功率放大器、电源装置和磁共振成像设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功率放大器、电源装置和磁共振成像设备。
【背景技术】
[0002]磁共振成像系统一般沿着主体的中心轴而建立均匀磁场，此均匀磁场影响主体的陀螺磁性材料，以用于通过校准在形成身体组织的原子和分子中的核自旋来成像。给定的正在进动的核所发射的磁共振信号的频率取决于磁场在该的位置处的强度。可能使用通过梯度线圈所创建的编码来对源自于该主体内不同位置的信号进行区分，所述梯度线圈在主磁场上施加梯度场。典型的核磁共振系统包括用于沿着X轴、Y轴、和Z轴来提供相应场的三个梯度线圈。
[0003]典型的梯度放大器直接通过可控晶体管将电能转换为所需的电压和频率。为了提高转换的效率，脉宽调制控制(PWM)在梯度放大器得到了广泛应用。传统的脉宽调制控制(PWM)在梯度放大器使用H逆变桥拓扑，由于PffM控制的H逆变桥拓扑在不同放大器之间存在高频共模电压，因此在梯度放大器系统中不得不使用三路相互隔离的电源为梯度放大器提供能量，来消除三轴梯度放大器之间的形成的很大的共模电流。然而，这样使得磁共振成像设备的梯度系统构造变得复杂，并增加了制造成本。
[0004]已经进行了以一个电源向多个梯度线圈供电的尝试。然而，因为每个梯度线圈之间的寄生电容，以及放大器输出共模滤波电容，而导致较大的共模电流从三轴放大器之间流入电源母线，从而导致梯度放大器系统不能正常工作。
【发明内容】
[0005]本发明的示例性实施例的目的在于克服现有技术中的上述的和/或其他的问题。因此，本发明的示例性实施例提供了一种可以改善可靠性的功率放大器、电源装置和磁共振成像设备。
[0006]根据示例性实施例，提供了一种功率放大器，所述功率放大器包括:放大电路，连接在电源和负载之间，并被构造为根据接收的输入信号向负载提供经放大的输出功率；旁路电路，并联连接在放大电路和负载之间，并被构造为在输出功率的脉冲持续时间之间的时间段期间启用，从而旁路电路和负载形成环流电流回路。
[0007]根据另一个示例性实施例，提供了一种电源装置，所述电源装置包括:电源；如上所述的功率放大器，连接在电源和负载之间，并被构造为向负载提供经放大的输出功率。
[0008]根据另一个示例性实施例，提供了一种磁共振成像设备，所述磁共振成像设备包括:梯度线圈，被构造为产生梯度磁场；如上所述的电源装置，被构造为向作为负载的梯度线圈供电。
[0009]根据另一个示例性实施例，提供了一种梯度放大器系统，所述梯度放大器系统包括:电源部分，提供三轴放大器母线，电源通过一路输出，提供三路放大器母线输入，三轴放大器的输入母线共用同一母线；梯度放大器，连接在电源和负载之间，并被构造为根据接收的输入信号向负载提供经放大的输出功率；系统中有X、Y、Z三轴放大器，其中在每路放大器的H逆变桥输出中通过增加旁路续流电路并被构造为在输出功率的脉冲持续时间之间的时间段期间启用，从而阻止母线和滤波器对地电容和负载对地寄生电容形成回路，消除三轴间因为共母线造成的共模环流；梯度控制器，提供控制放大器PWM调制信号，按特定的时序发出放大器所需的PWM脉冲控制信号给三轴放大器，来消除梯度放大器系统的高频共模电压；梯度线圈，作为梯度放大器系统的负载，连接到放大器输出，并被配置产生由该放大器供应的线圈电流形成比例的磁场。
[0010]H桥逆变电路被构造为从电源接收直流输入功率，并根据接收的经脉冲宽度调制的输入信号向负载提供经放大的输出功率。
[0011]H桥逆变电路包括:第一开关单元，第一开关单元的第一端连接到电源的第一输出端，第一开关单元的第二端连接到H桥逆变电路的第一输出端；第二开关单元，第二开关单元的第一端连接到H桥逆变电路的第一输出端，第二开关单元的第二端连接到电源的第二输出端；第三开关单元，第三开关单元的第一端连接到电源的第一输出端，第三开关单元的第二端连接到H桥逆变电路的第二输出端；第四开关单元，第四开关单元的第一端连接至IJ H桥逆变电路的第二输出端，第四开关单元的第二端连接到电源的第二输出端。
[0012]旁路电路包括:第五开关单元，第五开关单元的第一端连接到H桥逆变电路的第一输出端；第六开关单元，第六开关单元的第一端连接到第五开关单元的第二端，第六开关单元的第二端连接到H桥逆变电路的第二输出端，其中，当第一开关单元至第四开关单元截止时，第五开关单元和第六开关单元导通，从而阻止母线与三轴放大器输出通过输出共模滤波电容和负载对地寄生电容之间形成共模环流。
[0013]所述梯度放大器系统还包括:梯度控制器，连接到第一开关单元至第六开关单元的控制端，并被构造为对接收的信号进行脉冲宽度调制以得到用于第一开关单元至第六开关单元的控制信号，并将得到的控制信号作为功率电路的输入信号分别提供到第一开关单元至第六开关单元；梯度控制器，按特定的时序发出梯度放大器所需的PWM脉冲控制信号给三轴放大器，来消除放大器系统的高频共模电压。
[0014]H桥逆变电路还包括:电容器，电容器的第一端连接到电源的第一输出端，电容器的第二端连接到电源的第二输出端。
[0015]所述梯度放大器还包括:纹波电流滤波器，连接在旁路电路和负载之间，消除放大器输出的纹波电压。
[0016]所述梯度放大器还包括:共滤波器，连接在纹波电流滤波器和负载之间，消除梯度线圈之间的共模干扰。
[0017]根据另一个示例性实施例，提供了一种梯度放大器系统，所述梯度放大器系统包括:如上所述的梯度放大器，连接在电源和负载之间，并被构造为向负载提供经放大的输出功率。
[0018]所述梯度放大器系统包括多个梯度放大器，所述多个梯度放大器并联连接到电源，并被构造为分别向多个负载提供经放大的输出功率。
[0019]根据另一个示例性实施例，提供了一种核磁共振成像设备，所述核磁共振成像设备包括:梯度线圈，被构造为产生梯度磁场；如上所述的梯度放大器系统，被构造为向作为负载的梯度线圈供电。
[0020]梯度线圈包括第一轴梯度线圈、第二轴梯度线圈和第三轴梯度线圈，梯度放大器系统包括第一梯度放大器，第二梯度放大器和第三梯度放大器，其中，第一梯度放大器，第二梯度放大器和第三梯度放大器并联共用同一母线连接到电源，并被构造为分别向第一轴梯度线圈、第二轴梯度线圈和第三轴梯度线圈供电。
[0021]通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。
【附图说明】
[0022]通过结合附图对于本发明的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0023]图1是示意性示出根据示例性实施例的磁共振成像系统的向梯度线圈供电的电源的框图；
[0024]图2是示出根据示例性实施例的电源装置的电路图；
[0025]图3是示出根据示例性实施例的功率放大器的电路图；
[0026]图4和图5是示出根据示例性实施例的功率放大器的时序图；
[0027]图6和图7是示出根据示例性实施例的功率放大器的开关单元的切换状态的电路图；
[0028]图8是示出根据示例性实施例的电源装置的仿真结果的波形图。
【具体实施方式】
[0029]以下将描述本发明的【具体实施方式】，需要指出的是，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，为了满足系统相关的