專(zhuān)利名稱(chēng)：X射線(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用逆變器電路把直流電壓變換成高頻交流電壓，把它輸出的交流電壓通過(guò)變壓器施加到X射線(xiàn)管的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置和利用它的X射線(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
最近，從一般的X射線(xiàn)攝影裝置到循環(huán)器X射線(xiàn)攝影裝置、X射線(xiàn)CT裝置廣泛適用于醫(yī)療用X射線(xiàn)高壓裝置。對(duì)這些X射線(xiàn)高壓裝置的要求是可以穩(wěn)定提供需要的管電壓，在此基礎(chǔ)上，最近為了提高管電壓輸出范圍的寬度和設(shè)置的自由度，以可以應(yīng)對(duì)各種各樣裝置，對(duì)減小設(shè)置面積和尺寸變小、重量減輕的要求越來(lái)越高。
例如特開(kāi)平9-190898號(hào)公報(bào)公開(kāi)了要得到用于管電壓控制的寬范圍輸出而利用脈沖調(diào)制(脈沖寬度和相位位移)的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置。
根據(jù)特開(kāi)平9-190898號(hào)公報(bào)的內(nèi)容，利用管電壓檢測(cè)器進(jìn)行管電壓檢測(cè)，把它與目標(biāo)值輸入到逆變器控制電路，求出逆變器電路的相位差和頻率進(jìn)行控制。可是，對(duì)于高壓變壓器鐵心的磁偏和磁飽和要進(jìn)行下述的增大鐵心尺寸的處理。
在此，對(duì)鐵心的磁偏和磁飽和與鐵心尺寸有什么樣的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。一般，高壓變壓器在一次側(cè)和二次側(cè)的磁結(jié)合部位使用的磁性鐵心超過(guò)最大磁通密度的話(huà)，達(dá)到磁通的飽和區(qū)域后失去其功能，此外，鐵心的磁通密度達(dá)到飽和后，由于一次側(cè)的電感急劇減小，要流過(guò)大的電流，不僅裝置的控制性成為問(wèn)題，而且在損失和安全方面存在有大的問(wèn)題。具體說(shuō)，磁偏穩(wěn)定后勵(lì)磁電流的范圍向上述穩(wěn)定方向擴(kuò)展，因此一次電流增加，會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生過(guò)熱或必須使開(kāi)關(guān)元件的容量增加等不適宜的情況。此外，經(jīng)過(guò)不能修正磁偏的時(shí)間后達(dá)到磁飽和。達(dá)到磁飽和后，也有時(shí)會(huì)導(dǎo)致一次側(cè)的開(kāi)關(guān)元件和高壓變壓器的線(xiàn)圈燒毀。
磁通密度取決于流經(jīng)高壓變壓器的一次側(cè)的電流的大小、頻率、鐵心的截面面積。一般為了要避免這樣的磁飽和，使高壓變壓器的鐵心截面面積加大。由于在高壓變壓器的一次側(cè)電流的頻率一定的情況下，電流值最大時(shí)磁通密度達(dá)到最大，所以設(shè)計(jì)成此時(shí)不達(dá)到鐵心的鐵心磁飽和區(qū)域?？墒?，在使用X射線(xiàn)管的負(fù)載變動(dòng)范圍大的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置中，即使流經(jīng)高壓變壓器的一次側(cè)的電流值小，也就是在磁通密度小的小負(fù)載條件使用的情況下，也有時(shí)在高壓變壓器中產(chǎn)生磁飽和。因此即使在小負(fù)載時(shí)也會(huì)有上述的截面面積不夠的情況。
在特開(kāi)平10-199696號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了為了滿(mǎn)足對(duì)X射線(xiàn)高壓裝置的上述要求，對(duì)高壓變壓器的鐵心的磁偏進(jìn)行修正，避免鐵心的磁偏穩(wěn)定和磁飽和，把鐵心尺寸壓縮，進(jìn)而使X射線(xiàn)高壓裝置變小。在此公開(kāi)的發(fā)明中，上述管電壓用DC/DC變換器進(jìn)行控制，磁偏是改變脈沖寬度進(jìn)行控制?？墒?，在特開(kāi)平10-199696號(hào)公報(bào)中，由于改變開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)范圍來(lái)控制磁偏，所以為了控制管電壓要改變開(kāi)關(guān)范圍的話(huà)，不能控制磁偏。也就是為了控制管電壓有必要通過(guò)DC/DC變換器。與此前的特開(kāi)平9-190898號(hào)公報(bào)相比，僅僅是多了DC/DC變換器部分的電路單元。其結(jié)果，即使把鐵心做小，僅用于控制管電壓的DC/DC變換器部分會(huì)使其尺寸增加。結(jié)果不能達(dá)到為了提高設(shè)置自由度而縮小設(shè)置面積和使裝置尺寸變小和重量減輕。另一方面，正如此前的特開(kāi)平9-190898號(hào)公報(bào)已經(jīng)說(shuō)明的那樣，由于不能控制磁偏，所以不能縮小鐵心尺寸。因此，結(jié)果是不能達(dá)到為了提高設(shè)置的自由度而減小設(shè)置面積和尺寸變小、重量減輕。
