系统功率调平装置和图像诊断系统

摘要

一种系统功率调平装置4包括：连接到系统母线9的双向转换器41，其从电源1提供电功率给负载并且具有第一和第二开关元件411、412；连接到该双向转换器41的电力存储装置，即电容器组42；用于规定该负载的功耗的第一规定部分；基于在该第一规定部分规定的该功耗通过控制该双向转换器41来控制该电力存储装置的充电和放电的充电-放电控制部分43；以及规定充电或放电的电流或电功率的第二规定部分；其中该充电-放电控制部分具有第一通/断控制部分，其用于当进行充电或放电时，在第一和第二开关元件中的一个保持为“断”的同时，保持另一个为“通”或“断”直到充电或放电的电流或电功率的目标值和由该第二规定部分规定的规定值之间的差值变成小于第一阈值为止，并且然后通过对另一个开关元件的通/断操作使用脉宽调制来反馈控制使得该规定值接近该目标值。

权利要求

1.一种系统功率调平装置（4）包括：

连接到系统母线（9）的双向转换器（41），其从电源（1）提供电功率给负载并且具有第一和第二开关元件（411，412）；

连接到所述双向转换器（41）的电力存储装置（42）；

用于规定所述负载的功耗的第一规定部分；

充电-放电控制部分，其基于在所述第一规定部分规定的功耗通过控制所述双向转换器（41）来控制所述电力存储装置（42）的充电和放电；

规定所述充电或所述放电的电流或电功率的第二规定部分；其中

所述充电-放电控制部分具有第一通/断控制部分，用于当进行所述充电或所述放电时，在所述第一和第二开关元件中的一个保持“断”的同时，保持另一个为“通”或“断”直到所述充电或所述放电的电流或电功率的目标值和所述第二规定部分规定的规定值之间的差值变成小于第一阈值为止，并且然后通过对另一个开关元件的通/断操作使用脉宽调制来反馈控制使得所述规定值接近所述目标值；

确定部分，其用于当开始所述充电或所述放电时确定所述差值是否大于第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值；以及第二通/断控制部分，其用于当进行所述充电或所述放电时，在所述第一和第二开关元件中的一个保持为断的同时，通过对另一个开关元件的通/断操作使用脉宽调制来反馈控制使得所述规定值接近目标值；

其中在当所述差值由所述确定部分确定大于所述第二阈值时的情况下，进行由所述第一通/断控制部分进行的控制，并且在当所述差值由所述确定部分确定等于或小于的所述第二阈值时的情况下，进行由所述第二通/断控制部分进行的控制。

2.如权利要求1所述的系统功率调平装置（4），其中

所述电源是交流电流电源；

所述充电-放电控制部分基于由所述第一规定部分规定的最近预定次数的功耗来控制所述充电和放电。

3.如权利要求2所述的系统功率调平装置（4），其中所述预定次数是在从1至10范围内的整数。

4.如权利要求2所述的系统功率调平装置（4），其中所述第一规定部分与所述交流电流电源的过零相同步并且规定所述负载下的功耗。

5.如权利要求2所述的系统功率调平装置（4），其中

当对于在所述第一规定部分规定的最近N1周期的功耗的代表值变成小于阈值TH1时，所述充电-放电控制部分开始所述充电，并且当对于在所述第一规定部分规定的最近N2周期的功耗的代表值变成等于或大于阈值TH2时结束所述充电；

当对于在所述第一规定部分规定的最近N3周期的功耗的代表值变成等于或大于阈值TH3时，所述充电-放电控制部分开始所述放电，并且当对于在所述第一规定部分规定的最近N4周期的功耗的代表值变成小于阈值TH4时结束所述放电；以及所述TH1、TH2、TH3和TH4处于TH1≥TH2>TH4≥TH3的关系。

6.一种包括系统功率调平装置（4）的图像诊断系统，所述系统功率调平装置（4）包括：连接到系统母线（9）的双向转换器（41），其从电源（1）提供电功率给负载并且具有第一和第二开关元件（411，412）；

连接到所述双向转换器（41）的电力存储装置（42）；

用于规定所述负载的功耗的第一规定部分；

充电-放电控制部分，其基于在所述第一规定部分规定的功耗通过控制所述双向转换器（41）来控制所述电力存储装置的充电和放电；

规定所述充电或所述放电的电流或电功率的第二规定部分；其中

所述充电-放电控制部分具有第一通/断控制部分，其用于当进行所述充电或所述放电时，在所述第一和第二开关元件中的一个保持为“断”的同时，保持另一个为“通”或“断”直到所述充电或所述放电的电流或电功率的目标值和由所述第二规定部分规定的规定值之间的差值变成小于第一阈值为止，并且然后通过对另一个开关元件的通/断操作使用脉宽调制来反馈控制使得所述规定值接近所述目标值；

确定部分，其用于当开始所述充电或所述放电时确定所述差值是否大于第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值；以及第二通/断控制部分，其用于当进行所述充电或所述放电时，在所述第一和第二开关元件中的一个保持为断的同时，通过对另一个开关元件的通/断操作使用脉宽调制来反馈控制使得所述规定值接近目标值；

其中在当所述差值由所述确定部分确定大于所述第二阈值时的情况下，进行由所述第一通/断控制部分进行的控制，并且在当所述差值由所述确定部分确定等于或小于的所述第二阈值时的情况下，进行由所述第二通/断控制部分进行的控制。

