JP3736906B2

JP3736906B2 - Inverter X-ray high voltage device

Info

Publication number: JP3736906B2
Application number: JP17281196A
Authority: JP
Inventors: 順高橋; 博司高野
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2016-06-13
Also published as: JPH103997A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源からの直流をインバータを用いて交流に変換し、それを昇圧した後、整流してＸ線管に供給し、Ｘ線を放射させるインバータ式Ｘ線高電圧装置、特に高速演算を必要とするディジタルフィードバック制御装置を用いたインバータ式Ｘ線高電圧装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインバータ式Ｘ線高電圧装置、特にインバータの位相差や周波数を制御することによりＸ線管に印加される管電圧を制御可能なＸ線高電圧装置は、図４に示すように構成されていた。すなわち、単相又は３相の商用電源を整流して直流電圧を得る直流電源１と、この直流電源１からの直流電圧を受電して交流電圧に変換すると共に出力電圧（管電圧）を制御するインバータ２と、このインバータ２からの交流電圧を昇圧する高電圧変圧器３と、この高電圧変圧器３の出力電圧を直流に変換する高電圧整流回路４と、この高電圧整流回路４からの直流電圧が印加されてＸ線を放射するＸ線管５と、上記インバータ２の入力側に接続されインバータ入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出器６と、上記高電圧整流回路４の出力側に接続され上記Ｘ線管５の管電圧を検出する管電圧検出器７と、外部から与えられる所望の目標管電圧信号Ｖｒ、上記インバータ入力電圧検出器６からの入力電圧検出信号Ｖｉ及び上記管電圧検出器７からの管電圧検出信号Ｖｏが入力され、上記目標管電圧信号Ｖｒと管電圧検出信号Ｖｏとを比較演算し、上記Ｘ線管５の管電圧が所望の電圧になるように上記インバータ２へ制御信号Ｓを送出し制御するフィードバック制御装置８とを備えて構成されていた。
そして、上記フィードバック制御装置８は、上記目標管電圧信号Ｖｒ及び管電圧検出信号Ｖｏを入力してその両者の差を演算する第１の比較手段９と、この演算結果を入力してその積分値を得る積分調節手段１０と、上記管電圧検出信号Ｖｏを入力して定数倍する比例調節手段１１と、上記管電圧検出信号Ｖｏを入力して微分する微分調節手段１２と、上記積分調節手段１０からの積分値、比例調節手段１１からの定数倍値及び微分調節手段１２からの微分値をそれぞれ入力して上記積分値を差し引きする第２の比較手段１３と、この第２の比較手段１３で生成された信号とインバータ入力電圧検出信号Ｖｉとを入力して第２の比較手段１３で生成された信号に対してインバータ入力電圧の変動による補正を行う入力電圧補正手段１４と、この入力電圧補正手段１４の出力を入力し装置の出力特性に合わせて最終的にインバータ２の制御信号Ｓを決定し該インバータ２へ送出する定常特性補正手段１５とからなっていた。
【０００３】
ここで、上記フィードバック制御装置８内の各種演算手段は、オペアンプ等によるハードウエア演算器で構成されるものもあれば、マイクロプロセッサやシグナルプロセッサ、あるいはマイクロコントローラ等が用いられプログラムにより演算が実行されるようになされているものもあった。
例えば上記フィードバック制御装置８が、図５に示すような内部構成（ＤＳＰ(Digital Signal Processor)）を用いた構成）のディジタルフィードバック制御系を用いてなるものがあった。このようなフィードバック制御装置８において、インバータ入力電圧検出信号Ｖｉ，管電圧検出信号ＶｏをＡ／Ｄ変換器１６，１７でＡ／Ｄ変換してディジタル化し、ＤＳＰが必要な演算を行ってインバータ２の動作位相差等のインバータ制御信号Ｓを算出する場合、従来は図６に示すように、Ａ／Ｄ変換器１６，１７によるＡ／Ｄ変換を起動（Ａ／Ｄ変換開始）してからＡ／Ｄ変換が終了するまでの時間（待機時間）において、位相差算出を主なものとするＡ／Ｄ変換以外の処理を行うことはなかった。また、このＡ／Ｄ変換には、素子固有の変換時間があるが、現在のところ高速のものでも最低７〜１０μｓはかかる。したがって、図５に示す従来装置では、管電圧検出信号Ｖｏとインバータ入力電圧検出信号Ｖｉの２つをＡ／Ｄ変換しなければならないため、最低でもＡ／Ｄ変換だけに２０μｓ程度費やしてしまうことになる。なお図６は、図５に示す従来装置におけるＡ／Ｄ変換開始からインバータ制御信号Ｓを出力するまでの処理（ディジタルフィードバック制御処理）の流れを示している。
またインバータ式Ｘ線高電圧装置では、一方において、管電圧の立ち上がり時間に関しては１ｍｓ以下が、また定常時においても脈動の小さな管電圧波形がＸ線線質（診断画質）向上のためににも強く要望されている。更に、装置設置面積の縮小や操作性向上のため、小型軽量化への要求が非常に強い。これらの要求を満たすためには、インバータ周波数の高周波化は不可避の要素となっており、現在、インバータ周波数は１０ｋＨｚ以上となっている。他方、Ａ／Ｄ変換値を取得するサンプリング動作及びインバータ制御信号Ｓの出力はインバータ２の動作の１周期に１度は行うことが要求されるため、Ａ／Ｄ変換を含めたディジタルフィードバック処理に許される時間は数十μｓという極めて短時間なものとなる。その数十μｓという短時間のうち、上記のように１つのＡ／Ｄ変換に７〜１０μｓを費やしてしまうことになると、位相差算出のための演算や他の必要な処理等を行う時間がなくなってしまい、高周波化が不可能となった。
