(57)【要約】【課題】Ｘ線管の出力が小さい場合でもゼロ電圧スイッチングを実行すること。【解決手段】実施形態に係るＸ線診断装置は、インバータと、第１のアームと、第２のアームと、スイッチング素子駆動回路とを備える。第１のアームは、前記インバータに含まれ、スイッチング素子を有する。第２のアームは、前記インバータに含まれ、スイッチング素子を有し、前記第１のアームとは異なる位相で制御される。スイッチング素子駆動回路は、前記第２のアームのデッドタイムが前記第１のアームのデッドタイムよりも長くなるように前記第２のアームが有するスイッチング素子及び前記第１のアームが有するスイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行う。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータと、
前記インバータに含まれ、スイッチング素子を有する第１のアームと、
前記インバータに含まれ、スイッチング素子を有し、前記第１のアームとは異なる位相で制御される第２のアームと、
前記第２のアームのデッドタイムが前記第１のアームのデッドタイムよりも長くなるように前記第２のアームが有するスイッチング素子及び前記第１のアームが有するスイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行うスイッチング素子駆動回路と、
を備える、Ｘ線診断装置。
【請求項２】
インバータと、
前記インバータに含まれ、スイッチング素子を有する第１のアームと、
前記インバータに含まれ、スイッチング素子を有し、前記第１のアームとは異なる位相で制御される第２のアームと、
前記第２のアームのデッドタイムが前記第１のアームのデッドタイムよりも長くなるように前記第２のアームが有するスイッチング素子及び前記第１のアームが有するスイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行うスイッチング素子駆動回路と、
を備える、Ｘ線高電圧装置。
【請求項３】
前記第１のアームは、第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に直列接続された第２のスイッチング素子とを有し、
前記第２のアームは、前記第１のアームに並列接続され、かつ、第３のスイッチング素子と、前記第３のスイッチング素子に直列接続された第４のスイッチング素子とを有し、
前記スイッチング素子駆動回路は、前記第４のスイッチング素子がオンとなる期間が前記第１のスイッチング素子がオンとなる期間よりも短く、かつ、前記第３のスイッチング素子がオンとなる期間が前記第２のスイッチング素子がオンとなる期間よりも短くなるように前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、前記第３のスイッチング素子及び前記第４のスイッチング素子のオン／オフを切り替える、請求項２に記載のＸ線高電圧装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子駆動回路は、前記第１のアーム及び前記第２のアームが出力する電力又は電流が所定の閾値よりも小さい場合、前記スイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行う、請求項２又は請求項３に記載のＸ線高電圧装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子駆動回路は、前記第１のアーム及び前記第２のアームが出力する電力又は電流が所定の閾値よりも小さい場合、前記第２のアームのデッドタイムを長くし、前記第１のアーム及び前記第２のアームが出力する電力又は電流が所定の閾値よりも大きい場合、前記第２のアームのデッドタイムを短くする、請求項２から請求項４のいずれか一つに記載のＸ線高電圧装置。
【請求項６】
第２のアームのデッドタイムが第１のアームのデッドタイムよりも長くなるように前記第２のアームが有するスイッチング素子及び前記第１のアームが有するスイッチング素子のオン／オフを切り替える、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線診断装置、Ｘ線高電圧装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線診断装置は、一般的に、Ｘ線高電圧装置のインバータを構成しているスイッチング素子のオン／オフを１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの周波数でスイッチングすることにより、Ｘ線管に目的の管電圧を供給している。また、スイッチング素子が低損失材料で作製されている場合、Ｘ線診断装置は、インバータを構成しているスイッチング素子のオン／オフを１００ｋＨｚ以上の周波数でスイッチングすることもできる。ここで、低損失材料は、例えば、シリコンカーバイド（Silicon  carbide：ＳiＣ）である。
【０００３】
Ｘ線診断装置は、インバータを構成しているスイッチング素子のオン／オフを高い周波数でスイッチングすることにより、出力電圧のリップルを低減し、Ｘ線高電圧装置を構成しているコイル、変圧器及びコンデンサを小さくすることができる。一方、Ｘ線診断装置は、インバータを構成しているスイッチング素子のオン／オフを高い周波数でスイッチングするため、スイッチング損失が増大させてしまうことがある。Ｘ線診断装置は、スイッチング損失を低減させるため、ゼロ電圧スイッチング（Zero  Voltage  Switching：ＺＶＳ）を実行することができる。ゼロ電圧スイッチングは、ソフトスイッチングの一種である。
【０００４】
しかし、Ｘ線診断装置は、Ｘ線管の出力が小さい場合、Ｘ線高電圧装置のチョークコイル又は変圧器の漏れインダクタンスに蓄積されるエネルギーが小さいため、ゼロ電圧スイッチングを実行することができないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５５８８８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、Ｘ線管の出力が小さい場合でもゼロ電圧スイッチングを実行することができるＸ線診断装置、Ｘ線高電圧装置及び制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係るＸ線診断装置は、インバータと、第１のアームと、第２のアームと、スイッチング素子駆動回路とを備える。第１のアームは、前記インバータに含まれ、スイッチング素子を有する。第２のアームは、前記インバータに含まれ、スイッチング素子を有し、前記第１のアームとは異なる位相で制御される。スイッチング素子駆動回路は、前記第２のアームのデッドタイムが前記第１のアームのデッドタイムよりも長くなるように前記第２のアームが有するスイッチング素子及び前記第１のアームが有するスイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係るＸ線診断装置の構成の例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係るＸ線診断装置が有するＸ線高電圧装置の回路構成の例を示す図である。
【図３】図３は、ゼロ電圧スイッチングを行う場合における第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子のオン／オフと、第１のアームの動作モードと、第２のアームの動作モードと、チョークコイルの電流との関係を示す図である。
【図４】図４は、Ｘ線管の出力が大きい場合における第１のスイッチング素子のオン／オフと、第１のスイッチング素子のコレクタ‐エミッタ間電圧と、第２のスイッチング素子のオン／オフと、第２のスイッチング素子のコレクタ‐エミッタ間電圧との関係を示す図である。
【図５】図５は、Ｘ線管の出力が小さい場合における第１のスイッチング素子のオン／オフと、第１のスイッチング素子のコレクタ‐エミッタ間電圧と、第２のスイッチング素子のオン／オフと、第２のスイッチング素子のコレクタ‐エミッタ間電圧との関係を示す図である。
【図６】図６は、実施形態における第１のアームのスイッチング素子のオン／オフと、第２のアームのスイッチング素子のオン／オフと、第２のアームの動作モードと、チョークコイルの電流との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、実施形態に係るＸ線診断装置、Ｘ線高電圧装置及び制御方法を説明する。なお、以下の説明では、重複する説明を適宜省略する。
【００１０】
（実施形態）
図１を参照しながら、実施形態に係るＸ線診断装置１の構成について説明する。図１は、実施形態に係るＸ線診断装置の構成の例を示す図である。Ｘ線診断装置１は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置である。Ｘ線診断装置１は、図１に示すように、架台２と、寝台２０と、コンソール３０とを有する。なお、Ｘ線診断装置１の構成は、下記の構成に限定されるものではない。
【００１１】
架台２は、コリメータ調整回路３と、架台駆動回路４と、Ｘ線照射装置５と、ウェッジ８と、コリメータ９と、検出器１０と、データ収集回路１１と、回転フレーム１２とを有する。
【００１２】
コリメータ調整回路３は、コリメータ９の開口度及び位置を調整することにより、Ｘ線照射装置５が発生させたＸ線の照射範囲を調整する。コリメータ調整回路３は、コリメータ９に接続され、開口度及び位置を調整する機構と、この機構を制御する回路とを含む。この機構は、例えば、モータと、このモータが発生させた動力をコリメータ９に伝達する機械要素とを含む。また、上述した回路は、例えば、モータに電力や制御信号を供給する回路と、この回路を制御するプロセッサとを含む。
【００１３】
架台駆動回路４は、回転フレーム１２を回転させることにより、被検体Ｐを中心とする円軌道上でＸ線照射装置５及び検出器１０を旋回させる。架台駆動回路４は、回転フレーム１２に接続され、これを回転させる機構と、この機構を制御する回路とを含む。この機構は、例えば、モータと、このモータが発生させた動力を回転フレーム１２に伝達する機械要素とを含む。また、上述した回路は、例えば、モータに電力や制御信号を供給する回路と、この回路を制御するプロセッサとを含む。
【００１４】
Ｘ線照射装置５は、図１に示すように、Ｘ線高電圧装置６と、Ｘ線管７とを有する。Ｘ線高電圧装置６は、高電圧を発生させる。Ｘ線管７は、Ｘ線高電圧装置６から供給される高電圧により、Ｘ線を発生させる。Ｘ線高電圧装置６及びＸ線管７の詳細は、後述する。
【００１５】
ウェッジ８は、Ｘ線管７が発生させたＸ線の線量及び線質を調節するためのＸ線フィルタである。コリメータ９は、Ｘ線の照射範囲を調整するためのスリットである。コリメータ９は、Ｘ線管７が発生させたＸ線を遮蔽することができる材料で作製されている。このような材料は、例えば、鉛である。コリメータ９の開口度及び位置は、コリメータ調整回路３により調整される。
【００１６】
検出器１０は、Ｘ線を検出する。検出器１０は、複数の検出素子を有する。検出器１０は、Ｘ線管７が発生させたＸ線を検出素子により検出する。検出素子は、入射したＸ線を電気信号に変換し、この電気信号をデータ収集回路１１へ出力する。検出器１０が有する検出素子の大きさ、形状及び数は、特に限定されない。なお、検出器１０は、直接変換型及び間接変換型のいずれでもよい。データ収集回路１１は、検出素子が出力した電気信号に基づいて投影データを生成する。データ収集回路１１は、例えば、プロセッサにより実現される。
【００１７】
回転フレーム１２は、円環状のフレームである。回転フレーム１２は、Ｘ線照射装置５及び検出器１０を支持する。Ｘ線照射装置５と検出器１０は、対向している。回転フレーム１２は、架台駆動回路４により駆動され、被検体Ｐを中心として回転する。
【００１８】
寝台２０は、天板２１と、寝台駆動回路２２とを有する。天板２１は、被検体Ｐが載せられる板状の部材である。寝台駆動回路２２は、被検体Ｐが載せられた天板２１を移動させることにより、被検体Ｐを架台２の撮影口内で移動させる。寝台駆動回路２２は、天板２１に接続され、天板２１の位置を調整する機構と、この機構を制御する回路とを含む。この機構は、例えば、モータと、このモータが発生させた動力を天板２１に伝達する機械要素とを含む。また、上述した回路は、例えば、モータに電力や制御信号を供給する回路と、この回路を制御するプロセッサとを含む。
【００１９】
コンソール３０は、入力回路３１と、ディスプレイ３２と、投影データ記憶回路３３と、画像記憶回路３４と、記憶回路３５と、処理回路３６とを有する。
【００２０】
