梯度电源驱动级电路、梯度电源系统及其控制方法与流程

本发明涉及电源技术，特别涉及一种梯度电源驱动级电路、梯度电源系统及其控制方法。

背景技术：

核磁共振成像(MRI)技术，具有信息量大，多方位成像以及高分辨率等诸多优点，因此自1980年首次应用以来，MRI技术得到了飞速发展，并已被作为临床疾病诊断的重要手段之一而得到广泛应用。

梯度电源作为MRI成像仪的重要组件之一，用于激励MRI成像仪中的梯度线圈，产生磁场梯度，以提供位置信息。为了减少成像时间并保证成像质量，MRI系统要求短时间内在线圈中建立高分辨率、高精度、稳定的强磁场。因此，梯度电源需要具有输出高电压以及高精度大电流的能力。其中，核磁共振仪中的梯度线圈通常为长2m，直径90cm的空心电感。为了尽可能缩短建立磁场时间，在建立磁场时，要求线圈中的电流有较大的变化率，使电感中的电流可以快速达到设定值；而在磁场建立后，需要在线圈中精确稳定地维持所需的大电流值，此时的电流变化率较低。以图1中典型的梯度线圈激励电流波形为例，即梯形波，建立磁场的过程对应于梯形波中上升阶段和下降阶段，此阶段电流变化率极高，在磁场建立完成后，电流以极高精度，稳定地保持在设定值，此时电流变化率极低。因此，用于激励梯度线圈的梯度电源，需要具有输出高电压能力，以得到较高的电流变化率，同时要有在低输出电压下，维持输出高精度大电流的能力。

目前市场中的梯度电源普遍采用全桥变换器技术。受制于硅基器件的特性，绝大部分梯度电源驱动级使用高、低压桥串联的结构，但此种结构具有发热不均衡，器件利用率低，可靠性差，系统复杂不易扩展等缺点。

技术实现要素：

本发明提供一种梯度电源驱动级电路、梯度电源系统及其控制方法。

根据本发明的第一方面，提供一种梯度电源驱动级电路，包括：梯度线圈和多个梯度驱动器模块，所述多个梯度驱动器模块电气连接并形成一输出端，所述输出端与所述梯度线圈电气连接，其中每个梯度驱动器模块包括并联连接的前级电源和桥式放大器，所述多个梯度驱动器模块的前级电源的输出电压相同，每个所述梯度驱动器模块用于在所述梯度线圈上提供一感性压降和一阻性压降。

其中，所述多个梯度驱动器模块的拓扑相同。

其中，所述多个梯度驱动器模块的控制信号接口相同。

其中，所述多个梯度驱动器模块的前级电源为隔离式或非隔离式电路。

其中，所述多个梯度驱动器模块的前级电源为DC/DC或AC/DC电路。

其中，所述多个梯度驱动器模块的前级电源为隔离式DC/DC电路。

在一个实施例中，每个桥式放大器包括一个全桥电路，每个全桥电路由四个开关组件组成；其中，每个全桥电路的第一开关组件的第二端与第二开关组件的第一端相连构成第一桥臂，并且其连接点为第一桥臂中点；第一全桥电路的第三开关组件的第二端与第四开关组件的第一端相连构成第二桥臂，并且其连接点为第二桥臂中点；第一开关组件的第一端与第三开关组件的第一端电气连接到前级电源的第一输出端，第二开关组件的第二端和第四开关组件的第二端电气连接到前级电源的第二输出端；其中，所述多个梯度驱动器模块的全桥电路是串联的，每个全桥电路的第一桥臂中点串联连接到下一全桥电路的第二桥臂中点，并且串联的第一全桥电路的第二桥臂中点电气连接到所述梯度线圈的第一端，最后一个全桥电路的第一桥臂中点电气连接到所述梯度线圈的第二端。

