X射線高電壓裝置及其運轉方法

2023-11-10 05:24:17 2

X射線高電壓裝置及其運轉方法
【專利摘要】本發明提供一種能夠降低升壓電路的電力損失和溫度上升的X射線高電壓裝置。為此，與預定的定時同步地重複對升壓電路（20）的輸出電壓進行控制使得與預定的升壓電壓一致的升壓電路動作期間、使升壓電路（20）的動作停止的升壓電路停止期間。例如，逆變器電路（30）交替地進行逆變器電路動作期間和逆變器電路停止期間，與該逆變器電路動作期間同步地設為升壓電路動作期間，與逆變器電路停止期間同步地設為升壓電路停止期間。
【專利說明】X射線高電壓裝置及其運轉方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種X射線高電壓裝置，特別涉及一種在如脈衝透視時那樣經過長時間間歇地供給管電流時能夠降低電力損失和溫度上升的X射線高電壓裝置。
【背景技術】
[0002]X射線攝影裝置和X射線CT裝置使用一種X射線高電壓裝置，其向X射線管供給直流的管電壓/管電流，並且控制管電壓/管電流。
[0003]現有技術中的X射線高電壓裝置例如如專利文獻I所記載的那樣，通過升壓電路使對交流的商用電源進行整流所得的直流電壓進行升壓，通過逆變器電路將其轉換為高頻的交流電壓。在通過高電壓變壓器將逆變器電路的輸出電壓進行變壓後，通過高電壓整流電路進行整流來供給到X射線管。檢測施加到X射線管的電壓(管電壓)，對逆變器電路進行反饋控制使得管電壓與目標的管電壓一致。另外，檢測通過升壓電路進行升壓後的直流電壓，對升壓電路進行反饋控制使得與目標的直流電壓一致。
[0004]隨著近年來的逆變器電路的動作頻率的高頻化，在特別長時間連續地間歇照射X射線的脈衝透視時，裝置的溫度上升。因此，在專利文獻I中公開了以下的動作方法，即交替地重複對逆變器電路進行反饋控制的期間和不進行反饋控制而在管電壓成為不是O的最小值的動作點使其動作的非反饋控制期間。由此，對於專利文獻I的X射線高電壓裝置，平均來看逆變器輸出的電壓和時間的積比以前大幅降低。另外，還能夠降低逆變器電路的開關損失和高電壓變壓器的損失。由此，能夠降低溫度上升。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2000-58291號公報
【發明內容】

[0008]發明要解決的問題
[0009]在上述專利文獻I所記載的技術中，能夠降低伴隨著逆變器電路和高電壓變壓器的電力損失的發熱，但並沒有考慮到降低升壓電路的開關元件和電感的損失。
[0010]本發明的目的在於:提供一種能夠降低升壓電路的電力損失和溫度上升的X射線高電壓裝置。
[0011]解決問題的方案
[0012]為了達到上述目的，根據本發明，提供以下的X射線高電壓裝置。即，具備對來自電源的電壓進行升壓的升壓電路、將升壓電路的輸出電壓轉換為高頻的交流電壓的逆變器電路、對逆變器電路的輸出電壓進行升壓和整流後供給到X射線管的高電壓變壓/整流部、控制升壓電路的升壓動作控制電路，在該X射線高電壓裝置中，升壓動作控制電路與預定的定時同步地重複對升壓電路的輸出電壓進行控制使得與預定的升壓電壓一致的升壓電路動作期間和使升壓電路的動作停止的升壓電路停止期間。[0013]發明效果
[0014]根據本發明，能夠降低升壓電路的電感和開關元件的損失，因此能夠抑制損失所伴隨的溫度上升，能夠防止冷卻裝置的大規模化。由此，能夠謀求X射線高電壓裝置的簡單化和小型化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是第一實施方式的X射線高電壓裝置的框圖。
[0016]圖2是表示第一實施方式的升壓電路的結構的電路圖。
[0017]圖3是表示第一實施方式的逆變器電路的結構的電路圖。
[0018]圖4是表示第一實施方式的X射線高電壓裝置的控制信號等的波形的說明圖。
[0019]圖5是表示第一實施方式的升壓動作控制電路的動作的流程圖。
[0020]圖6是表示第一實施方式的管電壓控制電路的動作的流程圖。
[0021]圖7是第二實施方式的X射線高電壓裝置的框圖。
[0022]圖8是表示第二實施方式的X射線高電壓裝置的控制信號等的波形的說明圖。
[0023]圖9是表示第三實施方式的X射線高電壓裝置的控制信號等的波形的說明圖。
[0024]圖10是第四實施方式的X射線高電壓裝置的框圖。
[0025]圖11是表示第四實施方式的升壓電路的結構的電路圖。
