(57)【要約】【課題】費用を最小限に抑えつつ、高い力率をもたらすような出力電力を発生する方法及び装置を提供する。【解決手段】変換器（１８０）は、変換器スイッチ（２６１−２６４）、逆並列ダイオード（２７１−２７４）を備え、高力率変換器システムの出力電圧を発生する。ブースタ回路（１５０）は、インダクタ（２５０）、変換器の変換スイッチ（２６２）、逆並列ダイオード（２７１）を備える。インダクタは、入力整流器（１２０）と変換器との間に結合されている。ブースタ回路は、瞬時電圧レベルが変換器の直流電圧レベルの所定の割合より小さいときにはインダクタを通過するブースタ電流の供給を不連続にし、大きいときにはブースタ電流の供給を連続にする。【選択図】図１
2004056997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）入力交流電圧を整流するように構成された入力整流器（１２０）と、
（ｉｉ）複数の変換器スイッチと、複数の逆並列ダイオードとを具備し、高力率変換器システムの出力電圧を発生するように構成された変換器（１８０）と、
（ｉｉｉ）（ａ）前記入力整流器と前記変換器との間に結合されたインダクタと、（ｂ）前記変換器の少なくとも１つの変換器スイッチ及び少なくとも１つの逆並列ダイオードとを具備し、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより低いとき、前記インダクタを通過するブースタ電流の供給を不連続にするために制御し、瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより高いときにはブースタ電流の供給を連続させるために制御するように構成されたブースタ回路とを具備する高力率変換器システム。
【請求項２】
前記変換器は第１の脚部（１７２）と、電荷蓄積回路（１７６）とを具備し、前記電荷蓄積回路は前記第１の脚部と並列に結合され、前記基準電圧は前記電荷蓄積回路で測定される直流電圧レベルのある割合に等しい請求項１記載の発明。
【請求項３】
Ｘ線管を駆動する高電圧発生器において、
（ｉ）単相低電力入力交流電圧を整流するように構成された入力整流器（１２０）と、
（ｉｉ）複数の変換器スイッチと、複数の逆並列ダイオードとを具備し、前記Ｘ線管に対して出力電圧を供給する変換器（１８０）と、
（ｉｉｉ）（ａ）前記入力整流器と前記変換器との間に結合されたインダクタと、（ｂ）前記変換器の少なくとも１つの変換器スイッチ及び少なくとも１つの逆並列ダイオードとを具備し、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより低いとき、前記インダクタを通過するブースタ電流の供給を不連続にするために制御し、瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより高いときにはブースタ電流の供給を連続させるために制御するように構成されたブースタ回路とを具備する高電圧発生器。
【請求項４】
前記入力整流器は前記入力交流電圧を受け取るように構成された全波ブリッジ整流器（２１０）と、整流器ダイオード（２２０）と、分路コンデンサ（２１５）とを具備し、前記分路コンデンサは前記全波ブリッジ整流器の出力側に並列に結合され、且つ前記整流器ダイオードは前記分路コンデンサの出力側と前記ブースタ回路の入力側との間に直列に結合されている請求項１または３に記載の発明。
【請求項５】
前記変換器は第１の脚部（１７２）と、バッテリとを具備し、前記バッテリは前記第１の脚部と並列に結合され、前記基準電圧は前記バッテリの直流電圧のある割合に等しい請求項３記載の発明。
【請求項６】
前記整流器ダイオードは、前記バッテリが前記分路コンデンサを介して放電するのを防止するように構成されている請求項４記載の発明。
【請求項７】
前記第１の脚部は、
（ｉ）第１の逆並列ダイオード（２７１）に結合された第１の変換器スイッチ（２６１）と、
（ｉｉ）第２の逆並列ダイオード（２７２）に結合された第２の変換器スイッチ（２６２）とを具備し、前記第１の変換器スイッチ及び前記第２の変換器スイッチは第１の接続点（２６０）で互いに結合されており、前記第１の変換器スイッチ及び前記第２の変換器スイッチは、高力率を獲得し且つ前記変換器により発生される前記出力電圧を制御するように構成されている請求項２または５に記載の発明。
【請求項８】
前記変換器は第２の脚部（１７８）を更に具備し、前記第２の脚部は前記バッテリに並列に結合されている請求項４または７に記載の発明。
【請求項９】