7.如权利要求6所述的图像诊断系统，包括X射线产生单元作为所述负载的至少一部分，其中X射线CT摄影通过使用所述X射线产生单元进行。

8.如权利要求6所述的图像诊断系统，包括X射线产生单元作为所述负载的至少一部分，其中X射线摄影通过使用所述X射线产生单元进行。

9.如权利要求6所述的图像诊断系统，包括磁场产生单元作为所述负载的至少一部分，其中MR摄影通过使用所述磁场产生单元进行。

说明书

系统功率调平装置和图像诊断系统

技术领域

[0001] 本发明涉及用于使用双向转换器和电力存储装置调平(leveling)系统功率的系统功率调平装置，以及具有该装置的图像诊断系统。

背景技术

[0002] 为了例如减小使用电气设备给供电系统造成的负担等目的，发明了用于调平电气设备的系统功率的多种方法(在该说明书中，“系统功率”用于指从电源提供给电气设备的电功率)。例如，电力存储装置经由双向转换器连接到电气设备中的系统母线，其从电源提供电功率给负载。然后控制该双向转换器以规定负载的功耗，当消耗的功率小时对电力存储装置充电并且当消耗的功率大时使电力存储装置放电。即，当负载的功耗小时，系统功率的一部分存储在电力存储装置中，并且当负载的功耗大时，存储的能量用于补偿负载功耗的一部分。(例如，参见日本未审查的专利申请号2002-271993的摘要)。由此，调平系统功率。

[0003] 【专利文件】

[0004] 【专利文件1】日本未审查的专利申请公开号2002-271993。

发明内容

[0005] 本发明要解决的问题

[0006] 双向转换器包括降压开关元件和升压开关元件。通过在升压开关元件被“接通”的同时，操作降压开关元件的开关操作，即交替操作并重复“接通”和“切断”，从而激活降压转换器以使电力存储装置充电。通过在断开降压开关元件的同时，操作升压开关元件的开关操作，则激活升压转换器以使存储装置放电。对于这样的开关操作，PWM的占空比或“接通”时段和“切断”时段与通断时段的一个周期的比通过例如比例积分微分(PID)控制、使用脉宽调制(PWM)来反馈控制，使得充电-放电的电流或电功率接近目标值。并且，反馈控制的增益参数一般设置成以便获得相对适度的响应特性，其用于防止在负载下的功耗快速变化时的充电-放电电流的过冲。

[0007] 同时，根据电气设备的类型，虽然在正常操作中但功耗仍可快速并且很大地变化。例如，例如X射线CT(计算机断层摄影)系统、胸部X射线系统或MR(磁共振)系统等图像诊断系统是主要的示例。这样的图像诊断系统具有消耗大量功率的负载，例如X射线产生部分或磁场产生部分，并且经常，这样的负载的通/断开关在操作期间瞬间地并且重复地进行。

[0008] 当用于调平功率的上文提到的方法应用于这样的电气设备(其负载下的功耗快速并且很大地变化)时，因为处于上文的反馈控制的适度响应特性，在电力存储装置的充电-放电中的电流向目标值的趋向(convergence)无法赶上负载下的功耗的变化。因此，系统功率没有被适当调平并且存在系统功率可能超过预定功率的风险；因此，对电源系统的负担无法降低。

[0009] 因为这样的原因，需要一种调平系统功率(即使负载下的功耗快速并且很大地变化)的系统功率调平装置和包含该装置的图像诊断系统。

[0010] 解决该问题的手段

[0011] 第一方面的发明包括：连接到系统母线的双向转换器，其从电源提供电功率给负载并且具有第一和第二开关元件；连接到该双向转换器的电力存储装置；用于规定负载的功耗的第一规定部分；基于在第一规定部分规定的功耗通过控制双向转换器来控制电力存储装置的充电和放电的充电-放电控制部分；和规定充电或放电的电流或电功率的第二规定部分。

[0012] 充电-放电控制部分具有第一通/断控制部分，其用于当进行充电或放电时，在第一和第二开关元件中的一个保持“断”的同时，保持另一个“通”或“断”直到充电或放电的电流或电功率的目标值和由第二规定部分的规定值之间的差值变成小于第一阈值为止，以及然后反馈控制使得规定值接近目标值。

[0013] 第二方面的发明提供根据第一方面的系统功率调平装置，其中充电-放电控制部分包括：用于当开始充电或放电时确定差值是否大于第二阈值(其大于第一阈值)的确定部分；和第二通/断控制部分，其用于当进行充电或放电时，在第一和第二开关元件中的一个保持断的同时，通过对另一个开关元件的通/断操作使用脉宽调制来反馈控制使得规定值接近目标值。

[0014] 在当该确定部分确定差值大于第二阈值(通过该确定部分)时的情况下，进行由第一通/断控制部分进行的控制，并且在当由确定部分确定差值等于或小于第二阈值时的情况下，进行由第二通/断控制部分进行的控制。

[0015] 第三方面的发明提供根据第一或第二方面的系统功率调平装置，其中电源是交流电流电源；第一规定部分规定在交流电流电源的波形周期或预定数目的周期的每个时段的负载下的功耗；并且充电-放电控制部分基于最近预定次数的由第一规定部分规定的功耗控制充电和放电。

[0016] 第四方面的发明提供根据第三方面的系统功率调平装置，其中预定次数是在从1至10范围内的整数。

[0017] 第五方面的发明提供根据第三或第四方面的系统功率调平装置，其中第一规定部分与交流电流电源的过零相(zero-cross phase)同步并且规定负载下的功耗。