[0026]圖12是表示第四實施方式的X射線高電壓裝置的控制信號等的波形的說明圖。
【具體實施方式】
[0027]在本發明中，是一種X射線高電壓裝置，其具備對來自電源的電壓進行升壓的升壓電路、將上述升壓電路的輸出電壓轉換為高頻的交流電壓的逆變器電路、對上述逆變器電路的輸出電壓進行升壓和整流後供給到X射線管的高電壓變壓/整流部、控制升壓電路的升壓動作控制電路，在該X射線高電壓裝置中，構成為升壓動作控制電路與預定的定時同步地重複對上述升壓電路的輸出電壓進行控制使得與預定的升壓電壓一致的升壓電路動作期間和使上述升壓電路的動作停止的升壓電路停止期間。
[0028]這時，可以構成為控制逆變器電路的管電壓控制電路控制逆變器電路，與預定的定時同步地重複將預定的輸出電壓輸出到上述高電壓變壓/整流部的逆變器電路動作期間和使逆變器電路的動作停止的逆變器電路停止期間。在該情況下，可以構成為升壓動作控制電路與逆變器電路動作期間同步地設為升壓電路動作期間，與逆變器電路停止期間同步地設為升壓電路停止期間。
[0029]升壓動作控制電路也可以將與供給到升壓電路的電源電壓的大小為預定值以上的期間同步的期間設為升壓電路動作期間，將電源電壓的大小比預定值小的期間設為升壓電路的停止期間。
[0030]另外，升壓動作控制電路還能夠將與供給到升壓電路的電源電壓的大小為預定值以上的期間和逆變器電路動作期間重疊的期間同步的期間設為升壓電路動作期間，將供給到升壓電路的電源電壓的大小比預定值小的期間或逆變器電路停止期間設為升壓電路停止期間。
[0031]也可以構成為管電壓控制電路與來自X射線管的X射線的間歇照射的周期同步，重複逆變器電路動作期間和逆變器電路停止期間。
[0032]也可以構成為並聯配置多個升壓電路，在該情況下，構成為升壓動作控制電路例如設為升壓電路動作期間，按照預定的定時擇一地按順序選擇多個升壓電路，對選擇出的升壓電路的輸出電壓進行控制使得與預定的升壓電壓一致，在沒有選擇的期間使該升壓電路的動作停止。
[0033]以下說明本發明的實施方式。
[0034]
[0035]根據圖1等說明第一實施方式的X射線高電壓裝置。圖1是第一實施方式的X射線高電壓裝置的框圖。圖2是升壓電路的電路圖。
[0036]如圖1那樣，X射線高電壓裝置具備對使用電源進行整流的整流電路10、對整流後的電壓進行升壓的升壓電路20、將升壓後的直流電壓轉換為高頻的交流電壓的逆變器電路30、對逆變器電路30的輸出電壓進行升壓的高電壓變壓器40、對高電壓變壓器的輸出電壓進行整流的高電壓整流電路50、施加作為高電壓整流電路50的輸出電壓的直流的高電壓而射出X射線的X射線管60以及控制部70。X射線管60具備對陽極進行旋轉驅動的陽極旋轉驅動電路61。陽極旋轉驅動電路61與逆變器電路30並聯連接。
[0037]控制部70包括管電壓檢測電路71、管電壓控制電路72、直流電壓檢測電路73、升壓動作控制電路74以及同步信號產生電路(同步控制部)75。
[0038]管電壓檢測電路71檢測施加到X射線管的電壓(管電壓)。管電壓控制電路72對逆變器電路30進行反饋控制使得通過管電壓檢測電路71檢測出的管電壓與目標的管電壓一致。直流電壓檢測電路73檢測通過升壓電路20進行升壓後的直流電壓。升壓動作控制電路74對升壓電路20進行反饋控制使得通過直流電壓檢測電路73檢測出的直流電壓與目標的直流電壓一致。同步信號產生電路75向管電壓控制電路72和升壓動作控制電路74收發同步信號，使得按照預定的定時同步地動作。
[0039]接著，使用圖2詳細說明本發明的主要部分即升壓電路20。升壓電路20從輸入端(A、B)接受通過整流電路10對商用電源進行整流所得的整流電壓，進行升壓後從輸出端(C、D)輸出。升壓電路20構成為具備電感(LI) 21、開關元件22、二極體(Dl) 24以及電容器(Cd) 23。作為開關元件22，例如使用將二極體22b與絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)等開關(SI) 22a逆並聯所得的開關元件。
[0040]升壓動作控制電路74通過對開關(SI )22a進行脈衝寬度調製控制，而將電荷積蓄到電容器(Cd) 23中進行升壓。由此，進行反饋控制使得由直流電壓檢測電路73檢測出的升壓電路20的輸出電壓與所設定的直流電壓目標值一致。
