专利名称：一种梯度放大器控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及梯度放大器控制领域，更具体地说涉及一种应用于核磁共振成像系统的开关式数字化梯度放大器控制装置。
背景技术：
核磁共振成像被认为是二十世纪医学诊断最重要的进展之一。作为一种新兴的临床医疗诊断手段，由于其成像分辨率高、对比度好，并且具有无电离辐射、无损伤、可实现多参数成像及任意方位截面成像等优点，核磁共振成像越来越显示出广阔的发展前景。梯度子系统是核磁共振成像设备的一个重要子系统，由梯度线圈、梯度控制器、梯度电源、梯度放大器等组成。梯度系统主要通过梯度放大器的工作来满足核磁共振成像系 统的要求，它为梯度线圈提供驱动电流，将谱仪所产生的具有一定时序的与X轴、Y轴、Z轴三个方向的梯度场相对应的脉冲序列信号，进行放大以在空间中产生相应的梯度磁场。大电流输出、高电流变化率、低稳态电流波动以及良好的波形跟踪能力是梯度放大器的主要设计要求。梯度放大器有两种类型线性放大器和开关模式放大器。开关模式的梯度放大器考虑梯度线圈的负载特性是感抗占主要成分，进行有针对性设计，使其能效较高。而且，它可以通过串联或并联等组合配置来提供更大的梯度脉冲输出功率。随着电力电子技术的发展，开关模式梯度放大器已经基本取代了线性功率放大器。典型的开关式梯度放大器的工作原理如图I所示。它由功率模块(102)和控制模块(101)两部分构成。功率模块由大功率开关器件如MOSFET或IGBT以H桥、多级H桥等拓扑形式构成，其输出端设置的滤波器用以滤除由于开关器件的周期性导通和截止而产生的高频谐波。控制模块一方面接收谱仪送来的电流控制信号，另一方面实时采集各传感器送来的输出电流、电压以及其它状态信号，并根据这些信号经特定控制算法计算出功率模块中各个开关器件的导通和截止的时刻及时长，并以PWM(脉冲宽度调制)信号的形式输出到功率模块，来控制功率模块中各个大功率开关器件的导通和截止，以达到控制输出电流的目的。目前对于梯度放大器的设计大都是整体进行的，未把控制模块作为一个通用的组件进行设计，这样做存在如下问题
首先，随着核磁共振成像系统的发展，对梯度子系统的要求越来越高，为满足这种发展需求，各种拓扑结构的功率模块不断被提出。另一方面，电力电子技术的不断进步也促使功率模块的拓扑结构不断发生变化。这种功率模块拓扑结构不断发展的趋势在将来还会继续延续。对于不同拓扑结构的功率模块，其控制模块要监测的状态信号种类及数量也会不同。目前对每种拓扑结构的功率模块往往都要进行相应的控制模块的设计，这不仅大大延长了梯度功率放大器的研发周期，而且增加了其研发成本。另外，随着计算机技术引入控制领域，数字化控制技术脱颖而出，控制模块的数字化使人们可以将一些先进的控制算法应用于梯度放大器的控制中，来改善梯度系统的性能。因此梯度放大器控制模块的数字化是未来发展的趋势。随着控制技术的发展，先进的控制算法也不断涌现。对于不同的控制算法，即使功率模块的拓扑结构相同，其要监测的状态变量也不尽相同。因此，以新的控制算法替代旧的算法进行系统升级时，往往也要对控制模块硬件进行重新设计以满足新的算法要求。这也会导致研发周期的增长以及研发成本的增加。而且，目前的数字化梯度放大器控制模块仅对控制偏差信号进行模/数(Α/D)转换，未对电流控制信号和实际输出电流信号分别进行模/数转换，控制算法只能利用偏差信号进行控制。这一方面大大限制了控制算法的灵活性；另一方面，在系统安装调试时，必须通过硬件调整控制输入及电流反馈输出的零点、放大倍数等参数，这使得系统安装、调试不够方便
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通用的组件化的数字化梯度放大器控制装置，它对于功率模块的不同拓扑结构以及不同数字控制算法具有很强的适应性；能对输入电流控制信号和实际输出电流信号分别进行高精度模/数转换，不仅能增强控制算法的灵活性，而且使系统的安装调试以及升级更加方便快捷。为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案
