[发明专利]具有针对死时间和正向电压的补偿的梯度放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于补偿对梯度线圈供电的梯度放大器的非线性的方法，所述梯度放大器包括可控全桥和输出滤波器，其中，所述全桥被控制以提供期望线圈电流。本发明还涉及用于根据占空比生成磁线圈电流以在MRI系统中提供空间信息的梯度放大器，所述梯度放大器包括：含有至少两个半桥的可控全桥，每一半桥具有至少两个串联的电源开关，其中，将每一半桥在其开关之间的中心点处分接出来，并且每一半桥具有在所述半桥的分接中心点和梯度线圈之间连接的输出滤波器；用于为所述梯度放大器提供期望占空比的控制单元；以及用于根据所述占空比控制所述开关的调制器。

背景技术

梯度放大器生成磁线圈电流，以在MRI系统中提供空间信息。现有技术的梯度放大器使用具有半桥的模拟控制（例如，PID控制器）的快速开关电源设备，从而以高准确度提供期望占空比。可从US7253625获知这样的梯度放大器。这样解决方案成本很高。

由于占空比的准确度降低，主要有两个导致难以使用价格较为低廉的部件的效应：

首先，用于梯度放大器的变换器通常包括一个或多个全桥，每一全桥由两个半桥构成。半桥是两个电源开关（例如，MOSFET或IGBT）的串联，并且其连接至市电电源。在两个电源开关之间的中心点分接出半桥的输出电压。假设电源的负导轨处于零电压上，那么当上方开关接通而下方开关断开时，半桥能够提供正电压，并且当下方开关接通而上方开关断开时，半桥能够提供零点压。为了避免当发生从正电压到零电压或相反过程的变换时发生短路，需要在关闭第一开关之后在接通第二开关之前有特定等待时间。这一时间就是所谓的死时间。在这一死时间期间，输出电压不是由开关状态确定的而是取决于系统的输出电流和内部状态以及寄生效应。因而，存在由死时间诱发的特定有效电压误差，其能够妨碍控制性能，或者在最坏的情况下可能导致控制器不稳定。所需的死时间随着电源开关的切换时间的增大而增大，从而导致增大的有效电压误差。

其次，即使当电源开关接通时，也会发生跨越开关的端子的电压降。这一电压降非线性地依赖于开关电流，而且也会导致电压误差，该电压误差能够导致与死时间类似的问题。将这一误差称为正向电压，其随着开关电流的增大而增大。

用于补偿这些电压误差的现有技术方法采取高电感负载，使得电流在一个PWM周期内只是非常缓慢地变化。其提供了简单的补偿，因为电压误差受到在一个PWM周期内能够假定几乎恒定的电流的强烈影响。然而，梯度放大器的负载通常包括输出滤波器和梯度线圈。输出滤波器通常是LC滤波器，其降低干扰和纹波电流。尽管梯度线圈的电感非常高，但是滤波器电感通常很低，从而使跨越滤波器的电压损失最小化。对于变换器而言，这导致高度动态的负载电流，使得即使在一个PWM周期内，其也能够具有若干零交叉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于补偿梯度放大器的非线性的方法以及一种这样的用于对梯度线圈供电的梯度放大器，所述梯度放大器适于以低成本和高准确度为梯度线圈供电。

这一目的是通过独立权利要求实现的。在从属权利要求中给出了有利实施例。

具体而言，本发明提供了一种用于补偿对梯度线圈供电的梯度放大器的非线性的方法，所述梯度放大器包括可控全桥和输出滤波器，其中，所述全桥被控制以提供期望线圈电流，所述方法包括以下步骤：接收所述梯度放大器的期望占空比，测量所述输出滤波器的输入电流和输出电压，根据所述期望占空比以及测得的所述输入电流和测得的所述输出电压估计、调制器占空比，并且提供所述调制器占空比，以控制所述全桥。

本发明还提供了一种用于对梯度线圈供电的梯度放大器，所述梯度放大器包括：含有至少两个半桥的可控全桥，每一半桥具有至少两个串联的电源开关，其中，将每一半桥从其在所述两个电源开关之间的中心点分接出来，并且每一半桥具有连接至所述半桥的分接中心点的输出滤波器；用于提供所述梯度放大器的期望占空比的控制单元；用于根据上述方法提供调制器占空比作为所述期望占空比的补偿的补偿块；以及用于根据所述补偿单元提供的所述调制器占空比控制所述电源开关的调制器。

本发明还提供了一种计算机可读介质，例如，存储设备、软盘、压缩盘CD、数字通用盘DVD、蓝光盘或者随机存取存储器RAM，所述计算机可读介质含有令计算机执行上述方法的一组指令，本发明还提供了一种计算机可用介质的计算机程序产品，所述计算机可用介质包括计算机可用程序代码，其中，所述计算机可用程序代码用于执行上述方法。

本发明还提供了用于对梯度放大器控制软件进行更新以执行上述方法的软件包。