[0041]另一方面，逆變器電路30是如圖3那樣將4個開關元件31?34連接起來所得的全橋電路。開關元件31?34是分別將二極體Dll?D14與IGBT等開關Sll?S14逆連接所得的電路。將串聯連接的開關元件31和開關元件32的中點a、串聯連接的開關元件33和開關元件34的中點b作為輸出點與高電壓變壓器40連接。
[0042]逆變器電路30的開關元件31?34的開關Sll?S14分別與管電壓控制電路72連接。管電壓控制電路72通過依照根據攝像條件預先確定的定時時序分別對開關Sll?S14進行開關控制，而對X射線管60的管電壓進行控制使得與根據攝像條件設定的管電壓一致。一邊進行這樣的控制，管電壓控制電路72 —邊進行控制，使得在通過管電壓檢測電路71檢測出的管電壓比所設定的管電壓大的情況下，降低逆變器電路30的開關Sll?S14的開關的佔空比。
[0043]相反，進行控制使得在通過管電壓檢測電路71檢測出的管電壓比所設定的管電壓小的情況下，提高逆變器電路30的開關Sll?S14的開關的佔空比。具體地說，通過PWM控制即改變開關Sll和S14、開關S13和S12分別同時為接通期間的長度，來調整向X射線管60施加的電壓。由此，管電壓控制電路72進行反饋控制使得X射線管60的管電壓與所設定的管電壓一致。
[0044]另外，管電壓控制電路72通過交替地重複逆變器電路動作期間和逆變器電路停止期間，而與經常進行反饋控制的情況相比降低逆變器輸出電壓和時間的積，並且增大開關周期的平均來降低逆變器電路30的開關損失和高電壓變壓器40的損失，降低溫度上升。
[0045]使用圖4、圖5和圖6說明本實施方式的X射線高電壓裝置的動作。
[0046]圖4 (a)?(f)是表示控制部70的控制信號和輸出信號的信號波形的說明圖。圖5是表示升壓動作控制電路74的動作的流程圖。圖6是表示管電壓控制電路72的動作的流程圖。
[0047]在本實施方式中，使逆變器電路30以預定的周期交替地進行逆變器電路動作期間和逆變器電路停止期間。進而，使得與逆變器電路停止期間對應地使升壓電路20的升壓動作停止，在逆變器電路動作期間中執行升壓的反饋控制動作。由此，降低升壓電路20的電力損失，降低升壓電路的發熱。
[0048]首先，整流電路10對從商用電源得到的交流電壓進行整流成為直流電壓，供給到升壓電路20。升壓電路20通過由升壓動作控制電路74對使開關(SI) 22a進行開關的定時進行脈衝寬度調製控制，而將電荷積蓄到電容器(Cd)23中，對電容器(Cd)23的兩端的直流電壓Vo I進行升壓。
[0049]這時，同步信號產生電路75如圖4 (a)那樣以預定的定時生成切換開關的同步信號並輸出。即，同步信號產生電路75從所連接的操作部80接受X射線管60的X射線間歇照射的周期(例如通過X射線攝影裝置進行脈衝透視時的幀速率)的設定，與所設定的周期(幀速率)對應生成切換開關的同步信號。
[0050]具體地說，例如在操作部80中能夠選擇幀速率為7.5fps (fps:幀/秒)、15fps、30fps的情況下,分別生成周期T=133ms、67ms、33ms的同步信號。同步信號的佔空比(=接通時間Tm/周期T)為預先設定的值、或與被檢測體的厚度對應地由操作者設定的值。另外，根據被檢測體的厚度得到的圖像的像素值發生變化，因此也可以通過反饋控制設定能夠得到希望的像素值的佔空比。
[0051 ] 同步信號產生電路75所生成的同步信號如圖1那樣由升壓動作控制電路74和管電壓控制電路72同時進行收發。升壓動作控制電路74和管電壓控制電路72與同步信號同步地進行如下動作。
[0052]升壓動作控制電路74如圖5的流程那樣，按照同步信號開通的定時開始升壓電路20的升壓動作的控制(電壓電路動作期間)，到同步信號為關閉為止持續進行升壓動作(步驟501?504)。在同步信號為開通的期間，前進到步驟505，從直流電壓檢測電路73取入升壓電路20的電容器(Cd)23的電壓Vol，將其與所設定的直流電壓目標值進行比較(步驟505)。[0053]在電容器(Cd)23的電壓Vol比目標值小的情況下，如圖4 (b)所示那樣生成升壓電路控制信號，根據該信號使開關(SI) 22a進行開關。由此，使升壓電路20的升壓動作為開通。一邊對其進行反饋控制一邊繼續(升壓電路動作期間)(步驟506、507)直到電容器(Cd) 23的電壓Vol達到目標值為止。