[0018] 这里“过零相”是交流电流电源的电流波形与中性相位的电压(它通常限定为“零伏”)交叉的相位。

[0019] 第六方面的发明提供根据第三至第五方面中的一个的系统功率调平装置，其中当对于在第一规定部分规定的最近N1周期的功耗的代表值变成小于阈值TH1时，充电-放电控制部分开始充电，并且当对于在第一规定部分规定的最近N2周期的功耗的代表值变成等于或大于阈值TH2时结束充电。当对于在第一规定部分规定的最近N3周期的功耗的代表值变成等于或大于阈值TH3时，充电-放电控制部分开始放电，并且当对于在第一规定部分规定的最近N4周期的功耗的代表值变成小于阈值TH4时结束放电。TH1、TH2、TH3和TH4处于TH1≥TH2＞TH4≥TH3的关系。

[0020] 第七方面的发明提供根据第六方面的系统功率调平装置，其中N1、N2、N3和N4是1至10范围内的整数。

[0021] 第八方面的发明提供根据第七方面的系统功率调平装置，其中交流电流电源是三相交流电流电源。第一规定部分规定1/6周期的每个时段的负载功耗。N1、N2、N3和N4是N1＝N2＝N3＝N4＝3。

[0022] 第九方面的发明提供根据第六、第七或第八方面的任何一个的系统功率调平装置，其中TH1和TH2以及TH3和TH4的组合中的至少一个是彼此不同的值的组合。

[0023] 第十方面的发明提供根据第六、第七、第八或第九方面的任何一个的系统功率调平装置。其中充电的电功率的目标值是通过从在第一规定部分规定的最近N5周期的功耗的代表值中减去使电源负荷的最大电功率所估计的电功率值。

[0024] 第十一方面的发明提供根据第六、第七、第八、第九或第十方面的任何一个的系统功率调平装置，其中代表值是平均值、中间值、中值或对应于表观值(apparent value)的值。

[0025] 第十二方面的发明提供根据从第一至第十一方面的任何一个的系统功率调平装置，其中充电电流的目标值是预定固定值。

[0026] 第十三方面的发明提供根据从第一至第十二方面的任何一个的系统功率调平装置，其中反馈控制包括PID控制、H无穷大(∞)控制或LQI控制。

[0027] 第十四方面的发明提供根据从第一至第十三方面的任何一个的系统功率调平装置，其中电力存储装置包括双层电容器(electric doublelayer capacitor)。

[0028] 第十五方面的发明提供包括根据从第一至第十四方面的任何一个的系统功率调平装置的图像诊断装置。

[0029] 第十六方面的发明提供根据第十五方面的图像诊断装置，其包括X射线产生单元作为负载的至少一部分，其中X射线CT摄影通过使用该X射线产生单元进行。

[0030] 第十七方面的发明提供根据第十五方面的图像诊断装置，其包括X射线产生单元作为负载的至少一部分，其中X射线摄影通过使用该X射线产生单元进行。

[0031] 第十八方面的发明提供根据第十五方面的图像诊断装置，其包括磁场产生单元作为负载的至少一部分，其中MR摄影通过使用该磁场产生单元进行。

[0032] 发明效果

[0033] 根据本发明的上文提及的方面的系统功率调平装置，在电力存储装置的充电-放电中，一旦双向转换器的开关元件保持在或“通”或“断”，并且充电或放电的电流或电功率立即升高或降低至接近目标值，然后开关元件的通/断可以采用脉宽调制来反馈控制。并且，即使充电或放电的电流或电功率远离目标值，充电或放电的电流或电功率可以快速趋于目标值，而没有伴随例如过冲等过渡现象。由此，即使负载下的功耗快速并且很大地变化，可以调平系统功率。

附图说明

[0034] [图1]图1是示出本发明的实施例的X射线CT系统的配置的示意图。

[0035] [图2]图2示出过零脉冲产生电路的具体示例。

[0036] [图3]图3示出负载电流下的波纹电流的微分和基于它产生的过零脉冲之间的关系。

[0037] [图4]图4是示出在X射线产生之初电源的电压波形、过零脉冲、负载电流、负载电压和负载下的功耗的给定时间轴的相应时间变化的一个示例的图表。

[0038] [图5]图5是通过控制电路进行的系统功率稳定化过程的流程图的一个示例。

[0039] [图6]图6示出用于确定充电-放电控制过程的开始/结束的阈值确定的阈值设置的一个示例。

[0040] [图7]图7是示出充电-放电控制过程的一个示例的流程图。

[0041] [图8]图8是示出充电-放电控制过程的另一个示例的流程图。

[0042] [图9]图9是在图5中示出的系统功率调平过程的一个示例的状态转变图。

[0043] [图10]图10是在图7中示出的充电-放电控制过程的一个示例的状态转变图。

[0044] [图11]图11是充电-放电控制过程的另一个示例的状态转变图。

[0045] [图12]图12示出从充电-放电控制开始电容器电流的时间变化。

具体实施方式

[0046] 本发明的实施例将在下文解释。

[0047] 图1是示出本发明的实施例的X射线CT系统的配置的示意图。

[0048] 如在图1中示出的，X射线CT系统100连接到电源1并且从电源1向其提供电力。例如，该电源1可以实现为连接到由电力公司提供的电力系统的电力变压器的电力。这里，电源1是交流三相电源并且电力规格是例如480[VAC]、50[HZ]。

