专利名称：梯度放大器、逆变器控制器、磁共振成像系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及梯度放大器，特别涉及一种对梯度放大器的控制机制进行改进的系统以及相关的控制方法，还涉及该梯度放大器中使用的逆变器控制器以及基于该梯度放大器的磁共振成像系统。
背景技术：
作为开关型变换器的一种，串联谐振变换器已在诸如通信，医疗，焊接等工业场合取得一定程度的应用。通常，串联谐振变换器在运作时，可以对从电源输入的电能进行调节转换，并将调节好的电能作用到负载，以供负载使用。该串联谐振变换器一般包括多个配置成半桥型或者全桥型架构的开关器件，该等开关器件在开关信号的作用下被开通或者关断，以执行能量调节变换。传统上，作为控制方式的一种，串联谐振变换器采用频率控制机制来控制串联谐振变换器的运行。也即，作用到开关器件的开关信号的频率相对串联谐振变换器中的振荡电路而言可以调节，以在串联谐振变换器的输出端获得期望的输出电压。然而，变动的开关信号频率会给与串联谐振变换器相关的磁性器件例如变压器以及滤波器等器件的设计带来困难。此外，当输入能量发生波动或者输出负载发生变化时，通过传统的控制机制可能很难获得理想的输出电压。进一步，当串联谐振变换器被用来给梯度放大器供电，梯度放大器输入的电压发生波动会使得梯度放大器的输出信号不稳定。因此，有必要提供改进的系统和方法来解决上述技术问题。
发明内容
有鉴于上述提及之技术问题，在一些实施方式中，本发明提供一种用于驱动梯度线圈的梯度放大器。该梯度放大器包括直流母线，逆变器以及逆变器控制器。该直流母线用于接收供电装置提供的直流电压。该逆变器连接于该直流母线，该逆变器被配置成接收该直流母线处的直流电压，并将该直流电压转换成作用到该梯度线圈的输出电压。该逆变器控制器连接于该逆变器，该逆变器控制器被配置成基于从该直流母线处检测到的直流母线电压反馈信号，期望在该直流母线处得到的标准直流电压信号，在该逆变器输出处检测到的输出电压反馈信号，以及期望在该逆变器输出处得到的参考输出电压信号产生控制信号，以控制该逆变器的运作。在一些实施方式中，上述提供的梯度放大器中，该逆变器控制器包括补偿单元。该补偿单元被配置成接收从该直流母线处测得的直流母线电压反馈信号，该补偿单元还被配
置成依据下面的公式提供补偿信号:CF = 其中，Uin是在该直流母线处测得的直流母
线电压反馈信号，Un是标准直流电压信号，其指示期望在该直流母线处得到的直流电压，CF是补偿号。在一些实施方式中，上述提供的梯度放大器中，该逆变器控制器进一步包括乘法元件。该乘法元件被配置成接收载波信号以及该补偿信号，该乘法元件还被配置成将该载波信号与该补偿信号相乘，以得到补偿的载波信号。在一些实施方式中，上述提供的梯度放大器中，该逆变器控制器进一步包括调节单元。该调节单元被配置成接收输出电压反馈信号以及参考输出电压信号，并根据该接收到的输出电压反馈信号以及参考输出电压信号产生调节信号。在一些实施方式中，上述提供的梯度放大器中，该调节单元包括第一求和元件，积分元件，比例元件，微分元件，第二求和元件。该第一求和元件被配置成接收该输出电压反馈信号和该参考输出电压信号，该第一求和兀件还被配置成产生代表该参考输出电压信号和输出电压反馈信号之间差值的输出电压偏差信号。该积分元件被配置成接收由该第一求和元件提供的输出电压偏差信号，并根据该输出电压偏差信号产生第一调节信号。该比例元件被配置成接收由该第一求和元件提供的输出电压偏差信号，并根据该输出电压偏差信号产生第二调节信号。该微分元件被配置成接收由该第一求和元件提供的输出电压偏差信号，并根据该输出电压偏差信号产生第三调节信号。该第二求和元件被配置成接收该第一调节信号，第二调节信号以及第三调节信号，并将该第一调节信号，第二调节信号以及第三调节信号相加，以得到复合调节信号。在一些实施方式中，上述提供的梯度放大器中，该逆变器控制器进一步包括调制单元。该调制单元连接于该补偿单元以及该调节单元，该调制单元被配置成接收该补偿的载波信号以及该调节信号，并进一步被配置成比较该补偿的载波信号以及调节信号以产生该控制信号。在一些实施方式中，本发明还提供一种用于控制逆变器运作的逆变器控制器，该逆变器用于接收直流母线提供的直流电压，并将接收的直流电压转换成输出电压。