[0054]通過該控制，電容器(Cd)23的電壓Vol如圖4 (C)那樣按照同步信號為開通的定時開始上升，到達到目標值為止上升，到同步信號成為關閉為止維持在目標值。在同步信號成為關閉的情況下，在步驟502中開關(SI) 22a成為關閉，因此升壓的動作停止(升壓電路停止期間)。
[0055]由此，電容器(Cd) 23的電壓Vol逐漸降低相當於逆變器電路30和陽極旋轉驅動電路61的動作所必需的電力的量。但是，逆變器電路30在同步信號為關閉的狀態下成為逆變器電路停止期間，因此幾乎不消耗電力，而在同步信號為關閉的期間消耗電力的只有陽極旋轉驅動電路61。由此，電容器(Cd) 23的直流電壓Vol在同步信號關閉的期間每次非常微小地緩慢降低。
[0056]逆變器電路30將由升壓電路20升壓後的直流電壓轉換為高頻的交流電壓。這時，管電壓控制電路72與同步信號同步地切換逆變器電路動作期間和逆變器電路停止期間。即，如圖6的流程所示那樣，管電壓控制電路72在同步信號為開通的情況下，進行已經說明了的逆變器電路動作期間的動作(步驟601、602)，在同步信號為關的情況下，進行逆變器電路停止期間的動作(步驟603)。
[0057]由此，如圖4 (d)那樣，在逆變器電路的動作期間，對開關SI?S4進行開關控制，調整逆變器電路30的輸出電壓，如圖4 (e)那樣使管電壓檢測電路71檢測的管電壓與目標值一致。由此，管電流也如圖4 (f)那樣與所設定的目標值一致。在逆變器電路停止期間，開關SI?S4全部成為關閉，將管電壓和管電流設為O。
[0058]高電壓變壓器40對逆變器電路30輸出的高頻電壓進行升壓，由高電壓整流電路50進行整流後作為直流電壓(管電壓)、直流電流(管電流)供給到X射線管60。
[0059]由此，與同步信號同步地向X射線管60供給管電壓和管電流，按照與同步信號同步的定時重複照射脈衝狀的X射線。陽極旋轉驅動電路61與同步信號的開關無關而連續地對X射線管60的陽極進行旋轉驅動。
[0060]這樣，根據本實施方式的X射線高電壓裝置，與如脈衝透視等那樣間歇地照射X射線的情況同步地，在不照射X射線的管電壓的逆變器電路停止期間，升壓電路20將升壓動作設為關閉(升壓電路停止期間)。
[0061]由此，在管電壓的逆變器電路停止期間(同步信號關期間)，不進行升壓電路20的開關(Sl)22a的開關的重複動作，因此能夠降低開關損失。進而，升壓電路20的電感21在逆變器電路停止期間(同步信號關閉期間)不進行開關(SI) 22a的開關，因此能夠降低電感21的損失。
[0062]此外，在圖4 (C)中，放大地表示出升壓電路20的電容器(Cd)23的直流電壓Vol的變化，但與同步信號的周期T相比，電容器(Cd)23的放電時間常數非常大，因此升壓電路停止期間的電容器(Cd)23的直流電壓Vol的降低實際上非常小。以下，通過具體的計算表示該情況。
[0063]在設脈衝透視的巾貞速率為30fps,管電壓為125kV,設定管電流(平均值)ImA(mean)=4mA的情況下，根據下述公式(I)求出照射脈衝X射線時的管電流ImA。
[0064]ImA= (T/Ton) X ImA (mean)......(I)
[0065]在此，T是幀速率30fps時的周期，T=33ms。Tm是I周期T中的脈衝X射線照射時間，在此，假設Tm=4ms。
[0066]根據公式(I)，在上述條件下ImA=33mA。升壓電路20在照射X射線時(同步信號開)需要供給125kVX33mA=4125W的電力。另外，需要經常向陽極旋轉驅動電路61供給陽極旋轉所需要的電力100?500W左右。因此，升壓電路20在照射X射線時(同步信號開通)需要供給4125W+500W (最大)=4625W的電力，在X射線停止時(同步信號關閉)需要供給500W (最大)的電力。
[0067]S卩，升壓電路20的負載與脈衝透視同步地變化。用RL= (VolXVol)/P這樣的公式表示負載電阻的值。Vol是通過升壓電路20升壓後的直流電壓，在此如果設為Vol=600V則RL如下。
[0068]RL (照射 X 射線時)=600 X 600/4625=87.3 Ω
[0069]RL (X 射線停止時)=600 X 600/500=720 Ω
[0070]升壓電路20電容器(Cd) 23的容量是幾個mF左右，例如如果設為5mF，則電容器(Cd) 23的放電時間常數τ如下。
[0071]τ οη (照射 X 射線時)=87.3 Ω X 5mF=0.44s