[0049] 如在图1中示出的X射线CT系统100包括AC-DC转换器2和X射线产生单元3。该X射线产生单元3进一步包括高压产生电路31和X射线管32。该AC-DC转换器2连接到电源1并且将电源1的交流电压转换成直流电压。该高压产生电路31经由系统母线9连接到AC-DC转换器的DC输出侧并且当要求X射线产生时提供高压电力给X射线管32。该X射线管32通过接收电力供应而产生X射线。X射线产生单元3是X射线CT系统100下的负载的一部分并且在X射线产生时瞬间消耗大量电力。注意AC-DC转换器2可以是包括例如二极管桥等的整流器。

[0050] 如在图1中示出的X射线CT系统100包括系统功率调平装置4。该系统功率调平装置4包括双向转换器41、电容器组(bulk capacitor)42、控制电路43、过零脉冲产生电路44和电压/电流检测部分45。该电容器也指的是condenser。该双向转换器41是本发明的双向转换器的一个示例，该电容器组42是本发明的电力存储装置的一个示例，并且该控制电路43是本发明的充电-放电控制部分以及第一和第二规定部分的一个示例。

[0051] 双向转换器41连接到系统母线9并且电容器组42经由导线10连接到双向转换器41。这里，电容器组42由多个双层电容器构成。注意电容器组42可以由聚合物电容器构成。代替电容器组，通过化学反应进行放电的二次电池(secondary battery)可以用作电力存储装置。

[0052] 双向转换器41包括第一开关元件411、第二开关元件412、电抗器413、第一二极管414和第二二极管415。该电抗器可以称为线圈。该第一开关元件411和第二开关元件412形成串联电路并且连接到系统母线9。电抗器413的一端连接到这些开关元件411、412的连接点。该第一二极管414与第一开关元件411并联连接使得其电流方向与第一开关元件
411的相反。该第二二极管415与第二开关元件412并联连接使得其电流方向与第二开关元件412的相反。晶体管例如可以用作第一和第二开关元件411、412。第一开关元件411起降压开关元件的作用，并且第二开关元件412起升压开关元件的作用。

[0053] 电容器组42连接到电抗器413的另一侧。

[0054] 第一开关元件411在开关操作(操作重复“接通”和“切断”)中操作同时第二开关元件412保持“断”，它切换到降压DC-DC转换器并且进行电容器组42的放电。即，当第一开关元件411“接通”时，电流在电源1、系统母线9、第一开关元件411、电抗器413、导线10、电容器组42和电源1的环路中流动并且电流值保持上升。当第一开关元件“断开”时，电流值保持下降。

[0055] 同时，第二开关元件412在开关操作中操作同时第一开关元件411保持“断”，它切换到升压DC-DC转换器并且进行电容器组42的放电。即，当第二开关元件412“接通”时，电流在电容器组42、导线10、电抗器413和第二开关元件412、电容器组42的环路中流动并且电流值保持上升。在该状况下，电能存储在电抗器413中。接着，当第二开关元件412“断开”时，存储在电抗器413中的电能放电，并且放电的能量在电容器组42、导线10、电抗器413、第一二极管414、系统母线9、X射线产生单元3、电容器组42的环路中流动。当它断开时电流值在最高水平并且然后它逐渐下降。

[0056] 双向转换器41响应于控制电路43的控制来进行第一和第二开关元件411、412的通/断操作。

[0057] 过零脉冲产生电路44连接到电源1和控制电路43。过零脉冲产生电路44监测作为电源1的三相交流电源中的任一相的电压波形并且产生与过零相同步的过零脉冲ZPC，该过零相与三相交流源的中间相的电压(零电压)相交。然后，产生的过零脉冲ZCP输出到控制电路43。图2示出过零脉冲产生电路44的具体示例。注意如稍后解释的，当电源是交流源时，波纹电流叠加在负载电流上。从而，如在图3中示出的，负载电流iL的波纹电流的微分部分ΔiL/Δt由交流电流转换器检测并且过零脉冲ZCP可以基于该结果而产生。

[0058] 电压/电流检测部分45进一步包括第一电压检测部分451、第一电流检测部分452、第二电压检测部分453和第二电流检测部分454。该第一电压检测部分451检测系统母线9的电压，或对高电压产生电路31的输入电压来作为负载电压VS。该第一电流检测部分452检测在系统母线9的高压产生电路31侧中流动的电流，或对高压产生电路31的输入电压来作为负载电压iL。该第二电压检测部分453检测导线10的电压，或电容器组42的电压来作为电容器电压VC。该第二电流检测部分454检测在导线10中流动的电流，或流过电容器组42的电流(＝流过电抗器413的电流)来作为电容器电流iC。电压/电流检测部分45连接到控制电路43并且向控制电路43输出检测的负载电压VS、负载电流iL、电容器电压VC和电容器电流iC。

[0059] 控制电路43连接到双向转换器41、过零脉冲产生电路44和电压/电流检测部分45。控制电路43基于正输入的过零脉冲ZCP、负载电压VS和负载电流iL顺序地规定X射线产生单元3在预定定时的功耗P。然后，通过所确定的功耗P的阈值确定，确定电容器组
42的充电控制的开始/结束和放电控制的开始/结束。此外，在该充电控制和放电控制中，控制电路43基于正输入的电容器电压VC和电容器电流iC顺序地规定电容器组42的充电和放电的电压或电流。然后控制双向转换器41的第一和第二开关元件411、412的通/断使得规定的电压或电流趋于预定值。结果，进行系统功率的调平。