该逆变器控制器包括补偿单元，调节单元以及调制单元。该补偿单元被配置成接收该直流母线处的直流电压反馈信号和期望在该直流母线处得到的标准直流电压信号，并根据该直流电压反馈信号和标准直流电压信号产生补偿信号。该调节单元被配置成接收该逆变器输出端检测到的输出电压反馈信号和期望在该该逆变器输出端得到的参考输出电压信号，并根据该输出电压反馈信号和参考输出电压信号产生调节信号。该调制单元被配置成接收该补偿信号和调节信号，并至少根据该补偿信号和调节信号产生作用到该逆变器的控制信号。在一些实施方式中，本发明还提供一种控制梯度放大器运行以驱动梯度线圈的方法。该方法至少包括如下步骤接收代表作用到该梯度放大器的直流母线处的输入直流电压的直流电压反馈信号；根据该直流电压反馈信号和标准直流电压信号产生补偿信号，其中该标准直流电压信号代表期望在该梯度放大器的直流母线处获得的直流电压；接收输出电压反馈信号和参考输出电压信号；根据该输出电压反馈信号和该参考输出电压信号产生调节信号；以及至少基于该补偿信号以及调节信号产生作用到该梯度放大器的逆变器的控制信号，以控制该逆变器的运作。在一些实施方式中，本发明还提供一种具有改进的梯度放大器的磁共振成像系统。该磁共振成像系统包括主磁体，梯度线圈，梯度放大器以及谐振电源，其中，该主磁体用于产生主磁场；该梯度线圈用于在选定的梯度轴上将梯度磁场作用到主磁�。桓锰荻确糯笃饔糜谇锰荻认呷Σ锰荻却懦。桓锰荻确糯笃靼ㄖ绷髂赶撸姹淦饕约澳姹淦骺刂破鳎渲校弥绷髂赶哂糜诮邮展┑缱爸锰峁┑闹绷鞯缪梗桓媚姹淦髁佑诟弥绷髂赶撸媚姹淦鞅慌渲贸山邮崭弥绷髂赶叽Φ闹绷鞯缪梗⒔弥绷鞯缪棺怀勺饔玫礁锰荻认呷Φ氖涑龅缪梗桓媚姹淦骺刂破髁佑诟媚姹淦鳎媚姹淦骺刂破鞅慌渲贸苫诖痈弥绷髂赶叽觳獾降闹绷髂赶叩缪狗蠢⌒藕牛谕诟弥绷髂赶叽Φ玫降谋曜贾绷鞯缪剐藕牛诟媚姹淦魇涑龃觳獾降氖涑龅缪狗蠢⌒藕牛约捌谕诟媚姹淦魇涑龃Φ玫降牟慰际涑龅缪剐藕挪刂菩藕牛钥刂聘媚姹淦鞯脑俗�。本发明提供的梯度放大器，逆变器控制器以及控制逆变器运作的方法以及基于梯度放大器的磁共振系统，在输入电压产生波动时，产生补偿信号，并利用补偿信号控制逆变器的运作，以消除输入电压所产生的波动给输出信号带来的影响。
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中图1所示为磁共振成像系统子系统的一种实施方式的�？槭疽馔�。图2所示为图1所示的谐振电源的一种实施方式的示意图。图3所示为图1所示的谐振电源的另一种实施方式的示意图。图4所示为在图2和图3所示的谐振电源中存在的一种实施方式的各种波形之间的时序关系不意图。图5所示为图2所示的变换器控制器的一种实施方式的详细控制框图。图6所示为图3所示的变换器控制器的一种实施方式的详细控制框图。图7所示为图2或者图3所示的变换器控制器的另一种实施方式的详细控制框图。图8所示为图2或者图3所示的变换器控制器的又一种实施方式的详细控制框图。图9所示为图1所示的梯度放大器的一种实施方式的示意图。图10所示为在图9所示的逆变器控制器中执行的一种实施方式的详细控制框图。图11所示为磁共振成像系统的一种实施方式的示意框图。
具体实施例方式本发明揭露的一个或者多个实施方式涉及向负载提供调节电能的电源。更具体而言，该电源为一种串联谐振变换器(series resonant converter)类型的电源,其可以应用在磁共振成像系统(magnetic resonance system)中，并被设置成向梯度放大器供电，以使得该梯度放大器可以驱动梯度线圈产生梯度磁�。奖愀么殴舱癯上裣低辰谐上�。特别地，该串联谐振变换器使用定频(fixed frequency)控制算法对输入的电能进行调节和变换。在此所谓的“定频控制算法”是指在串联谐振变换器中使用的开关器件，其开关频率即便输入电压发生波动或者调节后的输出电压遭遇瞬态状况时，被维持在恒定的频率值。在一些实施方式中，通过调节驱动开关器件的开关信号之间的相位差或者相位延迟来实现电压的调节控制。为了使得串联谐振变换器能够快速响应负载侧的瞬态状况，该“定频控制算法”具体被设计成两个控制回路。其中第一个控制回路为平均轨迹半径控制回路，第二个控制回路为电压控制回路。