入力回路３１は、指示や設定を入力するユーザにより使用される。入力回路３１は、例えば、マウス、キーボードが該当する。入力回路３１は、ユーザが入力した指示や設定を処理回路３６に転送する。入力回路３１は、例えば、プロセッサにより実現される。
【００２１】
ディスプレイ３２は、ユーザが参照するモニタである。ディスプレイ３２は、例えば、ＣＴ画像、ユーザが指示や設定を入力する際に使用するＧＵＩ（Graphical  User  Interface）を表示する旨の指示を処理回路３６から受ける。ディスプレイ３２は、この指示に基づいてＣＴ画像やＧＵＩを表示する。
【００２２】
投影データ記憶回路３３は、後述する前処理機能３６２により生成された生データ（Raw  Data）を記憶する。画像記憶回路３４は、後述する画像生成機能３６３により生成されたＣＴ画像を記憶する。
【００２３】
記憶回路３５は、コリメータ調整回路３に含まれるプロセッサ、架台駆動回路４に含まれるプロセッサ及びデータ収集回路１１が上述した機能を実現するためのプログラムを記憶する。記憶回路３５は、寝台駆動回路２２に含まれるプロセッサが上述した機能を実現するためのプログラムを記憶する。記憶回路３５は、処理回路３６が後述するスキャン制御機能３６１、前処理機能３６２、画像生成機能３６３、表示制御機能３６４、制御機能３６５及びその他の機能それぞれを実現するためのプログラムを記憶する。したがって、コリメータ調整回路３、架台駆動回路４、データ収集回路１１、寝台駆動回路２２及び処理回路３６は、記憶回路３５に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、その機能を実現する。
【００２４】
また、投影データ記憶回路３３、画像記憶回路３４及び記憶回路３５は、記憶されている情報をコンピュータにより読み出すことができる記憶媒体を有する。記憶媒体は、例えば、ハードディスクである。
【００２５】
処理回路３６は、スキャン制御機能３６１、前処理機能３６２、画像生成機能３６３、表示制御機能３６４及び制御機能３６５を有する。処理回路３６は、例えば、プロセッサにより実現される。
【００２６】
スキャン制御機能３６１は、スキャンを実行するためにＸ線診断装置１を制御する機能である。処理回路３６は、記憶回路３５からスキャン制御機能３６１に相当するプログラムを読み出して実行することにより、例えば、Ｘ線診断装置１を次のように制御する。
【００２７】
処理回路３６は、寝台駆動回路２２を制御することにより、被検体Ｐを架台２の撮影口内へ移動させる。処理回路３６は、架台２に被検体Ｐのスキャンを実行させる。具体的には、処理回路３６は、Ｘ線高電圧装置６を制御することにより、Ｘ線管７へ高電圧を供給させる。処理回路３６は、コリメータ調整回路３を制御することにより、コリメータ９の開口度及び位置を調整する。また、処理回路３６は、架台駆動回路４を制御することにより、回転フレーム１２を回転させる。そして、処理回路３６は、データ収集回路１１を制御することにより、データ収集回路１１に投影データを収集させる。Ｘ線診断装置１が実行するスキャンは、例えば、コンベンショナルスキャン、ヘリカルスキャン、ステップアンドシュートである。
【００２８】
前処理機能３６２は、データ収集回路１１により生成された投影データを補正する機能である。処理回路３６は、記憶回路３５から前処理機能３６２に相当するプログラムを読み出して実行することにより、投影データを補正する。この補正は、例えば、対数変換、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正、散乱線補正である。前処理機能３６２により補正された投影データは、投影データ記憶回路３３に格納される。なお、前処理機能３６２により補正された投影データは、生データとも呼ばれる。
【００２９】
画像生成機能３６３は、投影データ記憶回路３３に格納されている生データを再構成し、ＣＴ画像を生成する機能である。処理回路３６は、記憶回路３５から画像生成機能３６３に相当するプログラムを読み出して実行することにより、ＣＴ画像を生成する。再構成方法は、例えば、逆投影処理、逐次近似法である。画像生成機能３６３により生成されたＣＴ画像は、画像記憶回路３４に格納される。
【００３０】
表示制御機能３６４は、画像記憶回路３４に格納されているＣＴ画像をディスプレイ３２に表示する機能である。処理回路３６は、記憶回路３５から表示制御機能３６４に相当するプログラムを読み出して実行することにより、画像記憶回路３４に格納されているＣＴ画像をディスプレイ３２に表示させる。
【００３１】
制御機能３６５は、架台２、寝台２０及びコンソール３０の各構成要素を目的に応じて適切なタイミングで動作させる機能及びその他の機能を含む。処理回路３６は、上述した処理を実行する際、適宜、記憶回路３５から制御機能３６５に相当するプログラムを読み出して実行する。
【００３２】
図２を参照しながら、実施形態に係るＸ線高電圧装置６の回路構成について説明する。図２は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置が有するＸ線高電圧装置の回路構成の例を示す図である。Ｘ線照射装置５は、図２に示すように、Ｘ線高電圧装置６と、Ｘ線管７とを有する。
【００３３】
Ｘ線高電圧装置６は、図２に示すように、ダイオードブリッジ６０１と、コンデンサ６０２と、インバータ６０３とを有する。インバータ６０３は、図２に示すように、第１のスイッチング素子１Ｓと、第１のダイオード１Ｄと、第１のコンデンサ１Ｃとを有する。インバータ６０３は、図２に示すように、第２のスイッチング素子２Ｓと、第２のダイオード２Ｄと、第２のコンデンサ２Ｃとを有する。インバータ６０３は、図２に示すように、第４のスイッチング素子４Ｓと、第４のダイオード４Ｄと、第４のコンデンサ４Ｃとを有する。インバータ６０３は、図２に示すように、第３のスイッチング素子３Ｓと、第３のダイオード３Ｄと、第３のコンデンサ３Ｃとを有する。Ｘ線高電圧装置６は、図２に示すように、スイッチング素子駆動回路６０４と、チョークコイル６０５と、一次コイル６０６と、コア６０７と、二次コイル６０８と、整流回路６０９とを有する。
【００３４】
第１のスイッチング素子１Ｓ、第１のダイオード１Ｄ、第１のコンデンサ１Ｃ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第２のダイオード２Ｄ及び第２のコンデンサ２Ｃは、第１のアーム６０３１を構成している。第４のスイッチング素子４Ｓ、第４のダイオード４Ｄ、第４のコンデンサ４Ｃ、第３のスイッチング素子３Ｓ、第３のダイオード３Ｄ及び第３のコンデンサ３Ｃは、第２のアーム６０３２を構成している。
【００３５】
第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第４のスイッチング素子４Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）である。
【００３６】
第１のコンデンサ１Ｃの静電容量は、ゼロ電圧スイッチングが行われる場合において、第１のアーム６０３１のデッドタイムが終了する時に第１のコンデンサ１Ｃのコレクタ‐エミッタ間電圧がゼロとなるように設定される。第２のコンデンサ２Ｃの静電容量は、ゼロ電圧スイッチングが行われる場合において、第１のアーム６０３１のデッドタイムが終了する時に第２のコンデンサ２Ｃのコレクタ‐エミッタ間電圧がゼロとなるように設定される。第４のコンデンサ４Ｃの静電容量は、ゼロ電圧スイッチングが行われる場合において、第２のアーム６０３２のデッドタイムが終了する時に第４のコンデンサ４Ｃのコレクタ‐エミッタ間電圧がゼロとなるように設定される。第３のコンデンサ３Ｃの静電容量は、ゼロ電圧スイッチングが行われる場合において、第２のアーム６０３２のデッドタイムが終了する時に第３のコンデンサ３Ｃのコレクタ‐エミッタ間電圧がゼロとなるように設定される。
【００３７】
第１のアーム６０３１のデッドタイムは、第１のアーム６０３１を構成している第１のスイッチング素子１Ｓがターンオフするために必要な時間及び第２のスイッチング素子２Ｓがターンオフするために必要な時間で決まる。第２のアーム６０３２のデッドタイムは、第２のアーム６０３２を構成している第４のスイッチング素子４Ｓがターンオフするために必要な時間及び第３のスイッチング素子３Ｓがターンオフするために必要な時間で決まる。
【００３８】
ダイオードブリッジ６０１の入力端子は、三相交流電源ＡＣと接続されている。ダイオードブリッジ６０１の出力端子は、コンデンサ６０２の高電圧側の端子及び低電圧側の端子と接続されている。
【００３９】
第１のスイッチング素子１Ｓのエミッタと第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタは、チョークコイル６０５の一方の端子に接続されている。つまり、第２のスイッチング素子２Ｓは、第１のスイッチング素子１Ｓに直列接続されている。第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタは、コンデンサ６０２の高電圧側の端子に接続されている。第２のスイッチング素子２Ｓのエミッタは、コンデンサ６０２の低電圧側の端子に接続されている。
【００４０】
第１のダイオード１Ｄのカソードは、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタに接続されている。第１のダイオード１Ｄのアノードは、第１のスイッチング素子１Ｓのエミッタに接続されている。つまり、第１のダイオード１Ｄは、第１のスイッチング素子１Ｓに並列接続されている。
【００４１】
第１のコンデンサ１Ｃの一方の端子は、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタに接続されている。第１のコンデンサ１Ｃの他方の端子は、第１のスイッチング素子１Ｓのエミッタに接続されている。つまり、第１のコンデンサ１Ｃは、第１のスイッチング素子１Ｓに並列接続されている。また、チョークコイル６０５の一方の端子は、第１のコンデンサ１Ｃの他方の端子に接続されている。したがって、第１のコンデンサ１Ｃとチョークコイル６０５は、第１のスイッチング素子１Ｓから見ると、並列となっている。このため、後述する第１のコンデンサ１Ｃ及びチョークコイル６０５による並列共振が発生する。
【００４２】
第２のダイオード２Ｄのカソードは、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタに接続されている。第２のダイオード２Ｄのアノードは、第２のスイッチング素子２Ｓのエミッタに接続されている。つまり、第２のダイオード２Ｄは、第２のスイッチング素子２Ｓに並列接続されている。
【００４３】
第２のコンデンサ２Ｃの一方の端子は、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタに接続されている。第２のコンデンサ２Ｃの他方の端子は、第２のスイッチング素子２Ｓのエミッタに接続されている。つまり、第２のコンデンサ２Ｃは、第２のスイッチング素子２Ｓに並列接続されている。また、チョークコイル６０５の一方の端子は、第２のコンデンサ２Ｃの一方の端子に接続されている。したがって、第２のコンデンサ２Ｃとチョークコイル６０５は、第２のスイッチング素子２Ｓから見ると、並列となっている。このため、後述する第２のコンデンサ２Ｃ及びチョークコイル６０５による並列共振が発生する。
【００４４】
第３のスイッチング素子３Ｓのエミッタと第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタは、一次コイル６０６の他方の端子に接続されている。つまり、第４のスイッチング素子４Ｓは、第３のスイッチング素子３Ｓに直列接続されている。第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタは、コンデンサ６０２の高電圧側の端子に接続されている。第４のスイッチング素子４Ｓのエミッタは、コンデンサ６０２の低電圧側の端子に接続されている。つまり、第２のアーム６０３２は、第１のアーム６０３１に並列接続されている。
【００４５】
第３のダイオード３Ｄのカソードは、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタに接続されている。第３のダイオード３Ｄのアノードは、第３のスイッチング素子３Ｓのエミッタに接続されている。つまり、第３のダイオード３Ｄは、第３のスイッチング素子３Ｓに並列接続されている。
【００４６】