[0060] 系统功率调平由控制电路43的处理在下文解释。

[0061] 图4是示出在X射线产生之初在给定时间轴“t”上的电源1的电压波形VA、过零脉冲ZCP、负载电流iL、负载电压VS和负载功耗Pn的相应时间变化的一个示例的图表。

[0062] 首先，将解释X射线产生单元3的功耗P的规定方法和功耗P的放电-充电的开始/结束通过阈值确定的决定方法。

[0063] 一般，当电源是交流电流源时，如在图4中用iL示出的，波纹电流叠加在负载电流上。波纹电流以对应于该交流电流源的频率的预定频率来脉动。例如，当对单相电流电源进行半波整流时，波纹电流以该单相电流电源的相同频率脉动，并且当对单相电流电源进行全波整流时，波纹电流以该单相电流电源的两倍频率脉动。当对三相电流电源进行半波整流时，波纹电流以该三相电流电源的三倍频率脉动，并且对三相电流电源进行全波整流时，波纹电流以该三相电流电源的六倍频率脉动。为了在负载下的功耗快速并且大大变化的系统中调平系统功率，电力存储装置的充电-放电的开始/结束必须快速确定并且还要求快速处理负载下功耗的规定。例如在X射线CT系统中，在负载下的功耗具有仅对于大约100至200[mS]产生X射线的时段增加30至50[kW]的可能性。从而，负载下的功耗要求用足够的速度来规定使得充电-放电的开始/结束可以跟上变化。在这样的情况下，为了消除负载下功耗的阈值确定的结果的摆动并且使充电-放电控制稳定，在波纹的相同周期或是超过该周期若干倍的时段规定负载下的功耗是优选的。

[0064] 交流电流源频率调节为50[Hz]或60[Hz]，但电流波形的实际频率趋向于在未加载状况下的±若干百分比之间的范围内并且在加载状况下的+若干百分比至-20百分比之间的范围内波动。从而，不与调节的交流电流源的频率而与实际波形的频率谐振并且然后规定负载的功耗是优选的。

[0065] 此外，在交流电流源是三相交流电流源的情况下，例如取决于相应相之间的电压的不均衡的相不平衡、每个波纹之间的不平衡可出现。从而，优选地例如在对应于一至十个波纹的时段内对负载下功耗进行负载下功耗的阈值确定。三相交流电流源趋向于每三个波纹重复相同的波纹图样。因此，对于三波纹或其的倍数的时段的对应于负载下功耗的阈值确定进一步减小了确定结果的摆动。

[0066] 在本实施例中，叠加在负载电流iL上的波纹电流显现具有在如在图4中示为VZ的电源1的三相交流电流源中从VZ1至VZ3的相应电压波的半周期。相应相的电压波形的相位每个移动120°使得波纹显现具有在三相交流电流源中的一个电压波形的一个周期的1/6的周期。

[0067] 如此，在图4中示为GP的控制电路43基于输入过零脉冲ZCP而与过零脉冲ZCP谐振，并且内部产生采用过零脉冲ZCP的一个周期T的1/3的周期(在三相交流电流源中的一个电压波形的一个周期的1/6的周期)Ta重复的脉冲GP。

[0068] 如用图4的Pn示出的，负载电压VS的有效电压值和负载电路iL的有效电流值按与产生的脉冲GP同步的周期T’的每个时段来估计。然后，在X射线产生单元3下的功耗(例如表观功率)Pn可以基于该有效电压值和有效电流值来规定。

[0069] 控制电路43对在最近N次中规定的X射线产生单元3下的功耗Pn的代表值进行阈值确定并且确定电容器组42的充电控制/放电控制的开始/结束。作为代表值，例如可以考虑平均值、中间值、中值或对应于表观值的值，但这里平均值用作一个示例。当次数N是3时，在图4中的∑Pn/3作为一个示例示出X射线产生单元3下的功耗Pn的平均值∑Pn/3。注意从现在开始，在最近N次中规定的X射线产生单元3的功耗Pn的平均值叫做近期负载功率并且示为∑Pn/N。

[0070] 用该方式，可以消除负载下的功耗的阈值确定的结果的摆动并且可以使充电-放电控制稳定。此外，它可以处理由于X射线CT系统所放置的设施或相不平衡而细微变化的电源频率。此外，它可以处理三相交流电流电力和单相交流电流电力。

[0071] 实际上，控制电路43不是由模拟电路而是由可配置的数字IC(例如FPGA(现场可编程门阵列)等)构成并且它的控制优选地由数字控制进行是优选的。该数字控制没有成为用于电功率计算的电路的复杂情况，然后可以获得设置变化灵活性。例如，根据系统能力或每个设施的存储容量改变受控电功率(由系统电力负担的最大电功率)可以是更容易的。此外，改变例如开始放电的负载下功耗的阈值、开始充电的负载下功耗的阈值的设置可以是更容易的。

[0072] 本实施例包括过零脉冲产生电路44，并且基于过零脉冲，通过使作为交流电流源的电源1的实际电压波形的频率谐振来规定功耗Pn。然而，代替过零脉冲产生电路，可以包括脉冲产生电路，其通过将频率固定到作为交流电流源的电源1的调节频率或频率的预定倍数来产生脉冲，并且基于该脉冲，可以通过使电源的调节频率谐振而规定功耗Pn。利用该配置，例如在电源1的实际电压波形的频率波动小并且相平衡良好的情况下，可以进行相对稳定的充电-放电控制。

