(57)【要約】【課題】二重共振型変換器において平衡化した開始状態を得る。【解決手段】二重共振型電子式変換器は、第一及び第二のスイッチ（Ｔ１、Ｔ２）を含むスイッチ開閉回路（１０）と、直列共振回路（Ｌｒ、Ｃｒ）及び並列共振回路（Ｌｐ、Ｃｐ）を有する二重共振型共振回路（１２）と、整流及び濾波回路（１４）と、二つの状態構成（５０、６０）を有しておりスイッチ開閉回路（１０）を制御する制御回路（１６）とを有している。第一の構成（５０）はスイッチ開閉回路（１０）の状態を制御し、第二の構成（６０）は第一の構成の動作開始を制御する。変換器は、放射線撮像装置のＸ線管に電力を供給すべく極めて高い電圧を得るのに用いることができる。【選択図】　　　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のスイッチ（Ｔ１）及び第二のスイッチ（Ｔ２）を含むスイッチ開閉回路（１０）と、直列共振回路（Ｌｒ、Ｃｒ）及び並列共振回路（Ｌｐ、Ｃｐ）を含む二重共振型共振回路（１２）と、整流及び濾波回路（１４）と、前記スイッチ開閉回路（１０）を制御する制御回路（１６）とを有する二重共振型電子式変換器を動作開始させる方法であって、
前記スイッチ開閉回路の導通状態を制御する二つの構成（５０、６０）を設ける工程と、
前記スイッチ開閉回路（１０）の状態を制御する第一の構成（５０）を設ける工程と、
該第一の構成（５０）の動作開始を制御する第二の構成（６０）を設ける工程とを備えた方法。
【請求項２】
前記二つのスイッチの一方（Ｔ１又はＴ２）の導通を指令する工程と、
前記並列共振回路（Ｌｐ、Ｃｐ）における並列電流（Ｉｐ）を測定する工程と、
該並列電流（Ｉｐ）が、前記直列共振回路（Ｌｒ、Ｃｒ）を流れる直列電流（Ｉｓ）と同極性の最大値（ＭＡＸ）に達したときに前記二つのスイッチの他方（Ｔ２又はＴ１）の導通を指令する工程とを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記並列共振回路（Ｌｐ、Ｃｐ）における電流（Ｉｐ）を測定する工程と、
前記第一のスイッチ（Ｔ１）の導通を最初にトリガ起動した後に、前記並列共振回路（Ｌｐ、Ｃｐ）における前記電流（Ｉｐ）が最大値（ＭＡＸ）に達したときに前記第二のスイッチ（Ｔ２）の導通をトリガ起動する工程とを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記並列電流（Ｉｐ）が最大値（ＭＡＸ）になる瞬間を、前記並列電流（Ｉｐ）のゼロ通過から開始して前記並列電流（Ｉｐ）の時間周期の四分の一の時間の下降計数により決定する工程を含んでいる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記並列電流（Ｉｐ）の前記最大値（ＭＡＸ）は、前記直列共振回路（Ｌｒ、Ｃｒ）を流れる前記直列電流（Ｉｓ）と同極性を有する請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第二のスイッチ（Ｔ２）の導通の開始は、先行する導通サイクルの時間に前記スイッチ開閉回路のダイオードの導通時間中に算出された時間を下降計数することにより決定される請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
第一のスイッチ（Ｔ１）及び第二のスイッチ（Ｔ２）を含むスイッチ開閉回路（１０）と、
直列共振回路（Ｌｒ、Ｃｒ）及び並列共振回路（Ｌｐ、Ｃｐ）を含む二重共振型共振回路（１２）と、
整流及び濾波回路（１４）と、
前記スイッチ開閉回路（１０）を制御する制御回路（１６）であって、
前記スイッチ開閉回路（１０）の状態を制御する第一の構成（５０）、及び該第一の構成（５０）の動作開始を制御する第二の構成（６０）の二つの構成（５０、６０）を含んでいる制御回路（１６）とを備えた二重共振型電子式変換器。
【請求項８】
前記第二の構成（６０）は、
前記並列共振回路（Ｌｐ、Ｃｐ）における電流（Ｉｐ）を測定する手段（２２）と、
