[实用新型]一种高压大电流小纹波梯度放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种梯度放大器，用于产生和控制磁共振成像系统内的梯度线圈中的脉冲电流。

背景技术

梯度系统是指与梯度磁场有关的一切电路单元。它的功能是为系统提供线性度和精度满足要求的、可快速开关的梯度场，以便动态地修改主磁场，实现成像体素的空间定位。梯度系统由梯度波形发生器产生控制信号作为梯度放大器的输入，梯度放大器的电流输出驱动三组梯度线圈，在成像空间内产生梯度场，给出成像部位的空间坐标，使图像中各像素与人体成像部位一一对应。

梯度系统包括梯度波形发生器、梯度放大器和负载（梯度线圈）三部分。现阶段普遍使用的梯度放大器，都采用单一的高压功率变换结构。现期乃至一段时间内，高压功率器件无法实现高频率开关，随着高压电压要求的不断升高，单一的高压功率变换结构，无法实现短建立时间和低纹波电流兼得。同时，这种单一高压功率转换拓扑结构的实现方式，随着高压电压越高，体积和成本越高，并且无法最大程度优化梯度系统的性能，无法使系统的性能发挥到极致。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足之处，本实用新型提出一种高压大电流小纹波梯度放大器。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种高压大电流小纹波梯度放大器，信号处理及控制部分的输出端连接高压功率变换部分和低压功率变换部分，高压功率变换部分和低压功率变换部分的输出端均连接低通滤波部分，其中，

信号处理及控制部分，用于对输入的梯度控制信号和来自传感器的反馈信号进行处理，输出PWM控制信号，并根据梯度控制信号和/或反馈信号的特征选通高压功率变换部分或低压功率变换部分；

高压功率变换部分，用于将高压电压转换为高压脉冲；接收PWM控制信号，输出高压脉冲至低通滤波部分；

低压功率变换部分，用于将低压电压转换为低压脉冲；接收PWM控制信号；输出低压脉冲至低通滤波部分；

低通滤波部分，用于完成高压脉冲/低压脉冲到负载两端电压差的转换，输出至负载。

所述信号处理及控制部分包括：

输入信号处理模块，用于对梯度控制信号进行整形、前馈处理；输入端接收来自梯度波形发生器的梯度控制信号；将处理完成后的信号输出到信号处理单元和特征识别模块；

反馈信号处理模块，用于对来自传感器的反馈信号进行滤波放大，生成反馈信号，所述反馈信号输出至信号处理单元和特征识别模块；

特征识别模块，用于接收输入信号处理模块输出的信号和/或反馈信号处理模块的反馈数据，对接收到的数据进行信号特征识别，输出特征识别信号到信号处理单元；

信号处理单元，用于完成PID控制、识别信息处理、通路开关控制、PWM数据生成功能；输出优化的PWM数据和通路开关控制数据至高压功率变换部分和低压功率变换部分。

当所述梯度控制信号和/或来自传感器的反馈信号为模拟信号时，所述信号处理及控制部分通过ADC将其转换为数字信号。

所述信号处理及控制部分根据特征识别信号选通高压功率变换部分和低压功率变换部分中的一个。

所述特征识别信号用于识别梯度控制信号和/或反馈信号是边沿过程或平稳过程。

所述低压功率变换部分中串联开关器件，用于通路通断的转换。

所述高压功率变换部分中串联开关器件，用于通路通断的转换。

所述高压功率变换部分包括一组或多组全桥功率变换器。

所述低压功率变换部分包括一组或多组全桥功率变换器。

所述信号处理及控制部分输出的优化的PWM控制信号，根据输出指向的功率变换部分，进行相应频率的PWM控制。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型采用高压功率变换和低压功率变换相结合的拓扑设计；本实用新型设计的梯度放大器，将实现短建立时间的高压功率变换和实现低纹波的低压功率变换分别进行设计，能够降低硬件成本，简化整体设计难度。

2.本实用新型根据特征识别信息，选择高压功率变换或低压功率变换，实现短建立时间和低纹波，提升系统效率，最大程度优化梯度系统性能。

附图说明

图1是本实用新型的基本结构框图；

图2是本实用新型的信号处理及控制部分结构框图；

图3是本实用新型的高压功率变换部分带可选通路开关的基本结构框图；

图4是本实用新型的可扩展的两组功率变换部分的结构框图；

图5是本实用新型的可扩展的多电感滤波部分的结构框图；

图6是本实用新型的信号处理单元的结构框图。

具体实施方式