在此，對(duì)即使在上述的小負(fù)載條件中使用的情況下，在高壓變壓器中產(chǎn)生磁飽和的情況再進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的逆變器輸出電壓脈沖寬度小、驅(qū)動(dòng)時(shí)間短的情況。因半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)它的各種各樣元件的波動(dòng)，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)范圍的波動(dòng)，而此波動(dòng)接近上述窄脈沖寬度的話(huà)，脈沖形狀變得明顯地正負(fù)不對(duì)稱(chēng)，容易引起鐵心飽和。
為了避免高壓變壓器的磁飽和，可以考慮把逆變器電路的控制限定在逆變器輸出電壓脈沖寬度大、驅(qū)動(dòng)信號(hào)長(zhǎng)的范圍?？墒沁@種情況下，輸出變化范圍變窄，不適合于最近對(duì)高壓裝置要求的從最小到最大1000倍負(fù)載的控制。在這樣負(fù)載變動(dòng)范圍寬的X射線(xiàn)高壓裝置中，即使不加大高壓變壓器的鐵心，也希望在整個(gè)范圍防止鐵心的磁飽和。
在上述特開(kāi)平9-190898號(hào)公報(bào)中，即使省略了上述特開(kāi)平10-199696號(hào)公報(bào)中的DC/DC變換器使裝置尺寸變小，由于不能控制磁偏的高壓變壓器的鐵心尺寸增加，結(jié)果X射線(xiàn)高壓裝置的尺寸不變。
或者如上述特開(kāi)平10-199696號(hào)公報(bào)那樣，因DC/DC變換器的存在造成的尺寸增加，控制管電壓，用逆變器電路改變脈沖控制磁偏，即使使高壓變壓器的鐵心尺寸減小，結(jié)果X射線(xiàn)高壓裝置整體的尺寸不變。這樣，關(guān)于X射線(xiàn)高壓裝置，要兼顧輸出范圍寬等的性能方面和縮小設(shè)置面積、尺寸減小、重量減輕兩方面的課題遺留至今，尚未解決。
本發(fā)明的目的在于，得到兼顧輸出范圍寬等的性能方面和縮小設(shè)置面積、尺寸減小、重量減輕兩方面的X射線(xiàn)高壓裝置。更具體地說(shuō)其目的在于，提供省略用于進(jìn)行管電壓控制的DC/DC變換器，使裝置尺寸變小，同時(shí)可以進(jìn)行磁偏控制，可以使高壓變壓器的鐵心尺寸變小的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置。此外，還在于，提供主要防止因開(kāi)關(guān)元件特性波動(dòng)產(chǎn)生的高壓變壓器的磁飽和，可以使高壓變壓器的鐵心尺寸變小的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置具有直流電源、具有多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件并與上述直流電源連接，把直流電壓變換成交流電壓的逆變器電路、把用于分別驅(qū)動(dòng)上述多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的多個(gè)驅(qū)動(dòng)電路、一次線(xiàn)圈與此逆變器電路的輸出側(cè)連接的高壓變壓器、被連接在此高壓變壓器的二次線(xiàn)圈側(cè)的X射線(xiàn)管，其特征在于，還設(shè)有控制上述逆變器電路輸出電壓用的檢測(cè)控制裝置和上述X射線(xiàn)管管電壓用的檢測(cè)控制裝置，從上述2個(gè)檢測(cè)控制裝置的輸出都被輸入到上述驅(qū)動(dòng)電路。
此外，本發(fā)明的特征在于，來(lái)自上述逆變器電路輸出電壓控制用的檢測(cè)控制裝置的輸出是在上述逆變器輸出電壓得到正負(fù)非對(duì)稱(chēng)的檢測(cè)結(jié)果時(shí)，進(jìn)行脈沖控制，使上述逆變器電路的輸出電壓變得正負(fù)對(duì)稱(chēng)的輸出，來(lái)自上述X射線(xiàn)管管電壓用的檢測(cè)控制裝置的輸出是為了得到上述目標(biāo)管電壓對(duì)上述管電壓進(jìn)行脈沖控制的輸出。
本發(fā)明的特征在于，上述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件是從第1到第4的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，第1和第2開(kāi)關(guān)器件與第3和第4開(kāi)關(guān)器件分別與上述直流電源串聯(lián)連接，而且第1和第2開(kāi)關(guān)器件與第3和第4開(kāi)關(guān)器件并聯(lián)連接，當(dāng)要消除上述輸出電壓的正負(fù)非對(duì)稱(chēng)時(shí)，利用脈沖控制上述第1和第2開(kāi)關(guān)器件與上述第3和第4開(kāi)關(guān)器件中至少一方的占空系數(shù)，使上述逆變器的輸出電壓為正負(fù)對(duì)稱(chēng)，上述管電壓利用上述第1和第2開(kāi)關(guān)器件與上述第3和第4開(kāi)關(guān)器件之間相位的偏移進(jìn)行脈沖控制。
此外本發(fā)明的特征在于，上述開(kāi)關(guān)器件是IGBT、MOS-FET或雙極晶體管。
本發(fā)明的特征在于，在上述逆變器電路輸出電壓控制用的檢測(cè)控制裝置中，至少包括設(shè)在上述逆變器電路的輸出側(cè)的電流檢測(cè)器或電壓檢測(cè)裝置中的一個(gè)。