前記第２の脚部は、第３の逆並列ダイオード（２７３）に結合された第３の変換器スイッチ（２６３）と、第４の逆並列ダイオード（２７４）に結合された第４の変換器スイッチ（２６４）とを具備し、前記第３の変換器スイッチ及び前記第４の変換器スイッチは第２の接続点（２７０）で互いに結合されている請求項８記載の発明。
【請求項１０】
前記インダクタは前記第１及び第２の接続点に結合されている請求項９記載の発明。
【請求項１１】
前記ブースタ回路は、（ｉ）瞬時レベルが前記基準電圧レベルより高いとき、前記第２の変換器スイッチが非導通状態になるまで前記第２の変換器スイッチにブースタ電流を印加し、次に、（ｉｉ）前記第１の変換器スイッチ及び前記第１の逆並列ダイオードにブースタ電流を印加することにより、前記電荷蓄積回路を充電するように構成されている請求項１０記載の発明。
【請求項１２】
前記変換器は、前記第１の脚部及び前記第２の脚部が前記バッテリから前記出力電圧を短いバーストとして引き出した後に前記出力電圧を発生するように構成されている請求項１１記載の発明。
【請求項１３】
前記第１の変換器スイッチ、前記第２の変換器スイッチ、前記第３の変換器スイッチ及び前記第４の変換器スイッチは電界効果トランジスタから構成されている請求項１３記載の発明。
【請求項１４】
前記ブースタ回路は前記第２の変換器スイッチ及び前記第１の逆並列ダイオードを具備する請求項７記載の発明。
【請求項１５】
前記基準電圧レベルは前記第１の脚部が動作されるデューティサイクルに基づいて確定される請求項１１記載の発明。
【請求項１６】
前記変換器は、前記第１の脚部及び前記第２の脚部が前記電荷蓄積回路から前記出力電圧を正弦曲線状に引き出した後に前記出力電圧を発生するように構成されている請求項１０記載の発明。
【請求項１７】
前記電荷蓄積回路は電荷コンデンサ（２８０）を具備する請求項１６記載の発明。
【請求項１８】
前記電荷蓄積回路はバッテリ（６４０）を具備する請求項１６記載の発明。
【請求項１９】
前記ブースタ回路及び前記入力整流器に結合されたバックスイッチ（２３０）を更に具備し、前記バックスイッチは、前記高力率変換器システムに電力が印加されたときに導通状態となるように構成されている請求項１７記載の発明。
【請求項２０】
前記バックスイッチは、前記ブースタ電流が所定の値を超えたときに非導通状態になるように構成されている請求項１９記載の発明。
【請求項２１】
前記バックスイッチは前記第２の変換器スイッチと同期して導通状態に切り替わるように構成されている請求項１９記載の発明。
【請求項２２】
前記バックスイッチ及び前記入力整流器に並列に結合されたバックダイオード（２４０）を更に具備し、前記第２の変換器スイッチ及び前記バックダイオードは、前記第２の変換器スイッチが導通状態に設定されたときに前記ブースタ電流がそれらを通過して循環するように構成されている請求項２１記載の発明。
【請求項２３】
前記第１の変換器スイッチ、前記第２の変換器スイッチ、前記第３の変換器スイッチ、前記第４の変換器スイッチ及び前記バックスイッチは電界効果トランジスタから構成されている請求項２１記載の発明。
【請求項２４】
高い力率によって出力電圧を発生する方法によって、
（ｉ）入力交流電圧を整流することと、
（ｉｉ）前記整流された入力交流電圧を使用して、ブースタ電流を得ることと、
（ｉｉｉ）入力交流電圧の瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより低いとき、前記ブースタ電流の供給を不連続になるように制御し、瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより高いときには、前記ブースタ電流の供給を連続するように制御することと、
（ｉｖ）前記ブースタ電流の制御された供給を使用することにより出力電圧を発生することから成る方法。
【請求項２５】
（ｉ）は整流器を介して入力交流電圧を整流することから成り、（ｉｉ）は変換器を介して出力電圧を発生することから成り、前記変換器から前記整流器へ電流が移動するのを阻止することを更に含む請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
（ｉｉｉ）はインダクタ（２５０）と、変換器スイッチと、逆並列ダイオードとを具備するブースタ回路を使用することから成る請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