第３のコンデンサ３Ｃの一方の端子は、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタに接続されている。第３のコンデンサ３Ｃの他方の端子は、第３のスイッチング素子３Ｓのエミッタに接続されている。つまり、第３のコンデンサ３Ｃは、第３のスイッチング素子３Ｓに並列接続されている。また、チョークコイル６０５の他方の端子は、一次コイル６０６を介して、第３のコンデンサ３Ｃの他方の端子に接続されている。したがって、第３のコンデンサ３Ｃとチョークコイル６０５は、第３のスイッチング素子３Ｓから見ると、並列となっている。このため、後述する第３のコンデンサ３Ｃ及びチョークコイル６０５による並列共振が発生する。
【００４７】
第４のダイオード４Ｄのカソードは、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタに接続されている。第４のダイオード４Ｄのアノードは、第４のスイッチング素子４Ｓのエミッタに接続されている。つまり、第４のダイオード４Ｄは、第４のスイッチング素子４Ｓに並列接続されている。
【００４８】
第４のコンデンサ４Ｃの一方の端子は、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタに接続されている。第４のコンデンサ４Ｃの他方の端子は、第４のスイッチング素子４Ｓのエミッタに接続されている。つまり、第４のコンデンサ４Ｃは、第４のスイッチング素子４Ｓに並列接続されている。また、チョークコイル６０５の他方の端子は、一次コイル６０６を介して、第４のコンデンサ４Ｃの一方の端子に接続されている。したがって、第４のコンデンサ４Ｃとチョークコイル６０５は、第４のスイッチング素子４Ｓから見ると、並列となっている。このため、後述する第４のコンデンサ４Ｃ及びチョークコイル６０５による並列共振が発生する。
【００４９】
スイッチング素子駆動回路６０４は、第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第４のスイッチング素子４Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓのゲート及びエミッタと接続されている。
【００５０】
チョークコイル６０５の他方の端子は、一次コイル６０６の一方の端子と接続されている。また、一次コイル６０６、コア６０７及び二次コイル６０８は、変圧器を構成している。二次コイル６０８の両端は、整流回路６０９の入力端子に接続されている。整流回路６０９は、Ｘ線管７に接続されている。
【００５１】
Ｘ線管７は、陰極と、陽極とを有する。陰極は、電子を放出する。陰極は、例えば、タングステンで作製されたフィラメントである。陽極は、例えば、タングステン、モリブデンで作製されている。
【００５２】
次に、図３及び図４を参照しながら、Ｘ線管７の出力が大きいため、ゼロ電圧スイッチングを行うことができる場合におけるＸ線高電圧装置６の動作を説明する。図３は、ゼロ電圧スイッチングを行う場合における第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子のオン／オフと、第１のアーム６０３１の動作モードと、第２のアーム６０３２の動作モードと、チョークコイルの電流との関係を示す図である。図４は、Ｘ線管の出力が大きい場合における第１のスイッチング素子のオン／オフと、第１のスイッチング素子のコレクタ‐エミッタ間電圧と、第２のスイッチング素子のオン／オフと、第２のスイッチング素子のコレクタ‐エミッタ間電圧との関係を示す図である。
【００５３】
三相交流電源ＡＣは、三相交流を発生させる。ダイオードブリッジ６０１は、この三相交流を全波整流又は半波整流し、コンデンサ６０２に供給する。これにより、コンデンサ６０２は、電荷を蓄える。コンデンサ６０２は、インバータ６０３に直流電流を供給する。
【００５４】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３に示すように、第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第３のスイッチング素子３Ｓ及び第４のスイッチング素子４Ｓに制御信号を供給する。第１のスイッチング素子１Ｓの制御信号は、図３の一段目に実線で示されている。第２のスイッチング素子２Ｓの制御信号は、図３の二段目に実線で示されている。第４のスイッチング素子４Ｓの制御信号は、図３の一段目に一点鎖線で示されている。第３のスイッチング素子３Ｓの制御信号は、図３の二段目に一点鎖線で示されている。
【００５５】
第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第３のスイッチング素子３Ｓ及び第４のスイッチング素子４Ｓそれぞれに供給される制御信号は、図３に示すように、周期、オンとなる期間及びオフとなる期間が等しく、位相が異なる。このため、インバータ６０３の動作は、図３に示すように、動作モード４１０、動作モード４２０、動作モード４３０、動作モード４４０、動作モード４５０、動作モード４６０、動作モード４７０及び動作モード４８０の八つに分かれる。この制御は、位相シフト制御とも呼ばれる。第２のアーム６０３２は、第１のアーム６０３１とは異なる位相で制御される。
【００５６】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の一段目、三段目及び四段目に示すように、第１のスイッチング素子１Ｓがオンとなっている状態において、第４のスイッチング素子４Ｓをオンとし、インバータ６０３を動作モード４１０にする。
【００５７】
第１のアーム６０３１及び第２のアーム６０３２は、動作モード４１０において、オンとなる。つまり、インバータ６０３は、動作モード４１０において、オンとなる。コンデンサ６０２は、動作モード４１０において、“コンデンサ６０２→第１のスイッチング素子１Ｓ→チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。これにより、インバータ６０３は、チョークコイル６０５及び一次コイル６０６に電流を供給する。インバータ６０３が供給する電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、増加する。また、チョークコイル６０５は、インバータ６０３が供給する電流により、エネルギーを蓄える。
【００５８】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の一段目に示すように、第１のスイッチング素子１Ｓをターンオフさせ、インバータ６０３を動作モード４２０にする。この時、第１のコンデンサ１Ｃは、放電されている。このため、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっている。したがって、第１のスイッチング素子１Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００５９】
第１のアーム６０３１は、動作モード４２０において、デッドタイムとなる。第２のアーム６０３２は、動作モード４１０において、還流モードとなる。この還流モードにより、第１のコンデンサ１Ｃが充電され、第２のコンデンサ２Ｃが放電される。また、動作モード４２０における第１のコンデンサ１Ｃの電圧と第２のコンデンサ２Ｃの電圧との和は、常に、コンデンサ６０２の電圧と等しくなる。
【００６０】
コンデンサ６０２は、動作モード４２０において、“コンデンサ６０２→第１のコンデンサ１Ｃ→チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。第１のコンデンサ１Ｃは、この電流により、充電される。このため、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、増加する。第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、図４の二段目に示した上に凸の曲線で示すように振る舞う。また、この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００６１】
チョークコイル６０５は、動作モード４２０において、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→第２のコンデンサ２Ｃ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギー及び第２のコンデンサ２Ｃとチョークコイル６０５との並列共振により発生する。第２のコンデンサ２Ｃは、この電流により、放電される。このため、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、減少する。第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、図４の四段目に示した下に凸の曲線で示すように振る舞う。つまり、第２のコンデンサ２Ｃとチョークコイル６０５との並列共振の深さは、第２のスイッチング素子２Ｓがオンしている時における第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧となる。また、この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００６２】
また、チョークコイル６０５は、動作モード４２０において、第１のコンデンサ１Ｃの充電及び第２のコンデンサ２Ｃの放電が完了した後においても、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→第２のダイオード２Ｄ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流し続ける。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００６３】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の二段目に示すように、第２のスイッチング素子２Ｓをターンオンさせ、インバータ６０３を動作モード４３０にする。この時、第２のコンデンサ２Ｃは、放電されている。また、この時、第２のダイオード２Ｄは、導通している。このため、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっている。したがって、第２のスイッチング素子２Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００６４】
第１のアーム６０３１は、動作モード４３０において、還流モードとなる。第２のアーム６０３２は、動作モード４２０に引き続き還流モードを継続している。チョークコイル６０５は、この還流モードにおいて、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→第２のスイッチング素子２Ｓ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００６５】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の一段目に示すように、第４のスイッチング素子４Ｓをターンオフさせ、インバータ６０３を動作モード４４０にする。この時、第４のコンデンサ４Ｃは、放電されている。このため、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっている。したがって、第４のスイッチング素子４Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００６６】
第１のアーム６０３１は、動作モード４３０から動作モード４４０にかけて還流モードを継続している。この還流モードにより、第４のコンデンサ４Ｃが充電され、第３のコンデンサ３Ｃが放電される。また、動作モード４４０における第３のコンデンサ３Ｃの電圧と第４のコンデンサ４Ｃの電圧との和は、常に、コンデンサ６０２の電圧と等しくなる。第２のアーム６０３２は、動作モード４４０において、デッドタイムとなる。
【００６７】
チョークコイル６０５は、動作モード４４０において、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のコンデンサ４Ｃ→第２のスイッチング素子２Ｓ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。第４のコンデンサ４Ｃは、この電流により、充電される。このため、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、増加する。第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、上述した充電時における第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧と同様に振る舞う。また、この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００６８】
