インバータ式X線装置の知識

現在の高電圧発生装置はインバータ式が主流！ポイントは、電気をいったん直流にしてから、高い周波数の交流に作り直すこと。

動作：交流 → 直流 →［インバータ回路］→ 高周波交流 →［高電圧変圧器］→ 高電圧 → 整流・平滑 → X線管
1. コンセントから入ってきた交流（50/60 Hz）を、まず直流に変換
2. その直流をインバータ回路で数kHz～数十kHzの高周波交流に変換
3. 高電圧変圧器でX線管に必要な高い電圧にする
4. 最後にもう一度整流・平滑してX線管へ送る。

インバータ周波数：

インバータ回路で作られる高周波交流の周波数のこと。周波数が高いほど、1秒間に繰り返す波の回数が多くなる。

メリット：
- 変圧器を小型・軽量化できる！：インバータ周波数が高いほど変圧器に発生する電圧（誘起起電力）は大きくなる。そのため、少ない巻線と小さな鉄芯で高い電圧を作れる。
- 短時間撮影ができる！：インバータ周波数が高いほど細かく制御できるため、ミリ秒単位でX線のON・OFFが可能。
- 管電圧が安定する：インバータ周波数が高いほどリプル百分率が小さく、直流に近い安定した管電圧になる。
デメリット（弊害・注意点）：
- 鉄損が大きくなる：インバータ周波数が高くなると、変圧器の鉄心でヒステリシス損や渦電流損などの鉄損が増える。
- 電磁障害（EMI）が起こりやすくなる：インバータ周波数が高くなると高周波ノイズが発生し、周囲の電子機器に影響を与えることがある。そのため、シールドなどの電磁干渉対策（EMC）が必要。

インバータ式は電気の変換方法によって共振形と非共振形に分類！

共振形インバータ（直列共振・並列共振方式）：
- 仕組み： コイル（L）とコンデンサ（C）を組み合わせた共振回路（LC共振）を使って、なめらかな波形を作る方式。
- メリット：電流や電圧が0になるタイミングでON・OFFすることで、スイッチング時の電力ロスを小さくできる。この方法をソフトスイッチング（ZVS・ZCS）という。
- 管電圧の調整方法：主にインバータ周波数を変える（PFM）ことで管電圧を調整する。大きな電力が必要なときほど、インバータ周波数を高くする。また、周波数を一定にしてON・OFFする時間を変えて調整する方式（PWM）もある。
非共振形インバータ（方形波インバータ方式）：
- 仕組み：共振回路を使わず、方形波を高電圧変圧器へ送る方式。
- 弱点： ON・OFFするときのスイッチング損失が共振形より大きい。
- 管電圧の調整方法：インバータ周波数は変えず、インバータ回路の前にあるDC-DCコンバータ（チョッパ回路）で、直流電圧の大きさを変えて管電圧を調整する。

インバータ式では、実際にX線管にかかっている管電圧や管電流をチェックして、設定した値になるように自動で調整している。

仕組み：高電圧変圧器の二次側（X線管側）で管電圧を検出し、その情報をインバータ回路に戻す。設定した管電圧とズレていれば、インバータ回路を調整して管電圧を一定に保つ。
制御の速さ：フィードバック制御は非常に高速で、1 msより短い間隔でも制御される。
共振形：インバータ周波数を変える周波数変調（PFM）などで出力を調整する。パルス幅変調（PWM）では位相シフト角を調整する方式がある。
非共振形（方形波）：インバータ周波数を変えるのではなく、DC-DCコンバータ（チョッパ回路）で直流電圧を調整する。