本發(fā)明的特征在于，在上述逆變器電路輸出電壓控制用的檢測(cè)控制裝置中，至少包括直流成分檢測(cè)電路或輸出電壓脈沖失衡檢測(cè)器中的一個(gè)。
本發(fā)明的特征在于，作為包含在上述逆變器電路輸出電壓控制用的檢測(cè)控制裝置中的電流檢測(cè)器，使用RC濾波器、一級(jí)延遲濾波器、二級(jí)延遲濾波器或二次以上的高級(jí)延遲濾波器中的任一種濾波器。
本發(fā)明提供一種X射線(xiàn)CT裝置具有X射線(xiàn)源、與此X射線(xiàn)源相對(duì)配置的X射線(xiàn)檢測(cè)器、保持X射線(xiàn)源和X射線(xiàn)檢測(cè)器，在被檢測(cè)體周?chē)D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)園板、基于上述X射線(xiàn)檢測(cè)器檢測(cè)的X射線(xiàn)強(qiáng)度，使此被檢測(cè)體的斷層圖像成像的圖像再構(gòu)成裝置、和用于向此X射線(xiàn)源提供管電流的具備上述功能的X射線(xiàn)高壓裝置。
此外本發(fā)明還提供一種X射線(xiàn)裝置具有X射線(xiàn)源、夾著被檢測(cè)體與此X射線(xiàn)源相對(duì)置的X射線(xiàn)圖像接收裝置、和用于向此X射線(xiàn)源提供管電流的具備上述功能的X射線(xiàn)高壓裝置。
在本發(fā)明中搞清了，在磁通密度小的負(fù)載條件下產(chǎn)生的高壓變壓器的磁飽和，由于因逆變器電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件特性的波動(dòng)，造成逆變器電路輸出電壓不能完全正負(fù)對(duì)稱(chēng)，高壓變壓器的鐵心產(chǎn)生磁偏，此磁偏由于鐵心的磁滯特性而積蓄，最終達(dá)到鐵心的磁飽和區(qū)域，由于設(shè)置了用于直接或間接檢測(cè)逆變器電路輸出側(cè)逆變器電路的輸出電壓的正負(fù)非對(duì)稱(chēng)情況的檢測(cè)器，設(shè)置了用于控制逆變器電路的修正裝置，使至少在用此檢測(cè)器檢測(cè)時(shí)，逆變器電路的輸出電壓成為正負(fù)對(duì)稱(chēng)，可以對(duì)因構(gòu)成逆變器電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件特性波動(dòng)造成的逆變器輸出電壓的正負(fù)非對(duì)稱(chēng)進(jìn)行改正，可以抑制在小負(fù)載條件下變得顯著的高壓變壓器的磁偏，防止高壓變壓器的磁飽和，可以實(shí)現(xiàn)尺寸減小。
此外，在本發(fā)明中搞清了，在磁通密度小的負(fù)載條件下產(chǎn)生的高壓變壓器的磁飽和，由于因逆變器電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件特性的波動(dòng)造成逆變器電路輸出電壓不能完全正負(fù)對(duì)稱(chēng)，高壓變壓器的鐵心產(chǎn)生磁偏，此磁偏由于鐵心的磁滯特性而積蓄，最終達(dá)到鐵心的磁飽和區(qū)域，由于設(shè)置了用于檢測(cè)逆變器電路輸出側(cè)逆變器電路的輸出電壓的正負(fù)非對(duì)稱(chēng)情況的檢測(cè)器，設(shè)置了對(duì)給予逆變器電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的相移PWM信號(hào)加以修正的修正裝置，使至少在用此檢測(cè)器檢測(cè)時(shí)逆變器電路的輸出電壓成為正負(fù)對(duì)稱(chēng)，利用用于現(xiàn)有管電壓反饋控制電路的結(jié)構(gòu)，可以修正相移PWM信號(hào)，以對(duì)因構(gòu)成逆變器電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件特性波動(dòng)造成的逆變器輸出電壓的正負(fù)非對(duì)稱(chēng)進(jìn)行改正，可以抑制在小負(fù)載條件下變得顯著的高壓變壓器的磁偏，防止高壓變壓器的磁飽和，可以實(shí)現(xiàn)尺寸減小。


圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為表示圖1所示逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置中直流成分檢測(cè)電路的電路圖。
圖3為表示圖1所示逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置中逆變器輸出電流等的特性圖。
圖4為本發(fā)明另一實(shí)施方式的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置結(jié)構(gòu)框圖。
圖5為表示圖1所示逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置中各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件中有特性波動(dòng)時(shí)的動(dòng)作特性圖。