チョークコイル６０５は、動作モード４４０において、“チョークコイル６０５→第３のコンデンサ３Ｃ→コンデンサ６０２→第２のスイッチング素子２Ｓ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギー及び第３のコンデンサ３Ｃとチョークコイル６０５との並列共振により発生する。第３のコンデンサ３Ｃは、この電流により、放電される。このため、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、減少する。第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、上述した放電時における第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧と同様に振る舞う。つまり、第３のコンデンサ３Ｃとチョークコイル６０５との並列共振の深さは、第３のスイッチング素子３Ｓがオンしている時における第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧となる。また、この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００６９】
また、チョークコイル６０５は、動作モード４４０において、第４のコンデンサ４Ｃの充電及び第３のコンデンサ３Ｃの放電が完了した後においても、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第３のダイオード３Ｄ→コンデンサ６０２→第２のスイッチング素子２Ｓ”の経路に電流を流し続ける。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少し、ゼロとなる。
【００７０】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の二段目に示すように、第３のスイッチング素子３Ｓをターンオンさせ、インバータ６０３を動作モード４５０にする。この時、第３のコンデンサ３Ｃは、放電されている。また、この時、第３のダイオード３Ｄは、導通している。このため、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっている。したがって、第３のスイッチング素子３Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００７１】
コンデンサ６０２は、動作モード４５０において、“コンデンサ６０２→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５→第２のスイッチング素子２Ｓ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。これにより、インバータ６０３は、チョークコイル６０５及び一次コイル６０６に電流を供給する。インバータ６０３が供給する電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、増加する。また、チョークコイル６０５は、インバータ６０３が供給する電流により、エネルギーを蓄える。
【００７２】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の二段目に示すように、第２のスイッチング素子２Ｓをターンオフさせ、インバータ６０３を動作モード４６０にする。この時、第２のコンデンサ２Ｃは、放電されている。このため、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっている。したがって、第２のスイッチング素子２Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００７３】
第１のアーム６０３１は、動作モード４６０において、デッドタイムとなる。第２のアーム６０３２は、動作モード４６０において、還流モードとなる。この還流モードにより、第２のコンデンサ２Ｃが充電され、第１のコンデンサ１Ｃが放電される。また、動作モード４６０における第１のコンデンサ１Ｃの電圧と第２のコンデンサ２Ｃの電圧との和は、常に、コンデンサ６０２の電圧と等しくなる。
【００７４】
コンデンサ６０２は、動作モード４６０において、“コンデンサ６０２→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５→第２のコンデンサ２Ｃ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。第２のコンデンサ２Ｃは、この電流により、充電される。このため、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、増加する。第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、図４の四段目に示した上に凸の曲線で示すように振る舞う。また、この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００７５】
チョークコイル６０５は、動作モード４６０において、“チョークコイル６０５→第１のコンデンサ１Ｃ→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギー及び第１のコンデンサ１Ｃとチョークコイル６０５との並列共振により発生する。この電流は、次第に減少する。第１のコンデンサ１Ｃは、この電流により、放電される。このため、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、減少する。第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、図４の二段目に示した下に凸の曲線で示すように振る舞う。つまり、第１のコンデンサ１Ｃとチョークコイル６０５との並列共振の深さは、第１のスイッチング素子１Ｓがオンしている時における第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧となる。また、この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００７６】
また、チョークコイル６０５は、動作モード４６０において、第２のコンデンサ２Ｃの充電及び第１のコンデンサ１Ｃの放電が完了した後においても、“チョークコイル６０５→第１のダイオード１Ｄ→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流し続ける。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００７７】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の一段目に示すように、第１のスイッチング素子１Ｓをターンオンさせ、インバータ６０３を動作モード４７０にする。この時、第１のコンデンサ１Ｃは、放電されている。また、この時、第１のダイオード１Ｄは、導通している。このため、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっている。したがって、第１のスイッチング素子１Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００７８】
第１のアーム６０３１は、動作モード４７０において、還流モードとなる。第２のアーム６０３２は、動作モード４６０に引き続き還流モードを継続している。チョークコイル６０５は、この還流モードにおいて、“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００７９】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の二段目に示すように、第３のスイッチング素子３Ｓをターンオフさせ、インバータ６０３を動作モード４８０にする。この時、第３のコンデンサ３Ｃは、放電されている。このため、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっている。したがって、第３のスイッチング素子３Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００８０】
第１のアーム６０３１は、動作モード４８０において、還流モードとなる。この還流モードにより、第３のコンデンサ３Ｃが充電され、第４のコンデンサ４Ｃが放電される。また、動作モード４６０における第３のコンデンサ３Ｃの電圧と第４のコンデンサ４Ｃの電圧との和は、常に、コンデンサ６０２の電圧と等しくなる。第２のアーム６０３２は、動作モード４８０において、デッドタイムとなる。
【００８１】
チョークコイル６０５は、動作モード４８０において、“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→第３のコンデンサ３Ｃ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。第３のコンデンサ３Ｃは、この電流により、充電される。このため、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、増加する。第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、上述した充電時における第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧と同様に振る舞う。また、この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００８２】
チョークコイル６０５は、動作モード４８０において、“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→コンデンサ６０２→第４のコンデンサ４Ｃ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギー及び第４のコンデンサ４Ｃとチョークコイル６０５との並列共振により発生する。第４のコンデンサ４Ｃは、この電流により、放電される。このため、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、減少する。第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、上述した放電時における第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧と同様に振る舞う。つまり、第４のコンデンサ４Ｃとチョークコイル６０５との並列共振の深さは、第４のスイッチング素子４Ｓがオンしている時における第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧となる。また、この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少する。
【００８３】
また、チョークコイル６０５は、動作モード４８０において、第３のコンデンサ３Ｃの充電及び第４のコンデンサ４Ｃの放電が完了した後、“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→コンデンサ６０２→第４のダイオード４Ｄ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流し続ける。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。この電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、当該経路の抵抗成分により減少し、ゼロとなる。
【００８４】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の一段目に示すように、第４のスイッチング素子４Ｓをターンオンさせ、インバータ６０３を動作モード４１０にする。この時、第４のコンデンサ４Ｃは、放電されている。また、この時、第４のダイオード４Ｄは、導通している。このため、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっている。したがって、第４のスイッチング素子４Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【００８５】