なお図４，図５において、２０は共振用のコンデンサである。また図５において、図４と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、フィードバック制御装置８が図５に示すような内部構成のディジタルフィードバック制御系を用いてなり、図６に示すような制御処理シーケンスを採った従来装置では、その制御処理の高速化に限界があり、インバータ周波数を高周波化することが不可能である。このため、装置の小型軽量化やＸ線線質の向上が図れないという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、ディジタルフィードバック制御処理を高速化でき、したがってインバータ周波数を高周波化でき、装置の小型軽量化及びＸ線線質の向上を図ることのできるインバータ式Ｘ線高電圧装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、直流電源と、この直流電源からの直流を交流に変換するインバータと、このインバータからの交流電圧を昇圧する高電圧変圧器と、この高電圧変圧器の出力電圧を整流する高電圧整流回路と、この高電圧整流回路からの直流電圧が印加されてＸ線を放射するＸ線管と、上記高電圧整流回路の出力側に接続され上記Ｘ線管の管電圧を検出する管電圧検出器と、少なくとも所望の目標管電圧信号及び上記管電圧検出器からの管電圧検出信号が入力され、上記Ｘ線管の管電圧が所望の電圧になるように上記インバータを制御する管電圧ディジタルフィードバック制御手段と、を備えたインバータ式Ｘ線高電圧装置において、上記管電圧ディジタルフィードバック制御手段は、上記管電圧検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器を備え、そのＡ／Ｄ変換動作時に、上記管電圧のフィードバック制御を行うための処理を並行して行う。これにより、ディジタルフィードバック制御処理全体が高速化され、インバータ周波数の高周波化が可能となり、装置が小型軽量化され、Ｘ線の線質が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明によるインバータ式Ｘ線高電圧装置の一実施形態を示すブロック図である。このインバータ式Ｘ線高電圧装置は、直流電源からの直流をインバータを用いて交流に変換し、それを昇圧した後、整流してＸ線管に供給し、Ｘ線を放射させるもので、図に示すように、直流電源１と、インバータ２と、高電圧変圧器３と、高電圧整流回路４と、Ｘ線管５と、インバータ入力電圧検出器６と、管電圧検出器７と、管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´を備えてなる。
【０００８】
ここで、直流電源１は直流電力を供給する装置であり、ここでは５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの単相又は３相の商用電源の交流電力をダイオード等の整流素子で整流すると共にコンデンサ等の平滑素子で平滑することによって直流電圧を出力するように構成されている。またインバータ２は、直流電源１から出力された直流電圧を受電して交流電圧に変換すると共にＸ線管５に出力される電圧（管電圧）を制御するものである。高電圧変圧器３は、インバータ２からの交流電圧を昇圧するもので、その一次巻線がインバータ２の出力側に接続されている。高電圧整流回路４は、高電圧変圧器３の出力電圧を整流するものである。Ｘ線管５は、高電圧整流回路４からの出力電圧が印加されてＸ線を放射するもので、高電圧整流回路４の出力側に接続されている。
インバータ入力電圧検出器６は、直流電源１の出力側にてインバータ２の入力側に接続されてインバータ入力電圧を検出し、管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´にインバータ入力電圧検出信号Ｖｉとして送出するものである。更に管電圧検出器７は、Ｘ線管５に印加される管電圧を検出しインバータ２へ管電圧検出信号Ｖｏとして送出するもので、高電圧整流回路４の出力側にてＸ線管５の入力側に接続されている。
【０００９】
管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´は、所望の目標管電圧信号Ｖｒ、上記入力電圧検出器６で検出したインバータ入力電圧検出信号Ｖｉ及び上記管電圧検出器７で検出した管電圧検出信号Ｖｏを入力して所望の目標管電圧信号Ｖｒと管電圧検出信号Ｖｏとを比較演算し、Ｘ線管５の管電圧検出信号Ｖｏが所望の電圧（Ｘ線管５の管電圧が所望の目標管電圧）になるようにインバータ２へインバータ制御信号Ｓを送出するものである。この管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´は、ここでは管電圧制御のためＡ／Ｄ変換器を内蔵したマイクロコントローラが用いられてなる。このマイクロコントローラが用いられたプログラム制御による管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´には、第１の比較手段９、積分調節手段１０、比例調節手段１１、微分調節手段１２、第２の比較手段１３、入力電圧補正手段１４、定常特性補正手段１５、第１のＡ／Ｄ変換器１６及び第２のＡ／Ｄ変換器１７が備えられている。