一种梯度放大器控制装置，其特征在于该控制装置包括控制输入调理模块、反馈输入调理模块、监视输出调理模块、高精度Α/D模块、用户接口模块、FPGA数字逻辑模块、温度输入调理模块、通信接口模块和数字信号处理控制模块；所述的控制输入调理模块接收外部送来的差分电流控制信号IctlD+和IctlD-，输出电流控制信号Ictll和Ictl3 ;所述的反馈输入调理模块，接收来自传感器的状态反馈信号桥臂电流信号Ibrg、主回路电流信号Imain和高压信号HV，输出调理后的状态反馈信号Ibrgl、Imainl、Imain2、HV2和HVl ;所述的监视输出调理模块接收电流控制信号Ictll、主回路电流信号Imainl和高压信号HV1，输出电流监视信号Imonitor、电压监视信号Vmonitor、电流偏差信号Emonitor以及控制输入监视信号Ictlmonitor ;所述的高精度Α/D模块，接收电流控制信号Ictl3、主回路电流信号Imain2和高压信号HV2等高精度模拟信号以及来自FPGA数字逻辑模块的数字控制信号，输出高精度Α/D转换数字结果；所述的用户接口模块接收来自操作人员的按键输入信息及来自FPGA数字逻辑模块的显示数据，输出用户输入数据；所述的FPGA数字逻辑模块接收用户输入数据和高精度Α/D转换数字结果，输出显示数据、高精度Α/D转换数字控制信号和Α/D转换结果；所述的温度输入调理模块接收被测温度信息，输出温度信号到数字信号处理控制模块；所述的通信接口模块接收来自外部的通信输入数据和来自数字信号处理控制模块的通信输出数据，向外部输出通信输出数据、向数字信号处理控制模块输出通信输入数据；所述的数字信号处理控制模块接收桥臂电流信号Ibrgl、高精度Α/D转换数字结果、外部数字输入信号、温度信号以及通信输入数据，输出PWM信号、外部数字输出信号和通信输出数据。控制输入调理模块将核磁共振系统中的谱仪以差分信号形式送来的电流控制信号和，调理为单端电压信号，一方面直接送至监视输出调理模块，另一方面通过比例变换和滤波处理后得到信号，并将其送入到高精度Α/D模块。
反馈输入调理模块接收各个状态传感器送来的状态反馈信号，进行比例变换并滤波，然后将需要进行高精度模/数转换的信号，送入高精度Α/D模块和监视输出调理模块，将其它无需进行高精度模/数转换的信号直接送入数字信号处理控制模块。所述的状态反馈信号包含至少一路高精度电流信号、至少两路高精度直流高压信号、以及至少八路普通精度电流信号；为保证输出电流的控制精度，此处的高精度信号其精度应不低于十万分之一，普通精度信号其精度应不低于千分之一。高精度电流信号用于采集梯度放大器的输出电流，高精度直流高压信号用于采集梯度线圈两端的直流高压值，其它电流信号用于采集功率模块中各桥臂上流过的电流。监视输出调理模块，接收控制输入调理模块输出的调理后的单端电流控制信号以及反馈输入调理模块送来的调理后的一路高精度电流信号和两路高精度直流高压信号；将单端电流控制信号进行比例变换，生成控制输入监视信号；将电流控制信号和高精度的电流信号进行求差值运算，生成电流偏差监视信号；将两路高精度直流高压信号进行求差值运算生成输出电压监视信号；将电流控制信号进行比例变换，生成输出电流监视信号；并 将这四个监视信号经相应的监视端子输出。高精度Α/D模块，一方面接收高精度模拟信号，所述的高精度模拟信号至少包括控制输入调理模块输出的调理后的单端电流控制信号，以及反馈输入调理模块送来的调理后的一路高精度电流信号和两路高精度直流高压信号，另一方面接收FPGA数字逻辑模块送来的数字控制信号。该模块包含至少四路可以分别独立工作的模块化的高精度模/数转换电路，通过FPGA数字逻辑可以分别控制这些高精度模/数转换电路的启动转换、停止转换、转换参数设置以及转换结果数据读取。在控制逻辑的控制下，这些模/数转换电路将接收的高精度模拟信号进行高精度模/数转换，为保证控制装置的控制精度，每个通道的模/数转换精度应不低于20位。用户接口模块用来实现人机交互，接收用户的按键输入信息，并通过IXD显示器向用户显示系统的运行状态、运行参数等系统信息。为满足多种交互需求，本模块支持至少8个按键的输入，LCD显示支持的点阵数不低于128X64，只需修改FPGA逻辑即可支持不同的IXD显示模组。