在一个实施例中，所述梯度电源驱动级电路包括至少一个耦合电感，每个所述桥式放大器包括第一全桥电路和第二全桥电路，所述第一全桥电路与所述第二全桥电路并联连接，所述第一全桥电路和第二全桥电路均由四个开关组件组成；其中，每个全桥电路的第一开关组件的第二端与第二开关组件的第一端相连构成第一桥臂，并且其连接点为第一桥臂中点；第一全桥电路的第三开关组件的第二端与第四开关组件的第一端相连构成第二桥臂，并且其连接点为第二桥臂中点；其中，在每个桥式放大器中，第一全桥电路和第二全桥电路并联连接，它们的第一开关组件的第一端与第三开关组件的第一端均电气连接到前级电源的第一输出端，第二开关组件的第二端和第四开关组件的第二端均电气连接到前级电源的第二输出端；其中，在每个桥式放大器中，第一全桥电路的第一桥臂中点通过一第一耦合电感的第一绕组和第二绕组电气连接到第二全桥电路的第一桥臂中点，第一耦合电感的第一绕组和第二绕组的连接点为该桥式放大器对应的第一接出口，第一全桥电路的第二桥臂中点通过一第二耦合电感的第一绕组和第二绕组电气连接到第二全桥电路的第二桥臂中点，第二耦合电感的第一绕组和第二绕组的连接点为该桥式放大器对应的第二接出口；并且其中，所述多个梯度驱动器模块的桥式放大器是串联连接的，每个桥式放大器对应的第二接出口连接到下一个桥式放大器对应的第一接出口，并且串联的第一个桥式放大器对应的第一接出口电气连接到所述梯度线圈的第一端，串联的最后一个桥式放大器对应的第二接出口电气连接到所述梯度线圈的第二端。

在一个实施例中，所述梯度电源驱动级电路包括至少一个耦合电感，每个所述桥式放大器包括第一全桥电路和第二全桥电路，所述第一全桥电路和第二全桥电路均由四个开关组件组成；其中，每个全桥电路的第一开关组件的第二端与第二开关组件的第一端相连构成第一桥臂，并且其连接点为第一桥臂中点；第一全桥电路的第三开关组件的第二端与第四开关组件的第一端相连构成第二桥臂，并且其连接点为第二桥臂中点；其中，在每个桥式放大器中，第一全桥电路和第二全桥电路并联连接，它们的第一开关组件的第一端与第三开关组件的第一端均电气连接到前级电源的第一输出端，第二开关组件的第二端和第四开关组件的第二端均电气连接到前级电源的第二输出端；并且其中，所述多个梯度驱动器模块的桥式放大器的第一全桥电路串联连接，第二全桥电路串联连接，每个桥式放大器的第一全桥电路第二桥臂中点电气连接到下一个桥式放大器的第一全桥电路第一桥臂中点，每个桥式放大器的第二全桥电路第二桥臂中点电气连接到下一个桥式放大器的第二全桥电路第一桥臂中点，并且第一个桥式放大器的第一全桥电路的第一桥臂中点通过一第一耦合电感的第一绕组和第二绕组与第一个桥式放大器的第二全桥电路的第一桥臂中点电气连接，第一个桥式放大器的第一全桥电路的第一桥臂中点通过第一耦合电感的第一绕组电气连接到所述梯度线圈的第一端，最后一个桥式放大器的第一全桥电路的第二桥臂中点通过一第二耦合电感的第一绕组和第二绕组与最后一个桥式放大器的第二全桥电路的第二桥臂中点电气连接，且最后一个桥式放大器的第一全桥电路的第一桥臂中点通过第二耦合电感的第一绕组连接到所述梯度线圈的第二端。

其中，所述开关组件为宽带隙器件。

其中，每个桥式放大器包括至少一个全桥电路，所述全桥电路包括至少一个开关组件，所述开关组件由多个开关管并联形成，当所述梯度驱动器模块的最低开关频率小于第一阈值，所述梯度电源驱动级电路还包括滤波器。

所述梯度驱动器模块中包含多个工作梯度驱动器模块和至少一个冗余梯度驱动器模块，在正常工作状态下，所述多个工作梯度驱动器模块运行而至少一个冗余梯度驱动器模块不运行；当所述工作梯度驱动器模块中的一个损坏时，所述至少一个冗余梯度驱动器模块中的一个代替损坏的工作梯度驱动器模块运行。

