JPS62202499A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はＣＴ（医療診断用コンピュータ断層Ｘ線装置）
などのＸ線装置に係り、特にパルスＸ線の発生に好適な
インバータ式Ｘ線装置に関する。

〔発明の背景〕

やンネ撮影装置（Ｘ線映画装置）などでは、−回のＸ線
発生期間が数ｍｓと短かく、しかもこれを−秒間の間に
数十回〜百数十回繰り返す事が行なわれる。このためＸ
線管に印加する管電圧として声 １００ｋＶ　〜１５０ｋＶ＋７）高電圧を２００−＆ｓ
以内で立ち上げる必要がある。このようないわゆるパル
ス状Ｘ線の発生には、従来は、２極Ｘ線管と直列に接続
したテトロート責四極管）でスイッチングする方法や、
Ｘ線管自体にアノード電流の開閉機構を備えた三極Ｘ線
管による方法を用いていた。

しかし、これらはいずれも、高圧変圧器の二次側すなわ
ち、高電圧側での電流開閉を目的として作られている。

このため、防電撃や、耐電圧の確保の必要性から、テト
ロードや三極Ｘ線管のグリッド電圧制御回路は絶縁油中
に置かれる事が多い。

従来はこれらを収容するタンクが大型であり、しかも重
量が重いため、装置を設置する際には、特別の配慮が必
要であった。

これにたいして本発明の出願人による特願昭５９−１２
３７３６号に示した高圧変圧器の一次側に半導体スイッ
チング素子よりなる直流−交流変換器（インバータ）を
もちいる方法が考えられる。

第３図を用いてこの方法？簡単に説明する。直流電圧源
１７の電圧Ｅはスイッチング素子Ｑｈ。

Ｑｂ、Ｑ。、Ｑｄと、ダイオードＤ　ａ　ｇ　　Ｄｂ　
ｊＤ。、Ｄｄより構成されるインバータにより交流に変
換し、高圧変圧器６によって昇圧され、高圧整流器７で
整流されたのち、Ｘ線管９に印加される。インバータの
動作を第４図に示す。Ｑ、とＱｄ又はＱｂとＱ、の２つ
の対になったスイッチング素子が交互に駆動されること
により、直流−交流変換動作が行なわれる。この方法に
よると、変圧器へ印加する電圧の周波数を任意に高くで
きるだめ、変圧器鉄心の磁束密度を低減してその体積を
小さくすることが可能である。また、Ｘ線の開閉会、低
電圧側で行なえるため、スイッチング素子の絶縁はあま
り考慮する必要がない。しかし、この方式では、高圧変
圧器６の漏れリアクタンスや浮遊容量、さらに高圧ケー
ブル８の静電容量などが回路要素として加わるため、Ｘ
線管電圧波形ＶＸが図４−（Ｃ）のように振動的となシ
、この振動を吸収するために抵抗を接続するなどして回
路時定数を大きくする必要があった。このため、管電圧
波形の立ち上りは遅くなり前記したパルス状のＸ線は得
られない。したがってこの方式はそれほど立上りの高速
性が要求されない比較的長時間のＸ線発生期間でよいＸ
＠装置にし゛か用いられなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、パルスＸ線の発生を、高圧変圧器一次
側で開閉しても、管電圧波形に振動を発生させず、かつ
高速のＸ線発生立ち上りの可能な、小皿でｉｉ径量なパ
ルスＸ線発生用のＸ線装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、高圧変圧器の一次側に電圧調整手段として整
流回路を、スイッチング手段として直流−交流変換器（
インバータ）？設け、インバータ入力の直流電圧を整流
回路のフィードバック制御によってあらかじめ管電圧に
相当する値に設定しておき、その後インバータのスイッ
チング素子を開閉することで、管電圧を高速に立ち上げ
ることを可能にしたものである。この時回路定数によっ
て管電圧に生ずる振動の抑制は以下の方法による。