圖6為表示圖1所示逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置中修正時(shí)的各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的動(dòng)作特性圖。
圖7為本發(fā)明另一實(shí)施方式的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置結(jié)構(gòu)框圖。
圖8為表示裝有本發(fā)明的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置的X射線(xiàn)CT裝置的圖示。
圖9為表示裝有本發(fā)明的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置的X射線(xiàn)裝置的圖示。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖中，分別表示的是，1為商用電源、2為整流電路、3為平滑電容器、4為逆變器電路、5為高壓變壓器、6為高壓整流器、7為管電壓檢測(cè)器、8為X射線(xiàn)管、9～12為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件、17為直流成分檢測(cè)電路、18為相移PWM信號(hào)電路、19為管電壓反饋控制電路、22為電流檢測(cè)器。
圖1為表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置的電路框圖。在三相或單相的商用電源1上連接著整流電路2，在此整流電路2的輸出側(cè)連接著平滑電容器3。在此平滑電容器的正和負(fù)之間連接著全電橋結(jié)構(gòu)的具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9、10和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件11、12的逆變器電路4，作為此半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12可以使用IGBT、MOS-FET或雙極晶體管等。把高壓變壓器5的一次側(cè)連接在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9、10之間和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件11、12之間。
在此高壓變壓器5的一次側(cè)連接有電流檢測(cè)器22，用此電流檢測(cè)器22檢測(cè)由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)9～12構(gòu)成的逆變器電路4的輸出電流。此外，在高壓變壓器5的二次側(cè)連接有高壓整流器6，在高壓整流 6的輸出側(cè)連接著管電壓檢測(cè)器7和X射線(xiàn)管8。
這樣構(gòu)成的X射線(xiàn)高壓裝置用逆變器電路4把從整流電路2來(lái)的直流電壓變換成高頻交流電壓，把此輸出的電壓通過(guò)高壓變壓器5升壓后，用高壓整流器6進(jìn)行整流，把直流電壓提供給X射線(xiàn)管8，發(fā)射X射線(xiàn)。此時(shí)，用管電壓檢測(cè)器7檢測(cè)施加在X射線(xiàn)管8上的電壓，此檢測(cè)出的管電壓檢測(cè)值21在管電壓反饋控制電路19中與管電壓目標(biāo)值20進(jìn)行比較運(yùn)算，此后從相移PWM信號(hào)電路18發(fā)送相移PWM信號(hào)，使加在X射線(xiàn)管8上的電壓為所希望的電壓。利用驅(qū)動(dòng)電路13～16把此信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12。
另一方面，在高壓變壓器5的一次側(cè)設(shè)有可以檢測(cè)直流成分的變流器(DC-CT)等的電流檢測(cè)器22，設(shè)有用直流成分檢測(cè)電路17檢測(cè)在用此電流檢測(cè)器22檢測(cè)的逆變器電路4輸出電流中包含直流成分時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的相移PWM信號(hào)加以修正的修正裝置。此修正裝置的構(gòu)成，象后面詳細(xì)敘述的那樣，用檢測(cè)逆變器電路4輸出電流的直流成分的直流成分檢測(cè)電路7檢測(cè)出直流成分時(shí)，根據(jù)此直流成分輸入到半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件10的驅(qū)動(dòng)電路13、14，對(duì)相移PWM信號(hào)加以修正。
在此，用圖2所示的電路圖，對(duì)從流經(jīng)高壓變壓器5一次側(cè)的逆變器電路4的輸出電流取出直流成分的直流成分檢測(cè)電路17進(jìn)行說(shuō)明。
使用此圖(a)所示的RC濾波器、同圖(b)所示的一級(jí)延遲濾波器、同圖(c)所示的二級(jí)延遲濾波器或二級(jí)以上的多級(jí)延遲濾波器的話(huà)，得到平均的逆變器輸出電流。此外此圖(d)是檢測(cè)逆變器電路4輸出電流的最大值和最小值的圖示，利用它們的差可以檢測(cè)逆變器電路4的輸出電流的偏置。直流成分檢測(cè)電路17不限于這些示例，只要是從逆變器電路4輸出電流取出直流成分的電路就可以。