[0072]τ off (X 射線停止時)=720 Ω X 5mF=3.6s
[0073]根據該計算，可知X射線停止時的電容器(Cd)23的放電時間常數τ off=3.6s比脈衝透視的周期(最大幾百ms)大很多。因此，在X射線停止時(同步信號關的逆變器電路停止期間)，即使使升壓電路20的升壓動作為關閉，電容器(Cd) 23的直流電壓的降低也小。
[0074]由此，在X射線停止時(同步信號關閉時)即使停止升壓電路20，直流電壓也不大幅降低，因此在再次切換到照射X射線時(同步信號開通)時，不會為了升壓而在開關元件22、電感21中流過大電流，不產生升壓電路20的停止所伴隨的損失。由此，通過在X射線停止時停止升壓電路20，能夠得到電感和開關元件的損失降低的效果。
[0075]在本實施方式中，與逆變器電路停止期間同步地使升壓電路20的升壓動作停止，由此能夠不追加新的開關等元件就降低電感21的損失和開關損失。由此，不產生因新的元件的追加造成的新的熱源，能夠謀求降低損失。
[0076]在通過上述計算表示的條件下使X射線高電壓裝置實際運轉而測定其溫度上升時，相對於在現有的X射線高電壓裝置中溫度上升60°C左右，對此，在本實施方式的裝置中，能夠抑制為30°C左右的溫度上升。由此，能夠將裝置所具備的冷卻風扇和散熱片等冷卻裝置的個數減少2?3個，謀求裝置結構的簡化/小型化。另外，能夠削減冷卻風扇的電力，進而能夠謀求低電力化。
[0077]另外，通過與逆變器電路停止期間同步地使升壓電路20停止，還能夠得到X射線高電壓裝置的幹擾(噪聲)降低的效果。
[0078]此外，在第一實施方式中，使將升壓動作設為開通的定時與逆變器電路動作期間成為開通的定時一致，但也可以構成為只在預定的時間提早將升壓動作設為開通的定時。由此，升壓動作比逆變器電路動作期間開始得早，因此在逆變器電路動作期間為開通時能夠將電容器(Cd) 23的電壓升壓到預定的目標電壓為止，能夠充分向逆變器電路30進行電壓供給。
[0079]
[0080]使用圖7、圖8說明第二實施方式的實施例2。圖7是表示第二實施方式的X射線高電壓裝置的結構的框圖。圖8 (a)?(d)是表示X射線高電壓裝置的各部的信號波形的說明圖。
[0081]如圖7所示，在第二實施方式中與第一實施方式不同，不使管電壓控制電路72和升壓動作控制電路74同步，而使升壓動作控制電路74的升壓動作與商用電源的電源電壓同步。具體地說，如圖7那樣，代替第一實施方式的同步信號產生電路75而配置商用電壓檢測/同步信號產生電路175。商用電壓檢測/同步信號產生電路175取入商用電源的電壓，生成同步信號後輸入到升壓動作控制電路74。升壓動作控制電路74在整流後的電壓成為預定值以上的期間進行升壓動作(升壓電路動作期間)。
[0082]使用圖8 (a)?(d)的信號波形說明圖7的X射線高電壓裝置的動作。將商用電源假定為單相。商用電壓檢測/同步信號產生電路175檢測商用電源的電壓，在檢測出的電壓(圖8 (a))為閾值Vrefl以上、或Vref2以下時，控制升壓動作控制電路74使得升壓電路20動作。由此，升壓動作控制電路74根據直流電壓檢測電路73的檢測電壓對升壓電路20的開關元件22進行反饋控制(圖8 (C))。由此，在整流電路10的整流後的電壓(圖8(b))為閾值Vrefl以上的期間進行升壓動作，因此能夠在向升壓電路20供給的電壓高的狀態下進行升壓，能夠高效地進行升壓。
[0083]另一方面，在商用電壓檢測/同步信號產生電路175所檢測出的電壓為Vrefl以下、Vref2以上的期間，升壓動作控制電路74停止升壓動作(升壓電路停止期間)。
[0084]由此，從升壓電路20輸出的直流電壓(圖8 (d))與第一實施方式同樣地重複升壓和因放電造成的微小的電壓降低。在與電源周期對應地停止升壓電路20的情況下，升壓的停止期間如根據圖(a)?(d)可知的那樣，電源頻率為50Hz時不超過I周期20ms的一半一下,在60Hz時不超過I周期16ms的一半以下,與在第一實施方式中通過計算求出的電容器(Cd) 23的放電時間常數τ off=3.66s相比十分小。由此，即使在升壓電路停止期間停止升壓電路20，升壓電路20的直流電壓也不大幅地降低，因此在再次切換為升壓動作開通時，在開關元件22、電感21中不會流過大電流，不產生升壓電路20的停止所伴隨的損失。
[0085]另一方面，管電壓控制電路72與升壓動作控制電路74不同步，而以與操作部80所設定的幀速率對應的周期重複逆變器電路動作期間和逆變器電路停止期間。