根据本发明的第二方面，提供一种梯度电源系统，包括一控制器和上述的梯度电源驱动级电路，所述控制器用于控制所述梯度电源驱动级电路。

根据本发明的第三方面，提供一种控制梯度电源驱动级电路的方法，所述梯度电源驱动级电路包括梯度线圈和多个梯度驱动器模块，所述多个梯度驱动器模块电气连接并形成一输出端，所述输出端与所述梯度线圈电气连接，其中每个梯度驱动器模块包括并联连接的前级电源和桥式放大器，所述多个梯度驱动器模块的前级电源的输出电压相同，每个所述梯度驱动器模块用于在所述梯度线圈上提供一感性压降和一阻性压降，所述梯度电源驱动级电路包含于一梯度电源系统内，所述梯度电源系统还包括一控制器，所述控制器用于控制所述梯度电源驱动级电路，所述方法包括：将所述多个梯度驱动器模块分为多个模块组，每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式相同；根据每个模块组的外部控制指令或工作状态的改变，更改分组方式或每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式。

其中，所述控制器根据一电流基准信号控制所述梯度电源驱动级电路，所述外部控制指令的改变包括电流基准信号变化率改变或电流基准信号幅值的改变，所述工作状态的改变包括所述梯度电源驱动级电路温度改变。

其中，所述工作方式的改变包括开关频率的改变和调制方式的改变。

其中，所述分组方式包括组内的模块数量或模块的组合方式。

其中，所述根据每个模块组的外部控制指令或工作状态的改变，更改分组方式或每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式包括，当所述梯度电源系统的温度高于所述第一阈值时，所有模块组采用单极性调制方式控制。

其中，所述根据每个模块组的外部控制指令或工作状态的改变，更改分组方式或每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式包括，在所述梯度电源系统的温度低于等于所述第一阈值的状态下，当电流基准控制信号的幅值小于一第三阈值的状态持续超过一第一时间或电流基准信号变化率大于一第二阈值时，所有模块组包含的开关组件工作在第一开关频率，当电流基准控制信号的幅值小于该第三阈值的状态持续未超过该第一时间且电流基准信号变化率低于等于该第二阈值，或电流基准信号变化率低于等于该第二阈值且电流基准控制信号的幅值大于该第三阈值或时，所述所有模块组的开关频率工作在所述第二开关频率。

其中，所述根据每个模块组的外部控制指令或工作状态的改变，更改分组方式或每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式包括，当电流基准控制信号的幅值大于一第三阈值的状态持续超过一第一时间且电流基准信号变化率低于一第二阈值时，所有模块组采用单极性调制方式，当电流基准控制信号的幅值大于一第三阈值的状态持续未超过该第一时间且电流基准信号变化率低于该第二阈值，或电流基准信号变化率高于等于该第二阈值，或电流基准控制信号的幅值小于等于该第三阈值时，所有模块组采用倍频调制方式。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

说明书附图构成本说明书的一部分，附图中示出了符合本公开的示例性实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1示出了现有技术中的一种典型的梯度线圈激励电流波形。

图2A示出了现有技术中的一种梯度电源驱动级结构。

图2B示出了现有技术中的另一种电源驱动级结构，其中使用交错并联的低压桥代替图2A中的单一的低压桥。

图3示出了根据本发明的一个实施例的梯度电源系统结构图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的梯度电源驱动级电路拓扑结构。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的梯度电源驱动级电路拓扑结构。

图6示出了根据本发明的一个实施例的梯度电源驱动级中的全桥放大器拓扑结构。

图7示出了根据本发明的另一个实施例的梯度电源驱动级中的全桥放大器拓扑结构。

图8示出了根据本发明的又另一个实施例的梯度电源驱动级中的全桥放大器拓扑结构。

图9示出了根据本发明的一个实施例的梯度驱动器模块的控制方法示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细地对示例性实施例进行说明。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