前記第一のスイッチ（Ｔ１）の導通を最初にトリガ起動した後に、前記並列共振回路（Ｌｐ、Ｃｐ）における前記電流（Ｉｐ）が最大値（ＭＡＸ）に達したときに前記第二のスイッチ（Ｔ２）の導通をトリガ起動する手段とを含んでいる請求項７に記載の変換器。
【請求項９】
前記並列電流（Ｉｐ）の最大値（ＭＡＸ）の瞬間は、前記並列電流（Ｉｐ）のゼロ通過から開始して前記並列電流（Ｉｐ）の時間周期の四分の一の時間の下降計数により決定される請求項８に記載の変換器。
【請求項１０】
前記並列電流（Ｉｐ）の前記最大値（ＭＡＸ）は、前記直列共振回路（Ｌｒ、Ｃｒ）を流れる前記直列電流（Ｉｓ）と同極性を有する請求項８又は請求項９に記載の変換器。
【請求項１１】
前記第二のスイッチ（Ｔ２）の導通の開始は、先行する導通サイクルの時間に前記スイッチ開閉回路のダイオード（Ｄ２）の導通時間中に算出された時間を下降計数することにより決定される請求項７〜請求項１０のいずれか一項に記載の変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、例えば放射線撮像装置のＸ線管に電力を供給するために、１００キロボルト程度又はそれ以上の極めて高いＤＣ電圧を得るのに用いることのできる二重共振型電子式変換器及びかかる変換器を動作させる方法に関する。
【０００２】
電子式変換器には、「二重共振（ｄｏｕｂｌｅ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）」型として知られている形式を含めて多くの形式が存在している。「二重共振」は、二つの共振周波数を有する回路を用いる。
【０００３】
二重共振型電子式変換器は一般的には、スイッチ開閉回路、二重共振回路、整流及び濾波回路、並びにスイッチ開閉回路用の制御回路の四つの部分で構成されている。スイッチ開閉回路は、制御回路によってオン（導通）又はオフ（遮断）の切り換えが制御される二つのスイッチを含んでいる。一方のスイッチのみがオンとなっているときには共振回路に正極の電位が印加され、他方のスイッチのみがオンとなっているときには負極の電位が印加されるようにスイッチ端子にＤＣ電圧が印加される。
【０００４】
共振回路は、インダクタ及びキャパシタを含む並列共振回路と、複数のインダクタ及びキャパシタを含む直列共振回路と、トランス（変圧器）とを含んでいる。
【０００５】
整流及び濾波回路は、二つの整流ダイオードと、二つの濾波キャパシタと、負荷抵抗器とを含んでいる。変換器の出力電圧は抵抗器の両端子から取り出される。
【０００６】
制御回路は、一つのインダクタにおける直列電流、もう一つのインダクタにおける並列電流、及び測定される出力電圧の三つのパラメータの関数としてスイッチの導通及び遮断を制御する。
【０００７】
共振回路の動作特性は、各スイッチの共通ノードでの入力電圧と、キャパシタの両端子での出力電圧との間の周波数応答率（ｍｏｄｕｌｕｓ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ）曲線を与える。この曲線は、二つの共振周波数と、中間周波数でのゼロ伝導（ｚｅｒｏ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）とを示す。スイッチの一つを導通させると共振回路に直流電流が確立して、直列電流を不平衡化し並列電流を停止させる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明及びその実施形態は、平衡化した開始状態を得るように二重共振型変換器のスイッチを制御する方法及び回路である。
【０００９】
本発明の一実施形態では、スイッチの導通の開始を並列電流の値と同期させる。さらに具体的には、スイッチの一つの最初の導通の開始を、並列電流が正の最大値にあるときに行なう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明及びその実施形態は、以下の説明を添付図面と併せて参照することによりさらに明らかとなろう。