[0086]其他結構與第一實施方式相同，因此省略說明。
[0087]如以上那樣，在第二實施方式中，按照從整流電路10施加閾值以上的電壓的定時，在升壓電路20中將升壓動作設為開通(升壓電路動作期間)，除此以外將升壓動作設為關閉(升壓電路停止期間)，由此能夠高效地進行升壓，並且通過重複進行升壓動作的開關，能夠降低升壓電路的電感21的損失以及開關元件22的開關損失。由此，能夠降低裝置的發熱，能夠進行冷卻機構的簡單化、X射線高電壓裝置的小型化。另外，能夠降低X射線高電壓裝置的幹擾(噪聲)。
[0088]在第二實施方式中，構成為由商用電壓檢測/同步信號產生電路175檢測商用電源電壓，但當然也可以構成為通過整流電路10檢測整流後的電壓。
[0089][0090]在第三實施方式中，組合第一實施方式和第二實施方式，在與幀速率的周期同步的逆變器電路動作期間，並且以整流電路10的直流電壓為閾值以上的定時使升壓電路20動作。
[0091]如圖9 Ca)?(C)所示，在第二實施方式的結構中，以整流電路10的直流電壓為閾值Vrefl以上的定時開始升壓電路動作期間。如圖9 (d)那樣，構成為以在第一實施方式的結構中與幀速率同步的周期交替地重複逆變器電路動作期間和逆變器電路停止期間，將與逆變器電路動作期間同步的期間設為升壓電路動作期間。在第三實施方式中，對其進行組合，按照整流電路10的直流電壓為閾值Vrefl以上的定時，並且將作為逆變器電路動作期間的期間設為升壓電路動作期間。例如，在電源電壓是60Hz，幀速率是30fps的情況下，按照圖9 (e)所示的定時將升壓動作設為開通。
[0092]由此，能夠在直流電壓為閾值以上的狀態下高效地進行升壓，並且能夠縮短將升壓動作設為開通的時間，因此能夠降低升壓電路20的開關元件的開關損失，還能夠降低電感21的損失。
[0093]在本實施方式中，升壓電路20為關閉的期間(升壓電路停止期間)為比逆變器電路停止期間稍長的期間，但如在第一實施方式中說明的那樣，電容器(Cd) 23的放電時間常數τ off比逆變器電路停止期間要長很多，因此在升壓電路20為關閉的期間直流電壓幾乎不降低(圖9(f))。由此，在升壓動作再次切換為開通時，在開關元件22、電感21中不會流過大電流，不產生升壓電路20的停止所伴隨的損失。由此，通過在X射線停止時停止升壓電路20，能夠得到降低電感和開關元件的損失的效果。
[0094]〈第四實施方式〉
[0095]使用圖10?圖12說明第四實施方式的X射線高電壓裝置。
[0096]第四實施方式的X射線高電壓裝置是不只能夠進行脈衝狀地連續照射比較弱的X射線的脈衝透視，還能夠進行一次照射大的管電流/管電壓的X射線的攝影的裝置。裝置的整體結構如圖10所示那樣，與第二實施方式相同，但升壓電路20的內部的電路結構和升壓動作控制電路74的動作與第二實施方式不同。
[0097]如圖11所示，升壓電路20具備3個電感21-1、21-2、21_3 ;3個開關22a_l、22a_2、22a-3 ；3 個二極體 22b-l、22b-2、22b-3 以及 3 個二極體 24-1、24_2、24_3，構成 3 個並聯的升壓電路20-1、20-2、20-3。S卩，第一升壓電路20-1由電感21-1、開關22a_l、二極體22b_l以及二極體24-1構成。
[0098]第二升壓電路20-2由電感21-2、開關22a_2、二極體22b_2以及二極體24-2構成。第三升壓電路20-3由電感21-3、開關22a-3、二極體22b-3以及二極體24_3構成。第一?第三升壓電路20-1、20-2、20-3通過使3個開關22a-l、22a_2、22a_3同時地重複進行開關，能夠將電荷積蓄到一個電容器(Cd)23中。由此，不只是在第二實施方式中說明了的脈衝透視，還能夠進行一次照射大的管電流/管電壓的X射線的攝影。整流電路10、逆變器電路30、高電壓變壓器40、高電壓整流電路50以及X射線管60的結構與第一實施方式相同。
[0099]在升壓動作控制電路74中，作為直流電壓的目標值設定脈衝透視時的目標值和攝影時的目標值的2個目標值。升壓動作控制電路74在攝影時使3個開關22a-l、22a-2、22a-3同時重複地進行開關，使電容器(Cd)23升壓到攝影時的目標值的電壓。例如，進行開關使得在3個升壓電路中分別流過每次100A的電流，通過合計300A的電流使電容器(Cd)23升壓。