受梯度电源本身工作方式及硅基器件特性影响，器件在开关过程中需要承受较大的反向恢复电流。为解决这一问题，梯度电源中多采用IGBT器件。但高压IGBT器件速度较慢，为提高系统性能，如图2A所示提供了一种梯度电源驱动级电路，在这种梯度电源驱动级电路中，两个高压全桥变换器与一个低压全桥变换器串联，两个串联交错的高压全桥变换器仅用于输出高电压，处理大电流变化率的阶段，其余阶段不工作；而输出高精度稳定电流的小电流变化率阶段则由低压全桥变换器处理。为了减小在小电流变化率阶段中输出的电流纹波，需要提高整个系统的开关频率，然而，受器件特性限制，这不仅开关频率提升空间有限，还会使低压桥损耗及发热难以控制，并且由于电流较大，单一开关器件无法处理该电流。

因此，可以采用图2B中所示的拓扑结构，使用交错并联的低压桥替代图2A中的单一的低压桥。此种方法的优势在于，可以有效提高输出电流纹波频率，同时每个低压桥的开关频率可以维持在较低的水平，减少开关损耗。然而这种拓扑结构仍然没有从根本上解决问题。由于高压桥仅在大电流变化率的阶段工作，此阶段持续时间很短，使损耗大多集中在低压桥上，开关器件利用率极低，器件发热不平衡的问题较为严重，这使得整个系统的可靠性大为降低，散热设计面临极大的挑战，同时因高、低压桥母线电压差异较大，导致高、低压桥变换器及其前级电源结构差异较大，在控制器内部也需要将高低压桥分开控制，整个系统复杂程度较高。另外，对于不同等级的核磁共振系统，需要重新设计不同的高、低压桥变换器及其前级电源，因此系统扩展困难。

本发明提供一种梯度电源驱动级电路，一种包括该梯度电源驱动级电路的梯度电源系统，及其控制方法。

本发明通过设计一种梯度电源驱动级电路，该梯度电源驱动级电路包括全桥电路，应用于所有梯度驱动器模块，不再区分高低压桥，提高了全桥电路的利用率；全桥电路不再需要分时工作，因此热平衡性能好；通过对梯度电源驱动级电路进行模块划分和分组控制，每个模块组内的梯度电源驱动级结构一致，控制方式一致，使得系统扩展方便；控制器内接口相同，控制线路设计容易。在实际应用中，模块组的划分可以根据情况重新划分和分别控制，提高了系统的灵活度。

图3示出了根据本发明的一个实施例的梯度电源系统结构图，该梯度电源系统包括控制模块和驱动级电路，梯度电源系统的负载为梯度线圈，系统中的驱动级电路包括若干个串联的内部结构、功能、控制接口完全相同的梯度驱动器模块。

其中，每个梯度驱动器模块由前级电源和全桥放大器两部分组成，前级电源与全桥放大器之间并联耦合在一起。

前级电源用于将由母线输入的电压进行变换后，送入全桥放大器中，根据最终梯度电源系统总成结构不同，前级电源可以采用隔离方案或非隔离方案，可以是AC/DC变换器或DC/DC变换器。例如，在一个示例性实施例中，前级电源可采用移相桥拓扑结构的隔离DC/DC变换器方案。

全桥放大器用于将前级电源提供的直流电进行转换，并向负载端提供所需的能量，保证梯度线圈中的电流可以高精度、有效地追踪基准信号。

控制器模块用于控制各梯度驱动器模块的工作时序，根据外部控制基准信号，当前系统发热状况等条件，制定合理的工作时序方案，保证整个系统可以稳定，可靠地工作。由于各模块结构，功能，控制接口完全相同，因此在本发明中不再区分高压或低压桥，对于控制模块，所有全桥放大器模块完全平等，因此这种驱动级电路的结构可以有效降低控制系统设计的复杂程度。

