[发明专利]用于MRI系统的混合型开关功率放大器及其控制方法

说明书

本申请公开了一种用于MRI系统的混合型开关功率放大器及其控制方法，其中混合型开关功率放大器包括：至少两个IGBT全桥，至少一个MOSFET全桥，控制IGBT全桥和MOSFET全桥输出的控制器；各个IGBT全桥的输出端、各个MOSFET全桥的输出端相互串联或并联混合拓扑。本申请这种用于MRI系统的混合型开关功率放大器采用IGBT功率开关管与MOSFET功率开关管的混合拓扑结构，与现有以IGBT或者MOSFET为单一开关管拓补的功率放大器比较，不仅电路简单，减少了开关器件，降低了电路成本；而且可以生成多个开关输出电平来合成所输出的电流，达到降低输出电流谐波成分。

技术领域

本申请涉及医学磁共振成像技术领域，具体涉及一种用于MRI(磁共振成像)系统的混合型开关功率放大器及其控制方法。

背景技术

在磁共振检查价格越来越亲民的现象背后，是磁共振成像系统的整体成本的明显降低。而作为磁共振成像系统三大件之一的梯度功率放大器，因为其结构复杂，功率大，可靠性要求高，近些年来，被称为磁共振系统国产化最后一道门槛。而降低这一系统关键部件的成本，同时提高它的效率，将成为这一行业近几年的首要努力目标之一。

目前使用在超导磁共振成像系统(大于1T磁场强度)上的功率结构主要是由中低压IGBT组成的级联式多电平逆变变换器结构。而使用在永磁磁共振成像系统(小于0.75T磁场强度)上的功率结构主要是由高压MOSFET组成的级联式多电平逆变变换器结构。

造成这种区分的主要原因为硅基半导体耐压差异所造成的问题及代价，而碳化硅SiC器件大规模替代现有硅基器件的时间还尚早。此种场景下IGBT一般会采用600V/1200V的耐压等级的器件，而MOSFET会根据具体级联结构，采用300V至650V不等的等级的器件。这两种器件的优劣势对比如下表：

一般在一种梯度放大器内，传统产品只会选取IGBT或者MOSFET其中的一种作为功率开关器件。然后再通过级联技术，使得其输出的波形具有低谐波含量，高电压等用户需要的特性。

如果使用了IGBT作为功率开关器件，则制造、设计成本会增加，开关速度会明显变慢，由原来MOSFET的100KHZ单级联变为约20KHZ左右。如果这时候系统设计者任然想要达到一个比较高的开关速度和比较低的谐波水平的话，则需要用多个H桥做级联输出。

如果使用了MOSFET作为功率开关器件，虽然开关速度会明显增加，但是，单个MOSFET在电流密度方面完全不能和载流能力数倍于它的IGBT相提并论。系统体积会明显处于劣势。随之而来的散热、占地面积等问题就会接踵而至。这都是设计者需要额外考虑的问题。

在采用传统级联方案的磁共振梯度放大器领域内，不管是采用MOSFET还是IGBT作为功率开关的拓补结构，总是要牺牲一方面的性能，来获得另外一方面的一些性能。

发明内容

本申请的目的是：针对现有技术的不足，提出一种用于MRI系统的混合型开关功率放大器及其控制方法，其混合使用IGBT与MOSFET功率开关器件，来改变现有技术使用单一MOSFET器件或者IGBT器件造成的不可避免的性能牺牲。

为了达到上述目的，本申请的技术方案是：

一种用于MRI系统的混合型开关功率放大器，包括：

至少两个IGBT全桥，

至少一个MOSFET全桥，以及

控制所述IGBT全桥和所述MOSFET全桥输出的控制器；

各个所述IGBT全桥的输出端、各个所述MOSFET全桥的输出端相互串联或并联混合拓扑。

本申请这种混合型开关功率放大器在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：