用這樣的直流成分檢測(cè)電路17檢測(cè)在逆變器電路4輸出電流中的偏置，利用修正裝置對(duì)控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12的相移PWM信號(hào)加以修正，使此偏置消失。高壓變壓器5的鐵心若磁飽和的話(huà)，如圖3(a)所示，在磁飽和的同時(shí)逆變器電路4的輸出電流的直流成分增加。使這種情況下的鐵心的磁化特性成為此圖(c)的話(huà)，例如，利用對(duì)上述的相移PWM信號(hào)加以修正，使在區(qū)域α中動(dòng)作的成為在區(qū)域β進(jìn)行動(dòng)作。此修正例如使逆變器電路4左橋臂的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9、10的占空系數(shù)(Duty Factor)根據(jù)逆變器電路4的輸出電流中的平均偏置改變。通過(guò)此修正，逆變器電路4的輸出電流改正成此圖(b)那樣的穩(wěn)定的波形。
如上所述，在使用X射線(xiàn)管8的負(fù)載變動(dòng)范圍大的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置中，知道即使在流經(jīng)高壓變壓器5的一次側(cè)的電流值小的情況下使用，也就是在磁通密度小的負(fù)載條件下使用的情況下，也有時(shí)在高壓變壓器5中產(chǎn)生磁飽和，這成為妨礙使高壓變壓器5尺寸減小的原因。而且，此現(xiàn)象在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12的驅(qū)動(dòng)時(shí)間短的情況下，在各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12的特性波動(dòng)造成的時(shí)間的長(zhǎng)度相對(duì)于原來(lái)信號(hào)的長(zhǎng)度的比率大的逆變器電路4的輸出小的負(fù)載條件下顯著。
下面，對(duì)控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12的相移PWM信號(hào)進(jìn)行修正的修正裝置進(jìn)行更具體地說(shuō)明。如圖5所示，在構(gòu)成逆變器電路4的各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9、10不同時(shí)為導(dǎo)通，使占空系數(shù)為50％進(jìn)行動(dòng)作，此外，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件11、12也不同時(shí)為導(dǎo)通，使占空系數(shù)為50％進(jìn)行動(dòng)作。各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12是理想的完全相同特性的話(huà)，被控制成此圖實(shí)線(xiàn)所示的導(dǎo)通、截止，逆變器電路4的輸出電壓以完全相同的脈沖寬度形成正負(fù)對(duì)稱(chēng)。
可是，如圖5所示，因半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的特性波動(dòng)，在逆變器電路4的各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12中的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件12的接通期間為用虛線(xiàn)表示的短的情況下，逆變器電路4的輸出電壓正負(fù)不對(duì)稱(chēng)，在負(fù)的一側(cè)產(chǎn)生偏置。其結(jié)果如圖3(a)所示，在逆變器電路4的輸出電流中在負(fù)的一側(cè)產(chǎn)生直流成分，產(chǎn)生鐵心的磁偏。那么用電流檢測(cè)器22和直流成分檢測(cè)電路17檢測(cè)出產(chǎn)生此磁偏的直流成分。
檢測(cè)到直流成分的直流成分檢測(cè)電路17根據(jù)此直流成分對(duì)輸入到半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件10的驅(qū)動(dòng)電路13、14中的相移PWM信號(hào)加以修正。也就是如圖6的虛線(xiàn)所示，根據(jù)檢測(cè)到的直流成分，使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9的占空系數(shù)增加，與此相反使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件10的占空系數(shù)減小。這樣如圖6虛線(xiàn)所示，逆變器輸出電壓被改正成正負(fù)對(duì)稱(chēng)的波形，使高壓變壓器5中的磁偏消失，可以防止產(chǎn)生磁飽和。