この場合、第１の比較手段９は、上記目標管電圧信号Ｖｒ及び管電圧検出器７で検出した管電圧検出信号Ｖｏを入力して両者の差を演算するものである。積分調節手段１０は、第１の比較手段９の演算結果を入力してその積分値を得るものである。比例調節手段１１は、上記管電圧検出信号Ｖｏを入力して定数倍するものである。微分調節手段１２は、上記管電圧検出信号Ｖｏを入力して微分するものである。第２の比較手段１３は、上記積分調節手段１０からの積分値、比例調節手段１１からの定数倍値及び微分調節手段１２からの微分値をそれぞれ入力して上記積分値を差し引きするものである。入力電圧補正手段１４は、第２の比較手段１３で生成された信号を入力すると共にインバータ入力電圧検出信号Ｖｉを入力してインバータ入力電圧の変動を補正するものである。定常特性補正手段１５は、装置の定常出力特性を考慮した補正処理を施すと共にインバータ制御信号Ｓを最終的に決定し該インバータ２へ送出するものである。第１のＡ／Ｄ変換器１６は、インバータ入力電圧検出信号ＶｉをＡ／Ｄ変換するものである。第２のＡ／Ｄ変換器１７は、管電圧検出信号ＶｏをＡ／Ｄ変換するものである。
【００１０】
ここで本発明においては、上記管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´におけるフィードバック制御処理に必要なプログラムによる演算、その他の処理は、図３にその一例を示すように、Ａ／Ｄ変換起動後（Ａ／Ｄ変換開始）からＡ／Ｄ変換値取得（Ａ／Ｄ変換終了）までの時間（Ａ／Ｄ変換動作時）を積極的に活用、すなわち、フィードバック演算等のＡ／Ｄ変換以外のＸ線制御に必要な処理の一部をＡ／Ｄ変換動作と並行して行うこととなっている。
【００１１】
次に、このように構成されたインバータ式Ｘ線高電圧装置の一般的な動作について説明する。まず、外部から入力された目標管電圧信号Ｖｒと、管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´内のＡ／Ｄ変換器１７によってＡ／Ｄ変換された管電圧検出器７からの管電圧検出信号Ｖｏとが第１の比較手段９に入力される。そして、この第１の比較手段９により両者の差が演算され、その演算結果は積分調節手段１０に入力される。積分調節手段１０は、上記演算結果を積分して第２の比較手段１３へ送る。
上記Ａ／Ｄ変換後の管電圧検出信号Ｖｏは、管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´内の比例調節手段１１と微分調節手段１２とにも、それぞれ入力される。すると、比例調節手段１１はＡ／Ｄ変換された管電圧検出信号Ｖｏを定数倍し、また微分調節手段１２は上記管電圧検出信号Ｖｏを微分し、それぞれ第２の比較手段１３へ送る。
これにより、第２の比較手段１３は、積分調節手段１０の出力をそれぞれ差し引きし、その演算結果を、入力電圧補正手段１４へと入力する。入力電圧補正手段１４へは、インバータ入力電圧検出器６からのインバータ入力電圧検出信号ＶｉもＡ／Ｄ変換器１６でＡ／Ｄ変換された後、入力される。すると、入力電圧補正手段１４は第２の比較手段１３で得られた結果を、インバータ入力電圧の逆数をかけることによってインバータ入力電圧の変動を補正するための補正演算をする。入力電圧補正手段１４による補正演算結果は、更に定常特性補正手段１５に入力され、装置の定常出力特性を考慮した補正処理を施された後、その処理結果に応じたインバータ制御信号Ｓを出力することになる。
このインバータ制御信号Ｓは、目標管電圧信号Ｖｒに応じてインバータ２の各スイッチング素子（図示せず）のスイッチングのタイミング（位相）を決定するもので、このようなインバータ制御信号Ｓに応じてインバータ２が動作、すなわち、上記直流電源１が出力する直流電圧を交流電圧に変換する。この交流電圧が高電圧変圧器３へ送出され昇圧された後、高電圧整流回路４によって直流電圧に整流され、Ｘ線管５に高圧直流電圧が印加されてＸ線が放射されるものである。
【００１２】
次に、上述本発明装置における管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´の具体的な動作について図３を併用して説明する。図３は、管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´におけるＡ／Ｄ変換開始からインバータ制御信号Ｓを出力するまでの処理（ディジタルフィードバック制御処理）の流れを示す図であり、ここに示した一連の処理はインバータ２の動作の１周期毎に行われる。
フィードバック制御において必要とされる処理には、管電圧のフィードバック制御を行うための上述したような積分値、比例値及び微分値算出の演算や、補正のための四則演算等を行うフィードバック処理の他、インバータ制御信号Ｓを作成して出力する出力処理、更に動作中装置に異常が起きていないかチェックを行うと共に異常発生時にはその異常を検出し適切な処置を施すための異常処理等がある。図３に示した例では、管電圧（管電圧検出信号Ｖｏ）のＡ／Ｄ変換開始からそのＡ／Ｄ変換終了までの待機時間（Ａ／Ｄ変換動作時）において、上記異常処理、その他の適宜処理を行い、またインバータ入力電圧（インバータ入力電圧検出信号Ｖｉ）のＡ／Ｄ変換開始からそのＡ／Ｄ変換終了までの待機時間（Ａ／Ｄ変換動作時）において、フィードバック制御処理に必要な演算等、ここでは積分算出、比例算出及び微分算出を行っている。
【００１３】
このように本発明装置では、管電圧ディジタルフィードバック制御処理において、Ａ／Ｄ変換開始からそのＡ／Ｄ変換終了までの待機時間（Ａ／Ｄ変換動作時）を、Ａ／Ｄ変換動作以外のＸ線制御に必要な処理の一部にも利用、換言すれば、Ａ／Ｄ変換動作とその他の処理を並行して行っている。これにより、ディジタルフィードバック制御処理全体が高速化され、インバータ周波数の高周波化が可能となり、装置が小型軽量化され、Ｘ線線質が向上する。
【００１４】
図２は本発明装置の第２の実施形態を示すブロック図である。この図２の実施形態は、Ａ／Ｄ変換機能を内蔵していないタイプのコントローラ、ここではＤＳＰを用いた場合を例示している。この場合には、Ａ／Ｄ変換器１６，１７を設けると共に、そのＡ／Ｄ変換器１６，１７とＤＳＰの間にバッファ１８，１９を設け、インバータ２の動作に同期してＡ／Ｄ変換値をＤＳＰのポートに取り込む回路構成としている。このような構成によれば、Ａ／Ｄ変換動作とその他の処理を並行して行うことが可能となり、ディジタルフィードバック制御処理全体が高速化され、インバータ周波数の高周波化が可能となり、装置が小型軽量化され、Ｘ線線質が向上する。