【００１１】
図１は公知の二重共振型電子式変換器の単純化した回路図であり、図２は入力電圧Ｖｅと出力電圧Ｖｓとの間の共振回路の周波数応答率を示す曲線である。
【００１２】
図１に示すように、二重共振型電子式変換器は、スイッチ開閉回路１０、二重共振回路１２、整流及び濾波回路１４、並びにスイッチ開閉回路１０用の制御回路１６の四つの部分で構成されている。
【００１３】
スイッチ開閉回路１０は、制御回路１６によってオン（導通）又はオフ（遮断）の切り換えが制御される二つのスイッチＴ１及びＴ２を含んでおり、この制御を破線１８で示している。二つのスイッチＴ１及びＴ２は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）型のトランジスタで形成されていてよく、これらスイッチの開閉駆動サーキットリは、トランジスタ／スイッチに直列接続したインダクタＬ１（又はＬ２）、並びに並列接続した直列回路Ｒ１Ｃ１（又はＲ２Ｃ２）及びダイオードＤ１（又はＤ２）を含んでいる。
【００１４】
ＤＣ電圧Ｅが両スイッチＴ１及びＴ２の各端子に印加されて、スイッチＴ１のみがオンとなっているときには共振回路１２に正極の電位が印加され、スイッチＴ２のみがオンとなっているときには負極の電位が印加されるようになっている。
【００１５】
公知の共振回路１２は、インダクタＬｐ及びキャパシタＣｐを含む並列共振回路と、インダクタＬ１、Ｌ２、Ｌｒ及びＬｍ並びにキャパシタＣｒを含む直列共振回路と、変圧器比がｍのトランスＴＲとを含んでいる。
【００１６】
公知の整流及び濾波回路１４は、二つの整流ダイオードＤｒ１及びＤｒ２と、二つの濾波キャパシタＣｆ１及びＣｆ２と、負荷抵抗器Ｒｃとを含んでいる。
【００１７】
変換器の出力電圧Ｖは抵抗器Ｒｃの両端子から取り出される。
【００１８】
制御回路１６は、装置２０によって測定されるインダクタＬｒにおける直列電流Ｉｓ、装置２２によって測定されるインダクタＬｐにおける並列電流Ｉｐ、及び装置２４によって測定される出力電圧Ｖの三つのパラメータの関数としてスイッチＴ１及びＴ２の導通及び遮断を制御する。
【００１９】
共振回路１２の動作特性は、スイッチＴ１及びＴ２の共通ノード２４での入力電圧Ｖｅと、キャパシタＣｐの両端子での出力電圧Ｖｓとの間で図２に示す周波数応答率曲線２６を与える。この曲線２６は、二つの共振周波数ｆ０及びｆ２と、中間周波数ｆ１でのゼロ伝導とを示している。一例として、これらの値はｆ０＝１８．１６ＫＨｚ、ｆ１＝１９．３７ＫＨｚ、及びｆ２＝１３８．５９ＫＨｚであってよい。
【００２０】
本発明の一実施形態の変換器は、ゲインが４０デシベルから８０デシベルまで変化する周波数ｆ１と周波数ｆ２との間に用いて、変換器出力での電圧及び電力を変化させることを可能にする。この動作を図３に示しており、同図では装置２０によって測定される直列電流Ｉｓが次に示すように時間の関数となっている。すなわち、スイッチＴ１又はＴ２が導通を開始する瞬間を、前回のスイッチの導通の終了時の瞬間Ｘｋ、Ｘｋ＋１、Ｘｋ＋２又はＸｋ＋３に関して時間Ｔ（ｋ−１）、Ｔ（ｋ）又はＴ（ｋ＋１）をそれぞれ計数することにより画定しており、前回のスイッチの導通の終了時は、直列電流Ｉｓの一方向又は他方向に沿ったゼロへの通過に対応している。
【００２１】
従って、スイッチＴ２の導通の開始は、先行するサイクルの時間にフリーホイール・ダイオードと呼ばれるダイオードＤ２の導通時間中に算出されている時間Ｔ（ｋ）を下降計数（カウント・ダウン）することにより決定される。
【００２２】
時間Ｔを算出するこの観点を図４の線図に示す。図４の（４Ａ）は、供給系列を開始してからの直列電流Ｉｓの曲線（実線）及び並列電流Ｉｐの曲線（破線）を示している。例えば放射線（Ｘ線）画像取得の開始の後に、安定モードにおいて、例えばスイッチＴ１が導通して、区間（４）に時間Ｔ（４）の計算が行なわれ、その値をスイッチＴ２の直列電流Ｉｓがゼロを通過する瞬間Ｘ４から下降計数する。区間Ｔ（４）が終了すると、瞬間Ｘ４とＸ５との間でスイッチＴ１が導通し、区間（５）にＴ（５）が算出されて、その値をスイッチＴ１の直列電流Ｉｓがゼロを通過する瞬間Ｘ５から下降計数する。以下、値Ｔ（６）及びＴ（７）についても同様である。