這樣的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，由于設(shè)置了控制逆變器電路4的修正裝置，至少在用電流檢測(cè)器22檢測(cè)出直流成分時(shí)使其直流成分接近于零，所以可以防止高壓變壓器5中的磁飽和，特別是在負(fù)載變化范圍大的逆變器式X射線(xiàn)高壓變壓器裝置中，用于流經(jīng)高壓變壓器5的一次側(cè)的電流值小，也就是用于磁通密度小的負(fù)載條件下的情況下，而且半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12的驅(qū)動(dòng)時(shí)間短的情況下，可以防止在各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12的特性波動(dòng)造成的時(shí)間的長(zhǎng)度相對(duì)于原來(lái)信號(hào)的長(zhǎng)度比率大的逆變器電路4的輸出小的負(fù)載條件下變得顯著的磁飽和。因此，使一次側(cè)和二次側(cè)的磁耦合保持良好，可以有效利用高壓變壓器5的功能，此外可以防止因磁飽和產(chǎn)生的逆變器電路4的輸出電流的增加。
此外，由于在逆變器電路4輸出側(cè)設(shè)有檢測(cè)它的輸出電壓正負(fù)非對(duì)稱(chēng)的電流檢測(cè)器22，設(shè)置了對(duì)給予逆變器電路4的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12的相移PWM信號(hào)加以修正的修正裝置，使至少在用此檢測(cè)器22檢測(cè)時(shí)逆變器電路4的輸出電壓成為正負(fù)對(duì)稱(chēng)，利用用于現(xiàn)有管電壓反饋控制電路19的結(jié)構(gòu)，可以修正相移PWM信號(hào)，以對(duì)因構(gòu)成逆變器電路4的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9～12特性波動(dòng)造成的逆變器輸出電壓的正負(fù)非對(duì)稱(chēng)進(jìn)行修正，可以抑制在小負(fù)載條件下變得顯著的高壓變壓器的磁偏，防止高壓變壓器的磁飽和，可以實(shí)現(xiàn)尺寸減小。
在上述的實(shí)施方式中，對(duì)逆變器電路4的左橋臂的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9、10進(jìn)行相移PWM信號(hào)修正的情況進(jìn)行了敘述，此修正也可以對(duì)逆變器電路4的右橋臂的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件11、12進(jìn)行，或分別對(duì)左右兩橋臂進(jìn)行。
圖4為表示本發(fā)明另一實(shí)施方式的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置結(jié)構(gòu)框圖，與圖1所示實(shí)施方式相同的部分標(biāo)以相同標(biāo)號(hào)，省略了詳細(xì)說(shuō)明。
在此實(shí)施方式中，由于是使用半橋式結(jié)構(gòu)的逆變器電路4構(gòu)成的，從圖1所示的全橋式結(jié)構(gòu)的逆變器電路4中除去半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件11、12，把高壓變壓器5的一次側(cè)線(xiàn)圈連接在串聯(lián)的平滑電容器3a、3b之間和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9、10之間。從設(shè)在高壓變壓器5的一次側(cè)的電流檢測(cè)器22檢測(cè)直流成分的直流成分檢測(cè)電路17，修正被輸入到半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9、10的驅(qū)動(dòng)電路13、14中的相移PWM信號(hào)。
在使用這樣的半橋式結(jié)構(gòu)的逆變器電路4的情況下，也可以得到與前一實(shí)施方式情況幾乎相同的效果。此外，也可以使用進(jìn)行所謂的推挽結(jié)構(gòu)的PWM控制的逆變器電路4，或?yàn)榱藱z測(cè)逆變器電路4的輸出電流，也可以用分路電阻代替變流器(DC-CT)，或可以使用檢測(cè)包括所說(shuō)的變壓器磁通的直流成分的輸出電流的電流檢測(cè)器4。
圖7為表示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置結(jié)構(gòu)框圖，與圖1所示實(shí)施方式相同的部分標(biāo)以相同標(biāo)號(hào)，省略了詳細(xì)說(shuō)明。
在此實(shí)施方式中，在逆變器電路4的輸出側(cè)，也就是高壓變壓器5的一次側(cè)設(shè)有電壓檢測(cè)器23，把用此電壓檢測(cè)器23檢測(cè)到的逆變器電路4的輸出電壓輸入到輸出電壓脈沖失衡檢測(cè)器24。此輸出電壓脈沖失衡檢測(cè)器24檢測(cè)有無(wú)圖5所示的逆變器輸出電壓正側(cè)和負(fù)側(cè)的脈沖寬度的差。此外，用此輸出電壓脈沖失衡檢測(cè)器24檢測(cè)到脈沖寬度失衡時(shí)動(dòng)作的修正裝置與前一實(shí)施方式情況構(gòu)成相同，此修正裝置根據(jù)脈沖寬度失衡，修正被輸入到半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件9、10的驅(qū)動(dòng)電路13、14中的相移PWM信號(hào)，控制逆變器電路4，使逆變器輸出電壓正負(fù)對(duì)稱(chēng)。