【００１５】
なお、本発明装置におけるディジタルフィードバック制御処理の流れ、特に管電圧（管電圧検出信号Ｖｏ）のＡ／Ｄ変換待機時間（Ａ／Ｄ変換動作時）における並行処理対象は図３に例示のものに限定されることはない。例えば、インバータ入力電圧の変動はインバータ２の周波数と比較すると非常に遅いため、インバータ入力電圧（インバータ入力電圧検出信号Ｖｉ）のディジタルデータを１回以前のＡ／Ｄ変換で取得したものを用いることにしても大きな影響はない。このことから、インバータ入力電圧の補正処理は、図３に示すようにインバータ入力電圧（インバータ入力電圧検出信号Ｖｉ）のＡ／Ｄ変換動作終了後に行うのではなく、その一部を管電圧（管電圧検出信号Ｖｏ）のＡ／Ｄ変換待機時間（Ａ／Ｄ変換動作時）を利用して行うことも可能である。
また上述実施形態では、図３に示した一連の処理を、インバータ２の動作の１周期に１回行うこととしたが、その必要に応じて１周期に複数回行うようにしてもよい。
更に、上述実施形態においては、管電圧ディジタルフィードバック制御装置８´内の調節手段として、積分調節手段１０と比例調節手段１１と微分調節手段１２とを組み合わせたものを用いた場合について述べたが、これらの調節手段１０〜１２のうちのいずれか２つの調節手段を組み合わせたものを用いても、あるいは積分調節手段１０又は比例調節手段１１のみ用いることとしてもよい。
また、上述実施形態においては、Ａ／Ｄ変換で取得する数値はインバータ入力電圧（インバータ入力電圧検出信号Ｖｉ）と管電圧（管電圧検出信号Ｖｏ）の２つであったが、必要に応じて他の検出信号、例えばＸ線管に流れる電流（管電流）を検出する管電流検出器を設け、その管電流検出信号をＡ／Ｄ変換することとし、それをディジタルフィードバック制御に用いるようにしてもよい。
また、直流電源１は直流電圧を発生するものであればよく、図１，図２に示す構成に限らず、例えばバッテリであってもよい。また、大きな出力電力を得る場合においても電圧ドロップがなく、しかも、電圧変動や脈動等が極めて小さい理想的な直流電源を直流電源１として使用する場合、あるいは入力電圧の変動が出力電圧（管電圧）に影響してもよいとする場合等においては、インバータ入力電圧（インバータ入力電圧検出信号Ｖｉ）のＡ／Ｄ変換値取得及びインバータ入力電圧補正手段１４を省略することもできる。
また、図１，図２に示す実施形態においては、インバータ２の出力側に共振用のコンデンサ２０を接続したが、この共振用コンデンサ２０は、高電圧変圧器３の漏れインダクタンスの影響で高周波の電流が高電圧変圧器３の巻線に十分に流れないことを改善する目的で挿入したものであるので、上記改善の必要のない場合には挿入しなくてもよい。
更に上述実施形態では、インバータ２の位相差によって管電圧を制御する方式について述べたが、パルス幅変調や周波数変調等、他の制御方式によって管電圧を制御するものであってもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、管電圧検出信号等のＡ／Ｄ変換動作時に、上記管電圧のフィードバック制御を行うための処理を並行して行うようにしたので、ディジタルフィードバック制御処理全体を高速化でき、したがってインバータ周波数を高周波化でき、装置の小型軽量化及びＸ線の線質の向上を図ることのできるという効果がある。なお、管電圧ディジタルフィードバック制御装置を、Ａ／Ｄ変換器内蔵のマイクロコントローラを備えて構成すれば、装置部品点数が削減され、装置構成の小形化、低コスト化が図れるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明装置の第２の実施形態を示すブロック図である。である。
【図３】本発明装置におけるＡ／Ｄ変換開始からインバータ制御信号を出力するまでの処理の流れを示す図である。
【図４】従来装置を示すブロック図である。
【図５】従来のディジタルフィードバック制御方式のインバータ式Ｘ線高電圧装置を示すブロック図である。
【図６】図５に示す従来装置におけるＡ／Ｄ変換開始からインバータ制御信号を出力するまでの処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
１直流電源
２インバータ
３高電圧変圧器
４高電圧整流回路
５Ｘ線管
６インバータ入力電圧検出器
７管電圧検出器
８フィードバック制御装置
８´ 管電圧ディジタルフィードバック制御装置
９第１の比較手段
１０積分調節手段
１１比例調節手段
１２微分調節手段
１３第２の比較手段
１４入力電圧補正手段
１５定常特性補正手段
１６第１のＡ／Ｄ変換器
１７第２のＡ／Ｄ変換器
１８第１のバッファ
１９第２のバッファ
２０共振用コンデンサ
Ｖｒ所望の目標管電圧信号
Ｖｉインバータ入力電圧検出信号
Ｖｏ管電圧検出信号。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter type X-ray high-voltage device that converts direct current from a direct current power source into alternating current using an inverter, boosts it, supplies it to an X-ray tube, and emits X-rays. The present invention relates to an improvement of an inverter type X-ray high voltage apparatus using a digital feedback control apparatus that requires computation.
