本發(fā)明屬于核磁共振成像，具體涉及一種梯度放大器數(shù)字pwm控制方法。

背景技術(shù)：

1、梯度放大器是磁共振成像系統(tǒng)的重要組成部分，通常用于為磁共振成像系統(tǒng)中的梯度線圈提供電流。功能是在磁共振成像空間區(qū)域的x軸、y軸及z軸方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度，利用磁場(chǎng)梯度進(jìn)行空間編碼以用于成像。

2、梯度放大器驅(qū)動(dòng)梯度線圈以提供保真度達(dá)到滿足磁共振成像要求的準(zhǔn)確電流，使得梯度線圈在成像空間產(chǎn)生一個(gè)線性變化的磁場(chǎng)，即梯度磁場(chǎng)。對(duì)于梯度放大器而言，其輸出電流的穩(wěn)定性、高電流變化率、低穩(wěn)態(tài)電流波動(dòng)及波形跟蹤能力決定了梯度磁場(chǎng)性能的優(yōu)劣，而梯度磁場(chǎng)的性能直接影響著成像的質(zhì)量以及對(duì)人體的診斷結(jié)果。

3、隨著磁共振成像系統(tǒng)需求的梯度放大器電流變化率越來越高，在梯度線圈電感等參數(shù)相對(duì)不變的情況下，需要梯度放大器的輸出電壓越來越高。而受當(dāng)前可用的電力電子功率器件的技術(shù)參數(shù)限制，大電流高電壓的功率器件的開關(guān)頻率很低，硬開關(guān)頻率一般不到10khz，而開關(guān)頻率較高的大電流功率器件的電壓等級(jí)比較低，一般不超過1200v。為實(shí)現(xiàn)梯度放大器輸出的高電流變化率及低穩(wěn)態(tài)電流波動(dòng)，國內(nèi)外的設(shè)備廠家的設(shè)計(jì)方案大多選擇的是多電平的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，一部分廠家選擇低頻高壓管開關(guān)實(shí)現(xiàn)高電流變化率，疊加多路低頻高壓管移相開關(guān)實(shí)現(xiàn)低穩(wěn)態(tài)電流波動(dòng)。

4、現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)：多電平的串聯(lián)結(jié)構(gòu)方案的梯度放大器，往往所需供電電源數(shù)量多，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，而且這種多電平的串聯(lián)結(jié)構(gòu)在電源切變的時(shí)候，在梯度放大器輸出電壓上會(huì)有很難避開的切變瞬間的電壓抖動(dòng)，這種抖動(dòng)體現(xiàn)在輸出到梯度線圈的電流上，會(huì)有輕微的電流變化，這種輕微的電流變化在磁共振成像系統(tǒng)的高級(jí)成像上會(huì)產(chǎn)生圖像畸變，比如偽影，進(jìn)而影響圖像診斷。

5、而采用低頻高壓管開關(guān)多路移相并聯(lián)的方案的梯度放大器，往往體積極為龐大，電力電子功率器件的開關(guān)損耗很大，電源效率低，且成本非常高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，提供了一種通過特定pwm控制調(diào)節(jié)機(jī)制，控制相應(yīng)電路結(jié)構(gòu)的電力電子功率器件，調(diào)節(jié)輸出高壓脈沖占空比，實(shí)現(xiàn)以低電壓等級(jí)較高開關(guān)頻率的電力電子功率器件實(shí)現(xiàn)高電壓輸出且低紋波電流的梯度放大器設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)梯度放大器輸出的高電流變化率、低穩(wěn)態(tài)電流波動(dòng)的梯度放大器數(shù)字pwm控制方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，一種梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，包括

3、pwm控制模塊，接收輸入控制與輸出電流反饋信號(hào)，數(shù)據(jù)處理后通過pid算法處理，生成實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)，通過特定pwm控制機(jī)制，將實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)生成多路pwm信號(hào)，對(duì)應(yīng)控制每個(gè)電力電子功率器件的開關(guān)及持續(xù)時(shí)間，多路pwm信號(hào)輸出到功率輸出模塊；

4、功率輸出模塊接收多路pwm信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電力電子功率器件，將高壓直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)pwm信號(hào)的高壓脈沖信號(hào)，高壓脈沖信號(hào)由一定占空比的電壓v1和一定占空比的電壓v2組成，高壓脈沖信號(hào)輸出到輸出濾波模塊；