【００２３】
例えば放射線画像取得を開始するときには、スイッチの一方Ｔ１又はＴ２を図４の例（曲線４０）の例えばＴ１について系統的に導通させる。また、開始の瞬間から直ちに区間（１）で下降計数時間Ｔ（１）の最初の計算が行なわれ、Ｔ（１）はスイッチＴ１の直列電流Ｉｓがゼロを通過する瞬間Ｘ１から下降計数される。
【００２４】
Ｔ（１）の下降計数の開始の後に、ダイオードＤ１の導通時間に実質的に対応する区間（２）でＴ（２）を算出する。時間Ｔ（２）は、曲線４２によって示す直列電流Ｉｓがゼロを通過した瞬間Ｘ２から下降計数される。Ｔ（２）の下降計数が終了したら、スイッチＴ１が再び導通状態になる。
【００２５】
この間に、区間（３）に下降計数時間Ｔ（３）が算出され、Ｔ（３）の下降計数はスイッチＴ１を流れる直列電流Ｉｓがゼロを通過する瞬間Ｘ３から開始する。
【００２６】
図４の（４Ｄ）はスイッチＴ１が導通する区間を示しており、図４の（４Ｅ）はスイッチＴ２が導通する区間を示している。図４の各図は、変換器の開始系列が、一方のスイッチから他方のスイッチに移行する際に極めて非対称的な直列電流Ｉｓを生ずることを示している。第一のスイッチを導通させると共振回路に直流電流が確立して、直列電流Ｉｓを不平衡化し並列電流Ｉｐを停止させる。
【００２７】
図５の（５Ａ）〜（５Ｅ）の各図は図４の（４Ａ）〜（４Ｅ）と類似したものであるが、本発明の一実施形態に対応している。本発明のこの実施形態は例えばスイッチＴ１を導通させることを含んでおり、これにより、図４の（４Ａ）と同様に直列電流Ｉｓについては曲線４０及び４２が得られ、並列電流Ｉｐについては曲線４４が得られる。しかしながら、スイッチＴ２及びＴ１をそれぞれ切り換える時間Ｔ（１）及びＴ（２）の算出は行なわれない。
【００２８】
一実施形態では、並列電流Ｉｐがピーク４６において正の最大値ＭＡＸに達したときにスイッチＴ２をオン状態にセットする。時間区間（１′）に、スイッチＴ１の導通の開始について、ゼロ通過点Ｘ１′から開始する下降計数の時間Ｔ（１′）を算出する。時間区間（２′）に、スイッチＴ２の導通の開始について、ゼロ通過点Ｘ２′から開始する下降計数の時間Ｔ（２′）を算出する。時間区間（３′）に、スイッチＴ１の導通（曲線は図示されていない）の開始について、ゼロ通過点Ｘ３′から開始する下降計数の時間Ｔ（３′）を算出する。
【００２９】
以上に述べた動作を得るために、制御回路１６は二つの状態構成５０及び６０を含んでおり、これらの構成をそれぞれ図６及び図７に模式的に示す。
【００３０】
オフのときには、二つの状態構成５０及び６０は、構成５０については休止状態ＲＥＰにあり、構成６０についてはＬＩＢにある。
【００３１】
例えば放射線画像取得を開始する前に、操作者は対応するパラメータを入力することにより取得したい画像の形式に従って幾つかの設定を行ない、次いでボタンを押すことにより画像取得を開始する。このボタンは、二つの状態構成５０及び６０を初期状態にするゼロ信号ＲＡＺへのリセットによって構成５０及び６０をトリガ起動する。例えば放射線取得の場合には、論理信号Ｐ＝１が発生されて、構成５０は時間Ｔ（ｐ）を下降計数する状態Ｒ１となり、構成６０は状態Ｍとなる。
【００３２】
下降計数が完了してＴ（ｐ）＝０となったときに、スイッチＴ１が導通し、また構成６０を論理信号ＳＱ＝１に対応するＲＵＮ状態とする。
【００３３】
直列電流Ｉｓがゼロに等しくなり、ＳＱ＝１のときに論理信号Ｉｓｐｏｓ＝０となると、構成５０は休止状態ＲＥＰに戻る。この休止信号ＲＥＰの信号によって、構成６０は、並列電流Ｉｐとの同期状態と呼ばれる状態ＳＹＮＩｐとなる。
【００３４】
この状態ＳＹＮＩｐによって、例えば並列電流Ｉｐの時間周期の四分の一に対応する時間ＤＩｐを下降計数することにより並列電流Ｉｐが最大値となる瞬間の画定が可能になる。ＤＩｐ＝０且つＳＴ＝１となったときに、構成５０は状態Ｒ２となる。