変換器の電荷蓄積回路を前記ブースタ電流によって充電することを更に含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記電荷蓄積回路から前記出力電圧を引き出すことを更に含む請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記変換器の第２の変換器スイッチを導通状態に設定するのと同期してブースタ回路に整流電圧を印加することと、前記ブースタ電流が所定の値を超えたときに前記ブースタ回路に前記整流電圧を印加しないこととを切り替えることを更に含む請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
出力電圧を発生するシステムにおいて、
（ｉ）入力交流電圧を整流する手段と、
（ｉｉ）前記整流された入力交流電圧を使用して、ブースタ電流を得る手段と、
（ｉｉｉ）入力交流電圧の瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより低いとき、前記ブースタ電流の供給を不連続になるように制御し、瞬時電圧レベルが前記基準電圧レベルより高いときには、前記ブースタ電流の供給を連続するように制御する手段と、
（ｉｖ）前記ブースタ電流の制御された供給を使用することにより、高力率入力を維持しつつ前記出力電圧を発生する手段とを具備するシステム。
【請求項３１】
前記整流する手段は入力整流器を具備し且つ前記出力電圧を発生する手段は変換器を具備し、前記変換器から前記整流器へ電流が移動するのを阻止する手段を更に具備する請求項３０記載のシステム。
【請求項３２】
（ｉｉｉ）はインダクタ（２５０）と、変換器スイッチと、逆並列ダイオードとを具備するブースタ回路を具備する請求項３１記載のシステム。
【請求項３３】
ブースタ電流を使用して、変換器の電荷蓄積回路を充電する手段を更に具備する請求項３２記載のシステム。
【請求項３４】
前記電荷蓄積回路から前記出力電圧を引き出す手段を更に具備する請求項３２記載のシステム。
【請求項３５】
第２の変換器スイッチを導通状態に設定するのと同期してブースタ回路に整流電圧を印加することと、ブースタ電流が所定の値を超えたときに前記ブースタ回路に前記整流電圧を印加しないこととを切り替える手段を更に具備する請求項３４記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に高力率変換器システムに関し、特に、高力率入力によって出力を発生する方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
Ｘ線装置、超音波電源及び電子整流モータ（ＥＣＭ）などの数多くの装置は、外部交流送電線から引き出される電力に基づいて動作する。通常、送電線から電力を引き出し、その電力をそれらの装置に供給するために、変換器システムが設計されている。通常、そのような変換器システムは真に抵抗性又は線形ではない。従って、電力の電流成分及び電圧成分は互いに遅延したり、又は先行したりし、所望の正弦波形から相当に逸脱してしまうことがある。
【０００３】
力率は電力の電流成分及び電圧成分の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値の関数である。数学的には、力率は電力の電圧成分と電流成分が成す位相角の余弦として定義されている。整流器回路などの非線形負荷は変換器システムから同様に非正弦電流を引き出す。そのような電流は一般に有用な電力を生成しないので、力率を低下させる一因ともなる。多くの場合、交流送電線から電流単位当たり最大限の電力を引き出すように高い力率を維持することが望まれる。力率が低いと、望ましくない送電損失が起こり、システムの性能は低下する。
【０００４】
高い力率を維持するのを補助するように設計された従来の変換器回路は、通常、入力段及び出力段を含む。変換器回路の入力段及び出力段は、通常、高電力スイッチを使用して接続される。高電力スイッチは通常は高価であり、従って、変換器回路の価格を更に上昇させる。
【０００５】
更に、変換器回路は、一般に、周期的に充電される必要がある相対的に大型の電解コンデンサを含む。そのような変換器回路の充電回路は、通常、接触器、充電抵抗器、又はそれらの組み合わせのような追加の充電装置を使用して充電される。そのような追加の充電装置も変換器回路の価格を上昇させる。
【０００６】
従って、望まれているのは、実現に要する費用を最小限に抑えつつ、高い力率をもたらすような出力電力を発生する方法及び装置である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