[0002]
[Prior art]
A conventional inverter type X-ray high voltage apparatus, particularly an X-ray high voltage apparatus capable of controlling the tube voltage applied to the X-ray tube by controlling the phase difference and frequency of the inverter is configured as shown in FIG. It was. That is, a DC power supply 1 that rectifies a single-phase or three-phase commercial power supply to obtain a DC voltage, receives a DC voltage from the DC power supply 1, converts it to an AC voltage, and controls an output voltage (tube voltage). An inverter 2, a high-voltage transformer 3 that boosts the AC voltage from the inverter 2, a high-voltage rectifier circuit 4 that converts the output voltage of the high-voltage transformer 3 to DC, An X-ray tube 5 that emits X-rays when a DC voltage is applied thereto, an inverter input voltage detector 6 that is connected to the input side of the inverter 2 and detects an inverter input voltage, and an output side of the high-voltage rectifier circuit 4 A tube voltage detector 7 connected to detect the tube voltage of the X-ray tube 5, a desired target tube voltage signal Vr given from the outside, an input voltage detection signal Vi from the inverter input voltage detector 6 and the tube voltage detection The tube voltage detection signal Vo from 7 is inputted, the target tube voltage signal Vr and the tube voltage detection signal Vo are compared and calculated, and the inverter 2 is supplied so that the tube voltage of the X-ray tube 5 becomes a desired voltage. And a feedback control device 8 for sending and controlling the control signal S.
The feedback control device 8 receives the target tube voltage signal Vr and the tube voltage detection signal Vo and calculates the difference between the first comparison means 9 and the calculation result. Integral adjusting means 10 for obtaining the above, proportional adjusting means 11 for inputting and multiplying the tube voltage detection signal Vo, differential adjusting means 12 for inputting and differentiating the tube voltage detection signal Vo, and the integral adjusting means 10 The second comparison means 13 for inputting the integral value from the constant value, the constant multiple value from the proportional adjustment means 11 and the differential value from the differentiation adjustment means 12 and subtracting the integral value, and the second comparison means 13 The input voltage correction means 14 for inputting the generated signal and the inverter input voltage detection signal Vi and correcting the signal generated by the second comparison means 13 by fluctuation of the inverter input voltage; Finally determine the control signal S of the inverter 2 consisted steady characteristic correction means 15 for delivery to the inverter 2 in accordance with the output characteristics of the inputs an output of the input voltage correcting means 14 device.
[0003]
Here, there are various arithmetic means in the feedback control device 8 constituted by a hardware arithmetic unit such as an operational amplifier or the like, and a microprocessor, a signal processor, a microcontroller or the like is used and the arithmetic is executed by a program. Some were designed to do this.
For example, the feedback control device 8 uses a digital feedback control system having an internal configuration (configuration using a DSP (Digital Signal Processor)) as shown in FIG. In such a feedback control device 8, the inverter input voltage detection signal Vi and the tube voltage detection signal Vo are A / D converted by the A / D converters 16, 17 and digitized, and the DSP 2 performs an operation necessary for the inverter 2. When calculating the inverter control signal S such as the operation phase difference of A / D, conventionally, as shown in FIG. 6, A / D conversion by the A / D converters 16 and 17 is started (A / D conversion start) and then A In the time until the / D conversion is completed (standby time), no processing other than the A / D conversion mainly including the phase difference calculation is performed. In addition, this A / D conversion has a conversion time specific to the element, but at present it takes a minimum of 7 to 10 μs even at high speed. Therefore, in the conventional apparatus shown in FIG. 5, since the two of the tube voltage detection signal Vo and the inverter input voltage detection signal Vi must be A / D converted, at least about 20 μs is spent only for A / D conversion. become. FIG. 6 shows the flow of processing (digital feedback control processing) from the start of A / D conversion to the output of the inverter control signal S in the conventional apparatus shown in FIG.
On the other hand, in the inverter type X-ray high voltage apparatus, the rise time of the tube voltage is 1 ms or less, and the tube voltage waveform with a small pulsation in the steady state is also used for improving the X-ray quality (diagnosis image quality). There is a strong demand. Furthermore, there is a strong demand for reduction in size and weight in order to reduce the device installation area and improve operability. In order to satisfy these requirements, increasing the inverter frequency is an inevitable factor, and the inverter frequency is currently 10 kHz or higher. On the other hand, since the sampling operation for acquiring the A / D conversion value and the output of the inverter control signal S are required to be performed once in one cycle of the operation of the inverter 2, digital feedback processing including A / D conversion is performed. The allowed time is as short as several tens of μs. If 7 to 10 μs is consumed for one A / D conversion within a short time of several tens of μs as described above, a time for performing calculation for calculating the phase difference, other necessary processing, and the like. It disappeared and high frequency was impossible.