コンデンサ６０２は、動作モード４１０において、“コンデンサ６０２→第１のスイッチング素子１Ｓ→チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。これにより、インバータ６０３は、チョークコイル６０５及び一次コイル６０６に電流を供給する。インバータ６０３が供給する電流の絶対値は、図３の五段目に示すように、増加する。また、チョークコイル６０５は、インバータ６０３が供給する電流により、エネルギーを蓄える。
【００８６】
次に、図３及び図５を参照しながら、Ｘ線管７の出力が小さいため、ゼロ電圧スイッチングを行うことができない場合におけるＸ線高電圧装置６の動作を説明する。図５は、Ｘ線管の出力が小さい場合における第１のスイッチング素子のオン／オフと、第１のスイッチング素子のコレクタ‐エミッタ間電圧と、第２のスイッチング素子のオン／オフと、第２のスイッチング素子のコレクタ‐エミッタ間電圧との関係を示す図である。
【００８７】
コンデンサ６０２は、動作モード４１０において、“コンデンサ６０２→第１のスイッチング素子１Ｓ→チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。これにより、インバータ６０３は、チョークコイル６０５及び一次コイル６０６に電流を供給する。ただし、インバータ６０３が供給する電流は、Ｘ線管７の出力が小さいため、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。したがって、チョークコイル６０５がインバータ６０３が供給する電流により蓄えるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。
【００８８】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の一段目に示すように、第１のスイッチング素子１Ｓをターンオフさせ、インバータ６０３を動作モード４２０にする。この時、第１のコンデンサ１Ｃは、電荷を蓄えている。このため、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっていない。したがって、第１のスイッチング素子１Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとならず、スイッチング損失を発生させる。
【００８９】
コンデンサ６０２は、動作モード４２０において、“コンデンサ６０２→第１のコンデンサ１Ｃ→チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。ただし、この電流は、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。なぜなら、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さいからである。
【００９０】
第１のコンデンサ１Ｃは、この電流により、充電される。このため、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、増加する。第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、図５の二段目に示した上に凸の曲線で示すように振る舞う。つまり、第１のコンデンサ１Ｃは、完全には充電されない。
【００９１】
チョークコイル６０５は、動作モード４２０において、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→第２のコンデンサ２Ｃ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギー及び第２のコンデンサ２Ｃとチョークコイル６０５との並列共振により発生する。ただし、この電流は、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。なぜなら、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さいからである。
【００９２】
第２のコンデンサ２Ｃは、この電流により、放電される。このため、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、減少する。第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、図５の四段目に示した下に凸の曲線で示すように振る舞う。ただし、第２のコンデンサ２Ｃとチョークコイル６０５との並列共振の深さは、第２のスイッチング素子２Ｓがオンしている時における第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧よりも小さい。つまり、第２のコンデンサ２Ｃは、完全には放電されない。
【００９３】
また、チョークコイル６０５は、動作モード４２０において、第１のコンデンサ１Ｃの充電及び第２のコンデンサ２Ｃの放電が終了した後においても、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→第２のダイオード２Ｄ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流し続ける。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。
【００９４】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の二段目に示すように、第２のスイッチング素子２Ｓをターンオンさせ、インバータ６０３を動作モード４３０にする。この時、第２のコンデンサ２Ｃは、電荷を蓄えている。このため、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっていない。したがって、第２のスイッチング素子２Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとならず、スイッチング損失を発生させる。
【００９５】
第１のアーム６０３１は、動作モード４３０において、還流モードとなる。第２のアーム６０３２は、動作モード４２０に引き続き還流モードを継続している。チョークコイル６０５は、この還流モードにおいて、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→第２のスイッチング素子２Ｓ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。
【００９６】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の一段目に示すように、第４のスイッチング素子４Ｓをターンオフさせ、インバータ６０３を動作モード４４０にする。この時、第４のコンデンサ４Ｃは、電荷を蓄えている。このため、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっていない。したがって、第４のスイッチング素子４Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとならず、スイッチング損失を発生させる。
【００９７】
第１のアーム６０３１は、動作モード４３０に引き続き還流モードを継続している。この還流モードにより、第４のコンデンサ４Ｃが充電され、第３のコンデンサ３Ｃが放電される。ただし、第４のコンデンサ４Ｃは、完全には充電されない。また、第３のコンデンサ３Ｃは、完全には放電されない。さらに、動作モード４４０における第３のコンデンサ３Ｃの電圧と第４のコンデンサ４Ｃの電圧との和は、常に、コンデンサ６０２の電圧と等しくなる。
【００９８】
チョークコイル６０５は、動作モード４４０において、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のコンデンサ４Ｃ→第２のスイッチング素子２Ｓ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。ただし、この電流は、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。なぜなら、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さいからである。
【００９９】
第４のコンデンサ４Ｃは、この電流により、充電される。このため、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、増加する。第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、上述した充電時における第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧と同様に振る舞う。つまり、第４のコンデンサ４Ｃは、完全には充電されない。
【０１００】
チョークコイル６０５は、動作モード４４０において、“チョークコイル６０５→第３のコンデンサ３Ｃ→コンデンサ６０２→第２のスイッチング素子２Ｓ→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギー及び第３のコンデンサ３Ｃとチョークコイル６０５との並列共振により発生する。ただし、この電流は、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。なぜなら、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さいからである。
【０１０１】
第３のコンデンサ３Ｃは、この電流により、放電される。このため、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、減少する。第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、上述した放電時における第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧と同様に振る舞う。つまり、第３のコンデンサ３Ｃとチョークコイル６０５との並列共振の深さは、第３のスイッチング素子３Ｓがオンしている時における第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧よりも小さい。ただし、第３のコンデンサ３Ｃは、完全には放電されない。
【０１０２】
また、チョークコイル６０５は、動作モード４４０において、第４のコンデンサ４Ｃの充電及び第３のコンデンサ３Ｃの放電が終了した後においても、“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第３のダイオード３Ｄ→コンデンサ６０２→第２のスイッチング素子２Ｓ”の経路に電流を流し続ける。この電流は、動作モード４１０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。
【０１０３】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の二段目に示すように、第３のスイッチング素子３Ｓをターンオンさせ、インバータ６０３を動作モード４５０にする。この時、第３のコンデンサ３Ｃは、電荷を蓄えている。このため、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっていない。したがって、第３のスイッチング素子３Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとならず、スイッチング損失を発生させる。
【０１０４】
コンデンサ６０２は、動作モード４５０において、“コンデンサ６０２→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５→第２のスイッチング素子２Ｓ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。これにより、インバータ６０３は、チョークコイル６０５及び一次コイル６０６に電流を供給する。ただし、インバータ６０３が供給する電流は、Ｘ線管７の出力が小さいため、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。したがって、チョークコイル６０５がインバータ６０３が供給する電流により蓄えるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。