[0073] 接着，解释系统功率调平过程的流程。

[0074] 图5是通过控制电路43的系统功率调平过程的流程图。

[0075] 在步骤S1中，控制电路43估计近期负载功率∑Pn/N1并且确定∑Pn/N1是否等于或大于第一阈值TH1。当近期负载功率∑Pn/N1确定是等于或大于第一阈值TH1时，确认到系统功率大并且对系统的负担重，并且前进到下一步S2。在另一方面，当近期负载功率∑Pn/N1确定是小于第一阈值TH1时，前进到步骤S5。

[0076] 在步骤S2中，控制电路43开始电容器组42的放电控制过程。然后，前进到步骤S3。放电控制过程稍后将详细解释。

[0077] 在步骤S3中，控制电路43估计近期负载功率∑Pn/N2并且确定近期负载功率∑Pn/N2是否小于第二阈值TH2(≤TH1)。当近期负载功率∑Pn/N2确定是小于第二阈值TH2时，确认到系统功率不大并且对系统的负担不重，并且前进到步骤S4。在另一方面，当近期负载电功率∑Pn/N2确定是等于或大于第二阈值TH2时，确认到对系统的负担仍然是重的，从而回到步骤S3并且继续电容器组42的放电控制过程。

[0078] 在步骤S4中，电容器组42的放电控制过程结束。然后，前进到下一步S10。

[0079] 在步骤S5中，控制电路43估计近期负载功率∑Pn/N3并且确定近期负载功率∑Pn/N3是否小于第三阈值TH3(＜TH2)。当近期负载功率∑Pn/N3确定是小于第三阈值TH3时，确认到系统功率小并且对系统功率的负担更小，并且前进到步骤S6。在另一方面，近期负载功率∑Pn/N3确定是等于或大于第三阈值TH3，确认到系统功率不小并且对系统的负担不小并且负担对系统不小，并且前进到步骤S10。

[0080] 在步骤S6中，控制电路43开始电容器组42的充电控制过程。然后，前进到步骤S7。充电控制过程稍后将详细解释。

[0081] 在步骤S7中，控制电路43确定电容器电压VC的目前值VCm是否等于或大于电容器电压VC的目标值VCt。目标电压VCt一般设置为电容器组42的额定电压的90至98％。当目前值VCm确定等于或大于目标值VCt时，确认到电容器组42完全充电，并且前进到下一步S9。在另一方面，当目前值VCm确定小于目标值VCt时，前进到步骤S8。

[0082] 在步骤S8中，控制电路43估计近期负载功率∑Pn/N4并且确定近期负载功率∑Pn/N4是否等于或大于第四阈值TH4(＜TH2，≥TH3)。当最近的负载电功率∑Pn/N4确定是等于或大于第四阈值TH4时，认识到系统功率不小并且对系统功率的负担不小，并且前进到步骤S9。在另一方面，近期负载功率∑Pn/N4确定是小于第四阈值TH4，回到步骤S7。

[0083] 在步骤S9中，电容器组42的充电控制过程结束。然后，前进到下一步S10。

[0084] 在步骤S10中，基于各种信息，确定是否停止系统功率调平过程。当确定停止时，系统功率调平过程结束。在另一方面，当确定继续时，回到步骤S1并且系统功率调平过程继续。

[0085] 然而，阈值TH1至TH4具有TH1≥TH2＞TH4≥TH3的关系。次数N1至N4和阈值TH1至TH4的数值具有特性以确定对X射线产生单元3下的实际功耗的变化的敏感性以确定充电-放电控制过程的开始/结束。如果N1至N4设置得更小，贡献X射线产生单元3中的有效功耗的平均值的样本数减小，从而平均值的变化变快并且变化范围变得更大。在该情况下，上文提到的敏感性变得更高。相反地，如果N1至N4设置得更大，贡献X射线产生单元3中的有效功耗的平均值的样本数增加，从而平均值的变化变慢并且变化范围变得更小。在该情况下，上文提到的敏感性变得更低。另外，当阈值设置为TH1＞TH2、TH4＞TH3的关系时，在与充电-放电控制过程的开始/结束的确定有关的通过X射线产生单元3下的实际功耗的平均值的阈值确定中，在用于确定“开始”的阈值和用于确定“结束”的阈值之间产生差值，因此在阈值确定中提供所谓的滞后。当使阈值TH1和TH2之间的差值以及阈值TH3和TH4之间的差值更大时，用于确定“开始”的阈值和用于确定“结束”的阈值之间的差值变得更宽，使得在阈值确定中的滞后变得更宽。在该情况下，上文提到的敏感性变得更低。

[0086] 鉴于针对X射线产生单元3下的功耗的变化的快速或它的变化范围，次数N1至N4优选地是整数，例如在1至10之间的范围内。此外，阈值TH1至TH4优选地在观察处于实际充电-放电控制的电路操作后确定。这里，作为一个示例，它设置为N1＝N2＝N3＝N4＝3并且TH1＝TH2＝Po＞TH4＝TH3＝Pu。阈值Po、Pu如例如在图6中示出的，Po是比在产生X射线时的近期负载功率∑Pn/3稍小的值，并且Pu是比在不产生X射线时的近期负载功率∑Pn/3稍大的值。