该平均轨迹半径控制回路也为控制内环，其可以被设计成具有较大的带宽，以使得该串联谐振变换器可以快速响应负载侧发生的瞬态状况并且可以消除由于输出电压波动而受到的影响。该电压控制回路也为控制外环，其用于根据电压指令信号调节输出电压。在一些实施方式中，可以进一步设置或者可选地设置过电压保护机制或者过电流保护机制以保护该串联谐振变换器所遇到的过电压问题或者过电流问题。可以理解的是，通过设置过电压保护机制或者过电流保护机制，可以在不关闭电源的情况下，给串联谐振变换器的运作提供软保护机制，以使得谐振电源更稳定的工作。此外，本发明揭露的一个或者多个实施方式涉及驱动梯度线圈的梯度放大器。特别地，通过补偿信号来补偿输入电压所产生的电压波动。以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式
。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”或者“电路系统”以及“控制器”等可以包括单一组件或者由多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片，以提供所对应描述的功能。首先请参阅图1，图1所示为磁共振成像系统中子系统20的一种实施方式的�？槭疽馔�。在一种实施方式中，该子系统20包括谐振电源100，其用于接收从外接电源(图未示出)输入的电能102，并将输入电能102调节变换成输出电能104。该输出电能104被提供给梯度放大器400，以使得该梯度放大器400可以驱动一个或者多个梯度线圈600 (例如，三个轴向上的梯度线圈)产生梯度磁场602，以方便该磁共振成像系统进行成像。在一种实施方式中，该谐振电源100包括串联谐振变换器，其在运作时可以将直流电压形式的未处理输入电能102调节变换成处理后的直流电压形式的输出电能104。需要指出的是，从本领域或者相关领域普通技术人员的角度来看，图1仅仅概括性地描述了该谐振电源100一种应用，以向系统中的一个或者多个元件供电，然而，这样的描述不应当理解为只将本发明限制在磁共振成像系统中，实际上，这里描述的谐振电源100可以被合理地应用到其他相关的场合，例如，通信，医疗，以及焊接等等。请参阅图2,图2所示为图1所示的谐振电源100的一种实施方式的示意图。概括而言，在图2所示的实施方式中，该谐振电源100包括开关级110，谐振电路120，隔离变压器136，输出级130以及变换器控制器140。该开关级110经由两个输入端口 105，106接收输入直流电压102，并在变换器控制器140发送的控制信号的作用下，选择性地提供直流电压102给谐振电路120。该隔离变压器136被提供来对谐振电路120与输出级130进行电气隔离。该隔离变压器136包括初级绕组138和次级绕组142。该初级绕组138连接于该谐振电路120，而该次级绕组142连接于该输出级130。该输出级130经由两个输出端口152，154输出调节后的直流电压157，以将其作用到负载156。在一种实施方式中，该负载156为如图1所示的梯度放大器400。在一种实施方式中，该开关级110被设置成全桥型架构，其包括四个开关元件108，112，114，116 和四个二极管 118，122，124，126。该四个开关元件 108，112，114，116 可以是任何合适的固态半导体开关器件，例如，绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor, IGBTs)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Sem1-conductorField Effect Transistors，MOSFETs)。每一个二极管 118，122，124，126 分别以反并联方式与每一个开关元件108，112，114，116相连接。第一开关元件108和第二开关元件112被串接在第一桥臂111中，该第一桥臂111可以被称为滞后桥臂。第三开关元件114和第四开关元件116被串接在第二桥臂121，该第二桥臂121可以被称为超前桥臂。在此所谓的“超前”是指在相应桥臂中的开关元件在一个开关周期内最先改变其开关状态。