【０１０５】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の二段目に示すように、第２のスイッチング素子２Ｓをターンオフさせ、インバータ６０３を動作モード４６０にする。この時、第２のコンデンサ２Ｃは、電荷を蓄えている。このため、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっていない。したがって、第２のスイッチング素子２Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとならず、スイッチング損失を発生させる。
【０１０６】
第１のアーム６０３１は、動作モード４６０において、デッドタイムとなる。第２のアーム６０３２は、動作モード４６０において、還流モードとなる。この還流モードにより、第２のコンデンサ２Ｃが充電され、第１のコンデンサ１Ｃが放電される。ただし、第２のコンデンサ２Ｃは、完全には充電されない。また、第１のコンデンサ１Ｃは、完全には放電されない。さらに、動作モード４６０における第１のコンデンサ１Ｃの電圧と第２のコンデンサ２Ｃの電圧との和は、常に、コンデンサ６０２の電圧と等しくなる。
【０１０７】
コンデンサ６０２は、動作モード４６０において、“コンデンサ６０２→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５→第２のコンデンサ２Ｃ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。ただし、この電流は、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。なぜなら、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さいからである。
【０１０８】
第２のコンデンサ２Ｃは、この電流により、充電される。このため、第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、増加する。第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、図５の四段目に示した上に凸の曲線で示すように振る舞う。つまり、第２のコンデンサ２Ｃは、完全には充電されない。
【０１０９】
チョークコイル６０５は、動作モード４６０において、“チョークコイル６０５→第１のコンデンサ１Ｃ→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギー及び第１のコンデンサ１Ｃとチョークコイル６０５との並列共振により発生する。ただし、この電流は、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。なぜなら、動作モード４６０においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さいからである。
【０１１０】
第１のコンデンサ１Ｃは、この電流により、放電される。このため、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、減少する。第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、図５の二段目に示した下に凸の曲線で示すように振る舞う。ただし、第１のコンデンサ１Ｃとチョークコイル６０５との並列共振の深さは、第１のスイッチング素子１Ｓがオンしている時における第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧よりも小さい。つまり、第１のコンデンサ１Ｃは、完全には放電されない。
【０１１１】
また、チョークコイル６０５は、動作モード４６０において、第２のコンデンサ２Ｃの充電及び第１のコンデンサ１Ｃの放電が終了した後においても、“チョークコイル６０５→第１のダイオード１Ｄ→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流し続ける。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。
【０１１２】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の一段目に示すように、第１のスイッチング素子１Ｓをターンオンさせ、インバータ６０３を動作モード４７０にする。この時、第１のコンデンサ１Ｃは、電荷を蓄えている。このため、第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっていない。したがって、第１のスイッチング素子１Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとならず、スイッチング損失を発生させる。
【０１１３】
第１のアーム６０３１は、動作モード４７０において、還流モードとなる。第２のアーム６０３２は、動作モード４６０に引き続き還流モードを継続している。チョークコイル６０５は、この還流モードにおいて、“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。
【０１１４】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の二段目に示すように、第３のスイッチング素子３Ｓをターンオフさせ、インバータ６０３を動作モード４８０にする。この時、第３のコンデンサ３Ｃは、電荷を蓄えている。このため、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっていない。したがって、第３のスイッチング素子３Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとならず、スイッチング損失を発生させる。
【０１１５】
第１のアーム６０３１は、動作モード４７０に引き続き還流モードを継続している。この還流モードにより、第３のコンデンサ３Ｃが充電され、第４のコンデンサ４Ｃが放電される。ただし、第３のコンデンサ３Ｃは、完全には充電されない。また、第４のコンデンサ４Ｃは、完全には放電されない。さらに、動作モード４８０における第３のコンデンサ３Ｃの電圧と第４のコンデンサ４Ｃの電圧との和は、常に、コンデンサ６０２の電圧と等しくなる。
【０１１６】
チョークコイル６０５は、動作モード４８０において、“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→第３のコンデンサ３Ｃ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。ただし、この電流は、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。なぜなら、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さいからである。
【０１１７】
第３のコンデンサ３Ｃは、この電流により、充電される。このため、第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、増加する。第３のスイッチング素子３Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、上述した充電時における第１のスイッチング素子１Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧と同様に振る舞う。つまり、第３のコンデンサ３Ｃは、完全には充電されない。
【０１１８】
チョークコイル６０５は、動作モード４８０において、“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→コンデンサ６０２→第４のコンデンサ４Ｃ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流す。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギー及び第４のコンデンサ４Ｃとチョークコイル６０５との並列共振により発生する。ただし、この電流は、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。なぜなら、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さいからである。
【０１１９】
第４のコンデンサ４Ｃは、この電流により、放電される。このため、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、減少する。第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、例えば、上述した放電時における第２のスイッチング素子２Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧と同様に振る舞う。つまり、第４のコンデンサ４Ｃとチョークコイル６０５との並列共振の深さは、第４のスイッチング素子４Ｓがオンしている時における第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧よりも小さい。つまり、第４のコンデンサ４Ｃは、完全には放電されない。
【０１２０】
また、チョークコイル６０５は、動作モード４８０において、第３のコンデンサ３Ｃの充電及び第４のコンデンサ４Ｃの放電が完了した後、“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→コンデンサ６０２→第４のダイオード４Ｄ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に電流を流し続ける。この電流は、動作モード４５０においてチョークコイル６０５に蓄えられたエネルギーにより発生する。
【０１２１】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図３の一段目に示すように、第４のスイッチング素子４Ｓをターンオンさせ、インバータ６０３を動作モード４１０にする。この時、第４のコンデンサ４Ｃは、電荷を蓄えている。このため、第４のスイッチング素子４Ｓのコレクタ‐エミッタ間電圧は、ゼロとなっていない。したがって、第４のスイッチング素子４Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとならず、スイッチング損失を発生させる。
【０１２２】
コンデンサ６０２は、動作モード４１０において、“コンデンサ６０２→第１のスイッチング素子１Ｓ→チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→コンデンサ６０２”の経路に電流を流す。これにより、インバータ６０３は、チョークコイル６０５及び一次コイル６０６に電流を供給する。ただし、インバータ６０３が供給する電流は、Ｘ線管７の出力が小さいため、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。したがって、チョークコイル６０５がインバータ６０３が供給する電流により蓄えるエネルギーは、上述したＸ線管７の出力が大きい場合よりも小さくなる。
【０１２３】
上述したように、Ｘ線高電圧装置６は、Ｘ線管７の出力が小さい場合、動作モード４２０、動作モード４４０、動作モード４６０及び動作モード４８０において、第１のコンデンサ１Ｃ、第２のコンデンサ２Ｃ、第４のコンデンサ４Ｃ及び第３のコンデンサ３Ｃを完全に充電し、完全に放電することができない。このため、Ｘ線高電圧装置６は、Ｘ線管７の出力が小さい場合、第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第４のスイッチング素子４Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓのターンオン及びターンオフをゼロ電圧スイッチングとすることができない。そこで、実施形態に係るＸ線高電圧装置６は、第２のアーム６０３２を次のように制御する。
【０１２４】
図３及び図６を参照しながら、実施形態に係るＸ線高電圧装置６が行う第２のアーム６０３２の制御方法について説明する。図６は、実施形態における第１のアーム６０３１のスイッチング素子のオン／オフと、第２のアーム６０３２のスイッチング素子のオン／オフと、第２のアーム６０３２の動作モードと、チョークコイルの電流との関係を示す図である。Ｘ線高電圧装置６は、一回のスキャンにおいてＸ線管７の出力が所定の閾値よりも常に小さい場合、次に述べる制御方法をスキャンごとに実行する。或いは、Ｘ線高電圧装置６は、一回のスキャンにおいてＸ線管７の出力が所定の閾値よりも小さい場合と所定の閾値以上である場合の両方がある場合、Ｘ線管７の出力が所定の閾値よりも小さい場合に次に述べる制御方法を実行する。Ｘ線管７の出力が所定の閾値よりも小さい場合と所定の閾値以上である場合の両方がある場合とは、例えば、Ｘ線診断装置１が管電流モジュレーションを実行する場合である。