如图3所示，本发明提供的梯度电源驱动级电路包括：梯度线圈和多个梯度驱动器模块，多个梯度驱动器模块电气连接并形成一输出端，该输出端与梯度线圈电气连接，其中每个梯度驱动器模块包括并联连接的前级电源和桥式放大器，多个梯度驱动器模块的前级电源的输出电压相同，每个梯度驱动器模块用于在梯度线圈上提供一感性压降和一阻性压降。其中，多个梯度驱动器模块的拓扑相同，多个梯度驱动器模块的控制信号接口相同。

图4和图5分别示出了采用不同的前级电源的梯度电源驱动级电路的例子。图4示出了根据本发明的一个实施例的梯度电源驱动级电路拓扑结构，其中，三相交流电经过整流后变换成直流电压，送入前级电源中，前级电源是DC/DC隔离变换器。图5示出了根据本发明的另一个实施例的梯度电源驱动级电路拓扑结构，其中，三相交流电经过交流变压器隔离后，分别送入每个梯度驱动器模块中，此时梯度驱动器模块的输入电压是交流电，前级电源是AC/DC非隔离变换器。

图6示出了根据本发明的一个实施例的梯度电源驱动级电路中的全桥放大器拓扑结构，其中，每个梯度驱动器模块中的全桥放大器由单一的，结构相同的全桥组成，多个梯度驱动器模块串联组成驱动级电路。

如图6所示，每个桥式放大器包括一个全桥电路，每个全桥电路由四个开关组件组成。其中，每个全桥电路的第一开关组件的第二端与第二开关组件的第一端相连构成第一桥臂，并且其连接点为第一桥臂中点。第一全桥电路的第三开关组件的第二端与第四开关组件的第一端相连构成第二桥臂，并且其连接点为第二桥臂中点。第一开关组件的第一端与第三开关组件的第一端电气连接到前级电源的第一输出端，第二开关组件的第二端和第四开关组件的第二端电气连接到前级电源的第二输出端。

其中，多个梯度驱动器模块的全桥电路是串联的，每个全桥电路的第一桥臂中点串联连接到下一全桥电路的第二桥臂中点，并且串联的第一全桥电路的第二桥臂中点电气连接到梯度线圈的第一端，最后一个全桥电路的第一桥臂中点电气连接到梯度线圈的第二端。

图7示出了根据本发明的另一个实施例的梯度电源驱动级中的全桥放大器拓扑结构，其中，每个梯度驱动器模块中的全桥放大器由两个结构完全一致的全桥构成，单个模块内的两组全桥通过耦合电感并联后，多个梯度驱动器模块串联组成驱动级电路。

如图7所示，梯度电源驱动级电路包括至少一个耦合电感，每个桥式放大器包括第一全桥电路和第二全桥电路，第一全桥电路与第二全桥电路并联连接，第一全桥电路和第二全桥电路均由四个开关组件组成。其中，每个全桥电路的第一开关组件的第二端与第二开关组件的第一端相连构成第一桥臂，并且其连接点为第一桥臂中点；第一全桥电路的第三开关组件的第二端与第四开关组件的第一端相连构成第二桥臂，并且其连接点为第二桥臂中点。

在每个桥式放大器中，第一全桥电路和第二全桥电路并联连接，它们的第一开关组件的第一端与第三开关组件的第一端均电气连接到前级电源的第一输出端，第二开关组件的第二端和第四开关组件的第二端均电气连接到前级电源的第二输出端。

在每个桥式放大器中，第一全桥电路的第一桥臂中点通过一第一耦合电感的第一绕组和第二绕组电气连接到第二全桥电路的第一桥臂中点，第一耦合电感的第一绕组和第二绕组的连接点为该桥式放大器对应的第一接出口，第一全桥电路的第二桥臂中点通过一第二耦合电感的第一绕组和第二绕组电气连接到第二全桥电路的第二桥臂中点，第二耦合电感的第一绕组和第二绕组的连接点为该桥式放大器对应的第二接出口。