在此所谓的“滞后”是指在相应桥臂中的开关元件在一个开关周期内相对超前桥臂中的开关元件，经过一定的相位延迟后再改变其开关状态。在一些实施方式中，例如，将结合图2所作详细描述，滞后桥臂111中的两个开关元件108，112以互补的方式运作，也即，当第一开关元件108开通时，该第二开关元件112关断。类似地，超前桥臂121中的两个开关元件114，116也以互补的方式运作。在其他实施方式中，该开关级110也可以采用半桥型架构以及任何其他合适的为本领域普通技术人员所知的拓扑架构。请继续参阅图2，在一种实施方式中，该谐振电路120连接在第一结点(A) 109和第二结点(B) 115之间，其中，第一结点109为第一开关元件108和第二开关元件112之间的连接点，第二结点115为第三开关元件114和第四开关元件116之间的连接点。在一种实施方式中，该谐振电路120包括谐振电感132，谐振电容134。该谐振电感132和谐振电容134以串接的方式与隔离变压器136的初级绕组138连接在第一结点109和第二结点115之间。请继续参阅图2，在一种实施方式中，输出级130包括由二极管器件构成的全桥整流器114，该全桥整流器114连接于该隔离变压器136的次级绕组142。该全桥整流器144被配置成对次级绕组142产生的电压进行整流处理。该输出级130进一步包括与该全桥整流器144并联连接的输出电容146。该输出电容146运作时具有低通滤波器的功能，以滤除经全桥整流器144产生的直流电压中的波动信号。可以理解的是，在其他实施方式中，该输出级130也可以在具体实施时省去该输出电容146。请继续参阅图2，该变换器控制器140与多个信号探测器或者传感器连接，以用于检测并监控串联谐振变换器100特别是谐振电路120的多个状态变量。该变换器控制器140进一步与开关级110连接，以提供开关信号182，184，186，188给开关级110中的开关元件108，112，114，116，并控制该等开关元件的开关动作。在一种实施方式中，该变换器控制器140通过执行轨�？刂�(trajectory control)算法,根据所检测到的状态变量以及指令信号产生该开关信号182，184，186，188。在此所谓的“轨�？刂啤笔侵父菁觳獾母髦肿刺淞烤龆ù痴癖浠黄鞯乃彩弊刺�。在一种实施方式中，上述的状态变量包括流经谐振电感132的谐振电感电流，在谐振电容134处的谐振电容电压，以及隔离变压器136初级绕组138处的初级电压。该谐振电感电流可以通过电流传感器192来检测，其提供谐振电感电流信号168给变换器控制器140。该谐振电容电压可以通过第一电压传感器194来检测，其提供谐振电容电压信号172给变换器控制器140。该初级电压可以通过第二电压传感器196来检测，其提供初级电压信号174给变换器控制器140。该变换器控制器140进一步接收通过电压传感器158检测到的输出电压反馈信号162以及电压指令信号164以控制串联谐振变换器100的运行，其中，输出电压反馈信号162为作用到负载156的输出电压。请参阅图3，其所示为图1所示的谐振电源的另一种实施方式的示意图。在此可替换的实施方式中，上述的状态变量包括流经谐振电感132的谐振电感电流，在谐振电容134处的谐振电容电压，以及谐振变换器100的输出电压。图3所示的示意图基本与图2所示的示意图相类似。其中一个不同之处为，图3省去了用于检测隔离变压器136初级绕组138电压的电压传感器196。在此可替换的实施方式中，该变换器控制器140根据检测到的谐振电感电流信号168,谐振电容电压信号172,电压反馈信号162以及电压指令信号164产生分别用于驱动开关元件108，112，114，116的开关信号182，184，186，188。在一种实施方式中，该电压反馈信号162为在负载156处所检测到的电压信号，在其他实施方式中，该电压反馈信号162也可以为在隔离变压器136的次级绕组142处检测到的电压信号。图4所示为在图2和图3所示的谐振电源中存在的一种实施方式的各种波形之间的时序关系示意图。如图4所示，第一波形182和第二波形184所示为分别驱动在滞后桥臂111中第一开关元件108和第二开关元件112的开关信号波形图。