4 and 5, reference numeral 20 denotes a resonance capacitor. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same or corresponding parts.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the feedback control device 8 uses a digital feedback control system having an internal configuration as shown in FIG. 5, and the conventional device adopting the control processing sequence as shown in FIG. Therefore, it is impossible to increase the inverter frequency. For this reason, there existed a problem that size reduction and weight reduction of an apparatus and improvement of X-ray quality could not be aimed at.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inverter type X-ray high voltage apparatus that can speed up digital feedback control processing, and therefore can increase the inverter frequency, reduce the size and weight of the apparatus, and improve the X-ray quality. There is.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The purpose is to provide a direct current power supply, an inverter that converts direct current from the direct current power supply into alternating current, a high voltage transformer that boosts the alternating voltage from the inverter, and a high voltage that rectifies the output voltage of the high voltage transformer. A rectifier circuit, an X-ray tube that emits X-rays when a DC voltage is applied from the high-voltage rectifier circuit, and a tube voltage that is connected to the output side of the high-voltage rectifier circuit and detects the tube voltage of the X-ray tube A tube voltage digital for controlling the inverter so that the tube voltage of the X-ray tube becomes a desired voltage by inputting at least a desired target tube voltage signal and a tube voltage detection signal from the tube voltage detector. in the inverter type X-ray high voltage apparatus, comprising: a feedback control means, and the tube voltage digital feedback control means comprises an a / D converter for a / D converting the tube voltage detection signal, During the A / D conversion operation is performed in parallel processing for performing feedback control of the tube voltage. Thus, the overall digital feedback control process is faster, enabling high frequency of the inverter frequency, device is compact and lightweight, thereby improving the line quality of the X-ray.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an inverter type X-ray high voltage apparatus according to the present invention. This inverter type X-ray high voltage device converts direct current from a direct current power source into alternating current using an inverter, boosts it, and then rectifies and supplies it to an X-ray tube to emit X-rays. As shown in FIG. 1, a DC power source 1, an inverter 2, a high voltage transformer 3, a high voltage rectifier circuit 4, an X-ray tube 5, an inverter input voltage detector 6, a tube voltage detector 7, and a tube A voltage digital feedback control device 8 'is provided.
[0008]
Here, the DC power source 1 is a device that supplies DC power. Here, AC power of a single-phase or three-phase commercial power source of 50 Hz or 60 Hz is rectified by a rectifying element such as a diode and smoothed by a smoothing element such as a capacitor. By doing so, it is configured to output a DC voltage. The inverter 2 receives the DC voltage output from the DC power source 1 and converts it into an AC voltage, and controls the voltage (tube voltage) output to the X-ray tube 5. The high voltage transformer 3 boosts the AC voltage from the inverter 2, and its primary winding is connected to the output side of the inverter 2. The high voltage rectifier circuit 4 rectifies the output voltage of the high voltage transformer 3. The X-ray tube 5 emits X-rays when the output voltage from the high voltage rectifier circuit 4 is applied, and is connected to the output side of the high voltage rectifier circuit 4.
The inverter input voltage detector 6 is connected to the input side of the inverter 2 on the output side of the DC power source 1 to detect the inverter input voltage, and sends it to the tube voltage digital feedback control device 8 'as an inverter input voltage detection signal Vi. Is. Further, the tube voltage detector 7 detects the tube voltage applied to the X-ray tube 5 and sends it to the inverter 2 as a tube voltage detection signal Vo. The tube voltage detector 7 outputs the X-ray tube 5 on the output side of the high voltage rectifier circuit 4. Connected to the input side.
[0009]
The tube voltage digital feedback control device 8 ′ receives a desired target tube voltage signal Vr, an inverter input voltage detection signal Vi detected by the input voltage detector 6, and a tube voltage detection signal Vo detected by the tube voltage detector 7. Then, the desired target tube voltage signal Vr and the tube voltage detection signal Vo are compared and calculated, and the tube voltage detection signal Vo of the X-ray tube 5 is the desired voltage (the tube voltage of the X-ray tube 5 is the desired target tube voltage). The inverter control signal S is sent to the inverter 2 so that This tube voltage digital feedback control device 8 'is formed by using a microcontroller incorporating an A / D converter for tube voltage control. The program-controlled tube voltage digital feedback control device 8 ′ using this microcontroller includes a first comparison means 9, an integral adjustment means 10, a proportional adjustment means 11, a differential adjustment means 12, a second comparison means 13, An input voltage correction unit 14, a steady characteristic correction unit 15, a first A / D converter 16 and a second A / D converter 17 are provided.
In this case, the first comparison means 9 inputs the target tube voltage signal Vr and the tube voltage detection signal Vo detected by the tube voltage detector 7 and calculates the difference between them. The integral adjusting means 10 inputs the calculation result of the first comparing means 9 and obtains its integrated value. The proportional adjustment means 11 receives the tube voltage detection signal Vo and multiplies it by a constant. The differential adjustment means 12 receives the tube voltage detection signal Vo and differentiates it. The second comparison means 13 inputs the integral value from the integral adjustment means 10, the constant multiple value from the proportional adjustment means 11, and the differential value from the differential adjustment means 12, and subtracts the integral value. . The input voltage correction means 14 inputs the signal generated by the second comparison means 13 and also receives the inverter input voltage detection signal Vi and corrects the fluctuation of the inverter input voltage. The steady characteristic correcting means 15 performs a correction process in consideration of the steady output characteristic of the apparatus and finally determines the inverter control signal S and sends it to the inverter 2. The first A / D converter 16 performs A / D conversion on the inverter input voltage detection signal Vi. The second A / D converter 17 A / D converts the tube voltage detection signal Vo.
[0010]
Here, in the present invention, calculation by the program necessary for the feedback control processing in the tube voltage digital feedback control device 8 'and other processing are performed after the A / D conversion is started (A (D / A conversion start) to A / D conversion value acquisition (A / D conversion end) time (A / D conversion operation) is actively utilized, that is, X-rays other than A / D conversion such as feedback calculation Part of the processing necessary for control is performed in parallel with the A / D conversion operation.