FPGA数字逻辑模块，连接高精度Α/D模块、用户接口模块和数字信号处理控制模块，用于控制高精度Α/D模块的模/数转换、读取转换后的高精度数字量、接收并调理用户接口模块送来的按键信号、接收数字信号处理控制模块送来的显示信息、驱动LCD刷新显示内容以及响应数字信号处理控制模块对用户按键数据和高精度Α/D转换结果数据的实时请求。温度输入调理模块，用于梯度放大器各关键部位的温度信号的检测，将温度探头送来的温度信号进行变换调理后送至数字信号处理控制模块。功率模块中的大功率开关器件只能在一定温度范围内才能正常工作。而大功率开关器件在周期性导通和截止的过程中会产生大量的热量，这些热量必须由散热器及时散发，否则会导致开关器件工作温度超出正常范围。为保证梯度放大器的正常运行，必须实时检测关键部位的温度。本模块包含至少六路温度信号的变换调理，以满足系统对梯度放大器各关键部位工作温度的检测需求。通信接口模块，连接数字信号处理控制模块，用于通信信号电平的变换，为梯度放大器的远程监控提供通信接口。
数字信号处理控制模块，是梯度放大器控制装置的处理控制核心。它接收反馈输入调理模块送来的部分状态反馈信号，对其进行模/数转换，转换精度不低于12位；接收FPGA数字逻辑模块送来的用户按键信息和高精度模/数转换结果；向FPGA数字逻辑模块发送LCD显示信息；接收温度输入调理模块送来的温度信号并进行模/数转换；通过通信接口模块与远程监控端进行信息交互；接收外部送来的同步、使能等数字输入信号；向外部送出同步、使能等数字输出信号；根据采集到的各状态反馈输入量，通过控制算法计算各PWM信号的占空比，并通过PWM信号输出端子输出。本模块中，所述的状态信号模/数转换的通道数不少于8路，温度信号模/数转换的通道数不少于6路，PWM输出信号不少于8路，可以应用于多种拓扑结构的功率模块的控制。与现有技术相比，本发明具有的有益效果
一、在本发明中，设置了至少四路模/数转换精度高达20位以上的高精度信号调理及采集通道，分别用于实现对电流控制信号、电流输出信号以及输出正负端直流高压信号等信号的高精度采集。这保证了梯度放大器的输出电流控制精度能满足当前大多数核磁共振 成像系统的需求，具有实用性强的特点。二、在本发明中，设置了不少于8路的模/数转换精度达12位的信号调理与采集通道，能够对不低于8个桥臂的电流数据进行采集，可以对桥臂数在8个以内的功率模块进行有效控制；设置了不少于8路的PWM输出通道，能够实现不少于8对以内大功率开关器件的控制；设置了不少于6路的温度采集通道，可以同时对不少于6个位置点的温度信号进行检测，以保证功率模块的安全运行。这些措施使得本发明的梯度放大器控制装置，在保持硬件结构不变的情况下，可以随时调整监测的状态信号数量，以到达同一个控制装置既能应用于多种拓扑结构的功率模块的控制，又能满足运行多种数字控制算法的需求。三、本发明不对电流控制信号与实际输出电流信号之差(控制偏差)进行采集，而是通过两个独立的高精度模/数转换通道对这两个信号分别进行采集，且采样精度高达20位以上。这使得本发明提出的梯度放大器控制装置可以采用更灵活的控制算法对功率模块进行控制。四、本发明在进行系统调试或安装时，通过用户接口或通信接口，调整电流控制输入信号及实际输出电流反馈信号的零点、放大倍数等参数来进行系统调校。这使得本发明的梯度放大器控制装置安装、调试方便。
图I为开关式梯度放大器工作原理示意 图2为本发明硬件系统结构示意 图3为本发明控制输入调理模块电路结构示意 图4为本发明桥臂电流信号调理电路结构示意 图5为本发明主回路电流信号调理电路结构示意 图6为本发明输出端的直流高压信号调理电路结构示意 图7为本发明监视输出调理模块电路结构示意 图8为本发明高精度模/数转换电路结构示意 图9为本发明通信接口模块电路结构示意图；图中标记101为控制模块，102为功率模块，201为控制输入调理模块，202为反馈输入调理模块，203为监视输出调理模块，204为高精度Α/D模块，205为用户接口模块，206为FPGA数字逻辑模块，207为温度输入调理模块，208为通信接口模块，209为数字信号处理控制模块，301为差分变单端信号电路，302为比例平移电路，303为滤波电路，401为精密电阻，402为比例平移电路，403为滤波电路，501为高精密电阻，502为比例电路，503为比例平移电路，504为滤波电路，601为耐高压隔离电阻，602为比例电路，603为比例平移电路，604为滤波电路，701为差分运算电路，702为输出驱动电路，703为输出驱动电路，704为差分运算电路，705为输出驱动电路，706为输出驱动电路，801为AD7760模数转换器，802为电平变换及稳压电路，803为单端变差分信号电路，901为电平转换电路，902为电平转换电路。