簡単に言えば、本発明の一実施例において、高力率変換器システムは入力整流器と、変換器と、ブースタ回路とを具備する。入力整流器は入力交流電圧を整流するように構成されている。変換器は高力率変換器システムの出力電圧を発生するように構成され、複数の変換器スイッチと、複数の逆並列ダイオードとを具備する。ブースタ回路はインダクタと、変換器の少なくとも１つの変換スイッチ及び少なくとも１つの逆並列ダイオードとを具備する。インダクタは入力整流器と変換器との間に結合されている。ブースタ回路は、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが変換器の直流電圧レベルより低いとき、インダクタを通過するブースタ電流の供給を不連続にするために制御し、瞬時電圧レベルが直流電圧レベルより高いときには、ブースタ電流の供給を連続させるために制御するように構成されている。
【０００８】
本発明の別の面は、高力率入力によって出力電圧を発生する方法である。方法は入力交流電圧を整流することと、整流された入力交流電圧を使用して、ブースタ電流を得ることとを含む。ブースタ電流の供給は、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより低いときは不連続になり、瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより高いときには連続するように制御される。ブースタ電流の制御された供給は出力電圧を発生するために使用される。
【０００９】
本発明の別の実施例は、入力整流器と、変換器と、ブースタ回路とを具備する、Ｘ線管を駆動する高電圧発生器を提供する。入力整流器は入力交流電圧を整流するように構成されている。変換器はＸ線管に対して出力電圧を供給するように構成されており、複数の変換器スイッチと、複数の逆並列ダイオードとを具備する。ブースタ回路はインダクタと、変換器の少なくとも１つの変換器スイッチ及び少なくとも１つの逆並列ダイオードとを具備する。インダクタは入力整流器と変換器との間に結合されている。ブースタ回路は、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより低いとき、インダクタを通過するブースタ電流の供給を不連続にするために制御し、瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより高いときには、ブースタ電流の供給を連続させるために制御するように構成されている。
【００１０】
本発明の別の実施例は、入力交流電圧を整流する手段と、整流された入力交流電圧を使用して、ブースタ電流を得る手段とを具備する、出力電圧を発生するシステムを提供する。システムは、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより低いとき、ブースタ電流の供給を不連続になるように制御し、瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより高いときにはブースタ電流の供給を連続するように制御する手段を具備する。システムは、ブースタ電流の制御された供給を使用することにより、高力率入力を維持しつつ出力電圧を発生する手段を具備する。
【００１１】
本発明の上記の特徴、面及び利点、並びにその他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより更に良く理解されるであろう。尚、図面中、同じ図中符号は同じ部分を表す。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例に従った高力率変換器システムを示す回路図である。高力率変換器システム１００の機能構成要素は入力整流器１２０、ブースタ回路１５０、制御回路１６０及び変換器１８０として示されている。高力率変換器システム１００は、入力部で高い力率を維持しつつ、例えば、Ｘ線装置及び超音波電源などの様々な装置に電力を供給するのに特に有用である。各構成要素については以下に更に詳細に説明する。
【００１３】
入力整流器１２０は入力交流電圧を整流して、対応する整流電圧を発生する。一実施例では、入力交流電圧は電流定格が相対的に低い（通常は約１５〜２０Ａ）単相交流送電線から得られる。整流電圧はブースタ回路１５０に供給される。ブースタ回路１５０は、入力交流電圧の瞬時電圧レベルに従ってブースタ電流を発生する。制御回路１６０は、通常、ブースタ回路１５０及び変換器１８０に存在する様々なスイッチを制御するために使用される。制御回路１６０はデジタル構成要素、アナログ構成要素、又はデジタル構成要素とアナログ構成要素の組み合わせから構成されていれば良い。
【００１４】