多个梯度驱动器模块的桥式放大器是串联连接的，每个桥式放大器对应的第二接出口连接到下一个桥式放大器对应的第一接出口，并且串联的第一个桥式放大器对应的第一接出口电气连接到梯度线圈的第一端，串联的最后一个桥式放大器对应的第二接出口电气连接到梯度线圈的第二端。

图8示出了根据本发明的又另一个实施例的梯度电源驱动级中的全桥放大器拓扑结构，其中，每个梯度驱动器模块中的全桥放大器由两组结构完全一致的全桥构成，多个梯度驱动器模块中其中一组全桥放大器串联后，与另一组串联的全桥放大器通过耦合电感并联组成驱动级。

如图8所示，梯度电源驱动级电路包括至少一个耦合电感，每个桥式放大器包括第一全桥电路和第二全桥电路，第一全桥电路和第二全桥电路均由四个开关组件组成并包括第一桥臂和第二桥臂。

每个全桥电路的第一开关组件的第二端与第二开关组件的第一端相连构成第一桥臂，并且其连接点为第一桥臂中点；第一全桥电路的第三开关组件的第二端与第四开关组件的第一端相连构成第二桥臂，并且其连接点为第二桥臂中点。

在每个桥式放大器中，第一全桥电路和第二全桥电路并联连接，它们的第一开关组件的第一端与第三开关组件的第一端均电气连接到前级电源的第一输出端，第二开关组件的第二端和第四开关组件的第二端均电气连接到前级电源的第二输出端。

多个梯度驱动器模块的桥式放大器的第一全桥电路串联连接，第二全桥电路串联连接，每个桥式放大器的第一全桥电路第二桥臂中点电气连接到下一个桥式放大器的第一全桥电路第一桥臂中点，每个桥式放大器的第二全桥电路第二桥臂中点电气连接到下一个桥式放大器的第二全桥电路第一桥臂中点，并且第一个桥式放大器的第一全桥电路的第一桥臂中点通过一第一耦合电感的第一绕组和第二绕组与第一个桥式放大器的第二全桥电路的第一桥臂中点电气连接，第一个桥式放大器的第一全桥电路的第一桥臂中点通过第一耦合电感的第一绕组电气连接到梯度线圈的第一端，最后一个桥式放大器的第一全桥电路的第一桥臂中点通过一第二耦合电感的第一绕组和第二绕组与最后一个桥式放大器的第二全桥电路的第一桥臂中点电气连接，且最后一个桥式放大器的第一全桥电路的第一桥臂中点通过第二耦合电感的第一绕组连接到梯度线圈的第二端。

应理解，在以上实施例中，多个梯度驱动器模块的前级电源可以为隔离式或非隔离式电路；多个梯度驱动器模块的前级电源可以为DC/DC或AC/DC电路。例如，多个梯度驱动器模块的前级电源可以为隔离式DC/DC电路。

在以上实施例中，每个桥式放大器包括至少一全桥电路，全桥电路包括至少一个开关组件，开关组件由多个开关管并联形成，当梯度驱动器模块的最低开关频率小于第一阈值，梯度电源驱动级电路还包括滤波器。

通常梯度电源驱动级电路均包括滤波器，然而，在开关频率高于第一阈值时，根据本发明的一个实施例可以省略滤波器。

在该实施例中，当梯度驱动器模块的开关频率小于第一阈值，即，Rsystem*(UIN-IO*Rsystem)/(UIN*k*n*Lcoil)时，梯度电源驱动级电路还包括滤波器。

其中，UIN是单级驱动器输入电压，n是工作的全桥电路数量，Rsystem是系统导通阻抗，Io是流经梯度线圈的输出电流，k是纹波系数，Lcoil是梯度线圈的电感值。

本发明中所提出的驱动级电路采用新型开关器件，工作频率相较于传统器件有较大提高，结合发明中提出的控制方式，输出电流纹波频率可以大幅提高，在一实施例中，梯度放大器由6个输入电压为400V的串联交错工作的单桥结构驱动器组成，其系统内阻42.4mohm，在输出电流900A，梯度线圈感量为998uH的条件下，开关频率提高至65KHz以上时，纹波电流可小于输出电流的0.01％，此时可以将输出滤波器省略掉，进一步节省系统空间。