在圖1所示的實(shí)施方式中，圖5所示的逆變器電路4的輸出電壓正側(cè)和負(fù)側(cè)的失衡，是用被設(shè)在它的輸出側(cè)的電流檢測(cè)器22從在逆變器電路4的輸出電流中顯示的圖3的直流部分進(jìn)行檢測(cè)的，與此相反，在此實(shí)施方式中，圖5所示的逆變器電路4的輸出電壓正側(cè)和負(fù)側(cè)的失衡，是用被設(shè)在它的輸出側(cè)的電壓檢測(cè)器23從在逆變器電路4的輸出電壓的脈沖寬度進(jìn)行檢測(cè)的。用此實(shí)施方式也可以得到與圖1所示實(shí)施方式的情況相同的效果。
由此說(shuō)明可以看出，作為設(shè)置在高壓變壓器5一次側(cè)的檢測(cè)器，可以使用電流檢測(cè)器22和電壓檢測(cè)器23中的任一種，也可以構(gòu)成控制逆變器電路4的修正裝置，直接或間接檢測(cè)圖5所示的逆變器電路4輸出電壓正側(cè)和負(fù)側(cè)的失衡，使在此檢測(cè)時(shí)逆變器輸出電壓正負(fù)對(duì)稱(chēng)。
在上述的各實(shí)施方式中，利用修正裝置分別修正相移PWM，使圖3(a)所示的直流成分為零，或逆變器電路4的輸出電壓正側(cè)和負(fù)側(cè)的脈沖寬度差為零，也可以把不對(duì)高壓變壓器5中的磁偏產(chǎn)生惡劣影響的直流成分或脈沖幅度差設(shè)定為目標(biāo)值，作為在此規(guī)定的目標(biāo)值內(nèi)對(duì)相移PWM信號(hào)進(jìn)行修正的修正裝置。
如以上說(shuō)明的那樣，采用本說(shuō)明的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置的話(huà)，可以實(shí)現(xiàn)兼顧輸出范圍寬等的性能方面和縮小設(shè)置面積、尺寸減小、重量減輕兩方面。此外雖然省略了用于控制管電壓的DC/CT變流器而使裝置尺寸減小，但是可以控制磁偏，使高壓變壓器的鐵心尺寸減小。此外，可以防止因開(kāi)關(guān)元件的特性波動(dòng)產(chǎn)生的高壓變壓器的磁飽和，抑制在小負(fù)載條件下變得顯著的高壓變壓器的磁偏，防止高壓變壓器的磁飽和，可以實(shí)現(xiàn)使高壓變壓器和使用它的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置的整體尺寸減小。
圖8是關(guān)于X射線(xiàn)CT裝置，說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式的圖示。圖中103為保持X射線(xiàn)源101和X射線(xiàn)檢測(cè)器102，在被檢測(cè)體104周?chē)D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)圓板。105為基于用上述X射線(xiàn)檢測(cè)器102檢測(cè)的X射線(xiàn)強(qiáng)度，使此被檢測(cè)體的斷層圖像成像的圖像再構(gòu)成裝置。100為向X射線(xiàn)源101提供管電流的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，具有上述實(shí)施方式中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)和功能。用這樣構(gòu)成的X射線(xiàn)CT裝置可以得到使整體尺寸減小、不用選擇設(shè)置場(chǎng)所的X射線(xiàn)CT裝置。
圖9是關(guān)于X射線(xiàn)裝置說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式的圖示。圖中101為X射線(xiàn)源，106為X射線(xiàn)圖像接收裝置。100為向X射線(xiàn)源101提供管電流的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，具有上述實(shí)施方式中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)和功能。用這樣構(gòu)成的X射線(xiàn)裝置可以得到使整體尺寸減小、不用選擇設(shè)置場(chǎng)所的X射線(xiàn)裝置。
權(quán)利要求
1.一種逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，具有直流電源；逆變器電路，具有多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，并與上述直流電源連接，把直流電壓變換成交流電壓；多個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，用于分別驅(qū)動(dòng)上述多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件；高壓變壓器，一次線(xiàn)圈與此逆變器電路的輸出側(cè)連接；和X射線(xiàn)管，被連接在此高壓變壓器的二次線(xiàn)圈側(cè)，其特征在于，還設(shè)有控制上述逆變器電路輸出電壓用的檢測(cè)控制裝置和上述X射線(xiàn)管管電壓用的檢測(cè)控制裝置，來(lái)自上述2個(gè)檢測(cè)控制裝置的輸出都被輸入到上述驅(qū)動(dòng)電路。