【０１２５】
スイッチング素子駆動回路６０４は、第１のスイッチング素子１Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓが所定の期間同時にオンとなり、第２のスイッチング素子２Ｓ及び第４のスイッチング素子４Ｓが所定の期間同時にオンとなり、第４のスイッチング素子４Ｓがオンとなる期間が第１のスイッチング素子１Ｓがオンとなる期間よりも短く、かつ、第３のスイッチング素子３Ｓがオンとなる期間が第２のスイッチング素子２Ｓがオンとなる期間よりも短くなるように第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第３のスイッチング素子３Ｓ及び第４のスイッチング素子４Ｓに等しい周期の制御信号を供給する制御を行う。具体的には、スイッチング素子駆動回路６０４は、次のような制御を行う。この制御は、位相シフト制御とも呼ばれる。
【０１２６】
スイッチング素子駆動回路６０４は、図６に示すように、第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第３のスイッチング素子３Ｓ及び第４のスイッチング素子４Ｓに等しい周期の制御信号を供給する。第１のスイッチング素子１Ｓの制御信号は、図６の一段目に実線で示されている。第２のスイッチング素子２Ｓの制御信号は、図６の二段目に実線で示されている。第４のスイッチング素子４Ｓの制御信号は、図６の一段目に一点鎖線で示されている。第３のスイッチング素子３Ｓの制御信号は、図６の二段目に一点鎖線で示されている。
【０１２７】
第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第３のスイッチング素子３Ｓ及び第４のスイッチング素子４Ｓそれぞれに供給される制御信号は、図６に示すように、周期が互いに等しく、位相が互いにずれている。第１のスイッチング素子１Ｓに供給される制御信号と第２のスイッチング素子２Ｓに供給される制御信号とは、図６に示すように、各周期においてオンとなる期間及びオフとなる期間が等しい。第３のスイッチング素子３Ｓに供給される制御信号と第４のスイッチング素子４Ｓに供給される制御信号とは、図６に示すように、各周期においてオンとなる期間及びオフとなる期間が等しい。
【０１２８】
このため、インバータ６０３の動作は、図６に示すように、動作モード４１、動作モード４２、動作モード４３、動作モード４４、動作モード４５、動作モード４６、動作モード４７及び動作モード４８の八つに分かれる。動作モード４１、動作モード４２、動作モード４５及び動作モード４６の内容及び期間は、それぞれ上述した動作モード４１０、動作モード４２０、動作モード４５０及び動作モード４６０の内容及び期間と同様である。
【０１２９】
動作モード４３、動作モード４４、動作モード４７及び動作モード４８の内容は、それぞれ上述した動作モード４３０、動作モード４４０、動作モード４７０及び動作モード４８０の内容と同様である。
【０１３０】
動作モード４３の期間は、上述した動作モード４３０の期間よりも短い。動作モード４４の期間は、上述した動作モード４４０の期間よりも長い。動作モード４３及び動作モード４４に要する期間は、動作モード４３０及び動作モード４４０に要する期間と等しい。つまり、スイッチング素子駆動回路６０４は、チョークコイル６０５に蓄えられているエネルギーが大きいうちにインバータ６０３を動作モード４４にする。すなわち、スイッチング素子駆動回路６０４は、図６に示すように、動作モード４４における第２のアーム６０３２のデッドタイムを動作モード４４０における第２のアーム６０３２のデッドタイムよりも長くする。更に言い換えると、スイッチング素子駆動回路６０４は、図６に示すように、動作モード４３における第２のアーム６０３２の還流モードの期間を動作モード４３０における第２のアーム６０３２の還流モードの期間よりも短くする。なお、動作モード４３は、第１のアーム６０３１及び第２のアーム６０３２が還流モードとなっているに過ぎないため、短くなっても問題無い。
【０１３１】
このため、第４のコンデンサ４Ｃは、動作モード４４において、Ｘ線管７の出力が小さいことにより動作モード４１においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーが小さくなる場合でも、完全に充電される。なぜなら、チョークコイル６０５が“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のコンデンサ４Ｃ→第２のスイッチング素子２Ｓ→チョークコイル６０５”の経路に流す電流が十分に大きいからである。
【０１３２】
また、第３のコンデンサ３Ｃは、動作モード４４において、Ｘ線管７の出力が小さいことにより動作モード４１においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーが小さくなる場合でも、完全に放電される。なぜなら、チョークコイル６０５が“チョークコイル６０５→第３のコンデンサ３Ｃ→コンデンサ６０２→第２のスイッチング素子２Ｓ→チョークコイル６０５”の経路に流す電流が十分に大きいからである。
【０１３３】
したがって、動作モード４４から動作モード４５へ移行する際における第３のスイッチング素子３Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失を発生させることがない。また、動作モード４７から動作モード４８へ移行する際における第３のスイッチング素子３Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失を発生させることがない。
【０１３４】
動作モード４７の期間は、上述した動作モード４７０の期間よりも短い。動作モード４８の期間は、上述した動作モード４８０の期間よりも長い。動作モード４７及び動作モード４８に要する期間は、動作モード４７０及び動作モード４８０に要する期間と等しい。つまり、スイッチング素子駆動回路６０４は、チョークコイル６０５に蓄えられているエネルギーが大きいうちにインバータ６０３を動作モード４８にする。すなわち、スイッチング素子駆動回路６０４は、図６に示すように、動作モード４８における第２のアーム６０３２のデッドタイムを動作モード４８０における第２のアーム６０３２のデッドタイムよりも長くする。更に言い換えると、スイッチング素子駆動回路６０４は、図６に示すように、動作モード４７における第２のアーム６０３２の還流モードの期間を動作モード４７０における第２のアーム６０３２の還流モードの期間よりも短くする。なお、動作モード４７は、第１のアーム６０３１及び第２のアーム６０３２が還流モードとなっているに過ぎないため、短くなっても問題無い。
【０１３５】
このため、第３のコンデンサ３Ｃは、動作モード４８において、Ｘ線管７の出力が小さいことにより動作モード４５においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーが小さくなる場合でも、完全に充電される。なぜなら、チョークコイル６０５が“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→第３のコンデンサ３Ｃ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に流す電流が十分に大きいからである。
【０１３６】
また、第４のコンデンサ４Ｃは、動作モード４８において、Ｘ線管７の出力が小さいことにより動作モード４１においてチョークコイル６０５に蓄えられるエネルギーが小さくなる場合でも、完全に放電される。なぜなら、チョークコイル６０５が“チョークコイル６０５→第１のスイッチング素子１Ｓ→コンデンサ６０２→第４のコンデンサ４Ｃ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に流す電流が十分に大きいからである。
【０１３７】
したがって、動作モード４８から動作モード４１へ移行する際における第４のスイッチング素子４Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失を発生させることがない。また、動作モード４３から動作モード４４へ移行する際における第４のスイッチング素子４Ｓのターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとなり、スイッチング損失を発生させることがない。
【０１３８】
一方、スイッチング素子駆動回路６０４は、図３及び図６に示すように、動作モード４２における第１のアーム６０３１のデッドタイムを動作モード４２０における第１のアーム６０３１のデッドタイムと同じ長さとする。これは、次の理由による。
【０１３９】
第１のアーム６０３１は、動作モード４１においてチョークコイル６０５が蓄えたエネルギーが最大となった直後に動作モード４２のデッドタイムに入る。このため、動作モード４２においてコンデンサ６０２が“コンデンサ６０２→第１のコンデンサ１Ｃ→チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→コンデンサ６０２”の経路に流す電流は、第１のコンデンサ１Ｃを完全に充電する上で十分な大きさとなる。また、動作モード４２においてチョークコイル６０５が“チョークコイル６０５→一次コイル６０６→第４のスイッチング素子４Ｓ→第２のコンデンサ２Ｃ→チョークコイル６０５”の経路に流す電流は、第２のコンデンサ２Ｃを完全に放電する上で十分な大きさとなる。したがって、動作モード４２から動作モード４３へ移行する際における第２のスイッチング素子２Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【０１４０】
同様に、スイッチング素子駆動回路６０４は、図３及び図６に示すように、動作モード４６における第１のアーム６０３１のデッドタイムを動作モード４６０における第１のアーム６０３１のデッドタイムと同じ長さとする。これは、次の理由による。
【０１４１】
第１のアーム６０３１は、動作モード４５においてチョークコイル６０５が蓄えたエネルギーが最大となった直後に動作モード４６のデッドタイムに入る。このため、動作モード４６においてコンデンサ６０２が“コンデンサ６０２→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５→第２のコンデンサ２Ｃ→コンデンサ６０２”の経路に流す電流は、第２のコンデンサ２Ｃを完全に充電する上で十分な大きさとなる。また、動作モード４６においてチョークコイル６０５が“チョークコイル６０５→第１のコンデンサ１Ｃ→第３のスイッチング素子３Ｓ→一次コイル６０６→チョークコイル６０５”の経路に流す電流は、第１のコンデンサ１Ｃを完全に放電する上で十分な大きさとなる。したがって、動作モード４６から動作モード４７へ移行する際における第１のスイッチング素子１Ｓのターンオンは、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【０１４２】
上述したように、実施形態に係るＸ線高電圧装置６は、第４のスイッチング素子４Ｓがオンとなる期間が第１のスイッチング素子１Ｓがオンとなる期間よりも短く、かつ、第３のスイッチング素子３Ｓがオンとなる期間が第２のスイッチング素子２Ｓがオンとなる期間よりも短くなるように第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第３のスイッチング素子３Ｓ及び第４のスイッチング素子４Ｓのオン／オフを切り替える制御を行う。
【０１４３】
このため、Ｘ線高電圧装置６は、Ｘ線管７の出力が所定の閾値よりも小さい場合でも、第２のアーム６０３２を構成する第４のスイッチング素子４Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓのターンオン及びターンオフをゼロ電圧スイッチングとすることができる。すなわち、Ｘ線高電圧装置６は、Ｘ線管７の出力に関らず、第２のアーム６０３２を構成する第４のスイッチング素子４Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓのターンオン及びターンオフをゼロ電圧スイッチングとすることができる。したがって、Ｘ線高電圧装置６は、第４のスイッチング素子４Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓのスイッチング損失の発生を抑制することができる。