在本发明的梯度电源驱动级电路中，可选地，梯度驱动器模块中可包含多个工作梯度驱动器模块和至少一个冗余梯度驱动器模块。在正常工作状态下，多个工作梯度驱动器模块运行，而至少一个冗余梯度驱动器模块不运行。当工作梯度驱动器模块中的一个损坏时，至少一个冗余梯度驱动器模块中的一个代替损坏的工作梯度驱动器模块运行。

如上所述的梯度电源驱动级电路中，开关组件为宽带隙器件。本发明利用宽带隙开关器件特性，提出了一种新型的梯度电源驱动级结构及其控制方式，可以有效的解决传统梯度电源面临的发热不均衡，器件利用率低，可靠性差，系统复杂不易扩展等诸多难题。

近年来新兴的宽带隙开关器件，如SiC，GaN等，相对于第一代材料，如半导体硅，新材料具有带隙宽，热导率高，电子饱和飘逸速率大，化学稳定性好、高耐压、无反向恢复、低导通阻抗以及开关速度快等优点。使用这类新材料制作的功率开关器件，相较于传统的硅基IGBT等器件，具有高耐压，无反向恢复、低导通阻抗以及开关速度快等诸多优点。利用宽带隙开关器件的这种特性，本发明设计出一种梯度电源驱动级电路，其中多个梯度驱动器模块的全桥放大器拓扑相同，全桥放大器在梯度驱动器模块中工作时，不再区分高低压桥，因此不再需要高低压端分时工作。由于驱动器模块中的每一个全桥放大器结构相同，因此提供了诸多方便，如，前级电源的输出电压和结构相同，全桥放大器的控制信号接口相同，控制器可以对其进行灵活的控制，灵活地改变全桥放大器或者由多个全桥放大器组成的梯度驱动器模块组的工作状态和分组方式，由此有效地在损耗和性能之间进行平衡，可以有效解决传统梯度电源中发热不均衡，器件利用率低，可靠性差，系统复杂不易扩展等缺点。

根据本发明的一种实施方式，还提供了一种控制梯度电源驱动级电路的方法。图9示出了根据本发明的一个实施例的梯度驱动器模块的控制方法示意图。

如图9所示，梯度电源驱动级电路包括梯度线圈和多个梯度驱动器模块，多个梯度驱动器模块电气连接并形成一输出端，输出端与梯度线圈电气连接，其中每个梯度驱动器模块包括并联连接的前级电源和桥式放大器，多个梯度驱动器模块的前级电源的输出电压相同，每个梯度驱动器模块用于在梯度线圈上提供一感性压降和一阻性压降，梯度电源驱动级电路包含于一梯度电源系统内，梯度电源系统还包括一控制模块(图中未示出)。控制模块用于控制梯度电源驱动级电路。

该控制梯度电源驱动级电路的方法包括：将多个梯度驱动器模块分为多个模块组，即，模块1、模块2……模块m，其中，模块1包括梯度驱动器模块1～梯度驱动器模块p-1，模块2包括梯度驱动器模块p～梯度驱动器模块k，模块m包括梯度驱动器模块m～梯度驱动器模块n；每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式相同；根据每个模块组的外部控制指令或工作状态的改变，更改分组方式或每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式。

在该实施例中，控制模块根据一电流基准信号控制梯度电源驱动级电路，外部控制指令的改变包括电流基准信号变化率改变或电流基准信号幅值的改变，工作状态的改变包括梯度电源驱动级电路温度改变，工作方式的改变包括开关频率、调制方式的改变和交错工作方式的改变，分组方式包括组内的模块数量或模块的组合方式。在图9中，相对于控制模块，各梯度驱动器模块地位相同，因此，在实际应用中，可以将所有梯度驱动器模块分为任意梯度驱动器模块组，各组之间，其内部模块数量可以相同也可以不同，在模块组内部，各模块的调制方式、开关频率、交错模式均相同；在不同模块组之间，各模块的调制方式、开关频率、交错模式可以相同也可以不同。