本発明の一実施例においては、変換器１８０は第１の脚部１７２と、電荷蓄積回路１７６と、第２の脚部１７８とを具備する。電荷蓄積回路１７６の例としては、コンデンサやバッテリがある。第１の脚部１７２は、ブースタ電流に電荷蓄積回路を充電させる。第２の脚部１７８は第１の脚部と共に、電荷蓄積回路１７８及びブースタ回路１５０に蓄積されている電荷から電流を引き出して、線路２９８及び２９９に対応する出力電圧を発生する。
【００１５】
図１は、高力率変換器システム１００の更に特定された実施例を更に例示している。高力率変換器システムは全波ブリッジ整流器２１０と、整流器ダイオード２２０と、分路コンデンサ２１５と、バックスイッチ２３０と、バックダイオード２４０と、インダクタ２５０と、制御回路１６０と、第１の変換器スイッチ２６１と、第２の変換器スイッチ２６２と、第３の変換器スイッチ２６３と、第４の変換器スイッチ２６４と、第１の逆並列ダイオード２７１と、第２の逆並列ダイオード２７２と、第３の逆並列ダイオード２７３と、第４の逆並列ダイオード２７４と、電荷コンデンサ２８０と、第１の変換器コンデンサ２８５と、第２の変換器コンデンサ２８６とを含む。
【００１６】
図示されている実施例においては、入力整流器は全波ブリッジ整流器２１０と、整流器ダイオード２２０と、分路コンデンサ２１５とを具備する。全波ブリッジ整流器２１０はブリッジダイオード２１１、２１２、２１３及び２１４を具備するとして示されている。ブリッジダイオード２１１は接続点２０５でブリッジダイオード２１２に接続されている。同様に、ブリッジダイオード２１３は接続点２０６でブリッジダイオード２１４に接続されている。交流送電線は接続点２０５及び２０６にそれぞれ接続されている。分路コンデンサ２１５は全波ブリッジ整流器の出力側に並列に結合されている。整流器ダイオード２２０は分路コンデンサの出力側と、ブースタ回路の入力側との間に直列に結合されている。従って、整流器ダイオード２２０は、電荷蓄積回路１５０に存在する電荷が分路コンデンサ２１５を介して放電するのを防止するように構成されている。
【００１７】
変換器１８０は第１の脚部１７２と、電荷蓄積回路１７６と、第２の脚部１７８とを具備する。電荷蓄積回路１７６は第１の脚部１７２に並列に結合されており、電荷蓄積回路の両端で直流電圧が測定される。図１においては、電荷蓄積回路は電荷コンデンサ２８０により表現されている。
【００１８】
第１の脚部は第１の変換器スイッチ２６１と、第２の変換器スイッチ２６２とを具備する。第１の変換器スイッチは第１の逆並列ダイオード２７１に結合され、第２の変換器スイッチは第２の逆並列ダイオード２７２に結合されている。第１の変換器スイッチと第２の変換器スイッチは第１の接続点２６０で互いに結合されている。
【００１９】
同様に、第２の脚部１７８は、第３の逆並列ダイオード２７３に結合された第３の変換器スイッチ２６３と、第４の逆並列ダイオード２７４に結合された第４の変換器スイッチ２６４とを具備する。更に、第３の変換器スイッチ２６３は第１の変換器コンデンサ２８５に結合され、第４の変換器スイッチ２６４は第２の変換器スイッチ２８６に結合されている。第３の変換器スイッチと第４の変換器スイッチは第２の接続点２７０で互いに結合されている。
【００２０】
図示されている実施例においては、ブースタ回路１５０はインダクタ２５０と、第２の変換器スイッチ２６２と、第１の逆並列ダイオード２７１とを具備する。インダクタ２５０はバックスイッチ２３０を介して入力整流器１２０に接続されている。バックダイオード２４０は分路コンデンサ２１５に並列に結合されている。一実施例では、制御回路１６０はバックスイッチ２３０と、変換器スイッチ２６１、２６２、２６３及び２６４とを制御するために使用される。
【００２１】
高力率変換器システム１００の上述の構成要素が入力交流線路で高い力率を維持しつつ出力電圧を発生するためにどのように動作するかについては、以下に更に詳細に説明する。
【００２２】
高力率変換器システム１００が初めて動作状態に置かれたとき、すなわち、ＯＮされたとき、電荷コンデンサ２８０の電荷は０に等しい。高力率変換器システム１００のバックスイッチ２３０及び第２の変換器スイッチ２６２に対するゲート駆動信号を制御することにより、電荷コンデンサ２８０は所望の値まで充電される。バックスイッチ２３０は、コンデンサ２８０の電圧が入力交流電圧の瞬時電圧より低いときにコンデンサ２８０へ流れる電流を制限するために使用される。
【００２３】
全波ブリッジ整流器２１０は、正の成分と負の成分の双方を含む入力交流電圧を整流し、正の成分のみを含む対応する整流電圧を発生するように動作する。整流電圧は整流器ダイオード２２０及びバックスイッチ２３０を介して電力線１２５にあるインダクタ２５０へ伝搬される。分路コンデンサ２１５は、インダクタ２５０の電流を制御するために、バックスイッチ２３０がＯＦＦ、ＯＮされるときに発生される高周波数リプル電流の経路を規定する。
