[发明专利]用于为MRI梯度线圈供电的电源转换器以及操作电源转换器的方法

说明书

技术领域

本申请涉及用于为磁共振(MR)检查系统的梯度线圈供电的电源转换器以及操作电源转换器以补偿电感不对称性的方法。

背景技术

在电源转换器领域中，已知的是采用允许电流的不同方向的配置在开关单元中的半导体开关。半导体开关由以可变占空比进行脉冲宽度调制的基础开关频率的开关脉冲控制。

在许多类型的电源转换器中，期望获得尽可能高的有效的脉冲宽度调制(PWM)频率。这样的高频率总体上有利于获得高反应速度(高带宽)以及准确的信号构造。另外，这样的高频率能够造成更小的电感和电容存储元件，从而减小系统尺寸、重量以及成本。

实际半导体电源开关具有针对每个开关事件的特定能量损耗的特征。该能量损耗取决于所使用的技术和材料(金属氧化物半导体(MOS)、双极型晶体管；硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN))、设备的额定电压以及电路状态；即，在开关事件前和后紧接施加的电压和电流。由于该能量损耗，半导体电源开关仅能够被理智地使用截至特定开关频率。对于可关断晶闸管(GTO)，该频率通常为几百赫兹(Hz)，对于中压的绝缘栅双极晶体管(IGBT)为几kHz，并且对于中压MOS场效应晶体管(MOSFET)为几十到几百kHz。这些不意味着是绝对数值。然而，超过标示级别的频率导致设备中的耗散增加，从而降低电路效率，以及进入不可工作的电路的极限。

交错多级电路提供了解决该设计问题的方法。在这种电路中，多个基本上相同的开关单元被并行和/或串行操作。单个开关单元被以相对于彼此的T_sw/N的时间偏移操作，其中T_sw是单个开关单元的开关周期时间，并且N是单元的数量。从而，显然的开关频率增加了N倍。每个单个开关单元以适度的开关频率操作并处理总功率的1/N，这允许模块化设计。

术语“交错”常用于并行操作的开关单元，即，系统的输出电流是单个开关单元的电流的N倍，然而，电压对于系统与开关单元而言是相同的。“多级”被用于使用单元电压的求和的系统，即，系统的输出电压是N倍大于单个单元的输出电压，但是开关单元电流是相等的。在图1中示出了两种电路拓扑结构的范例。

交错电源转换器的校正操作很大程度上取决于开关单元的对称性。这样，每单元的电感量对于获得理论上可能的功能是至关重要的。该电感量取决于分立的电感器的电学性质，所述电感量通常表现出在它们的正常值周围5％到10％的公差。另外，由于电路几何结构，诸如连接导线和汇流条的额外的电感量被引入到电路中，在大多数情况下不能在经济上合理的努力中使得这些额外的电感量在单元之间完全相等。

因此，对于高N值以合理的成本开发交错概念的全部潜能是不可能的。因此，需要克服由电路容差造成的不对称性的方法。在现有技术[1]下，已经建议基于纹波电流的幅值来选择激发开关单元的顺序。该方法造成基础开关频率的一些抑制，但总体上没有造成基础开关频率的完全湮没。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供具有对源于电源转换器固有的公差的电源转换器输出的基础开关频率部件的改进的补偿的电源转换器。

在本发明的一个方面中，该目的由用于为磁共振(MR)检查系统的梯度线圈供电的电源转换器完成，所述电源转换器包括：

多个基本上相同的开关单元，每个开关单元具有多个开关构件，所述多个开关构件被提供为在导通状态配置与基本上非导通状态配置之间切换，并且所述开关单元被提供为以至少基础开关频率并且以相对于彼此的预定时间关系切换；

脉冲控制单元，其被提供为通过将开关脉冲提供给开关单元的开关构件来控制开关单元的切换的预定时间关系；

其中，所述脉冲控制单元被提供为依据至少一个电学量来确定针对所述开关单元的切换的所述预定时间关系的校正，所述至少一个电学量每个是所述多个开关单元中的每个的电学量，并且所述脉冲控制单元被提供为根据所确定的校正来调节预定时间关系，使得电源转换器输出的至少一个电学量基本上在基础开关频率具有零幅值。

在本申请中使用的词组“电学量”应当被理解为具体包括电流、电压以及电阻。其还可以包括电流在特定频率或在各种频率的分量或电压或电阻在特定频率或在各种频率的分量，其中，“频率”可以包括频带内的离散频率以及中心频率。在该申请中使用的词组“基本上零幅值”应当被具体地理解为幅值相比于所述量在不同频率处的最大幅值小了至少20的因数，优选地至少50的因数。