[0100]另一方面，在脈衝透視時，商用電壓檢測/同步信號產生電路175檢測商用電源的電壓周期(圖12 (a))，產生每個預先確定的周期(例如2個周期)的同步信號。接受了該同步信號的升壓動作控制電路74如圖12 (b)?(d)那樣在電源周期的每2個周期，按順序將3個升壓電路20-1、20-2、20-3設為升壓電路動作期間而使其動作。
[0101]S卩，將第一升壓電路20-1設為升壓電路動作期間，使開關22a-l重複進行開關，例如向電容器(Cd)23供給2個周期的30A的電流，使電容器(Cd)23升壓。這時，第二和第三升壓電路20-2、20-3的開關22a-2、22a-3成為關閉(升壓電路停止期間)。
[0102]在下一個2個周期中，將第二升壓電路20-2設為升壓電路動作期間，使開關22a_2重複進行開關，例如向電容器(Cd) 23供給2個周期的30A的電流，第一和第三升壓電路20-1、20-3成為關閉(升壓電路停止期間)。進而，在下一個2個周期中，將第三升壓電路20-3設為升壓電路動作期間，使開關22a-3重複進行開關，例如向電容器(Cd)供給2個周期的30A的電流，第一和第二升壓電路20-1、20-2成為關閉(升壓電路停止期間)。
[0103]這樣，通過逐一地選擇3個升壓電路20-1、20-2、20_3而設為升壓電路動作期間，而如圖12 (e)那樣使電容器(Cd) 23的電壓升壓。此外，在圖12 (b)?(d)中，為了容易進行圖示，將向開關22a-l?22a?3的控制信號為開通的期間的波形描繪為始終開通，但如上述那樣，在該開通的期間，控制信號重複地進行開關。
[0104]這樣，通過在脈衝透視時按順序使3個升壓電路動作，與同時(例如每次10A)使3個升壓電路動作而升壓到脈衝透視所需要的電壓的情況相比，在電容器(Cd) 23中升壓的電壓相同，但始終是2個升壓電路為關閉，因此能夠降低成為關閉的升壓電路的電感22的損失。在使其動作的升壓電路中，與在同時使3個升壓電路動作的情況下流過的電流(例如10A)相比，流過3倍的電流(30A)，因此無法得到開關元件22的損失降低和電感21的損失降低的效果，但升壓電路20的發熱的很大原因是電感22的損失，因此在能夠降低電感22的損失的本實施方式中，降低發熱的效果較大。
[0105]此外，管電壓控制電路72與第二實施方式同樣地與幀速率的周期同步而重複逆變器電路停止期間和逆變器電路動作期間。
[0106]這樣，在第四實施方式中，在使用並聯連接了多個升壓電路的結構的升壓電路20的X射線高電壓裝置中，通過將多個升壓電路按順序設為升壓電路動作期間，能夠得到降低損失的效果。
[0107]另外，也可以組合第四實施方式和第一實施方式。具體地說，也可以構成為即使是多個升壓電路中的處於升壓電路動作期間的升壓電路，在管電壓控制電路72的逆變器電路停止期間也停止升壓動作，只在逆變器電路動作期間進行升壓動作。
[0108]另外，也可以組合第四實施方式和第二實施方式。具體地說，也可以構成為即使是多個升壓電路中的處於升壓電路動作期間的升壓電路，在整流後的電源電壓比預定的電壓Vrefl小的期間也停止升壓動作，只在成為預定的電壓Vrefl以上的期間將升壓動作設為開通。
[0109]此外，在上述第一?第四實施方式中，說明了 X射線高電壓裝置的脈衝透視時，但電容器(Cd) 23的電壓在將升壓動作設為關閉時也幾乎不降低，因此也能夠進行連續透視。另外，與電源電壓的變化同步地將升壓動作設為開通的第二實施方式和第四實施方式的升壓電路並不限於X射線高電壓裝置，在作為其他裝置的升壓電路使用的情況下也能夠得到降低損失的效果。
[0110]如以上說明的那樣，根據本發明，能夠降低升壓電路的開關元件、電感的損失，因此能夠抑制損失所伴隨的溫度上升，能夠防止冷卻裝置(散熱片、冷卻風扇等)的大規模化，謀求裝置的簡單化和小型化。
[0111]另外，還能夠抑制裝置的成本。進而，能夠進行升壓電路的動作頻率的高頻化。
[0112]附圖標記說明[0113]10:整流電路；20:升壓電路；21:電感；22:開關兀件；22a:開關；22b: 二極體；23:電容器；30:逆變器電路；31~34:開關元件；40:高電壓變壓器；50:高電壓整流電路；60:X射線管；61:陽極旋轉驅動電路；70:控制部；71:管電壓檢測電路；72:管電壓控制電路；73:直流電壓檢測電路；74:升壓動作控制電路；75:同步信號產生電路；80:操作部；175:商用電壓檢測/同步信號產生電路。