在一种实施方式中，该第一波形182和第二波形184被同步成互补方式动作，也即，当第一波形182为开通状态时，第二波形184为关断状态；而当第一波形182为关断状态时，第二波形184为开通状态。类似地，第三波形186和第四波形188所示为分别驱动超前桥臂121中第三开关元件114和第四开关元件116的开关信号波形图。该第三波形186和第四波形188也以互补方式动作，也即，当第三波形186为开通状态时，第四波形188为关断状态；而当第三波形186为关断状态时，第四波形188为开通状态。特别地，第三波形186和第四波形188相对第一波形182和第二波形184具有可以调节的相位差或者相位延迟193 (Alpha)。图4还进一步示出了在第一结点109和第二结点115之间的电压波形图189以及流经谐振电路120中谐振电感132的谐振电流的电流波形图191。在一种实施方式中，如图4所示，第一结点109和第二结点115之间的电压波形189呈现出三个电压值，正值输入电压102，零电压，负值输入电压102。在一种实施方式中，如图4所示，流经谐振电感132或者谐振电路120的谐振电流以接近正弦的形式在变化，并且运行在电流断续模式。在一种实施方式中，图2或者图3所示的串联谐振变换器100通过移相方式控制时，具有六个工作模式。请进一步结合参阅2和图3，在第一模式下，第一开关元件108和第四开关元件116处于开通状态，此时，第一结点109和第二结点115之间的电压等于输入直流电压102的正值，流经谐振电感132的谐振电流以接近正弦的方式逐渐增加。当谐振电流增加到最大值时，进入第二模式。在第二模式下，第一开关元件108被关断，而第四开关元件118仍然被维持在开通状态，并且二极管122 (D2)处于导通状态，以使得电流在闭合回路中流动。在此第二模式下，第一结点109和第二结点115之间的电压降为零，并且流经谐振电感132的电流以接近正弦的方式下降。在谐振电流降为零以后，该四个开关元件108，112，114，116的开关状态在一定的时间范围内维持不变，以将谐振电流维持为零一段时间，此状态可以被称为第三模式，也即，串联谐振变换器100工作在电流断续模式。此后，串联谐振变换器100进入第四模式。此时，第二开关元件112和第三开关元件114处于开通状态，而第一结点109和第二结点115之间的电压等于输入直流电压102的负值，同时流经谐振电感132的谐振电流以接近正弦的方式在相反的方向逐渐增加。当谐振电流在反方向增加到最大值时，进入第五模式。在第五模式下，第二开关元件112被关断，而第三开关元件114仍然被维持在开通状态，并且二极管124(D3)处于导通状态，以使得电流在闭合回路中流动。在此第五模式下，第一结点109和第二结点115之间的电压降为零，并且流经谐振电感132的电流以接近正弦的方式变化为零。在谐振电流变化为零以后，该四个开关元件108，112，114，116的开关状态在一定的时间范围内维持不变，以将谐振电流维持为零一段时间，此状态可以被称为第六模式，也即，串联谐振变换器100仍然工作在电流断续模式。图5所示为图2所示的变换器控制器140的一种实施方式的详细控制框图。图5所示的各种功能�？榭梢酝ü布男问嚼词迪郑部梢酝ü砑男问嚼词迪郑蛘咄ü布岷先砑男问嚼词迪帧Ｔ谑导实挠τ弥校帽浠黄骺刂破�140可以通过微控制器来执行，也可以通过数字信号处理器(digital signal processor,DSP)来执行。该变换器控制器140可以为比例积分控制器，比例控制器，状态空间控制器，非线性控制器，或者任何其他合适的控制器。基本而言，图5所示的控制框图包括两个控制环路，也即，控制外环210和控制内环220。该控制外环210是一个电压环，其被设计成根据电压指令信号以及反馈电压，调节输出串联谐振变换器100的输出电压或者作用到负载的电压。更具体而言，该变换器控制器140包括求和元件202，该求和元件202被配置成接收谐振变换器100的输出级130的输出电压反馈信号162，并接收指示希望在串联谐振变换器100的输出级130获得的输出电压的电压指令信号204。该求和元件202将该电压指令信号204与该输出电压反馈信号162相减，并得到电压误差信号206。经过相减获得的电压误差信号206被提供给电压调节器208，以用于产生轨迹半径指令信号212，以在稳态运行时将电压误差信号206调节到零。