2.如權(quán)利要求1所述的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，其特征在于，來(lái)自上述逆變器電路輸出電壓控制用的檢測(cè)控制裝置的所述輸出是在得到上述逆變器輸出電壓為正負(fù)非對(duì)稱(chēng)的檢測(cè)結(jié)果時(shí)，進(jìn)行脈沖控制，使上述逆變器電路的輸出電壓變得正負(fù)對(duì)稱(chēng)，來(lái)自上述X射線(xiàn)管管電壓用的檢測(cè)控制裝置的輸出是為了得到上述目標(biāo)管電壓而對(duì)上述管電壓進(jìn)行脈沖控制的。
3.如權(quán)利要求2所述的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，其特征在于，上述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件是從第1到第4的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，第1和第2開(kāi)關(guān)器件與第3和第4開(kāi)關(guān)器件分別與上述直流電源串聯(lián)連接，而且第1和第2開(kāi)關(guān)器件與第3和第4開(kāi)關(guān)器件并聯(lián)連接，當(dāng)要消除上述輸出電壓的正負(fù)非對(duì)稱(chēng)時(shí)，利用脈沖控制上述第1和第2開(kāi)關(guān)器件與上述第3和第4開(kāi)關(guān)器件中至少一方的占空系數(shù)，使上述逆變器的輸出電壓為正負(fù)對(duì)稱(chēng)，上述管電壓利用上述第1和第2開(kāi)關(guān)器件與上述第3和第4開(kāi)關(guān)器件之間相位的偏移進(jìn)行脈沖控制。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，其特征在于，上述開(kāi)關(guān)器件是IGBT、MOS-FET或雙極晶體管。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，其特征在于，在上述逆變器電路輸出電壓控制用的檢測(cè)控制裝置中，至少包括設(shè)在上述逆變器電路的輸出側(cè)的電流檢測(cè)器或電壓檢測(cè)裝置中的一個(gè)。
6.如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，其特征在于，在上述逆變器電路輸出電壓控制用的檢測(cè)控制裝置中，至少包括直流成分檢測(cè)電路或輸出電壓脈沖失衡檢測(cè)器中的一個(gè)。
7.如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置，其特征在于，作為包含在上述逆變器電路輸出電壓控制用的檢測(cè)控制裝置中的電流檢測(cè)器，使用RC濾波器、一級(jí)延遲濾波器、二級(jí)延遲濾波器或二次以上的高級(jí)延遲濾波器中的任一種濾波器。
8.一種X射線(xiàn)CT裝置，具有X射線(xiàn)源；與此X射線(xiàn)源相對(duì)配置的X射線(xiàn)檢測(cè)器；保持X射線(xiàn)源和X射線(xiàn)檢測(cè)器，在被檢測(cè)體周?chē)D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)園板；基于上述X射線(xiàn)檢測(cè)器檢測(cè)的X射線(xiàn)強(qiáng)度，使此被檢測(cè)體的斷層圖像成像的圖像再構(gòu)成裝置；和用于向此X射線(xiàn)源提供管電流的如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的X射線(xiàn)高壓裝置。
9.一種X射線(xiàn)裝置，具有X射線(xiàn)源；夾著被檢測(cè)體并與此X射線(xiàn)源相對(duì)置的X射線(xiàn)圖像接收裝置；和用于向此X射線(xiàn)源提供管電流的如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的X射線(xiàn)高壓裝置。
全文摘要
提供可以大幅度減小設(shè)置面積和尺寸減小、重量減輕的逆變器式X射線(xiàn)高壓裝置和用此裝置的X射線(xiàn)裝置。對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行相移PWM控制，控制管電壓，在它和直流成分檢測(cè)電路通過(guò)設(shè)在高壓變壓器一次側(cè)的電流檢測(cè)器，檢測(cè)逆變器電路輸出的直流成分時(shí)，利用改變被輸入到上述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路中的上述相移PWM信號(hào)的占空系數(shù)，對(duì)此直流成分進(jìn)行修正，把上述逆變器電路的輸出電壓改正為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的波形，使高壓變壓器中的磁偏消失，可以減小高壓變壓器的尺寸，也可以省略DC/DC變換器。
文檔編號(hào)H05G1/00GK1659933SQ03813048
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月4日
發(fā)明者菱川真吾, 堂本拓也, 高野博司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立醫(yī)藥