第５図は振動抑制の原理を示す回路図である。

起電力Ｅの直流電源１７と、第一のスイッチ１８と、高
圧変圧器の漏れリアクタン・スに相当するインダクタン
スＬｅもつ回路素子たとえばコイル１９と、高圧ケーブ
ルの静電容量に相当するキャパシタンスＣのコンデンサ
２０が並列に接続された負荷２１（Ｘ線管の等価抵抗に
相当するコンダクタンスＧ’ｔもつ）とが直列に接続さ
れると共に、上記コイル１９と上記コンデンサ２０が並
列に接続された負荷２１とに並列に第二のスイッチ２２
を設けて成る。なお、第５図において、符号Ｒは配線の
抵抗分である。

このような回路構成において、負荷２１に直流電源１７
から電力を供給するには、まず、第６図（ａ）に示すよ
うに時刻ｔｏで第一のスイッチ１８を閉じてオンとする
。すると、第５図において１７→１８→１９→Ｒ→（２
０／２１）→１７の回路に電流が流れ、負荷２１への電
力供給が開始される。このとき、上記負荷２１への印加
電圧Ｖは、第６図（Ｃ）に実線２３で示すように上昇し
、そのままでは破線２４で示すようにオーバーシュート
して振動を生ずる。

そこで、負荷２１への印加型ＥＶが所定電圧たとえば直
流電源１７の起電力Ｅと等しくなった時刻ｔ１において
、第６図（ａ）に示すように上記第一のスイッチ１８を
開いてオフとすると同時に、第６図（ｂ）に示すように
第二のスイッチ２２を閉じてオンとする。また、上記時
刻ｔｏから１１の間に、第５図のコイル１９すなわちイ
ンダクタンスＬを流れる電流ｉは、第６図（ｄ）に実線
２６で示すように上昇し、過渡期を経過した後の定常値
ｉ＝Ｅ／Ｒ，＝ＥＧよりも大きな値となっている。そし
て、この電流変化による磁気エネルギのだめに、今度は
電流ｉは、第５図において１９→Ｒ→（２０１２１）→
２２→１９の回路で流れる。しかし、第一のスイッチ１
８がオフとなっていることから直流電源１７よりの電力
供給は停止しておシ、負荷２１への電力供給はインダク
タンスＬの有する磁気エネルギのみとなり、第６図（ｄ
）に実線２７で示すように上記電流ｉは急激に減少する
。このとき、コンデンサ２０の電圧は、負荷２１への放
電量とインダクタンスＬの磁気エネルギによる充電量と
が略等しくなるので、あまり変化しない。

このような状態で、第６図（ｄ）に示すように、上記イ
ンダクタンスＬｅ流れる電流１が定常値ＥＧと等しくな
った時刻ｔ２において、第４図（ｂ）に示すように第二
のスイッチ２２を開いてオンとすると同時に、第６図（
ａ）に示すように第一のスイッチ１８を閉じてオンとす
る。すると、電流ｉは、第５図において再び１７→１８
→１９→Ｒ→（２０／２１）→１７の回路で流れる。こ
のとき、上述のようにコンデ／す２０の電圧はあまり変
化せず第６図（Ｃ）に実線２５で示すＥと略等しい値で
あり、まだインダクタンスＬの電流ｉは第６図（ｄ）に
実線２８で示す定常値ＥＧとなっているので、インダク
タンスＬのコイル１９とキャパシタンスＣのコンデンサ
２０との間のエネルギの移動がなく、負荷２１への印加
電圧Ｖは第６図（Ｃ）のように振動を生じない。従って
、第５図に示す振動抑制回路にに達する時間が遅延する
ことがないと共に、上記負荷２１へ印加する電圧の振動
を°抑制することができる。

〔発明の実施例〕　・ 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。整流
回路１は、電源入力端子１０より入力した交流電圧を、
直流電圧に変換する。整流回路１の直流出力電圧は、リ
アクトル２とコンデンサ３によって形成される平滑回路
によって平滑し、インバータ５に入力する。インバータ
５ば、直流電圧を交流電圧に変換し、高圧変圧器６はイ
ンバータ５の出力電圧を昇圧して、高圧整流器７に入力
する。高圧整流器７の直流出力電圧は高圧ケーブル８を
介してＸ線管９に印加する。