[0087] 接着，解释由控制电路43的充电-放电控制过程。注意作为充电-放电控制过程中的一个，存在用于控制电容器组42的充电-放电功率的方法，但为了更容易的控制，这里采用用于控制电容器组42的充电-放电电流的方法。并且，在充电控制中，在充电期间流进电容器组42的电容器电流iC的电流方向限定为正，并且在放电控制中，在放电期间流进电容器组42的电容器电流iC的电流方向限定为正。

[0088] 图7是示出充电-放电控制过程的流程图。

[0089] 在步骤T1，在充电-放电控制过程中设置电容器电流iC的目标值iCt。

[0090] 这里在放电控制的情况下，除受控电功率(由系统母线电力负担的最大电功率)外的在X射线产生单元3下的功耗由从电容器组42放电的电功率补偿。如此，目标值iCt设置为{近期负载功率∑Pn/N5-受控电功率Pa}/电容器电压VC。次数N5是整数，例如1至10等，作为一个示例N5＝3。并且，在放电控制中的目标值iCt是可变值，其顺序地更新。

[0091] 在充电控制的情况下，目标值iCt可以是可变值，其根据X射线产生单元3下的功耗顺序地更新，但这里，目标值iCt为了更容易控制充电而设置为固定值i1。该固定值i1作为一个示例是大约i1＝20[A]。

[0092] 在步骤T2，确定差值|iCt-iCm|(电容器电流iC的目标值iCt和目前值iCm之间的差值)是否小于预定阈值ie1(在本发明中的第二阈值)。这里，阈值ie1是设置为用于目标值iCt和目前值iCm彼此远离的标准的值。当差值|iCt-iCm|确定大于阈值ie1时，前进到步骤T3。同时，当差值|iCt-iCm|确定小于阈值ie1时，前进到步骤T5。

[0093] 在步骤T3，如接着示出的，根据状况，开始该控制以保持第一开关元件411“接通”或“断开”并且保持第二开关元件412“接通”或“断开”。

[0094] 在放电控制并且目标值iCt＞目前值iCm的情况下，第二开关元件412保持“通”同时第一开关元件411保持“断”。在该状况下，电容器电流iC保持上升。

[0095] 在放电控制并且目标值iCt＜目前值iCm的情况下，第二开关元件412保持“断”同时第一开关元件411保持“断”。在该状况下，电容器电流iC保持下降。

[0096] 在充电控制并且目标值iCt＞目前值iCm的情况下，第一开关元件411保持“通”同时第二开关元件412保持“断”。在该状况下，电容器电流iC保持上升。

[0097] 在充电控制并且目标值iCt＜目前值iCm的情况下，第一开关元件411保持“断”同时第二开关元件412保持“断”。在该状况下，电容器电流iC保持下降。

[0098] 在步骤T3后，前进到步骤T4。

[0099] 在步骤T4，确定差值|iCt-iCm|(电容器电流iC的目标值iCt和目前值iCm之间的差值)是否小于阈值ie2(在本发明中的第一阈值)，其小于阈值ie1。这里，阈值ie2是设置为用于确定目标值iCt和目前值iCm彼此靠近的判据的值。阈值ie1和ie2鉴于例如电抗器413的常数、第二开关元件412的开关频率、电容器电流的目标值iCt、电容器组42的电容、X射线产生单元3下的功耗的取样频率等来设置。

[0100] 在该确定中，如果差值|iCt-iCm|确定是小于阈值ie2时，前进到步骤T5。同时，如果差值|iCt-iCm|确定是等于或大于阈值ie2时，回到步骤T3。

[0101] 在步骤T5中，当第一开关元件411和第二开关元件412中的一个保持“断”时，通过脉宽调制对另一个进行开关操作并且开始脉宽调制的占空比的反馈控制的控制(如果它已经开始，则继续)使得电容器电流iC的目前值iCm接近目标值iCt。

[0102] 在该控制下，在放电控制的情况下，第一开关元件411“断开”并且对第二开关元件412进行开关操作。在充电控制的情况下，第二开关元件412“断开”并且对第一开关元件411进行开关操作。在步骤T5后，前进到步骤T6。

[0103] 如上文提到的反馈控制，可以想到它包括例如PID控制、H无穷大(∞)控制或LQI控制。

[0104] 在步骤T6，确定电容器电流iC的目标值iCt和目前值iCm之间的差值|iCt-iCm|是否小于阈值ie2。当差值|iCt-iCm|确定是小于阈值ie2时，前进到步骤T5。同时，差值|iCt-iCm|确定是等于或大于阈值ie2，回到步骤T3。

[0105] 根据这样的充电-放电控制过程，首先通过确定电容器电流iC的目标值iCt和目前值iCm之间的差值|iCt-iCm|是否大于阈值ie1确认电容器电流iC的目标值和目前值是否远离。然后，当差值|iCt-iCm|确定是大于阈值ie1时，即确认到电容器电流iC的目标值和目前值它们是远离的，进行控制用于保持第二开关元件412“通”或“断”(此后，该控制称为“通/断保持控制”)直到差值|iCt-iCm|变成小于阈值ie2。结果，电容器电流iC立即上升或下降至接近目标值。该通/断保持控制不是反馈控制，使得它没有伴随例如过冲等过渡现象。其后，第二开关元件412的开关操作通过脉宽调制进行，并且该控制改变为脉宽调制的占空比的反馈控制(此后，该控制称为“PWM反馈控制”)使得电容器电流iC的目前值iCm接近目标值iCt。结果，已经上升或下降至接近目标值的电容器电流iC进一步移动至更靠近目标值。