【００２４】
インダクタ２５０は整流電圧を受け取り、線路１５８へ対応するブースタ電流を発生する。ブースタ電流は、瞬時電圧レベル及び基準電圧レベルに応じて不連続であるか、又は連続しているかのいずれかである。図示されている実施例においては、基準電圧レベルは電荷コンデンサの直流電圧レベルのある割合である。瞬時電圧レベルが電荷蓄積回路の直流電圧レベルのある割合より低い場合、ブースタ電流は不連続である。これに対し、瞬時電圧レベルが電荷蓄積回路の直流電圧レベルのある割合を超えた場合には、ブースタ電流は連続している。
【００２５】
ここで使用される「連続している」という用語は、ブースタ電流が０でない値のみを有することを意味している。「不連続である」は、電流が０値を含む様々な値を有することを意味している。直流電圧レベルに占める割合は第１の脚部のデューティサイクルに比例する。デューティサイクルは、スイッチがＯＮされたときのスイッチの時間周期と、スイッチの総時間周期との比として定義されている。一例では、デューティサイクルは、次の式を使用して判定される。
デューティサイクル＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　式（１）
式中、ＴｏｎはスイッチがＯＮであるときの時間を表し、ＴｏｆｆはスイッチがＯＦＦであるときの時間を表す。
【００２６】
例えば、スイッチが０．５秒間ＯＮ状態であり、０．５秒間ＯＦＦしている場合、このスイッチのデューティサイクルは０．５／（０．５＋０．５）、すなわち、５０％である。
【００２７】
所定の割合とデューティサイクルとの関係は次の式により示される。
Ｖ（ｄｃ）／Ｖ（ｉｎ）＜１／（１−Ｄ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式（２）
式中、Ｖ（ｄｃ）は電荷蓄積回路の電圧レベルを表し、Ｖ（ｉｎ）は入力交流電圧の瞬時電圧レベルを表し、Ｄはデューティサイクルを表す。
【００２８】
式（２）の配列を変えると、次の式が得られる。
Ｖ（ｉｎ）＜（１−Ｄ）Ｖ（ｄｃ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式（３）
式（３）から、（１−Ｄ）の値はコンデンサの直流電圧レベルの所定の割合に等しい。従って、第１の脚部１７２のスイッチ２６２が８０％のデューティサイクルで動作されている場合、割合は０．２に等しい。すなわち、瞬時電圧レベルがＶ（ｄｃ）の０．２倍を超えると、ブースタ電流は連続する。
【００２９】
従って、バックスイッチは第２の変換器スイッチ２６２と同期して導通状態に、すなわち、バックスイッチがＯＮである状態に切り替わり、ブースタ電流が所定の値を超えたときには非導通状態に、すなわち、バックスイッチがＯＦＦである状態に切り替わるように構成されている。一実施例では、この所定の値は入力交流電圧に比例する基準電流に等しい。制御回路１６０はブースタ電流を基準電流と比較するように動作する。ブースタ電流が基準電流を超えると、バックスイッチはＯＦＦされる。
【００３０】
変換器スイッチ２６１及び２６２は相補方式で動作する。変換器スイッチ２６２がオンであるとき、変換器スイッチ２６１はオフであり、逆に、変換器スイッチ２６２がオフであるときには、変換器スイッチ２６１はオンである。制御回路１６０はこれらのスイッチに対してゲート駆動信号を供給し、良く理解されるように、これらのスイッチが同時に導通することが決してないように保証する。
【００３１】
バックスイッチ２３０がＯＦＦすると、ブースタ電流は、変換器スイッチ２６２がＯＦＦするまで変換器スイッチ２６２及びバックダイオード２４０を通って循環する。変換器スイッチ２６２がＯＦＦした時点で、ブースタ電流は強制的に逆並列ダイオード２７１を通って循環され、その結果、電荷コンデンサ２８０が充電されるであろう。変換器スイッチ２６２がオフすると、変換器スイッチ２６１は変換器スイッチ２６２との同時導通が起こらないように保証するために短い時間の後にオンする。従って、逆並列ダイオード２７１と変換器スイッチ２６１は、それぞれ、この期間中にインダクタ２５０における総電流の一部ずつを搬送していることになる。
【００３２】
変換器スイッチ２６３及び２６４、逆並列ダイオード２７３及び２７４、並びにコンデンサ２６５及び２８６は、変換器スイッチ２６１及び２６２、並びに逆並列ダイオード２７１及び２７２と共に、電荷コンデンサ２８０に蓄積されている電荷から出力電力を引き出すための全波ブリッジ変換器として動作する。具体的には、変換器スイッチ２６１及び２６４が導通状態に設定されたとき、すなわち、ＯＮされたとき、発生される出力電圧は正であり、変換器スイッチ２６２及び２６３がＯＮされたときには、発生される出力電圧は負である。従って、第１の脚部と第２の脚部の変換器スイッチは交互に切り替わって、線路２９８及び２９９に出力電圧を発生する。