5、輸出濾波模塊將接收到的高壓脈沖信號(hào)，濾波成預(yù)期的直流電壓信號(hào)，并把該直流電壓加載到梯度放大器的負(fù)載兩端，形成所需精密電流信號(hào)，同時(shí)，經(jīng)電流傳感器檢測(cè)輸出電流反饋信號(hào)。

6、優(yōu)選地，所述功率輸出模塊由不少于四個(gè)半橋電路結(jié)構(gòu)組成，每兩個(gè)半橋電路為一組，其中，上半橋的工作電源電壓v1，下半橋的工作電源電壓v2，上半橋工作電源電壓v1的負(fù)端與下半橋工作電源電壓v2的正端相接，上半橋電路中間輸出節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)下半橋電路中間輸出節(jié)點(diǎn)短接，此短接點(diǎn)連接到輸出濾波模塊，不少于兩組相同配置的上述電路組成功率輸出模塊。

7、優(yōu)選地，所述pwm控制模塊生成的多路pwm信號(hào)，每組四個(gè)pwm信號(hào)，對(duì)應(yīng)每組兩個(gè)半橋的電力電子功率器件的四個(gè)驅(qū)動(dòng)端，根據(jù)實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的pwm信號(hào)，決定所驅(qū)動(dòng)組兩個(gè)半橋所輸出的電壓及占空比。

8、優(yōu)選地，所述pwm控制模塊輸出的多路pwm信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率輸出模塊所形成的高壓脈沖信號(hào)，按照pwm控制邏輯，實(shí)現(xiàn)有序調(diào)整輸出電壓v1脈沖占空比或輸出電壓v2脈沖占空比，或者同時(shí)調(diào)整輸出電壓v1脈沖占空比和輸出電壓v2脈沖占空比。

9、優(yōu)選地，該pwm控制方法，根據(jù)實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)占空比的多路pwm信號(hào)，調(diào)節(jié)各路pwm信號(hào)間的相位，在不增加電力電子器件開關(guān)頻率的前提下，使得有效輸出占空比在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)四次，進(jìn)而提高動(dòng)態(tài)輸出電流和輸出電壓的有效開關(guān)頻率，降低輸出到梯度線圈的動(dòng)態(tài)輸出紋波電流。

10、優(yōu)選地，不少于兩組相同配置的上述電路組成功率輸出模塊，根據(jù)實(shí)際需求可以是兩組、四組、六組或者八組上述電路的倍數(shù)組成功率輸出模塊，同時(shí)，特定pwm控制模塊輸出的多路pwm信號(hào)控制下，可以在相同功能組上述電路輸出之間產(chǎn)生一定的相位差，進(jìn)一步提高輸出電流和輸出電壓的有效開關(guān)頻率，降低輸出到梯度線圈的輸出紋波電流。

11、優(yōu)選地，該pwm控制方法，通過優(yōu)化梯度放大器負(fù)載零電流輸出附近的pwm控制信號(hào)占空比，進(jìn)而有效減少輸出紋波電流，同時(shí)降低輸出濾波模塊功率損耗，提升梯度放大器電源利用效率。

12、優(yōu)選地，該pwm控制方法，通過特定pwm控制機(jī)制，在根據(jù)實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)生成多路pwm信號(hào)時(shí)，可以交替調(diào)節(jié)各路pwm信號(hào)占空比，均衡各個(gè)電力電子器件開關(guān)及導(dǎo)通損耗，提高功率輸出模塊可靠性。

13、優(yōu)選地，所述上半橋的工作電源電壓v1，下半橋的工作電源電壓v2，兩個(gè)電源電壓可以是相等的v1＝v2，也可以是不相等的。實(shí)際應(yīng)用中，兩個(gè)電源電壓基本相等更有利于pwm控制及綜合性能實(shí)現(xiàn)最佳。

14、本發(fā)明通過特定pwm控制調(diào)節(jié)機(jī)制，控制相應(yīng)電路結(jié)構(gòu)的電力電子功率器件，調(diào)節(jié)輸出高壓脈沖占空比，實(shí)現(xiàn)以低電壓等級(jí)較高開關(guān)頻率的電力電子功率器件實(shí)現(xiàn)高電壓輸出且低紋波電流的梯度放大器設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)梯度放大器輸出的高電流變化率、低穩(wěn)態(tài)電流波動(dòng)。