次に、第１図と第２図により、本実施例の動作を説明す
る。整流回路１はそのスイッチング素子として、ここで
はサイリスタを用いているが、こればＧＴＯなど逆阻止
型整流素子であれば実現可能である。サイリスタｌ−ａ
、　　ｌ−ｂ、　　ｌ−ｃ。

ｌ−ｄ、　　ｌ−ｅ、　　ｌ−ｆは、整流器ドライブ回
路１２によって、電源に同期し、位相角設定電圧Ｖ・に
応じた位相角となった時点にて点弧するよう制御され、
Ｘ線曝射前に発生する準備信号１４によって動作を開始
する。コンデンサ３の電圧Ｖｃが上昇すると、分圧抵抗
４によって分圧されたＶＣの検出電圧ＶＣと、管電圧設
定信号１５との差を誤差増幅器１１で増幅し設定信号１
５と検出電圧Ｖｃ′が一致するように、ｖａは制御され
る。したがって、管電圧設定信号１５を調整するだけで
インバータ入力電圧ＶＣは容易に調整可能であシ、入力
電源電圧が変動しても、これらのフィードバックルーズ
によりｓＶＣは常に１５で設定した値となる。パルスＸ
線発生装置ｆｆは毎パルスごとの再現性が重要であるが
本発明によれば、毎パルスの休止期間中に常に一定の値
に設定できる。インバータ５ば、ブリッジ型に接続され
た４つのトランジスタＱ、、Ｑｂ、Ｑ、、Ｑ、と、同じ
く４つのダイオードＤ−、Ｄｂ　、Ｄ＊　、Ｄｄとで開
成される。トランジスタの部分はＧＴＯやＦＥＴなど自
己消弧型の素子であって、応答スピードが速く、電流容
量が太きければ、いずれの素子でも実現可能である。各
トランジスタは、インバータドライブ回路１３の各ベー
ス信号１３−ａ。

１３−ｂ、　　１３−Ｃ，１３−ｄによって駆動される
。Ｘ線曝射信号１６によって１３−ａと１３−ｄ又は、
１３−ｂと１３−Ｃが対になって、インバータドライブ
回路１３より女互に出力し、Ｑ。

とＱｄ又はＱ８とＱ６が対になって交互に導通するため
、インバータ入力直流電圧Ｖｃが交流電圧となって高圧
変圧器６に供給される。

この時、１３−Ｃ又は１３−ｄには適時な停止期間が与
えられる。すなわち、ＯＮしてからΔｔ１の時間の後に
Δｔ２の時間だけ信号’ｚＯＦＦＬ、再びＯＮして定常
の動作にもどる。ここで高圧変圧器の昇圧比ｆｎとすれ
ば、Δｔ１ば、スイッチとしてのＱ、、Ｑ、（又はＱｂ
、Ｑ、）がＯＮしてから管電圧ＶＸが増加し、インバー
タ入力電圧Ｖｃの０倍になるまでの時間、Δｔ２は、Ｑ
ｄ（又はＱ、）がＯＦＦしてからインバータ出力電流Ｉ
ｏが減少し管電流Ｉｘのｎ倍になるまでの時間である。