[0011]
Next, a general operation of the inverter type X-ray high voltage apparatus configured as described above will be described. First, the target tube voltage signal Vr inputted from the outside, the tube voltage detection signal Vo from the tube voltage detector 7 A / D converted by the A / D converter 17 in the tube voltage digital feedback control device 8 ′, and Is input to the first comparison means 9. Then, the first comparison means 9 calculates the difference between the two, and the calculation result is input to the integral adjustment means 10. The integration adjusting means 10 integrates the calculation result and sends it to the second comparison means 13.
The A / D converted tube voltage detection signal Vo is also input to the proportional adjustment means 11 and the differential adjustment means 12 in the tube voltage digital feedback control device 8 '. Then, the proportional adjustment means 11 multiplies the A / D converted tube voltage detection signal Vo by a constant, and the differential adjustment means 12 differentiates the tube voltage detection signal Vo and sends it to the second comparison means 13.
As a result, the second comparison means 13 subtracts the outputs of the integral adjustment means 10 and inputs the calculation results to the input voltage correction means 14. The inverter input voltage detection signal Vi from the inverter input voltage detector 6 is also A / D converted by the A / D converter 16 and then input to the input voltage correction means 14. Then, the input voltage correction means 14 performs a correction operation for correcting the fluctuation of the inverter input voltage by multiplying the result obtained by the second comparison means 13 by the reciprocal of the inverter input voltage. The correction calculation result by the input voltage correction means 14 is further input to the steady characteristic correction means 15 and subjected to correction processing considering the steady output characteristics of the apparatus, and then an inverter control signal S corresponding to the processing result is output. It will be.
The inverter control signal S determines the switching timing (phase) of each switching element (not shown) of the inverter 2 according to the target tube voltage signal Vr. 2 operates, that is, the DC voltage output from the DC power source 1 is converted into an AC voltage. After this AC voltage is sent to the high voltage transformer 3 and boosted, it is rectified to a DC voltage by the high voltage rectifier circuit 4, and a high voltage DC voltage is applied to the X-ray tube 5 to radiate X-rays. .
[0012]
Next, a specific operation of the tube voltage digital feedback control device 8 'in the above-described device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a flow of processing (digital feedback control processing) from the start of A / D conversion to the output of the inverter control signal S in the tube voltage digital feedback control device 8 ′, and a series of processing shown here Is performed every cycle of the operation of the inverter 2.
The processing required for feedback control includes the above-described calculation of integral value, proportional value and differential value calculation for performing feedback control of tube voltage, and feedback processing for performing four arithmetic operations for correction, etc. In addition, there is an output process for generating and outputting the inverter control signal S, an abnormality process for checking whether or not an abnormality has occurred in the operating apparatus, and detecting an abnormality and taking an appropriate action when the abnormality occurs. In the example shown in FIG. 3, in the standby time (at the time of A / D conversion operation) from the start of A / D conversion of the tube voltage (tube voltage detection signal Vo) to the end of the A / D conversion, Necessary processing is performed, and it is necessary for feedback control processing in the standby time (A / D conversion operation) from the start of A / D conversion to the end of A / D conversion of the inverter input voltage (inverter input voltage detection signal Vi). For example, calculation, integral calculation, proportional calculation, and differential calculation are performed.
[0013]
As described above, in the apparatus of the present invention, in the tube voltage digital feedback control process, the standby time from the start of A / D conversion to the end of the A / D conversion (in the A / D conversion operation) is set to X other than the A / D conversion operation. It is also used for part of processing necessary for line control, in other words, A / D conversion operation and other processing are performed in parallel. As a result, the entire digital feedback control process is accelerated, the inverter frequency can be increased, the apparatus is reduced in size and weight, and the X-ray quality is improved.
[0014]
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the apparatus of the present invention. The embodiment of FIG. 2 illustrates a case where a controller of a type that does not incorporate an A / D conversion function, here, a DSP is used. In this case, A / D converters 16 and 17 are provided, and buffers 18 and 19 are provided between the A / D converters 16 and 17 and the DSP, and A / D conversion is performed in synchronization with the operation of the inverter 2. The circuit configuration is such that the value is taken into the DSP port. According to such a configuration, the A / D conversion operation and other processes can be performed in parallel, the entire digital feedback control process can be speeded up, the inverter frequency can be increased, and the apparatus is small and lightweight. To improve the X-ray quality.
[0015]
The flow of the digital feedback control process in the apparatus of the present invention, particularly the parallel processing target in the A / D conversion standby time (at the time of the A / D conversion operation) of the tube voltage (tube voltage detection signal Vo) is as illustrated in FIG. There is no limit. For example, since the fluctuation of the inverter input voltage is very slow compared with the frequency of the inverter 2, the digital data of the inverter input voltage (inverter input voltage detection signal Vi) obtained by the previous A / D conversion should be used. But there is no big impact. Therefore, the correction processing of the inverter input voltage is not performed after the A / D conversion operation of the inverter input voltage (inverter input voltage detection signal Vi) as shown in FIG. It is also possible to use the A / D conversion standby time (during the A / D conversion operation) of the voltage detection signal Vo).
In the above-described embodiment, the series of processing shown in FIG. 3 is performed once in one cycle of the operation of the inverter 2, but may be performed multiple times in one cycle as necessary.