具体实施例方式下面将结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的描述。梯度放大器工作原理如图I所示，由功率模块(102)和控制模块(101)两部分构 成。功率模块由大功率开关器件如MOSFET或IGBT以H桥、多级H桥等拓扑形式构成，其输出端设置的滤波器用以滤除由于开关器件的周期性导通和截止而产生的高频谐波。控制模块一方面接收谱仪送来的电流控制信号，另一方面实时采集各传感器送来的输出电流、电压以及其它状态信号，并根据这些信号经特定控制算法计算出功率模块中各个开关器件的导通和截止的时刻及时长，并以PWM(脉冲宽度调制)信号的形式输出到功率模块，来控制功率模块中各个大功率开关器件的导通和截止，以达到控制输出电流的目的。如图2所示，本发明梯度放大器控制器的硬件系统结构，包括
控制输入调理模块(201)，用于接收并调理电流控制信号。其电路结构如图3所示，IctlD+、IctlD-是输入到梯度放大器的电流控制信号，它是磁共振成像系统中由谱仪产生的一个-IOV^lOV范围内的差分形式的电压信号。该模块首先通过以单芯片单位增益、高速差分放大器AMP03为主体构成的差分变单端信号电路(301)将接收到的差分电压信号变换为单端电压信号Ictll ；Ictll 一方面直接送至监视输出调理模块(203)，另一方面通过以运算放大器AD8672为主体构成的比例平移电路(302)变换为(T5V的电压信号Ictl2，再将信号Ictl2通过滤波电路(303)进行滤波处理，滤除高频噪声后形成信号Ictl3 ；Ictl3送至高精度Α/D模块(204)。反馈输入调理模块(202)，用于接收并调理传感器送来的状态反馈信号。所述的状态反馈信号包括各桥臂电流传感器送来的桥臂电流信号Ibrgf IbrgS、主回路电流传感器送来的梯度放大器输出主回路电流信号Imain以及梯度放大器正负两个输出端的直流高压信号HV+、HV-。桥臂电流传感器送来的8路桥臂电流信号IbrgA IbrgH是精度为千分之一的电流信号，本模块对于这8路桥臂电流信号的处理是完全相同的。其中每一路的调理电路结构如图4所示桥臂电流信号Ibrg首先经精密电阻(401)将其转换为电压信号，然后通过以运算放大器AD8672为主体构成的比例平移电路(402)进行比例平移变换，再经滤波电路(403)滤波后变为(T3V的电压信号Ibrgl。Ibrgl由本模块输出后直接送至数字信号处理控制模块(209)。主回路电流信号Imain是由主回路电流传感器送来的精度为十万分之一的电流信号。其调理电路结构过程如图5所示本模块首先经高精密电阻(501)将Imain转换为电压信号；通过以运算放大器AD8672为主体构成的比例电路(502)进行比例变换形成-5疒+5V间的信号Imainl ；Imainl 一方面直接送至监视输出调理模块(203)，另一方面通过以运算放大器AD8672为主体构成的比例平移电路(503)变换为(T5V的电压信号；再经滤波电路(504)滤波后变为(T5V的电压信号Imain2 ；Imain2由本模块输出后送至高精度Α/D模块(204)；
梯度放大器正负两个输出端的直流高压信号HV+和HV-，其调理电路结构相同，如图6所示HV首先送至耐高压隔离电阻(601);然后通过由耐高压隔离电阻及运算放大器AD8672为主体构成的比例电路(602)进行比例变换成为_5疒+5V间的低压信号HVl ;HV1 —方面直接送至监视输出调理模块(203)，另一方面通过以运算放大器AD8672为主体构成的比例平移电路(603)进行比例平移变换为(T5V的电压信号；再经滤波电路(604)滤波后变为(T5V的电压信号HV2 ；HV2由本模块输出后送至高精度Α/D模块(204)。本模块中共设置了 8路桥臂电流调理电路，以适应不同的控制算法需求及多种拓 扑结构的功率模块的控制。各运算放大器均采用高增益、低温漂、低噪声运放，电阻采用低温漂电阻，以保证调理后桥臂电流信号的精度可达千分之一，其它信号精度可达十万分之