【００３３】
一実施例では、第１の変換器スイッチ、第２の変換器スイッチ、第３の変換器スイッチ及び第４の変換器スイッチは電界効果トランジスタから構成されている。
【００３４】
入力電流のひずみと位相角は本発明により大幅に減少される。関連技術においては良く知られているように、力率は位相角の余弦に比例し、且つひずみ電流のＲＭＳに反比例する。従って、高力率変換器システムにより供給される電力の力率は有効に高くなる（通常は約８５％を超え、実施例によっては約９７％を超える）。
【００３５】
上述の回路の様々に異なる動作状態に対応するブースタ電流を表す波形を図２、図３及び図４に示す。下記の例においては、脚部２７１は５０％のデューティサイクルで動作されると仮定する。バックスイッチは図２では１００％のデューティサイクルで動作され、図３及び図４では８０％のデューティサイクルで動作されている。瞬時電圧レベルが電荷コンデンサの直流電圧レベルの１／２未満である場合、ブースタ電流は不連続であり、そうでない場合にはブースタ電流は連続している。
【００３６】
図２は、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが電荷コンデンサ２８０の電圧レベルの１／２未満であり且つバックスイッチ２３０が１００％のデューティサイクルで動作されているときのブースタ電流を示すグラフである。電荷蓄積回路が所望のレベルまで充電される必要がない場合、バックスイッチ２３０は１００％のデューティサイクルで動作される。また、図２は脚部１７２の中間点における電圧レベルも示している。図２では、ブースタ電流は不連続である。すなわち、ブースタ電流は様々な時点の間で（例えば、時点３１０と時点３２０との間で）０に等しい値を有する。
【００３７】
図３は、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが電荷コンデンサの電圧レベルの１／２未満であり且つバックスイッチ２３０が８０％のデューティサイクルで動作されているときのブースタ電流を示すグラフである。また、図３は、バックスイッチ２３０と変換器スイッチ２６２に対するゲート駆動信号も示している。図示されるように、変換器スイッチ２６２がオフすると、ブースタ電流は０に等しい値を有し（時点４１０と時点４２０との間）、変換器スイッチ２７２がオンすると、ブースタ電流は０でない値を有する（時点４２０と時点４３０との間）。
【００３８】
図４は、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが電荷コンデンサの電圧レベルの１／２を超えており且つバックスイッチ２３０が８０％のデューティサイクルで動作されているときのブースタ電流を示すグラフである。図４においては、ブースタ電流は連続している。
【００３９】
負荷に給電するため、電荷コンデンサ２８０から出力電圧が引き出される。バックスイッチ２３０を適正に制御すれば、入力部における力率は上昇する。ブースタ回路と変換器が変換器スイッチ２６２及び逆並列ダイオード２７１を共用することにより、負荷に電力を供給しつつ、高力率変換器システムはより安価になる。
【００４０】
別の実施例では、Ｘ線装置のＸ線管を駆動するために高電圧発生器が使用される。図５は、Ｘ線装置６００のいくつかの機能構成要素を示すブロック線図である。Ｘ線装置６００は、図示されるように、高電圧発生器６５０と、Ｘ線管６６０と、コリメータ６７０と、被写体６７５と、検出器６８０と、検出器コントローラ６９０とを具備する。各構成要素については、以下に更に詳細に説明する。
【００４１】
高電圧発生器は入力整流器６１０と、ブースタ回路６２０と、変換器６３０とを具備する。入力整流器は、単相低電力入力交流電圧を対応する整流電圧に整流するように構成されている。ブースタ回路６２０は入力整流器に結合され、入力交流電圧の瞬時電圧レベルが基準電圧レベルより低い場合は不連続のブースタ電流を発生し、そうでない場合には連続したブースタ電流を発生するように構成されている。より特定された実施例においては、瞬時電圧レベルが基準電圧レベルと等しいときにもブースタ電流は連続している。Ｘ線管６６０に出力電圧を供給するために、変換器はブースタ回路に結合されている。
【００４２】
一実施例では、変換器６３０は第１の脚部６３５と、バッテリ６４５とを具備し、バッテリは第１の脚部と並列に結合されている。高電圧発生器の入力整流器、ブースタ回路、第１の脚部及び第２の脚部は、先に高力率変換器システム１００に関連して説明したように実現されることが可能である。高電圧発生器の場合、電荷蓄積回路として通常はバッテリが使用される。
