以零電壓開關(guān)及熱平衡控制算法運(yùn)作的開關(guān)放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種梯度放大器、開關(guān)放大器及其運(yùn)作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI)裝置中，梯度放大器用于激勵(lì) 設(shè)置于成像對(duì)象（例如，病人）周圍的梯度線圈在X軸、Y軸及Z軸方向上產(chǎn)生磁場梯度。 典型地，梯度放大器為由功率半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的開關(guān)電源，該功率半導(dǎo)體開關(guān)可以是絕緣 柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor, IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng) 晶體管（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)等等。為了控 制梯度放大器所產(chǎn)生的電源，上述功率半導(dǎo)體開關(guān)通常操作于脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation, PffM)方法。
[0003] 然而，該脈沖寬度調(diào)制方法會(huì)導(dǎo)致快速的電壓時(shí)間變化率（dv/dt)或電流時(shí)間變 化率（di/dt)，使得梯度放大器產(chǎn)生較多的高頻諧波成分。上述高頻諧波成分可能會(huì)對(duì)MRI 裝置中的射頻線圈所接收到的射頻信號(hào)造成干擾，進(jìn)而導(dǎo)致MRI裝置的成像品質(zhì)下降。上 述高頻諧波成分被定義為差模電磁噪聲及共模電磁噪聲。
[0004] 因此，需要提供一種新的梯度放大器以降低上述電磁噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)在歸納本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面以便于本發(fā)明的基本理解，其中該歸納并不是 本發(fā)明的擴(kuò)展性縱覽，且并非旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的某些要素，也并非旨在劃出其范圍。相反， 該歸納的主要目的是在下文呈現(xiàn)更詳細(xì)的描述之前用簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念。
[0006] 本發(fā)明的一個(gè)方面，在于提供一種開關(guān)放大器，其包括：
[0007] 多個(gè)級(jí)聯(lián)單元，串聯(lián)連接于負(fù)載的兩端；每個(gè)級(jí)聯(lián)單元包括兩個(gè)電橋電路，每個(gè)電 橋電路包括感性負(fù)載及至少兩個(gè)橋臂電路，每個(gè)橋臂電路由電子開關(guān)組成；該感性負(fù)載電 耦合于該至少兩個(gè)橋臂電路中的一者的第一橋臂端與該至少兩個(gè)橋臂電路中的另一者的 第二橋臂端之間；每個(gè)電子開關(guān)與二極管并聯(lián)連接；
[0008] 該第一橋臂端的第一橋臂電壓相對(duì)于第二橋臂端的第二橋臂電壓具有相移，該相 移用于使感性負(fù)載存儲(chǔ)能量并產(chǎn)生用于足夠?qū)▽?duì)應(yīng)二極管的最小環(huán)路電流-Imin或 Imin ;當(dāng)對(duì)應(yīng)二極管導(dǎo)通電流時(shí)，每個(gè)電子開關(guān)被設(shè)置成開通狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)；
[0009] 該最小環(huán)路電流-Imin或Imin為恒定值。
[0010] 本發(fā)明的另一個(gè)方面，在于提供一種控制開關(guān)放大器運(yùn)作的方法，該開關(guān)放大器 包括多個(gè)級(jí)聯(lián)單元，每個(gè)級(jí)聯(lián)單元包括兩個(gè)電橋電路，該方法包括：
[0011] 將該多個(gè)級(jí)聯(lián)單元串聯(lián)連接于負(fù)載的兩端；
[0012] 提供感性負(fù)載及至少兩個(gè)橋臂電路于每個(gè)電橋電路內(nèi)，每個(gè)橋臂電路由電子開關(guān) 組成；
[0013] 將感性負(fù)載電耦合于該至少兩個(gè)橋臂電路中的一者的第一橋臂端與該至少兩個(gè) 橋臂電路中的另一者的第二橋臂端之間；
[0014] 將每個(gè)電子開關(guān)與二極管并聯(lián)連接；
[0015] 設(shè)置第一橋臂端的第一橋臂電壓相對(duì)于第二橋臂端的第二橋臂電壓具有相移，該 相移用于使感性負(fù)載存儲(chǔ)能量并產(chǎn)生用于足夠?qū)▽?duì)應(yīng)二極管的最小環(huán)路電流-Imin或 Imin ；
[0016] 當(dāng)對(duì)應(yīng)二極管導(dǎo)通電流時(shí)，控制每個(gè)電子開關(guān)呈開通狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)；
[0017] 該最小環(huán)路電流-Imin或Imin為恒定值。
[0018] 本發(fā)明的另一個(gè)方面，在于提供一種梯度放大器，其包括：
[0019] 多個(gè)級(jí)聯(lián)單元，串聯(lián)連接于梯度線圈的兩端；每個(gè)級(jí)聯(lián)單元包括兩個(gè)電橋電路，每 個(gè)電橋電路包括感性負(fù)載及至少兩個(gè)橋臂電路，每個(gè)橋臂電路由電子開關(guān)組成；該感性負(fù) 載電耦合于該至少兩個(gè)橋臂電路中的一者的第一橋臂端與該至少兩個(gè)橋臂電路中的另一 者的第二橋臂端之間；每個(gè)電子開關(guān)與二極管并聯(lián)連接；