[0106] 在充电控制的情况下，当第一开关元件411通过通/断保持控制而被“接通”并且在切换到PWM反馈控制后第一开关元件411被“接通”和“切断”时，电流仍然从系统母线9流到双向转换器4。在放电控制的情况下，当第二开关元件412通过通/断保持控制而被“接通”，电流不从系统母线9流到双向转换器4，但在该控制切换到PWM反馈控制并且第二开关元件412断开后，通过电容器组42的放电而存储在电抗器413中的电能以大电流流到系统母线9。

[0107] 同时，在步骤T2的确定中，当差值|iCt-iCm|确定是等于或小于阈值ie1，或电容器电流iC的目标值和目前值被确认是靠近时，立即进行PWM反馈控制。从而，电容器电流iC趋于目标值。

[0108] 此外，在进行PWM反馈控制期间当差值|iCt-iCm|超过阈值ie1时的情况下，它转变到通/断保持控制。

[0109] 如刚描述的，随着情况要求而进行具有通/断维持控制或PWM反馈控制的控制，也就是说“混合控制”，在放电控制中的电容器电流iC或电容器组42的充电/放电电流可以快速趋于目标值而没有伴随例如过冲等过渡现象。

[0110] 注意如在图8中示出的，可以去除上文提到的步骤T2的差值|iCt-iCm|的阈值确定的步骤，即在步骤T1后前进到步骤T3并且可以立即开始具有通/断保持控制的充电-放电控制。

[0111] 另外，图9至图11是示出其中控制电路43看作状态机的状态转变图的图。图9示出在图5中示出的系统功率调平过程的一个示例，图10示出在图7中示出的充电-放电控制过程的一个示例，并且图11示出在图8中示出的充电-放电控制过程的另一个示例。在那些图中，“空闲”状态是充电或放电控制都不在操作中的状况。并且，在充电-放电控制中，当通/断保持控制转变到PWM反馈控制时，在通/断保持控制中使用的控制参数在PWM反馈控制之初使用。

[0112] 图12示出在充电-放电控制开始后电容器电流iC的时间变化。在每个图表中，水平轴指示时间t，并且垂直轴指示电容器电流iC。图12(a)的图表示出在双向转换器41中的开关元件的开关操作由使用作为常规方式的PWM的PID控制而开始的一个示例，其中电容器电流iC的目标值和目前值是远离的。图12(b)的图表示出在双向转换器41中的开关元件的开关操作由本实施例的混合控制而开始的一个示例，其中电容器电流iC的目标值和目前值是远离的。图12(c)的图表示出在双向转换器41中的开关元件的开关操作由本实施例的混合控制而开始的一个示例，其中电容器电流iC的目标值和目前值是靠近的。

[0113] 如在图12(a)中示出的，在使用常规PWM的PID控制中，开关元件的开关操作在控制之初进行使得电容器电流iC逐渐接近目标值，重复上升和下降。因此，如果电容器电流iC在控制之初远离目标值iCt，电容器电流iC趋于目标值iCt的时间ta变得更长。

[0114] 同时如在图12(b)中示出的，在本实施例的混合控制中，如果在控制之初电容器电流iC远离目标值iCt，电容器电流iC立即上升或下降以接近iCt±ie2的范围同时开关元件保持“通”或“断”。因此，电容器电流iC趋于目标值iCt的时间ta可以缩短。

[0115] 同时如在图12(c)中示出的，在本实施例的混合控制中，如果电容器电流iC接近目标值iCt几乎处在iCt±ie2的范围内，开始使用常规PWM的PID控制使得电容器电流iC用像往常一样的自然移动趋于目标值iCt。

[0116] 根据实施例，在电容器组42的充电-放电控制中，代替突然通过脉宽调制进行反馈控制以“接通”或“断开”双向转换器41的开关元件，一旦开关元件保持“通”和“断”，开关元件在升高或降低充电或放电电流至靠近目标值后用脉宽调制来反馈控制。因此，即使充电或放电电流远离目标值，充电或放电电流或电压可以快速趋于目标值而没有伴随例如过冲等过渡现象，并且即使负载的功耗快速并且很大地变化也可以调平系统功率。

[0117] 将理解本发明的示例实施例意在于该公开不限于特定实施例并且可以采用各种方式修改而不偏离本发明的精神和范围。

[0118] 例如，在该实施例中电源1是三相交流电流电源，但它可以是单相交流电流电源或DC电源。例如，当电源1是单相交流电流电源时，在X射线产生单元3中的功耗Pn通过与过零脉冲ZCP同步来规定。当电源1是DC电源时，不需要AC-DC转换器2和过零脉冲产生电路44并且在X射线产生单元3中的功耗Pn以适合的时间间隔来规定。

[0119] 此外，例如，本实施例示出应用于进行X射线CT摄影的图像诊断系统的系统功率调平装置的示例。然而，系统功率调平装置将应用于在本发明的实施例的范围内的进行简单X射线摄影的图像诊断系统(包括X射线产生单元作为负载的一部分)或进行MR摄影的图像诊断系统(包括磁场作为负载的一部分)。此外，除这样的在本发明的实施例的范围内的图像诊断系统外，系统功率调平系统可以应用于其他电气设备。

[0120] 部件列表

[0121]