(57)【要約】【課題】リップルを抑制しつつも出力電圧を高速に立ち上げる。【解決手段】出力電圧値のフィードバックが入力され、設定された定常電圧値に該出力電圧値を追随させる誤差アンプと、前記誤差アンプの出力端に一端が接続され、該誤差アンプの出力電圧を逃がす方向が順方向である整流器と、前記整流器の前記一端に対する他端に接続され、前記出力電圧値のフィードバックが入力され、該出力電圧値を前記定常電圧値よりも高い上限電圧値と比較し、該出力電圧値が該上限電圧値に未達であれば該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも高い電圧に維持し、該出力電圧値が該上限電圧値を超えた場合には該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも低い電圧に切り替えるコンパレータと、を備える。【選択図】      図１
2016058216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧値のフィードバックが入力され、設定された定常電圧値に該出力電圧値を追随させる誤差アンプと、
前記誤差アンプの出力端に一端が接続され、該誤差アンプの出力電圧を逃がす方向が順方向である整流器と、
前記整流器の前記一端に対する他端に接続され、前記出力電圧値のフィードバックが入力され、該出力電圧値を前記定常電圧値よりも高い上限電圧値と比較し、該出力電圧値が該上限電圧値に未達であれば該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも高い電圧に維持し、該出力電圧値が該上限電圧値を超えた場合には該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも低い電圧に切り替えるコンパレータと、
を備えたことを特徴とする電圧制御回路。
【請求項２】
前記コンパレータが、前記上限電圧値として、前記定常電圧値の１０５％の電圧を用いるものであることを特徴とする請求項１記載の電圧制御回路。
【請求項３】
出力電圧値のフィードバックが入力され、設定された定常電圧値に該出力電圧値を追随させる誤差アンプと、
前記誤差アンプの出力端に一端が接続され、該誤差アンプの出力電圧を逃がす方向が順方向である整流器と、
前記整流器の前記一端に対する他端に接続され、前記出力電圧値のフィードバックが入力され、該出力電圧値を前記定常電圧値よりも高い上限電圧値と比較し、該出力電圧値が該上限電圧値に未達であれば該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも高い電圧に維持し、該出力電圧値が該上限電圧値を超えた場合には該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも低い電圧に切り替えるコンパレータと、を備えた電圧制御回路、および
前記電圧制御回路の出力に連動した出力電圧を生成して出力する出力部、
を備えたことを特徴とする電圧発生装置。
【請求項４】
出力電圧値のフィードバックが入力され、設定された定常電圧値に該出力電圧値を追随させる誤差アンプと、
前記誤差アンプの出力端に一端が接続され、該誤差アンプの出力電圧を逃がす方向が順方向である整流器と、
前記整流器の前記一端に対する他端に接続され、前記出力電圧値のフィードバックが入力され、該出力電圧値を前記定常電圧値よりも高い上限電圧値と比較し、該出力電圧値が該上限電圧値に未達であれば該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも高い電圧に維持し、該出力電圧値が該上限電圧値を超えた場合には該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも低い電圧に切り替えるコンパレータと、を備えた電圧制御回路、および
前記電圧制御回路の出力に連動した出力電圧を生成して出力する出力部、
を備えた電圧発生装置と、
前記電圧発生装置からの出力電圧が入力されてＸ線による撮像を行うＸ線撮像装置と、を備えたことを特徴とするＸ線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御回路、電圧発生装置、およびＸ線撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な分野で定電圧電源を典型とした電圧発生装置が広く利用されている。
例えばＸ線発生装置用の電源装置では、１００ｋＶなどといった高電圧を発生してＸ線発生装置に供給している。
また、例えば特許文献1には、車載制御装置用の電源回路に関し、電圧の立ち上がり時間が短い回路でも定常電圧出力時におけるリップル(波状の電圧揺らぎ)を低く抑える技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７３２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電圧発生装置においては、応用される技術分野にかかわらず、設定された電圧への速やかな立ち上げが要求されることが多い。例えばＸ線による患者の撮影は、Ｘ線発生装置用の電源装置の定常電圧が出力された状態で行われる。しかし、Ｘ線は、電源装置の出力が出始めてから、定常電圧出力時（撮影時）の状態を経て、電源装置の出力が０に戻るまでの間もＸ線発生装置から放出される。そのため、患者は電源装置の出力がある間は、撮影時間以外の時間もＸ線に被曝している状態となる。患者の不要な被曝を避けるためには、できるだけ短時間で、撮影が可能となる定常電圧出力状態とする必要があるため、電源の短時間での立ち上がりが望まれている。