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where a combination of the integral adjusting means 10, the proportional adjusting means 11, and the differential adjusting means 12 is used as the adjusting means in the tube voltage digital feedback control device 8 '. A combination of any two of these adjusting means 10 to 12 may be used, or only the integral adjusting means 10 or the proportional adjusting means 11 may be used.
In the above-described embodiment, the numerical values acquired by the A / D conversion are the inverter input voltage (inverter input voltage detection signal Vi) and the tube voltage (tube voltage detection signal Vo). A tube current detector for detecting other detection signals, for example, a current (tube current) flowing in an X-ray tube, is provided, and the tube current detection signal is A / D converted and used for digital feedback control. Also good.
Further, the DC power source 1 may be any unit as long as it generates a DC voltage, and is not limited to the configuration shown in FIGS. Further, even when a large output power is obtained, there is no voltage drop and an ideal DC power supply with extremely small voltage fluctuation and pulsation is used as the DC power supply 1, or the fluctuation of the input voltage is the output voltage (tube voltage). ), The A / D conversion value acquisition of the inverter input voltage (inverter input voltage detection signal Vi) and the inverter input voltage correction means 14 can be omitted.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a resonance capacitor 20 is connected to the output side of the inverter 2, and this resonance capacitor 20 has a high frequency due to the influence of the leakage inductance of the high voltage transformer 3. Since it is inserted for the purpose of improving that the current does not sufficiently flow through the winding of the high voltage transformer 3, it is not necessary to insert it when the above improvement is not necessary.
Further, in the above-described embodiment, the method of controlling the tube voltage by the phase difference of the inverter 2 has been described. However, the tube voltage may be controlled by other control methods such as pulse width modulation and frequency modulation.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, during the A / D conversion operation of the tube voltage detection signal or the like, the processing for performing feedback control of the tube voltage is performed in parallel. the can speed, thus the inverter frequency can be high frequency, there is an effect that can improve the radiation quality of the small weight and X-ray equipment. If the tube voltage digital feedback control device is configured with a microcontroller with a built-in A / D converter, the number of device parts can be reduced, and the device configuration can be reduced in size and cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a device of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the apparatus of the present invention. It is.
FIG. 3 is a diagram showing a flow of processing from the start of A / D conversion to the output of an inverter control signal in the device of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional apparatus.
FIG. 5 is a block diagram showing a conventional digital feedback control type inverter type X-ray high voltage apparatus.
6 is a diagram showing a flow of processing from the start of A / D conversion to the output of an inverter control signal in the conventional apparatus shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 Inverter 3 High voltage transformer 4 High voltage rectifier circuit 5 X-ray tube 6 Inverter input voltage detector 7 Tube voltage detector 8 Feedback controller 8 'Tube voltage digital feedback controller 9 First comparison means 10 Integration Adjustment means 11 Proportional adjustment means 12 Differential adjustment means 13 Second comparison means 14 Input voltage correction means 15 Steady state correction means 16 First A / D converter 17 Second A / D converter 18 First buffer 19 Second buffer 20 Resonance capacitor Vr Desired target tube voltage signal Vi Inverter input voltage detection signal Vo Tube voltage detection signal.

Claims

A direct current power supply, an inverter that converts direct current from the direct current power supply into alternating current, a high voltage transformer that boosts the alternating voltage from the inverter, a high voltage rectifier circuit that rectifies the output voltage of the high voltage transformer, An X-ray tube that emits X-rays when a DC voltage is applied from the high-voltage rectifier circuit; a tube voltage detector that is connected to the output side of the high-voltage rectifier circuit and detects the tube voltage of the X-ray tube; Tube voltage digital feedback control means for inputting at least a desired target tube voltage signal and a tube voltage detection signal from the tube voltage detector and controlling the inverter so that the tube voltage of the X-ray tube becomes a desired voltage ; in the inverter type X-ray high voltage apparatus provided with, the tube voltage digital feedback control means, the tube voltage detection signal with an a / D converter for converting a / D, the a / D variant In operation, X-rays high voltage apparatus characterized by concurrently performing processing for performing feedback control of the tube voltage.

A direct current power supply, an inverter that converts direct current from the direct current power supply into alternating current, a high voltage transformer that boosts the alternating voltage from the inverter, a high voltage rectifier circuit that rectifies the output voltage of the high voltage transformer, An X-ray tube that emits X-rays when a DC voltage is applied from the high-voltage rectifier circuit; a tube voltage detector that is connected to the output side of the high-voltage rectifier circuit and detects the tube voltage of the X-ray tube; An inverter input voltage detector connected to the input side of the inverter for detecting an inverter input voltage, a desired target tube voltage signal, a tube voltage detection signal from the tube voltage detector, and an inverter input from the inverter input voltage detector the voltage detection signal is input, comprising and a tube voltage digital feedback control means for controlling the inverter so that the tube voltage of the X-ray tube reaches a desired voltage in In over data type X-ray high voltage apparatus, the tube voltage digital feedback controller, the tube voltage detection signal comprises a first A / D converter for converting A / D, the first A / D conversion operation An X-ray high voltage apparatus characterized in that the processing for performing feedback control of the tube voltage is sometimes performed in parallel.

The tube voltage digital feedback control device further includes a second A / D converter for A / D converting the inverter input voltage detection signal from the inverter input voltage detector, and the second A / D converter. The X-ray high-voltage apparatus according to claim 2, wherein when both the first A / D converter and the first A / D converter operate, processing for performing feedback control of the tube voltage is performed in parallel.