控制内环220为平均轨迹半径控制环路，该控制环路被设计成根据轨迹半径指令信号212调节实际轨迹半径信号。该轨迹半径指令信号212代表期望通过串联谐振变换器100传输给负载的能量。更具体而言，该变换器控制器140包括处理�？�252，该处理�？�252用于根据检测到的谐振电感电流信号168，谐振电容电压信号232以及初级侧电压信号233计算实际的轨迹半径。请进一步参阅图5，在一种实施方式中，该处理�？�250包括平均值计算单元234以及与该平均值计算单元234相连接的轨迹半径计算单元242。该平均值计算单元234被配置接收谐振电感电流信号168，谐振电容电压信号232以及初级侧电压信号233，并藉此计算接收到的谐振电感电流信号168，谐振电容电压信号232以及初级侧电压信号233的平均值。谐振电容电压232随时间变化的函数可以表述为如下的公式:
权利要求
1.一种用于驱动梯度线圈的梯度放大器，其特征在于:该梯度放大器包括:直流母线，逆变器以及逆变器控制器，其中，该直流母线用于接收供电装置提供的直流电压；该逆变器连接于该直流母线，该逆变器被配置成接收该直流母线处的直流电压，并将该直流电压转换成作用到该梯度线圈的输出电压；该逆变器控制器连接于该逆变器，该逆变器控制器被配置成基于从该直流母线处检测到的直流母线电压反馈信号，期望在该直流母线处得到的标准直流电压信号，在该逆变器输出处检测到的输出电压反馈信号，以及期望在该逆变器输出处得到的参考输出电压信号产生控制信号，以控制该逆变器的运作。
2.如权利要求1所述的梯度放大器，其特征在于:该逆变器控制器包括补偿单元，其中，该补偿单元被配置成接收从该直流母线处测得的直流母线电压反馈信号，该补偿单元还被配置成依据下面的公式提供补偿信号:
3.如权利要求2所述的梯度放大器，其特征在于:该逆变器控制器进一步包括乘法元件，该乘法元件被配置成接收载波信号以及该补偿信号，该乘法元件还被配置成将该载波信号与该补偿信号相乘，以得到补偿的载波信号。
4.如权利要求3所述的梯度放大器，其特征在于:该逆变器控制器进一步包括调节单元，该调节单元被配置成接收输出电压反馈信号以及参考输出电压信号，并根据该接收到的输出电压反馈信号以及参考输出电压信号产生调节信号。
5.如权利要求4所述的梯度放大器，其特征在于:该调节单元包括: 第一求和元件，该第一求和元件被配置成接收该输出电压反馈信号和该参考输出电压信号，该第一求和兀件还被配置成产生代表该参考输出电压信号和输出电压反馈信号之间差值的输出电压偏差信号； 积分元件，该积分元件被配置成接收由该第一求和元件提供的输出电压偏差信号，并根据该输出电压偏差信号产生第一调节信号； 比例元件，该比例元件被配置成接收由该第一求和元件提供的输出电压偏差信号，并根据该输出电压偏差信号产生第二调节信号； 微分元件，该微分元件被配置成接收由该第一求和元件提供的输出电压偏差信号，并根据该输出电压偏差信号产生第三调节信号； 第二求和元件，该第二求和元件被配置成接收该第一调节信号，第二调节信号以及第三调节信号，并将该第一调节信号，第二调节信号以及第三调节信号相加，以得到复合调节信号。
6.如权利要求4所述的梯度放大器，其特征在于:该逆变器控制器进一步包括调制单元，该调制单元连接于该补偿单元以及该调节单元，该调制单元被配置成接收该补偿的载波信号以及该调节信号，并进一步被配置成比较该补偿的载波信号以及调节信号以产生该控制信号。
7.—种控制梯度放大器运行以驱动梯度线圈的方法，其特征在于:该方法至少包括如下步骤:接收代表作用到该梯度放大器的直流母线处的输入直流电压的直流电压反馈信号；根据该直流电压反馈信号和标准直流电压信号产生补偿信号，其中该标准直流电压信号代表期望在该梯度放大器的直流母线处获得的直流电压； 接收输出电压反馈信号和参考输出电压信号； 根据该输出电压反馈信号和该参考输出电压信号产生调节信号；以及至少基于该补偿信号以及调节信号产生作用到该梯度放大器的逆变器的控制信号，以控制该逆变器的运作。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于:其中产生补偿信号的步骤包括:依据下面的公式提供补偿信号