【０００５】
しかしながら、単純に立ち上げ時間の短縮を図るために回路の応答速度を高めると、電源装置の定常電圧出力時において、電圧値が波状に揺らぐリップルが大きくなってしまう。リップルの存在は、例えばＸ線発生装置用の電源装置の場合では、Ｘ線発生装置から放出されるＸ線の量の変動を生じさせるため、結果として画像を不鮮明にさせてしまうため望ましくない。一方で、リップルを抑制するために回路の応答速度を下げると、高速の立ち上げ時に大きなオーバーシュートを生じさせてしまい、立ち上げ時間の短縮が図れないばかりか、回路に過電圧がかかることにより、Ｘ線管球や電源装置自体にダメージを与えかねない。
【０００６】
つまり、電源の過渡状態における立ち上げの高速化と、定常状態におけるリップルの抑制とは、いわゆるトレードオフの関係となることが多く、両立可能な回路は多くの分野で望まれている。
そこで、本発明は、定常電圧出力時のリップルを抑制しつつも出力電圧を高速に立ち上げることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る電圧制御回路の一態様は、出力電圧値のフィードバックが入力され、設定された定常電圧値に該出力電圧値を追随させる誤差アンプと、前記誤差アンプの出力端に一端が接続され、該誤差アンプの出力電圧を逃がす方向が順方向である整流器と、前記整流器の前記一端に対する他端に接続され、前記出力電圧値のフィードバックが入力され、該出力電圧値を前記定常電圧値よりも高い上限電圧値と比較し、該出力電圧値が該上限電圧値に未達であれば該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも高い電圧に維持し、該出力電圧値が該上限電圧値を超えた場合には該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも低い電圧に切り替えるコンパレータと、を備える。
【０００８】
このような電圧制御回路によれば、オーバーシュートが生じるような高速の立ち上げに際しては、上述した上限電圧値に達した時点で高速なコンパレータによって誤差アンプの出力電圧を下げることができるので、誤差アンプには応答速度が遅くてリップルを充分に抑制するものを採用することができる。
また、上記の電圧制御回路において前記コンパレータが、前記上限電圧値として、前記定常電圧値の１０５％の電圧を用いるものであることが好ましい。定常電圧値の１０５％という上限電圧値によりオーバーシュートが充分に抑制される。なお、１０５％は好ましい例としてここでは示してはいるが、抑制したいオーバーシュートのレベルに応じて上限電圧値をきめればよく、定常電圧値の１０５％に限らない。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る電圧発生装置の一態様は、出力電圧値のフィードバックが入力され、設定された定常電圧値に該出力電圧値を追随させる誤差アンプと、前記誤差アンプの出力端に一端が接続され、該誤差アンプの出力電圧を逃がす方向が順方向である整流器と、前記整流器の前記一端に対する他端に接続され、前記出力電圧値のフィードバックが入力され、該出力電圧値を前記定常電圧値よりも高い上限電圧値と比較し、該出力電圧値が該上限電圧値に未達であれば該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも高い電圧に維持し、該出力電圧値が該上限電圧値を超えた場合には該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも低い電圧に切り替えるコンパレータと、を備えた電圧制御回路、および前記電圧制御回路の出力に連動した出力電圧を生成して出力する出力部、を備える。
このような電圧発生装置によれば、電圧制御回路によってリップルとオーバーシュートが抑制されるので、出力電圧を高速に立ち上げるとともに安定した出力電圧に保つことができる。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るＸ線撮像システムの一態様は、出力電圧値のフィードバックが入力され、設定された定常電圧値に該出力電圧値を追随させる誤差アンプと、前記誤差アンプの出力端に一端が接続され、該誤差アンプの出力電圧を逃がす方向が順方向である整流器と、前記整流器の前記一端に対する他端に接続され、前記出力電圧値のフィードバックが入力され、該出力電圧値を前記定常電圧値よりも高い上限電圧値と比較し、該出力電圧値が該上限電圧値に未達であれば該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも高い電圧に維持し、該出力電圧値が該上限電圧値を超えた場合には該他端の電圧を前記誤差アンプの出力電圧よりも低い電圧に切り替えるコンパレータと、を備えた電圧制御回路および前記電圧制御回路の出力に連動した出力電圧を生成して出力する出力部を備えた電圧発生装置と、前記電圧発生装置からの出力電圧が入力されてＸ線による撮像を行うＸ線撮像装置と、を備える。