【００３５】
開始系列の一般的な例では、時間Ｔ（ｐ）の下降計数は行なわれず、すなわちＴ（ｐ）＝０であるか又はこの時間は固定されているため、スイッチＴ２が導通する。次いで、構成６０は、開始系列の終了を意味するＤＯＮＥ状態となる。次いで、取得の終了時には、構成５０が放射線画像取得の終了時に休止状態ＲＥＰに戻ったときに、すなわち下降計数状態Ｒ１又はＲ２にある間に生ずる論理信号Ｐ＝０が現われたときに、構成６０はＬＩＢ状態となる。
【００３６】
スイッチＴ１の導通状態を最初にトリガ起動し、次いで、並列電流Ｉｐが正の最大値ＭＡＸに達したときにスイッチＴ２の導通状態をトリガ起動する制御回路１６についての実施形態を説明した。但し、スイッチＴ２の導通状態を最初にトリガ起動し、次いでスイッチＴ１の導通状態をトリガ起動する制御回路として本実施形態を具現化することもできるが、この場合には、考慮に入れる最大値は並列電流Ｉｐの負値となる。
【００３７】
従って、本発明及びその実施形態は、二重共振型電子式変換器に関するものであって、この二重共振型電子式変換器は、第一のスイッチ及び第二のスイッチを含むスイッチ開閉回路と、直列共振回路及び並列共振回路を含む二重共振型共振回路と、整流及び濾波回路と、スイッチ開閉回路を制御する制御回路であって、スイッチ開閉回路の状態を制御する第一の構成及び第一の構成の動作開始を制御する第二の構成の二つの構成を含んでいる制御回路とを備えている。
【００３８】
本発明の一実施形態では、第二の構成は、並列共振回路の電流Ｉｐを測定する手段と、第一のスイッチの導通を最初にトリガ起動した後に、並列電流が最大値に達したときに第二のスイッチの導通をトリガ起動する手段とを含んでいる。
【００３９】
本発明の一実施形態では、並列電流の最大値の瞬間は、並列電流のゼロ通過から開始して並列電流の時間周期の四分の一の時間の下降計数によって決定される。
【００４０】
一実施形態では、並列電流の最大値は、直列共振回路を流れる直列電流と同極性を有する。
【００４１】
当業者であれば、本発明の範囲及び保護領域から逸脱せずに開示した実施形態の機能及び／又は方式及び／又は結果に対する様々な改変を施し又は提案することができよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知の二重共振型変換器の単純化した図である。
【図２】公知の二重共振型変換器における変換器の入力電圧に対する変換器の出力電圧の周波数応答曲線の図である。
【図３】公知の二重共振型変換器の動作を示す図である。
【図４】（４Ａ）〜（４Ｅ）は、従来技術による二重共振型変換器の動作開始を示す図である。
【図５】（５Ａ）〜（５Ｅ）は、本発明の一実施形態での二重共振型変換器の動作開始を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態における第一の状態回路構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態における第二の状態回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１０　スイッチ開閉回路
１２　二重共振回路
１４　整流及び濾波回路
１６　制御回路
１８　スイッチ開閉の制御系統
２０　直列電流Ｉｓの測定装置
２２　並列電流Ｉｐの測定装置
２４　出力電圧Ｖの測定装置
２４　スイッチＴ１及びＴ２の共通ノード
２６　周波数応答率曲線
４０　スイッチＴ１の直列電流Ｉｓ曲線
４２　スイッチＴ２の直列電流Ｉｓ曲線
４４　並列電流Ｉｐ曲線
４６　並列電流Ｉｐのピーク
５０　第一の状態構成
６０　第二の状態構成
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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