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于:该方法还包括如下步骤:将该补偿信号与载波信号相乘以得到补偿的载波信号。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于:该方法还包括如下步骤: 比较该补偿的载波信号与该调节信号；以及 根据该补偿的载波信号与该调节信号之间的比较结果产生控制信号。
11.一种逆变器控制器，其用于控制逆变器运作，该逆变器被配置成接收直流母线提供的直流电压，将接收的直流电压转换成输出电压，其特征在于:该逆变器控制器包括:补偿单元，调节单元以及调制单元，该补偿单元被配置成接收该直流母线处的直流电压反馈信号和期望在该直流母线处得到的标准直流电压信号，并根据该直流电压反馈信号和标准直流电压信号产生补偿信号，该调节单元被配置成接收该逆变器输出端检测到的输出电压反馈信号和期望在该该逆变器输出端得到的参考输出电压信号，并根据该输出电压反馈信号和参考输出电压信号产生调节信号，该调制单元被配置成接收该补偿信号和调节信号，并至少根据该补偿信号和调节信号产生作用到该逆变器的控制信号。
12.如权利要求11所述的逆变器控制器，其特征在于:该被配置成依据下面的公式提供补偿信号:
13.如权利要求12所述的逆变器控制器，其特征在于:该调制单元被配置成接收载波信号并将该接收的载波信号与该补偿信号相乘，以得到补偿的载波信号，该调制单元还被配置成将该补偿的载波信号与该调节信号相比较，以产生该作用到该逆变器的控制信号。
14.一种磁共振成像系统，其特征在于:该磁共振成像系统包括:主磁体，梯度线圈以及梯度放大器，其中，该主磁体用于产生主磁场；该梯度线圈用于在选定的梯度轴上将梯度磁场作用到主磁�。桓锰荻确糯笃饔糜谇锰荻认呷Σ锰荻却懦。锰荻确糯笃靼�:直流母线，逆变器以及逆变器控制器，其中，该直流母线用于接收供电装置提供的直流电压；该逆变器连接于该直流母线，该逆变器被配置成接收该直流母线处的直流电压，并将该直流电压转换成作用到该梯度线圈的输出电压；该逆变器控制器连接于该逆变器，该逆变器控制器被配置成基于从该直流母线处检测到的直流母线电压反馈信号，期望在该直流母线处得到的标准直流电压信号，在该逆变器输出处检测到的输出电压反馈信号，以及期望在该逆变器输出处得到的参考输出电压信号产生控制信号，以控制该逆变器的运作。
15.如权利要求14所述的磁共振成像系统，其特征在于:该逆变器控制器包括补偿单元，其中，该补偿单元被配置成接收从该直流母线处测得的直流母线电压反馈信号，该补偿单元还被配置成依据下面的公式提供补偿信号:
16.如权利要求14所述的磁共振成像系统，其特征在于:该逆变器控制器进一步包括乘法元件，该乘法元件被配置成接收载波信号以及该补偿信号，该乘法元件还被配置成将该载波信号与该补偿信号相乘，以得到补偿的载波信号。
17.如权利要求16所述的磁共振成像系统，其特征在于:该逆变器控制器进一步包括调制单元，该调制单元连接于该补偿单元以及该调节单元，该调制单元被配置成接收该补偿的载波信号以及该调节信号，并进一步被配置成比较该补偿的载波信号以及调节信号以产生该控制信号。
全文摘要
本发明揭示一种用于驱动梯度线圈的梯度放大器。该梯度放大器包括直流母线，逆变器以及逆变器控制器。直流母线接收供电装置提供的直流电压。逆变器将直流电压转换成作用到梯度线圈的输出电压。逆变器控制器基于从直流母线处检测到的直流母线电压反馈信号，期望在该直流母线处得到的标准直流电压信号，在逆变器输出处检测到的输出电压反馈信号，以及期望在该逆变器输出处得到的参考输出电压信号产生控制信号，以控制该逆变器的运作。本发明还揭示控制梯度放大器运作的方法以及磁共振成像系统。
文档编号G01R33/20GK103076580SQ20111032661
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者许飞, 马涛, 陆熙, 邬心慧, 施贻蒙, 朱鹏程, 加伦.莫里斯, 胡安.萨贝德, 杰弗里.斯劳尼克 申请人:通用电气公司
专业数控铣床产品供应商
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