在梯度电源驱动级电路中，可根据每个模块组工作状态的改变来更改分组方式或每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式。在一实施例中，当电源系统温度低于等于第一阈值时，所有模块组可根据电流基准控制信号的幅值及电流基准信号变化率选择采用倍频调制方式控制或单极性调制方式，当系统温度高于第一阈值时，所有模块组采用单极性调制方式。在另一实施例中，当电源系统温度低于等于第一阈值时，所有模块组中开关组件可根据电流基准控制信号的幅值及电流基准信号变化率选择工作在第一开关频率或第二开关频率，当系统温度高于第一阈值时，所有模块组中开关组件工作在第二开关频率。在又一实施例中，当电源系统温度低于等于第一阈值时，所有模块可根据电流基准控制信号的幅值及电流基准信号变化率选择采用倍频调制方式，且所有模块组中开关组件工作在第一开关频率，当电源系统温度高于第一阈值时，将所有模块分为两组，选择其中两个温度较低的模块作为第一模块组，其余模块作为第二模块组，其中，第一模块组采用倍频调制方式，且其开关组件工作在第一开关频率，第二模块组采用单极性调制方式并工作，且其开关组件工作在第二开关频率。在梯度电源驱动级电路中，还可根据每个模块组的外部控制指令的改变来更改分组方式或每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式。在一实施例中，在梯度电源系统的温度低于等于第一阈值的状态下，当电流基准控制信号的幅值小于等于一第三阈值的状态持续超过一第一时间或电流基准信号变化率大于一第二阈值时，所有模块组采用倍频调制方式，当电流基准控制信号的幅值小于该第三阈值的状态持续未超过该第一时间且电流基准信号变化率低于等于该第二阈值，或电流基准信号变化率低于等于该第二阈值且电流基准控制信号的幅值大于该第三阈值时，所有模块组采用单极性调制方式。在另一实施例中，在梯度电源系统的温度低于等于第一阈值的状态下，当电流基准控制信号的幅值小于等于一第三阈值的状态持续超过一第一时间或电流基准信号变化率大于一第二阈值时，所有模块组中开关组件工作在第一开关频率，当电流基准控制信号的幅值小于该第三阈值的状态持续未超过该第一时间且电流基准信号变化率低于等于该第二阈值，或电流基准信号变化率低于等于该第二阈值且电流基准控制信号的幅值大于该第三阈值时，所有模块组中开关组件工作在第二开关频率。在又一实施例中，在梯度电源系统的温度低于等于第一阈值的状态下，当电流基准控制信号的幅值小于等于一第三阈值的状态持续超过一第一时间或电流基准信号变化率大于一第二阈值时，将所有模块分为两组，选择其中任三个模块作为第一模块组，其余模块作为第二模块组，并且其中，第一模块组停止工作，第二模块组采用倍频调制方式且其开关组件工作在第一开关频率下工作一第二时间后，第二模块组停止工作，第一模块组采用倍频调制方式并工作在第一开关频率下，当电流基准控制信号的幅值小于该第三阈值的状态持续未超过该第一时间且电流基准信号变化率低于等于该第二阈值，或电流基准信号变化率低于等于该第二阈值且电流基准控制信号的幅值大于该第三阈值时，所有模块处于同一模块组中，均采用单极性调制方式，并工作在第二开关频率。

在梯度电源驱动级电路中，还可同时根据每个模块组的工作状态及外部控制指令的改变来更改分组方式或每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式，且当工作状态出现改变时，控制器应优先处理。

可供选择的工作方式太多，可根据梯度电源系统的温度，电流基准控制信号的幅值和电流基准信号变化率中任意选择的外部控制指令或工作状态来控制每个模块组内的梯度驱动器模块的工作方式，这里不再一一列举，因此本发明中所提出的控制方式相对传统的控制方式灵活性更高，优势显著。

本领域技术人员在考虑说明书并实践本公开时，容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。