【權利要求】
1.一種X射線高電壓裝置，其特徵在於，具備: 對來自電源的電壓進行升壓的升壓電路； 將上述升壓電路的輸出電壓轉換為高頻的交流電壓的逆變器電路； 對上述逆變器電路的輸出電壓進行升壓和整流後供給到X射線管的高電壓變壓/整流部；以及 控制上述升壓電路的升壓動作控制電路，其中 上述升壓動作控制電路與預定的定時同步地重複對上述升壓電路的輸出電壓進行控制使得與預定的升壓電壓一致的升壓電路動作期間、使上述升壓電路的動作停止的升壓電路停止期間。
2.根據權利要求1所述的X射線高電壓裝置，其特徵在於， 還具備控制上述逆變器電路的管電壓控制電路， 上述管電壓控制電路控制上述逆變器電路，與上述預定的定時同步地重複將預定的輸出電壓輸出到上述高電壓變壓/整流部的逆變器電路動作期間、使上述逆變器電路的動作停止的逆變器電路停止期間， 上述升壓動作控制電路將與該逆變器電路動作期間同步的期間設為上述升壓電路動作期間，將與上述逆變器電路停止期間同步的期間設為上述升壓電路停止期間。
3.根據權利要求1所述的X射線高電壓裝置，其特徵在於， 上述升壓動作控制電路將與供給到上述升壓電路的電源電壓的大小為預定值以上的期間同步的期間設為上述升壓電路動作期間，將上述電源電壓的大小比上述預定值小的期間設為上述升壓電路的停止期間。
4.根據權利要求1所述的X射線高電壓裝置，其特徵在於， 還具備控制上述逆變器電路的管電壓控制電路， 上述管電壓控制電路控制上述逆變器電路，與上述預定的定時同步地重複將預定的輸出電壓輸出到上述高電壓變壓/整流部的逆變器電路動作期間、使上述逆變器電路的動作停止的逆變器電路停止期間， 上述升壓動作控制電路將供給到上述升壓電路的電源電壓的大小為預定值以上的期間和該逆變器電路動作期間重疊的期間設為上述升壓電路動作期間，將供給到上述升壓電路的電源電壓的大小比預定值小的期間或上述逆變器電路停止期間設為上述升壓電路停止期間。
5.根據權利要求2或4所述的X射線高電壓裝置，其特徵在於， 上述管電壓控制電路與來自上述X射線管的X射線的間歇照射的周期同步地重複上述逆變器電路動作期間和上述逆變器電路停止期間。
6.根據權利要求1所述的X射線高電壓裝置，其特徵在於， 並聯配置多個上述升壓電路， 上述升壓動作控制電路，設為上述升壓電路動作期間，按照預定的定時擇一地按順序對多個上述升壓電路進行選擇，對選擇出的升壓電路的輸出電壓進行控制使得與預定的升壓電壓一致，在沒有選擇的期間使該升壓電路的動作停止，設為上述升壓電路停止期間。
7.—種X射線高電壓裝置的運轉方法，該X射線高電壓裝置具備對電源電壓進行升壓的升壓電路、將上述升壓電路的輸出電壓轉換為高頻的交流電壓的逆變器電路、對上述逆變器電路的輸出電壓進行升壓和整流後供給到X射線管的高電壓變壓/整流部，該X射線高電壓裝置的運轉方法的特徵在於， 與預定的定時同步地重複對上述升壓電路的輸出電壓進行控制使得與預定的升壓電壓一致的升壓電路動作期間、使上述升壓電路的動作停止的升壓電路停止期間。
8.根據權利要求7所述的X射線高電壓裝置的運轉方法，其特徵在於， 控制上述逆變器電路，與上述預定的定時同步地重複將預定的輸出電壓輸出到上述高電壓變壓/整流部的逆變器電路動作期間、使上述逆變器電路的動作停止的逆變器電路停止期間， 將與該逆變器電路動作期間同步的期間設為上述升壓電路動作期間，將與上述逆變器電路停止期間同步的期間設為上述升壓電路停止期間。
9.根據權利要求7所述的X射線高電壓裝置的運轉方法，其特徵在於， 將供給到上述升壓電路的電源電壓的大小為預定值以上的期間設為上述升壓電路動作期間，將上述電源電壓的大小比上述預定值小的期間設為上述升壓電路的停止期間。
10.根據權利要求7所述的X射線高電壓裝置的運轉方法，其特徵在於， 並聯配置多個上述升壓電路， 設為上述升壓電路動作期間，按照預定的定時擇一地按順序對多個上述升壓電路進行選擇，對選擇出的升壓電路的輸出電壓進行控制使得與預定的升壓電壓一致，在沒有選擇的期間使該升壓電路的動作停 止，設為上述升壓電路停止期間。
【文檔編號】H05G1/20GK103891415SQ201280051074
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月31日 優先權日:2011年11月4日
【發明者】大貫真二郎, 大久保亮志 申請人:株式會社日立醫療器械