技術(shù)特征：

1.一種梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，其特征在于，包括

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，其特征在于，所述功率輸出模塊由不少于四個(gè)半橋電路結(jié)構(gòu)組成，每兩個(gè)半橋電路為一組，其中，上半橋的工作電源電壓v1，下半橋的工作電源電壓v2，上半橋工作電源電壓v1的負(fù)端與下半橋工作電源電壓v2的正端相接，上半橋電路中間輸出節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)下半橋電路中間輸出節(jié)點(diǎn)短接，此短接點(diǎn)連接到輸出濾波模塊，不少于兩組相同配置的上述電路組成功率輸出模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，其特征在于，所述pwm控制模塊生成的多路pwm信號(hào)，每組四個(gè)pwm信號(hào)，對(duì)應(yīng)每組兩個(gè)半橋的電力電子功率器件的四個(gè)驅(qū)動(dòng)端，根據(jù)實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的pwm信號(hào)，決定所驅(qū)動(dòng)組兩個(gè)半橋所輸出的電壓及占空比。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，其特征在于，所述pwm控制模塊輸出的多路pwm信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率輸出模塊所形成的高壓脈沖信號(hào)，按照pwm控制邏輯，實(shí)現(xiàn)有序調(diào)整輸出電壓v1脈沖占空比或輸出電壓v2脈沖占空比，或者同時(shí)調(diào)整輸出電壓v1脈沖占空比和輸出電壓v2脈沖占空比。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，其特征在于，該pwm控制方法，根據(jù)實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)占空比的多路pwm信號(hào)，調(diào)節(jié)各路pwm信號(hào)間的相位，在不增加電力電子器件開關(guān)頻率的前提下，使得有效輸出占空比在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)四次，進(jìn)而提高動(dòng)態(tài)輸出電流和輸出電壓的有效開關(guān)頻率，降低輸出到梯度線圈的動(dòng)態(tài)輸出紋波電流。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，其特征在于，不少于兩組相同配置的上述電路組成功率輸出模塊，根據(jù)實(shí)際需求可以是兩組、四組、六組或者八組上述電路的倍數(shù)組成功率輸出模塊，同時(shí)，特定pwm控制模塊輸出的多路pwm信號(hào)控制下，可以在相同功能組上述電路輸出之間產(chǎn)生一定的相位差，進(jìn)一步提高輸出電流和輸出電壓的有效開關(guān)頻率，降低輸出到梯度線圈的輸出紋波電流。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，其特征在于，該pwm控制方法，通過優(yōu)化梯度放大器負(fù)載零電流輸出附近的pwm控制信號(hào)占空比，進(jìn)而有效減少輸出紋波電流，同時(shí)降低輸出濾波模塊功率損耗，提升梯度放大器電源利用效率。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，其特征在于，該pwm控制方法，通過特定pwm控制機(jī)制，在根據(jù)實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)生成多路pwm信號(hào)時(shí)，可以交替調(diào)節(jié)各路pwm信號(hào)占空比，均衡各個(gè)電力電子器件開關(guān)及導(dǎo)通損耗，提高功率輸出模塊可靠性。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度放大器數(shù)字pwm控制方法，其特征在于，所述上半橋的工作電源電壓v1，下半橋的工作電源電壓v2，兩個(gè)電源電壓可以是相等的v1＝v2，也可以是不相等的。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種梯度放大器數(shù)字PWM控制方法，包括PWM控制模塊，接收輸入控制與輸出電流反饋信號(hào)，數(shù)據(jù)處理后通過PID算法處理，生成實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)，通過特定PWM控制機(jī)制，將實(shí)時(shí)誤差數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)生成多路PWM信號(hào)，對(duì)應(yīng)控制每個(gè)電力電子功率器件的開關(guān)及持續(xù)時(shí)間；功率輸出模塊接收多路PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電力電子功率器件，將高壓直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)PWM信號(hào)的高壓脈沖信號(hào)；輸出濾波模塊將接收到的高壓脈沖信號(hào)，濾波成預(yù)期的直流電壓信號(hào)，并把該直流電壓加載到梯度放大器的負(fù)載兩端，形成所需精密電流信號(hào)，同時(shí)，經(jīng)電流傳感器檢測(cè)輸出電流反饋信號(hào)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)梯度放大器輸出的高電流變化率、低穩(wěn)態(tài)電流波動(dòng)。

技術(shù)研發(fā)人員：張俊偉,陳軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽溢沃科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19