【０１４４】
また、Ｘ線高電圧装置６は、第４のスイッチング素子４Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓのターンオン及びターンオフによる不要輻射の発生を抑制することができる。なぜなら、第４のスイッチング素子４Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓのターンオン及びターンオフは、ゼロ電圧スイッチングとなり、サージ電流を発生させないからである。
【０１４５】
スイッチング素子駆動回路６０４は、第１のアーム６０３１及び第２のアーム６０３２が出力する電力又は電流が所定の閾値よりも小さい場合、上述した制御を行ってもよい。Ｘ線管７に供給される電力又は電流は、Ｘ線高電圧装置６により決定される。また、上述した通り、第１のコンデンサ１Ｃ、第２のコンデンサ２Ｃ、第４のコンデンサ４Ｃ及び第３のコンデンサ３Ｃの静電容量が既知である。このため、これらのコンデンサを完全に充電又は放電する上で必要な電流は、予め決まっている。したがって、スイッチング素子駆動回路６０４は、第１のアーム６０３１及び第２のアーム６０３２が出力する電力又は電流が所定の閾値よりも小さいか否かを判定することができる。なお、この所定の閾値は、例えば、記憶回路３５に記憶されている。
【０１４６】
スイッチング素子駆動回路６０４は、第１のアーム６０３１及び第２のアーム６０３２が出力する電力又は電流が所定の閾値よりも小さい場合、第２のアーム６０３２のデッドタイムを長くし、第１のアーム６０３１及び第２のアーム６０３２が出力する電力又は電流が所定の閾値よりも大きい場合、第２のアーム６０３２のデッドタイムを短くしてもよい。すなわち、スイッチング素子駆動回路６０４は、第１のアーム６０３１及び第２のアーム６０３２が出力する電力又は電流に応じて、第２のアーム６０３２のデッドタイムをどの程度長くするかを調整してもよい。更に言い換えると、スイッチング素子駆動回路６０４は、第１のアーム６０３１及び第２のアーム６０３２が出力する電力又は電流に応じて、第２のアーム６０３２の還流モードの期間をどの程度長くするかを調整してもよい。
【０１４７】
第１のスイッチング素子１Ｓ、第２のスイッチング素子２Ｓ、第４のスイッチング素子４Ｓ及び第３のスイッチング素子３Ｓは、例えば、電界効果トランジスタ（Field-Effect  Transistor：ＦＥＴ）に置き換えられてもよい。この場合、電界効果トランジスタが寄生ダイオードを有するため、Ｘ線高電圧装置６は、第１のダイオード１Ｄ、第２のダイオード２Ｄ、第４のダイオード４Ｄ及び第３のダイオード３Ｄを有する必要はない。
【０１４８】
Ｘ線高電圧装置６は、チョークコイル６０５を一次コイル６０６、コア６０７及び二次コイル６０８が構成している変圧器の漏れインダクタンスで代用することができる。漏れインダクタンスの自己インダクタンスは、変圧器の設計で決まる。また、この場合、Ｘ線高電圧装置６は、チョークコイル６０５を有する必要はない。
【０１４９】
Ｘ線診断装置１は、Ｘ線ＣＴ装置以外の装置でもよい。Ｘ線診断装置１は、例えば、Ｘ線アンギオグラフィ装置、Ｘ線ＴＶ装置又は一般Ｘ線撮影装置でもよい。
【０１５０】
上述したプロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）、特定用途向け集積回路（Application  Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（Programmable  Logic  Device：ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field  Programmable  Gate  Array：ＦＰＧＡ）である。また、プログラマブル論理デバイス（Programmable  Logic  Device：ＰＬＤ）は、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple  Programmable  Logic  Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex  Programmable  Logic  Device：ＣＰＬＤ）である。
【０１５１】
上述した実施形態では、コリメータ調整回路３、架台駆動回路４、データ収集回路１１、寝台駆動回路２２及び処理回路３６は、記憶回路３５に保存されたプログラムを読み出して実行することにより、その機能を実現したが、これに限定されない。記憶回路３５にプログラムを保存する代わりに、これらの回路それぞれにプログラムを直接組み込んでもよい。この場合、これらの回路は、直接組み込まれたプログラムを読み出して実行することにより、その機能を実現する。
【０１５２】
図１に示した各回路は、適宜分散又は統合されてもよい。例えば、処理回路３６は、スキャン制御機能３６１、前処理機能３６２、画像生成機能３６３、表示制御機能３６４及び制御機能３６５それぞれの機能を実行するスキャン制御回路、前処理回路、画像生成回路、表示制御回路及び制御回路に分散されてもよい。また、例えば、コリメータ調整回路３、架台駆動回路４、データ収集回路１１、寝台駆動回路２２及び処理回路３６は、任意に統合されてもよい。
【０１５３】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、Ｘ線管の出力が小さい場合でもゼロ電圧スイッチングを実行することができるＸ線診断装置、Ｘ線高電圧装置及び制御方法を提供することができる。
【０１５４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１５５】
６０３  インバータ
６０３１  第１のアーム
６０３２  第２のアーム
６０４  スイッチング素子駆動回路
【図１】
2018073532.tif 000003
【図２】
2018073532.tif 000004
【図３】
2018073532.tif 000005
【図４】
2018073532.tif 000006
【図５】
2018073532.tif 000007
【図６】
2018073532.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月11日(2017.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
実施形態に係るＸ線診断装置は、スイッチとダイオードとを含むスイッチング素子と、第１のアームと、第２のアームと、コンデンサと、高圧トランスと、制御部とを備える。第１のアームは、複数の前記スイッチング素子を有する。第２のアームは、複数の前記スイッチング素子を有し、前記第１のアームとは異なる位相で制御される。コンデンサは、前記第１のアーム及び前記第２のアームが有する複数の前記スイッチング素子それぞれに並列接続される。高圧トランスは、前記第１のアーム及び前記第２のアームに接続され、還流電流を前記第１のアーム及び前記第２のアームに流す。制御部は、前記第１のアームに接続された少なくとも１つのコンデンサ間の電圧を略ゼロにすることが可能な前記還流電流が流れる期間に前記第２のアームのデッドタイムの開始タイミングが含まれるように、前記第１のアーム及び前記第２のアームのスイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行う。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチとダイオードとを含むスイッチング素子と、
複数の前記スイッチング素子を有する第１のアームと、
複数の前記スイッチング素子を有し、前記第１のアームとは異なる位相で制御される第２のアームと、
前記第１のアーム及び前記第２のアームが有する複数の前記スイッチング素子それぞれに並列接続されたコンデンサと、
前記第１のアーム及び前記第２のアームに接続され、還流電流を前記第１のアーム及び前記第２のアームに流す高圧トランスと、
前記第１のアームに接続された少なくとも１つのコンデンサ間の電圧を略ゼロにすることが可能な前記還流電流が流れる期間に前記第２のアームのデッドタイムの開始タイミングが含まれるように、前記第１のアーム及び前記第２のアームのスイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行う制御部と、
を備える、Ｘ線診断装置。
【請求項２】
スイッチとダイオードとを含むスイッチング素子と、
複数の前記スイッチング素子を有する第１のアームと、
複数の前記スイッチング素子を有し、前記第１のアームとは異なる位相で制御される第２のアームと、
前記第１のアーム及び前記第２のアームが有する複数の前記スイッチング素子それぞれに並列接続されたコンデンサと、
前記第１のアーム及び前記第２のアームに接続され、還流電流を前記第１のアーム及び前記第２のアームに流す高圧トランスと、
前記第１のアームに接続された少なくとも１つのコンデンサ間の電圧を略ゼロにすることが可能な前記還流電流が流れる期間に前記第２のアームのデッドタイムの開始タイミングが含まれるように、前記第１のアーム及び前記第２のアームのスイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行う制御部と、
を備える、Ｘ線高電圧装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２のアームが有する複数の前記スイッチング素子のオン時間を、前記第１のアームが有する複数の前記スイッチング素子のオン時間よりも短くなるように、前記第２のアームのスイッチング素子のオン／オフを切り替える、請求項２に記載のＸ線高電圧装置。
【請求項４】
前記第１のアームは、第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に直列接続された第２のスイッチング素子とを有し、
前記第２のアームは、前記第１のアームに並列接続され、かつ、第３のスイッチング素子と、前記第３のスイッチング素子に直列接続された第４のスイッチング素子とを有し、
前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、前記第３のスイッチング素子、及び前記第４のスイッチング素子は、それぞれに並列に接続される第１のコンデンサ、第２のコンデンサ、第３のコンデンサ、及び第４のコンデンサを備え、
前記制御部は、
前記第１のコンデンサ間の電圧を略ゼロにすることが可能な前記還流電流が流れるタイミングに前記第２のアームのデッドタイムの開始タイミングが含まれるように、第１のタイミングで、前記第２のスイッチング素子及び前記第４のスイッチング素子をオフとし、
前記第２のコンデンサ間の電圧を略ゼロにすることが可能な前記還流電流が流れるタイミングに前記第２のアームのデッドタイムの開始タイミングが含まれるように、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングで、前記第２のスイッチング素子及び前記第４のスイッチング素子をオフとする、請求項２又は請求項３に記載のＸ線高電圧装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２のアームのデッドタイムが前記第１のアームのデッドタイムよりも長くなるように、前記第１のアーム及び前記第２のアームのスイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行う、請求項２から請求項４のいずれか一つに記載のＸ線高電圧装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１のアーム及び前記第２のアームが出力する電力又は電流が所定の閾値よりも小さい場合、前記スイッチング素子のオン／オフを切り替える制御を行う、請求項２から請求項５のいずれか一つに記載のＸ線高電圧装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１のアーム及び前記第２のアームが出力する電力又は電流が所定の閾値よりも小さい場合、前記第２のアームのデッドタイムを長くし、前記第１のアーム及び前記第２のアームが出力する電力又は電流が所定の閾値よりも大きい場合、前記第２のアームのデッドタイムを短くする、請求項２から請求項６のいずれか一つに記載のＸ線高電圧装置。
【請求項８】
第２のアームのデッドタイムが第１のアームのデッドタイムよりも長くなるように前記第２のアームが有するスイッチング素子及び前記第１のアームが有するスイッチング素子のオン／オフを切り替える、制御方法。