このようなＸ線撮像システムによれば、出力電圧の高速立ち上げによって患者の不要な被曝が抑制され、低リップルの出力電圧によって撮影画像の鮮鋭化が図られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電圧制御回路、電圧発生装置、およびＸ線撮像システムでは、定常状態における出力電圧のリップルを抑制しつつも、出力電圧を高速に立ち上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に相当する電源装置を示す概略構成図である。
【図２】誤差アンプの出力性能を表したグラフである。
【図３】図１に示す電源装置の出力性能を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に相当する電源装置を示す概略構成図である。
図１に示す電源装置１は、例えばＸ線発生装置用の電源装置(Ｘ線電源)であり、例えば１００ｋＶといった高電圧を発生させるものである。Ｘ線電源には、患者の被曝量を低減させるために、短時間の出力と高速の立ち上がりが求められる。一例としては、１１０ｋＶで１．５ｓ出力し、立ち上がり時間が１ｍｓ以下という性能が期待されている。また、例えば１．５ｓという出力時間内では、例えば１００ｋＶや１１０ｋＶなどといった電圧が安定して出力され、リップルと称される波状の揺らぎが抑制されることが撮影画像の鮮明化に必要とされている。
【００１４】
図１に示す電源装置１は、そのような高速立ち上げおよび低リップルを実現する電源装置であり、本発明の電圧発生装置の一実施形態に相当する。
電源装置１は、本発明の電圧制御回路の一実施形態に相当する電圧制御回路１０を備え、さらにコンパレータ２０と出力回路３０を備えている。電圧制御回路１０の出力電圧がコンパレータ２０に入力されて鋸歯状波形と比較されることによって、出力電圧に応じたパルス幅を有した一定周期のパルス信号に変換される。パルス信号は、パルス幅変調制御回路や高圧発生回路などが組み込まれた出力回路３０に入力され、パルス幅変調によって高電圧出力が生成される。即ち、パルス信号のパルス幅に応じた電圧値の高電圧出力が出力回路３０によって生成される。そのように生成された高電圧出力は出力端子４０から出力されて例えばＸ線撮像装置に組み込まれたＸ線発生装置に入力される。
【００１５】
電源装置１では、電圧制御回路１０の出力がコンパレータ２０と出力回路３０を経ることにより高電圧出力が生成されており、電源装置１の高電圧出力は、電圧制御回路１０の出力に連動していることになる。コンパレータ２０と出力回路３０とを合わせたものが本発明にいう出力部の一例に相当する。
電圧制御回路１０には誤差アンプ１０１が備えられており、この誤差アンプ１０１には測定値入力端子１０２から測定電圧Ｖｄｅｔが入力される。この測定電圧Ｖｄｅｔは、出力端子４０から出力される高電圧出力の測定値を表した電圧であり、電源装置１の出力電圧のフィードバックとして利用される。また、誤差アンプ１０１には、基準電源１０３が発生させる基準電圧がソフトスタート回路１０４を介して入力される。この基準電圧は、電源装置１における例えば１００ｋＶの高電圧出力に相当する電圧である。
【００１６】
ソフトスタート回路１０４は、基準電圧が誤差アンプ１０１に入力される際に、例えば１ｍｓなどに設定された立ち上げ時間で０Ｖから基準電圧まで立ち上げながら誤差アンプ１０１に入力し、立ち上がった後は基準電圧をそのまま誤差アンプ１０１に入力する。
誤差アンプ１０１は、このようにソフトスタート回路１０４から入力される入力電圧と測定電圧Ｖｄｅｔとの誤差を増幅して出力することによって、測定電圧Ｖｄｅｔが表した高電圧出力をソフトスタート回路１０４からの入力電圧が表した高電圧出力に追随させる。
この誤差アンプ１０１が本発明にいう誤差アンプの一例に相当する。
【００１７】
ここで、誤差アンプ１０１の出力性能について説明する。
図２は、誤差アンプの出力性能を表したグラフである。
図２の縦軸は誤差アンプの出力電圧を表し、横軸は時間を表している。但し、縦軸が表している出力電圧の値について以下説明するに当たっては、説明の便宜上、誤差アンプの出力電圧に相当する電源装置１の高電圧出力値を用いて説明する。
この図２に示すグラフは、図１に示すソフトスタート回路１０４が例えば１ｍｓで直線的に立ち上がる電圧を誤差アンプ１０１に入力した場合に誤差アンプ１０１が出力する電圧の時間変化を表している。
【００１８】
誤差アンプ１０１の出力電圧は、ソフトスタート回路１０４からの入力電圧の立ち上がりに追随して直線的に立ち上がり、例えば１００ｋＶに達する。その直後にソフトスタート回路１０４からの入力電圧は、例えば１００ｋＶ相当の一定電圧となるが、誤差アンプ１０１の出力電圧はオーバーシュート２００を生じて１００ｋＶを大きく超え、その後に１００ｋＶ相当まで戻ってきて一定電圧に収束することとなる。また、一定電圧に収束した後は、リップルが抑制されて安定した出力値が保たれる。
