰還してそ
   の帰還制御ループを形成するスイッチ回路とによシ構成
   されるものである特許請求の範囲第１項記載のＸ線装置
   。
3. （３）帰還回路は、電圧検出器による検出電圧に対して
   動作不感帯領域を持つ動作特性の誤差増幅器を含んで構
   成されるものである特許請求の範囲第１項記載のＸ線装
   置。