このような動作を行なうと、第１図の回路においても前
述した第５図の振動抑制回路での振動抑制法と同様の効
果がある。すなわち、第１図と第５図に示す回路要素に
おいて、第１図の高圧変圧器６の漏れリアクタンスが第
５図のりアクタンス１９に、高圧ケーブル８の静電容量
がコンデンサ２０に、高圧変圧器６０巻線抵抗などが抵
抗Ｒに、Ｘ線管９がコンダクタンスＧに相当しており、
電圧■ｃｌｌ″ｉＥに、ＶＸはＶＸ置き換えできる。ま
た、Ｑ、とＱ、がＯＮしている場合、電流Ｉ０は、３→
Ｑ、→６→Ｑｄ→３のように流れ、Ｑ、とＱｄは第５図
における第一のスイッチ１８の役割をしている。ここで
Ｑａ　ｋＯＦＦするとＩ。ば、６→Ｄｂ−＋Ｑ、→６の
ように流れ、ＤｂとＱｌが第２のスイッチ２２として働
く。同様に極性が反転してＱ、とＱ６がＯＮしている場
合も、ＱｂとＱ６が第１のスイッチ１８として、又Ｑｂ
とり、が第２のスイッチ２２として働いている。このよ
うにΔｔ１とΔｔ２をあらかじめ設定するか、もしくは
、Ｖｘと■。を検出してそれぞれ最適値になった時にス
イッチングを行なうことによシエ０及びＶＸは過渡現象
による振動を発生することなく定常状態へ移行できる。

すなわち、管電圧波形ＶＸは図２に示すごとく高速に立
ち上り、かつ振動のない状態にできる。かりに、本実施
例の方法を、用いなければ、ＶＸは図２の点線のように
振動波形となる。又、回路中に制動抵抗を入れた場合は
図２の一点鎖線のようになり戸定の管電圧に達する立ち
上シ時間が長くなり、いずれもパルスＸ線の管電圧波形
としては用いられない。

〔発明の効果〕

゛本発明によれば、Ｘ線ＣＴ装置などの用途に用いられ
るパルスＸ線の発生を、高圧変圧器の一次側の開閉のみ
で行なう事が可能であり、小型化。

軽量化に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における実施例の回路図、第２図は実施
例のタイムチャート、第３図は従来例の回路図、第４図
は第３図のタイムチャート、第５図は本発明の詳細な説
明する回路図、第６図は第５図のタイムチャート。 １・・・整流回路、５・・・インバータ、６・・・高圧
変圧器、９・・・Ｘ線管、１１・・・誤差増幅器、１２
・・・整流器ド第　２　口 早　４　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力変換手段と、高圧変圧器と、高圧整流器と、Ｘ
   線管とよりなり、数ｍｓのＸ線発生期間と、数ｍｓ〜数
   十ｍｓの繰り返し周期とを持つパルスＸ線発生用のＸ線
   装置において、 前記電力変換手段は、交流を直流に変換し、出力電圧調
   整機能を持つ整流回路と、該整流回路の出力電圧を平滑
   する平滑回路と、該平滑回路の出力電圧を検出し、これ
   を管電圧設定値の高圧変圧器一次側換算値となるよう前
   記整流回路を制御するフィードバック回路と、前記平滑
   回路の出力電圧を交流に変換し、同時に前記Ｘ線発生期
   間を決定するスイッチング機能を有したインバータとを
   具備し、Ｘ線発生の直前までに前記平滑回路の出力電圧
   を所定の電圧に設定し、次に前記インバータを駆動する
   ことによつて、Ｘ線の開閉を行なうことを特徴としたＸ
   線装置。 ２、前記インバータは、その入力に接続する平滑回路の
   出力電圧を、その出力に接続する高圧変圧器に通電する
   ための第１のスイッチと、該第１のスイッチを開いたと
   きに前記高圧変圧器に発生する電流エネルギーを還流す
   るための第２のスイッチとで構成され、前記第１のスイ
   ッチを閉じて前記高圧変圧器の２次側に発生する電圧が
   、前記高圧変圧器の１次側に印加した所定の電圧の２次
   側換算値に等しくなったところで前記第１のスイッチを
   開くと同時に前記第２のスイッチを閉じ、前記高圧変圧
   器の１次側を流れる電流が前記高圧変圧器の２次側に流
   すべき所定の電流の１次側換算値に等しくなったところ
   で前記第２のスイッチを開くと同時に前記第１のスイッ
   チを閉じるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のＸ線装置。