[0020] 該第一橋臂端的第一橋臂電壓相對(duì)于第二橋臂端的第二橋臂電壓具有相移，該相 移用于使感性負(fù)載存儲(chǔ)能量并產(chǎn)生用于足夠?qū)▽?duì)應(yīng)二極管的最小環(huán)路電流-Imin或 Imin ;當(dāng)對(duì)應(yīng)二極管導(dǎo)通電流時(shí)，每個(gè)電子開關(guān)被設(shè)置成開通狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)；
[0021] 該最小環(huán)路電流-Imin或Imin為恒定值。
[0022] 本發(fā)明提供的梯度放大器、開關(guān)放大器及其運(yùn)作方法，由于梯度放大器或開關(guān)放 大器中的全部或部分電子開關(guān)均能實(shí)現(xiàn)零電壓開通，因此有效地降低了該梯度放大器或開 關(guān)放大器通電工作時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾以及開關(guān)損耗。
【附圖說明】
[0023] 通過結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖 中：
[0024] 圖1為一種實(shí)施方式的開關(guān)放大器的電路圖，該開關(guān)放大器包括多個(gè)級(jí)聯(lián)單元。
[0025] 圖2為圖1所示開關(guān)放大器的簡化電路圖，該開關(guān)放大器包括一個(gè)級(jí)聯(lián)單元。
[0026] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的第一方面示出第一橋臂電壓Vl、第二橋臂電壓V2與流過第一 電感器及第二電感器的電流之間的關(guān)系的電壓分布和電流分布。
[0027] 圖4為描述圖2所示開關(guān)放大器中實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)的占空比和相移的區(qū)域的曲線 圖。
[0028] 圖5為第一橋臂電壓VI、第二橋臂電壓V2及流過第一電感器的電流Il的波形示 意圖。
[0029] 圖6為第一橋臂電壓VI、第二橋臂電壓V2及電橋電壓Vpole-Bl的波形示意圖。
[0030] 圖7為根據(jù)本發(fā)明的第二方面示出第一橋臂電壓Vl、第二橋臂電壓V2與流過第一 電感器及第二電感器的電流之間的關(guān)系的電壓分布和電流分布。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 以下將描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，需要指出的是，在這些實(shí)施方式的具體描述 過程中，為了進(jìn)行簡明扼要的描述，本說明書不可能對(duì)實(shí)際的實(shí)施方式的所有特征均作詳 盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實(shí)施方式的實(shí)際實(shí)施過程中，正如在任意一個(gè)工 程項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過程中，為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商 業(yè)相關(guān)的限制，常常會(huì)做出各種各樣的具體決策，而這也會(huì)從一種實(shí)施方式到另一種實(shí)施 方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜 并且冗長的，然而對(duì)于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開 揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不 應(yīng)當(dāng)理解為本公開的內(nèi)容不充分。
[0032] 除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā) 明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán) 利要求書中使用的"第一"、"第二"以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而 只是用來區(qū)分不同的組成部分。"一個(gè)"或者"一"等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示 存在至少一個(gè)。"包括"或者"包含"等類似的詞語意指出現(xiàn)在"包括"或者"包含"前面的 元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在"包括"或者"包含"后面列舉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。"連接"或者"相連"等類似的詞語并非限定于物理的或者機(jī)械 的連接，而是可以包括電氣的連接，不管是直接的還是間接的。
[0033] 請參閱圖1，其為一種實(shí)施方式的開關(guān)放大器100的電路圖。開關(guān)放大器100被配 置成給負(fù)載200供電。作為一個(gè)非限定的實(shí)施例，開關(guān)放大器100為磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI)裝置中的梯度放大器，負(fù)載200為磁共振成像裝置中的梯度線 圈。
[0034] 開關(guān)放大器100包括多個(gè)級(jí)聯(lián)單元KEl ......KEn，多個(gè)級(jí)聯(lián)單元KE1、......KEn 的結(jié)構(gòu)大致上相同。具體地，多個(gè)級(jí)聯(lián)單元KEl.......KEn串聯(lián)連接于負(fù)載200的兩端。 多個(gè)級(jí)聯(lián)單元電壓U1，…Un被分別分配到多個(gè)級(jí)聯(lián)單元KEl.......KEn，使得開關(guān)放大器 100產(chǎn)生輸出電壓Uout，Uout = Ul+…Un，輸出電壓Uout用于給負(fù)載200供電。
[0035] 多個(gè)級(jí)聯(lián)單元KE1、......KEn中的每一者包括兩個(gè)電橋電路Bgl、Bg2,該兩個(gè)電 橋電路B