【００１９】
図２に示したグラフの出力電圧に連動した高電圧出力が仮にそのまま電源装置１からＸ線発生装置に入力された場合には、オーバーシュート２００の際にＸ線管球に過電圧が掛かってＸ線管球のダメージを生じる虞があるので、図１に示す電源装置１には、オーバーシュート２００を防ぐ回路構造が組み込まれている。以下、図１に戻ってこの回路構造について説明する。
電源装置１にはコンパレータ１０６と整流器１０７とを有する電圧抑制回路１０９が備えられており、整流器１０７の一端は抵抗を介して誤差アンプ１０１の出力端に接続され、整流器１０７の他端はコンパレータ１０６の出力端に接続されている。誤差アンプ１０１側からコンパレータ１０６へ向かう方向が整流器１０７の順方向である。このコンパレータ１０６が本発明にいうコンパレータの一例に相当し、整流器１０７が本発明にいう整流器の一例に相当する。
【００２０】
電圧抑制回路１０９のコンパレータ１０６には、測定値入力端子１０２から測定電圧Ｖｄｅｔが入力される。また、基準電源１０３からの基準電圧が例えばゲイン１．０５の増幅回路１０８で増幅された例えば１０５ｋＶ相当の上限電圧もコンパレータ１０６に入力される。コンパレータ１０６は測定電圧Ｖｄｅｔを上限電圧と比較し、測定電圧Ｖｄｅｔが上限電圧に満たない場合には、整流器１０７に逆方向の電圧が掛かるように出力電圧を保っている。これにより、電圧抑制回路１０９や増幅回路１０８の存在が誤差アンプ１０１からいわば切り離された状態が保たれる。
【００２１】
そして、測定電圧Ｖｄｅｔが上限電圧を超すと、誤差アンプ１０１よりも応答速度が速いコンパレータ１０６は直ちに出力電圧を下げ、整流器１０７を介して誤差アンプ１０１の出力電圧を下げる。このような電圧抑制回路１０９の働きによって、例えば１０５ｋＶを超えるような大きなオーバーシュートが阻止されることとなる。
図３は、図１に示す電源装置１の出力性能を表したグラフである。
図３の縦軸は電源装置の出力電圧を表し、横軸は時間を表している。
ここでは、図２での説明と同様に、ソフトスタート回路１０４が例えば１ｍｓで直線的に立ち上がる電圧を誤差アンプ１０１に入力した場合における電源装置１の出力電圧の時間変化が示されている。
【００２２】
電源装置１の出力電圧は、ソフトスタート回路１０４からの入力電圧の立ち上がりに追随して直線的に立ち上がり、例えば１００ｋＶに達する。その直後にソフトスタート回路１０４からの入力電圧は、例えば１００ｋＶ相当の一定電圧となる。一方で電源装置１の出力電圧は、１００ｋＶを超えてさらに上昇するが、例えば１０５ｋＶの上記上限電圧に到達すると、図１に示すコンパレータ１０６が高速に切り替わって整流器１０７から誤差アンプ１０１の出力が逃げるので電源装置１の出力電圧の上昇が直ちに止まる。その直後にコンパレータ１０６は再度切り替わって誤差アンプ１０１の働きが戻るので、例えば１０５ｋＶの上記上限電圧から例えば１００ｋＶの一定電圧へと電源装置１の出力電圧が収束し、安定した出力値が保たれる。
【００２３】
このように、図１に示す電源装置１ではコンパレータ１０６の働きによって大きなオーバーシュートの発生が防がれているとともに、誤差アンプ１０１の働きによってリップルの発生も抑制されている。また、上述したコンパレータ１０６の働きは、電源装置１に接続されたＸ線発生装置で急激な負荷の変動（急減）が生じた場合などにも過電圧を防止し、これによる過電圧によるＸ線管球のダメージや電源自体のダメージの防止が期待できる。
【００２４】
なお、上記説明では、電源装置１にソフトスタート回路１０４が組み込まれている例が示されているが、本発明の電圧制御回路や電圧発生装置は、ソフトスタート回路抜きのものであってもよく、例えば基準電圧が単なるスイッチを介して誤差アンプ１０１に入力されてもよい。この構成の場合は、ソフトスタート回路が存在するよりも高速に定常状態まで立ち上がるようになる。
【００２５】
また、上記説明では、Ｘ線発生装置用の電源装置への応用例が示されているが、本発明の電圧制御回路や電圧発生装置は、蓄電池の充電回路に応用して負荷が急減した場合における蓄電池への過電圧印加を防止することや、スパッタ装置の電源装置に応用してチャンバーやターゲットへの過電圧印加を防止することにも効果を発揮する。従って、本発明の実施形態や適用範囲は、Ｘ線発生装置用の電源のみに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２６】
１…電源装置、１０…電圧制御回路、２０…コンパレータ、３０…出力回路、４０…出力端子、１０１…誤差アンプ、１０２…測定値入力端子、１０３…基準電源、１０４…ソフトスタート回路、１０６…上限監視用のコンパレータ、１０７…整流器、１０８…増幅回路、１０９…電圧抑制回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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