O监视输出调理模块(203)，用于接收控制输入调理模块(201)输出的调理后的单端电流控制信号Ictll以及反馈输入调理模块(202)送来的调理后的一路高精度主回路电流信号Imainl和两路高精度直流高压信号HV1+、HV1-，生成梯度线圈的电流监视信号Imonitor、端电压监视信号Vmonitor、电流偏差监视信号Emonitor以及控制输入监视信号Ictlmonitor,并将这四个监视信号经相应的监视端子输出。本模块电路结构如图7所示差分运算电路(701)将来自反馈输入调理模块
(202)的梯度放大器正负两个输出端的直流高压信号HV1+、HVl-进行减法运算，然后经输出驱动电路(702)增强驱动能力后，由电压监视端子输出；来自反馈输入调理模块(202)的主回路电流信号Imainl经输出驱动电路(703)增强驱动能力后，由电流监视端子输出；差分运算电路(704)将来自反馈输入调理模块(202)的主回路电流信号Imainl和来自控制输入调理模块(201)的电流控制信号Ictll进行减法运算，然后经输出驱动电路(705)增强驱动能力后，由偏差监视端子输出；来自控制输入调理模块(201)的电流控制信号Ictll经输出驱动电路(706)增强驱动能力后，由控制监视端子输出。高精度Α/D模块(204)，连接控制输入调理模块(201)、反馈输入调理模块(202)和FPGA数字逻辑模块(206)。它一方面接收高精度模拟信号控制输入调理模块(201)输出的调理后的单端电流控制信号以及反馈输入调理模块(202)送来的调理后的一路高精度电流信号和两路高精度直流高压信号；另一方面接收FPGA数字逻辑模块(206)送来的数字控制信号；在FPGA数字逻辑模块(206)的控制下，将这些高精度模拟信号进行高精度Α/D转换。本实施例中采用高精度模/数转换集成电路芯片AD7760实现模/数转换。AD7760是AD公司生产的一款高性能低功耗24位Σ- Λ模数转换器，宽频带差分信号输入，16位双向并行数据接口，它的转换速率最高可达2MSPS，并能根据需求灵活地通过软件设置来改变过采样因子(32Χ至256Χ)来提高信噪比。当输出数据速率为625ΚΗζ时，动态范围为109dB，信噪比(SNR)为106dB ;所需的外部时钟信号最大值为40MHz。本实施例中对四路模拟信号进行模/数转换的电路是完全相同的，每一路的转换电路结构如图8所示电平变换及稳压电路(802)将7. 5V的电源电压转变为5V和2. 5V，为AD7760(801)提供稳定的电源供电和参考电压；单端变差分信号电路(803)将要进行采集的信号由单端变为差分信号，并送至AD7760 (801)的信号输入引脚；AD7760(801)与FPGA数字逻辑模块(206)通过16位的数据线及其它访问控制线连接，进行数据交换。用户接口模块(205)，连接FPGA数字逻辑模块(206)，用于接收用户的按键输入信息，并通过LCD显示器向用户显示系统的运行状态、运行参数等系统信息，所述的按键·输入可支持8个按键的输入，所述的IXD显示支持的点阵数为128X64。FPGA数字逻辑模块(206)，连接高精度Α/D模块(204)、用户接口模块(205)和数字信号处理控制模块(209)，用于控制高精度Α/D模块(204)的模/数转换、读取转换后的高精度数字量、接收并调理用户接口模块(205)送来的按键信号、接收数字信号处理控制模块(209)送来的显示信息、驱动IXD刷新显示内容以及响应数字信号处理控制模块(209)对用户按键数据和高精度Α/D转换结果数据的实时请求。本实施例采用Altera公司的FPGA芯片EP2C8Q208作为核心器件来构建FPGA数字逻辑模块(206)的电路。温度输入调理模块(207)，连接数字信号处理控制模块(209)，用于梯度放大器各关键部位的温度信息的采集，将温度探头送来的温度信号进行变换调理。本实施例采用LM35作为温度传感器。