【００４３】
変換器の第１の脚部と第２の脚部は、バッテリから出力電圧を引き出すことにより出力電圧を発生するように構成されている。出力電圧は短いバースト（通常は数秒ごと）として起こる。第１の脚部及び第２の脚部が高電力バーストを供給していないとき、第１の脚部はどのようなデューティサイクルで動作されていても良いため、第１の脚部をバッテリを充電するための高力率変換器として制御することができる。この時点で、Ｘ線装置に電力が供給されないように、第２の脚部はオフされても良い。Ｘ線管に電力を供給することが望まれたときには、第２の脚部は通常通りに動作し、バッテリから電力バーストが送り出される。
【００４４】
バッテリからの電力バーストはＸ線管６６０に供給され、それにより、Ｘ線管６６０はＸ線を放出する。コリメータ６７０は被写体６７５に到達するようにＸ線の流れを規定する。Ｘ線の一部は被写体６７５又はその周囲を通過して、検出器６８０に衝突する。検出器は受け取ったＸ線を電気信号に変換する。検出器コントローラは電気信号を収集し、処理して、被写体の特徴の画像を再構成する。
【００４５】
一実施例では、継電器（図示せず）を使用することにより、高電圧発生器６５０から入力交流電圧を除去することができる。あるいは、バックスイッチ（図示せず）を使用する場合には、単にバックスイッチをＯＦＦすることも可能である。このような適用形態の場合、充電電力はバースト電力よりはるかに低く、継電器又はバックスイッチは安価であり且つ出力電圧の電力よりはるかに低い電力定格を有しているため、高力率変換器システムの費用効率は向上する。
【００４６】
別の実施例においては、バッテリの代わりに電荷蓄積コンデンサが使用される。この場合、第１の脚部を制御することにより、コンデンサを相対的に低い電力で充電することができる。短いハイパワーのＸ線パルスを供給するために、第２の脚部は第１の脚部と関連して動作し、一方、継電器又はバックスイッチはシステムに対する入力交流送電線を除去する。このように、一般に利用可能である低電力電源コンセントによってコンデンサを充電することができ、一般電源の能力を十分に超える短いハイパワーＸ線パルスをコンデンサから送り出すことが可能になる。
【００４７】
本発明のいくつかの特徴のみを図示し且つ説明したが、当業者には数多くの変形及び変更が明白であろう。従って、特許請求の範囲は本発明の真の趣旨の範囲内にあるそのような全ての変形及び変更を含むと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に従った高力率変換器システムを示す回路図。
【図２】バックスイッチが導通状態、すなわち、ＯＮ位置にあり且つ入力交流電圧の瞬時電圧レベルが電荷コンデンサの電圧レベルの１／２未満であるような条件の下でのブースタ電流を示すグラフ。
【図３】バックスイッチが０．８デューティサイクルで動作され且つ入力交流電圧の瞬時電圧レベルが電荷コンデンサの電圧レベルの１／２未満であるときの図２の回路からのブースタ電流を示すグラフ。
【図４】バックスイッチが０．８デューティサイクルで動作され且つ入力交流電圧の瞬時電圧レベルが電荷コンデンサの電圧レベルの１／２を超えるときの図２の回路からのブースタ電流を示すグラフ。
【図５】Ｘ線装置の一実施例のいくつかの機能構成要素を示すブロック線図。
【符号の説明】
１００…高力率変換器システム、１２０…入力整流器、１５０…ブースタ回路、１６０…制御回路、１８０…変換器、１７２…第１の脚部、１７６…電荷蓄積回路、１７８…第２の脚部、２１０…全波ブリッジ整流器、２１５…分路コンデンサ、２２０…整流器ダイオード、２３０…バックスイッチ、２４０…バックダイオード、２５０…インダクタ、２６１…第１の変換器スイッチ、２６２…第２の変換器スイッチ、２６３…第３の変換器スイッチ、２６４…第４の変換器スイッチ、２７１…第１の逆並列ダイオード、２７２…第２の逆並列ダイオード、２７３…第３の逆並列ダイオード、２７４…第４の逆並列ダイオード、２８０…電荷コンデンサ、２８５…第１の変換器コンデンサ、２８６…第２の変換器コンデンサ、６００…Ｘ線装置、６１０…入力整流器、６２０…ブースタ回路、６３５…第１の脚部、６３６…第２の脚部、６４０…バッテリ、６５０…高電圧発生器、６６０…Ｘ線管
【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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