LM35是NS公司生产的集成电路温度传感器，它无需外部校准或微调，可以提供±1/4°C精度的常用室温精度，可测温度范围-55 +15(TC。本实施例包含六路温度信号的采集及调理，每一路的电路结构相同通过以运算放大器AD8672为主体构成的比例变换电路将LM35送出的信号变换成为(T3V的电压信号，然后送至数字信号处理控制模块(209)。通信接口模块(208)，连接数字信号处理控制模块(209)，用于通信信号电平的变换，为梯度放大器的远程监控提供通信接口。本实施例设置了 RS232和RS485两种通信接口。电路结构如图9所示与数字信号处理控制模块(209)相连的一路串行信号通过以Max232芯片为主体构成的电平转换电路(901)后转换为RS232协议的信号，然后连接到DB9规格的RS232通信端子；与数字信号处理控制模块(209)相连的另一路串行信号通过以Max485芯片为主体构成的电平转换电路(902)后转换为RS485协议的信号，然后连接到DB9规格的RS485通信端子。数字信号处理控制模块(209)，是梯度放大器控制器的数据处理及控制核心。其功能为接收反馈输入调理模块(202)送来的部分状态反馈信号并对其进行16位精度的模/数转换、接收FPGA数字逻辑模块(206)送来的用户按键信息和高精度模/数转换结果、向FPGA数字逻辑模块(206)发送LCD显示信息、接收温度输入调理模块(207)送来的温度信号并进行模/数转换、通过通信接口模块(208)与远程监控端进行信息交互、接收外部送来的同步以及使能等数字输入信号、向外部送出同步以及使能等数字输出信号、根据各输入量通过控制算法计算各PWM信号的占空比并通过PWM输出端子输出，所述的状态信号模/数转换的通道数为8路，温度信号模/数转换的通道数为6路，所述的PWM输出信号为8路。本实施例中采用德州仪器公司的TMS320F28335数字信号处理控制器芯片为主体来构建数字信号处理控制模块。TMS320F28335 DSP是TI公司推出的一款TMS320C28X系列浮点型DSP控制器，它具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元。TMS320F28335共有16路的12位模/数转换通道，本实施例应用其中8路来采集反馈输入调理模块(202)送来的桥臂电流信号IbrglA IbrglH，其中6路来采集温度输入调理模块(207)送来的温度信号；TMS320F28335共有3组串行通信接口(SCI)，本实施例应用第一组来实现RS232通信，应用第二组来实现RS485通信；TMS320F28335具有6组高分辨率脉宽调制(HRPWM)输出，可以输出12路HRPWM信号，本实施例应用其中的4组，构成8路HRPWM信号输出；TMS320F28335通过配置可实现32位外部 接口，本实施例用其实现本模块与FPGA数字逻辑模块(206)间的快速数据交换，来传递高精度模/数转换数据、用户按键信息以及LCD显示数据。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式
进行了描述，但应当清楚，本发明不限于具体实施方式
的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
权利要求
1.一种梯度放大器控制装置，其特征在于该控制装置包括控制输入调理模块(201)、反馈输入调理模块(202)、监视输出调理模块(203)、高精度A/D模块(204)、用户接口模块(205)、FPGA数字逻辑模块(206)、温度输入调理模块(207)、通信接口模块(208)和数字信号处理控制模块(209);所述的控制输入调理模块(201)接收外部送来的差分电流控制信号IctlD+和IctlD-，输出电流控制信号Ictll和Ictl3 ;所述的反馈输入调理模块(202)，接收来自传感器的状态反馈信号桥臂电流信号Ibrg、主回路电流信号Imain和高压信号HV，输出调理后的状态反馈信号Ibrgl、ImainU Imain2、HV2和HVl ;所述的监视输出调理模块(203)接收电流控制信号Ictll、主回路电流信号Imainl和高压信号HVl，输出电流监视信号Imonitor、电压监视信号Vmonitor、电流偏差信号Emonitor以及控制输入监视信号Ictlmonitor ;所述的高精度A/D模块(204)，接收电流控制信号Ictl3、主回路电流信号Imain2和高压信号HV2等高精度模拟信号以及来自FPGA数字逻辑模块(206)的数字控制信号，输出高精度A/D转换数字结果；所述的用户接口模块(205)接收来自操作人员的按键输入信息及来自FPGA数字逻辑模块(206)的显示数据，输出用户输入数据；所述的FPGA数字逻辑模块(206)接收用户输入数据和高精度A/D转换数字结果，输出显示数据、高精度A/D转换数字控制信号和A/D转换结果；所述的温度输入调理模块(207)接收被测温度信息，输出温度信号到数字信号处理控制模块(209);所述的通信接口模块(208)接收来自外部的通信输入数据和来自数字信号处理控制模块(209)的通信输出数据，向外部输出通信输出数据、向数字信号处理控制模块(209)输出通信输入数据；所述的数字信号处理控制模块(209)接收桥臂电流信号Ibrgl、高精度A/D转换数字结果、外部数字输入信号、温度信号以及通信输入数据，输出PWM信号、外部数字输出信号和通信输出数据。
2.根据权利要求I所述的梯度放大器控制装置，其特征在于所述的控制输入调理模块(201)，将接收到的差分电流控制信号转换为单端电流控制信号，并对信号进行比例变换和滤波处理。
3.根据权利要求I所述的梯度放大器控制装置，其特征在于所述的反馈输入调理模块(202)，将接收到的状态反馈信号进行比例变换和滤波处理，所述的状态反馈信号包含至少一路高精度电流信号、至少两路高精度直流高压信号以及至少八路普通精度电流信号，所述的高精度信号其精度不低于十万分之一，所述的普通精度信号其精度不低于千分之o
4.根据权利要求I所述的梯度放大器控制装置，其特征在于所述的高精度A/D模块(204)的转换精度不低于20位。
5.根据权利要求I所述的梯度放大器控制装置，其特征在于所述的用户接口模块(205)通过LCD显示器向用户显示系统的运行状态、运行参数等系统信息，所述的按键输入支持至少8个按键的输入，所述的IXD显示支持的点阵数不低于128X64。
6.根据权利要求I所述的梯度放大器控制装置，其特征在于所述的FPGA数字逻辑模块(206)接收数字信号处理控制模块(209)送来的显示信息、驱动IXD刷新显示内容以及响应数字信号处理控制模块(209)对用户按键数据和高精度A/D转换结果数据的实时请求。
7.根据权利要求I所述的梯度放大器控制装置，其特征在于所述的温度输入调理模块(207)，采集梯度放大器各关键部位的温度信息，将温度探头送来的温度信号进行变换调理，它至少包含六路温度信号的采集调理。
8.根据权利要求I所述的梯度放大器控制装置，其特征在于所述的通信接口模块(208)，用于通信信号电平的变换，为梯度放大器的远程监控提供通信接口。
9.根据权利要求I所述的梯度放大器控制装置，其特征在于所述的数字信号处理控制模块(209)将接收到的反馈输入调理模块(202)送来的部分状态反馈信号进行转换精度不低于12位的模/数转换，将接收到的温度输入调理模块(207)送来的温度信号进行模/数转换，所述的状态信号模/数转换的通道数不少于8路，温度信号模/数转换的通道数不少于6路，所述的PWM输出信号不少于8路。
全文摘要
本发明属于梯度放大器控制领域，提供一种应用于核磁共振成像系统的开关式数字化梯度放大器控制装置，本发明包括控制输入调理模块、反馈输入调理模块、监视输出调理模块、高精度A/D模块、用户接口模块、FPGA数字逻辑模块、温度输入调理模块、通信接口模块和数字信号处理控制模块。该梯度放大器控制装置对于功率模块的不同拓扑结构以及不同数字控制算法具有很强的适应性；能对电流控制信号和实际输出电流信号分别进行高精度模/数转换，不仅增强了梯度放大器所采用的控制算法的灵活性，而且使系统的安装调试以及升级更加方便快捷。
文档编号H03G3/20GK102857184SQ20121036680
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者王振松, 刘晓云, 陈武凡 申请人:电子科技大学