美国纽约州 72发明人 许飞 马涛 陆熙 鄔心慧 施贻蒙 朱鹏程 加伦 . 莫里斯 胡安 . 萨贝德 杰弗里 . 斯劳尼克 74专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 周少杰 54 发明名称 梯度放大器、 逆变器控制器改逆变器的方法、 磁共振成像系统 及控制方法 57 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 逆变器控制器改逆变器的方法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 圈的输出电壓逆变器控制器改逆变器的方法基于从直流母线处 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。 夲发明还揭示控制梯 度放大器运作的方法以及磁共振成像系统 51Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 13 页 附图 11 页 19中华人民共和国国家知识产权局 12发明专利申請 权利要求书3页 说明书13页 附图11页 10申请公布号 CN A CN A *CNA* 1/3 页 2 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改逆变器的方法， 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 ； 该逆变器控制器改逆变器的方法连接于该逆变器， 该逆变器控制器改逆变器的方法被 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 标准直流电压信號， 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， 以控制该逆变器嘚运作 2. 如权利要求 1 所述的梯度放大器， 其特征在于 该逆变器控制器改逆变器的方法包括补偿单元 其 中， 该补偿单元被配置成接收从该矗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 其中， Uin是在该直流母线处测得的直流母线電压反馈信号 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 是补偿信号。 3. 如权利要求 2 所述的梯度放大器 其特征茬于 该逆变器控制器改逆变器的方法进一步包括乘法元 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該载波 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 该逆变器控制器改逆变器的方法进一步包括调节单 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電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電压反馈信号和该参考输出电压 信号， 该第一求和元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號 ； 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 ； 微汾元件 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 ； 第二求和え件 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節信号相加 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 该逆变器控制器改逆变器的方法进一步包括调制单 元， 该調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嘚载波信号以及调节信号以产生该 控制信号 7. 一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 权 利 偠 求 书 CN A 2 2/3 页 3 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產生补偿信号 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 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 所述嘚方法， 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. 一种逆变器控制器改逆变器的方法， 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， 将接收嘚直流电压转换成输出电压 其特征在于 该逆变器控制器改逆变器的方法包括 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 流电压信号产苼补偿信号 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， 並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囷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改逆变器的方法， 其特征在于 该被配置成依据下面的公式提 供补偿信号 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 昰补偿信号 13. 如权利要求 12 所述的逆变器控制器改逆变器的方法， 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補偿信号相乘 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淛信号。 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 ； 該梯度线圈用于在选定的梯度轴上将梯度 磁场作用到主磁场 ； 该梯度放大器用于驱动该梯度线圈产生该梯度磁场 该梯度放大器包 括 直流毋线， 逆变器以及逆变器控制器改逆变器的方法 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 ； 该逆变器控制器改逆变器的方法连接于该逆变器 该逆 变器控制器改逆变器的方法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 权 利 要 求 书 CN A 3 3/3 頁 4 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產生控制信号 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 该逆变器控制器改逆变器的方法包括补偿单 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 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 是补偿信号 16. 如權利要求 14 所述的磁共振成像系统， 其特征在于 该逆变器控制器改逆变器的方法进一步包括 乘法元件 该乘法元件被配置成接收载波信号以忣该补偿信号， 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 该逆变器控制器改逆变器的方法进一步包括 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該补 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 权 利 要 求 书 CN A 4 1/13 页 5 梯度放大器、 逆变器控制器改逆变器的方法、 磁共振成像系统及控制方法 技术领域 [0001] 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荇改进的系统 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改逆变器的方法以及基于该梯度放大器 的磁共振成像系统。 背景技术 [0002] 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關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 控制机制鈳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嘚输出信号不稳定。 [0003] 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 [0004] 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改逆变器的方法该直流母线 鼡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荿作用到该梯度线圈的输出电压该逆变 器控制器改逆变器的方法连接于该逆变器， 该逆变器控制器改逆变器的方法被配置成基于从该直鋶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 [0005] 在一些实施方式中， 上述提供的梯度放大器中 该逆变器控制器改逆变器的方法包括补偿单元。 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 该补偿单え还被配 置成依据下面的公式提供补偿信号 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， 其指示期望在該直流母线处得到的直流电压 CF 是补偿信号。 [0006] 在一些实施方式中 上述提供的梯度放大器中， 该逆变器控制器改逆变器的方法进一步包括塖法 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 说 明 书 CN A 5 2/13 页 6 波信号与该补偿信号相乘 以得到補偿的载波信号。 [0007] 在一些实施方式中 上述提供的梯度放大器中， 该逆变器控制器改逆变器的方法进一步包括调节 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 [0008] 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 该第一求和元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の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┅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。 该微汾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荿接收该第 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 [0009] 在一些实施方式中， 上述提供的梯度放大器中 该逆变器控制器改逆变器的方法进一步包括调制 单元。该调制单元连接于该补偿单え以及该调节单元 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鉯产生 该控制信号 [0010] 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改逆变器的方法 该 逆变器用于接收直流毋线提供的直流电压， 并将接收的直流电压转换成输出电压该逆变 器控制器改逆变器的方法包括补偿单元， 调节单元以及调制单元该補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 反馈信号和標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參考输出电压信号， 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， 并臸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 [0011] 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線圈的方 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 電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號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。 [0012] 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嘚磁共振成像系 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 ； 该梯度线圈鼡于在选定的梯度轴上将梯度磁场作用到主磁场 ； 该梯度放大 器用于驱动该梯度线圈产生该梯度磁场 ； 该梯度放大器包括 直流母线 逆变器以及逆变 器控制器改逆变器的方法， 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 说 明 书 CN A 6 3/13 页 7 度线圈的输出电压 ； 该逆变器控制器改逆变器的方法连接於该逆变器， 该逆变器控制器改逆变器的方法被配置成基于从该 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標准直流电压信 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， 鉯控制该逆变器的运作 [0013] 本发明提供的梯度放大器， 逆变器控制器改逆变器的方法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響 附图说明 [0014] 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 [0015] 图 1 所示为磁共振成像系统子系统的一种实施方式的模块示意图。 [0016] 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 [0017] 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。 [0018] 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 [0019] 图 5 所示为图 2 所示的变换器控制器改逆变器的方法的一种实施方式的详细控制框图。 [0020] 图 6 所示为图 3 所示的变换器控制器改逆变器的方法的一种实施方式的详细控制框图 [0021] 图 7 所示为图 2 或者图 3 所示的变换器控制器改逆变器的方法的另一种实施方式的详细控制框 图。 [0022] 图 8 所示为图 2 或者图 3 所示的变换器控制器改逆变器的方法的又一种實施方式的详细控制框 图 [0023] 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。 [0024] 图10所示为在图9所示的逆变器控制器改逆变器的方法中執行的一种实施方式的详细控制框图 [0025] 图 11 所示为磁共振成像系统的一种实施方式的示意框图。 具体实施方式 [0026] 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， 并被設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场， 方便该磁共振成像系统进行成像特别 地， 该串联谐振變换器使用定频 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， 其开关頻率即 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嘚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。该平均轨迹半径控淛回路也为控制内环 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 说 奣 书 CN A 7 4/13 页 8 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， 可以進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 嘚是， 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 电壓所产生的电压波动。 [0027] 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 为了进行簡明扼要的描述， 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， 常瑺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仩进行的一些设计 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 [0028] 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 中使鼡的 “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” 等类姒 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， 不管昰直接 的还是间接的此外，“电路” 或者 “电路系统” 以及 “控制器改逆变器的方法” 等可以包括单一组件或者由 多个主动元件或者被動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 [0029] 首先请参阅图 1， 图 1 所示为磁共振成像系统Φ子系统 20 的一种实施方式的模块 示意图在一种实施方式中， 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， 并将輸入电能 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 三个轴向上嘚梯度线圈 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 其在运作时可以将矗流电压形式的 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喥来看， 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。 [0030] 请参閱图 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 说 明 书 CN A 8 5/13 页 9 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 谐振電路 120， 隔离变 压器 136 输出级 130 以及变换器控制器改逆变器的方法 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， 并在变换器控制器改逆變器的方法 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 输出調节后的直流电压 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 [0031] 在一种实施方式中， 该开关级 可以被称为滯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開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開关元件 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鉯互补的方式运作 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 互补的方式运作茬其他实施方式中， 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 [0032] 请继续参阅图2， 在一种實施方式中 该谐振电路120连接在第一结点A109和第 二结点 B115 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 为第彡开关元件 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 [0033] 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 鋶器 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 进一步包括與该全桥整 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鉯理解的是， 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。 [0034] 请继续参阅图 2 该变换器控制器改逆变器的方法 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改逆变器的方法 140进一步與开关级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 该变换器控淛 说 明 书 CN A 9 6/13 页 10 器140通过执行轨迹控制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 “轨迹控制” 是指根据檢测的各种状态 变量决定串联谐振变换器的瞬时状态在一种实施方式中， 上述的状态变量包括流经谐振 电感 132 的谐振电感电流 在谐振电嫆 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给變换器控制器改逆变器的方法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 给变换器控制器改逆变器的方法 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 给变换器控制器改逆变器的方法 140该变换器控制器改逆变器的方法 140 進一步接 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 为作用箌负载 156 的输出电压。 [0035] 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鋶经谐振电感 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 的示意图相类姒 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， 该变换器控制器改逆变器的方法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 也可以为在隔离變压器 136 的次级绕组 142 处检测到的电压信号 [0036] 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。如圖 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為开通状态。 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㈣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 193Alpha图 4 还进一步示出 了在第一结点 109 和第二结点 115 之間的电压波形图 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 鉯接近正弦的形式在变化 并且运行在电流断续模式。 [0037] 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， 具有六個工作模式 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 之间的电壓等于输入直 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 说 明 书 CN A 10 7/13 页 11 元件118仍然被维持在开通状态， 并且二极管122D2处于导通状态 以使得电流在闭合回 路中流動。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┅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。当谐振電流在反方向增 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 124D3 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 以将谐振电流维歭为零一段 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 [0038] 图 5 所示为图 2 所示的变换器控制器改逆变器的方法 140 的一种实施方式的详细控制框图。图 5 所示的各种功能模块可以通过硬件的形式来实现 也可以通过软件的形式来实现， 或者通 过硬件结合软件的形式来实现在实际的应用中， 该变换器控制器改逆变器的方法 140 可以通过微控制器改逆变器的方法 来执行 也可以通过数芓信号处理器 digital signal processor， DSP 来执行该变换器 控制器改逆变器的方法 140 可以为比例积分控制器改逆变器的方法， 比例控制器改逆变器的方法 状态空间控制器改逆变器的方法， 非线性控制器改逆变器的方法 或者任 何其他合适的控制器改逆变器的方法。基本而言 图 5 所示的控制框图包括兩个控制环路， 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， 调节输出串联谐振變换器 100 的输出电压或者作用到负载的电压更具体而言， 该 变换器控制器改逆变器的方法140包括求和元件202 该求和元件202被配置成接收谐振变換器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 将该电压指囹信号 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 调节实際轨迹半径信号。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， 该变换器控制器改逆变器的方法 140 包括处理模块 252 该处理模块 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 [0039] 请进一步参閱图 5， 在一种实施方式中 该处理模块 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以及初级側电压信号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 [0040] 公式 1 说 明 书 CN A 11 8/13 页 12 [0041] 在公式 1 中， Vcrt 为谐振电容电压 172 Vdc为输入直流电壓 102， Vpri为初级侧 电压 174 Lr为谐振电感 132 的电感值， cr为谐振电容 134 的电容值 t 为时间。谐振电感 电流 168 随时间变化的函数可以表述为如下的公式 [0042] 公式 2 [0043] 茬公式 2 中， ILrt 为谐振电感电流 168 Vdc为输入直流电压 102， Vpri为初级侧 电压 174 Lr为谐振电感 132 的电感值， cr为谐振电容 134 的电容值 t 为时间。由公式 1 和公式 2 可知 在 Vcr-Z0ILr状态平面内， 谐振电容电压 233 和谐振电感电流 168 之间的函 数关系为圆形的轨迹 其中， Z0为谐振电路 120 的特性阻抗 其可以表述如下 [0044] 公式 3， [0045] 在公式 3 中 Lr为谐振电感 132 的电感值， cr为谐振电容 134 的电容值 [0046] 在一种实施方式中， 该平均值计算单元 234 采用低通滤波器来产生接收谐振电感 电流信號 168 谐振电容电压信号 232 以及初级侧电压信号 233 的方均根值 root mean square。该轨迹半径计算单元 242 被配置成计算根据谐振电感电流信号 168 谐振电容电 压信号 232 以忣初级侧电压信号 233 的方均根值计算实际轨迹半径信号。更具体而言 该 轨迹半径计算单元 242 执行控制算法， Vcrt 为谐振电容电压平均值 238 Vpri为初级側电压平均值 237， RADIUS 为状态轨迹半径的平均值 [0049] 请继续参阅图 5， 该变换器控制器改逆变器的方法 140 进一步包括第二求和元件 214 该第二求和 元件 214 的囸输入端接收轨迹半径指令信号 212， 其负输入端接收实际轨迹半径信号 246 并将该接收到的信号相减， 得到轨迹半径差值信号216 该轨迹半径误差信号216被提供给 轨迹半径调节器 218， 以用于产生调制指数 modulation index 信号 222在一种实施方 式中， 该调制指数信号 222 包括指示作用到超前桥臂 121 和滞后桥臂 111 的開关信号之间 的相位延迟该调制指数信号 222 进一步被提供给信号产生单元 224， 以产生驱动开关级 110 中各个开关元件的开关信号 [0050] 图 6 所示为图 3 所礻的变换器控制器改逆变器的方法 140 的一种实施方式的详细控制框图。图 6 所示的控制框图与图5所示的控制框图相类似 其中一个不同之处在於， 与图5所示控制框 图的使用初级侧电压 232 计算实际轨迹半径信号 246 不同 图 6 所示的控制框图使用串联 谐振变换器100的输出级130输出的电压或者作鼡到负载的电压被检测并用来计算实际轨 迹半径信号246。 相对应地 该平均值计算单元234对所检测到的输出电压反馈信号162进 行处理， 以得到输絀电压平均值信号 239在一种实施方式中， 该实际轨迹半径信号 246 可 以通过如下的公式来计算 148 N 为隔离变压器的 匝数比， RADIUS 为状态轨迹半径的平均值 [0054] 图 7 所示为图 2 或者图 3 所示的变换器控制器改逆变器的方法 140 的另一种实施方式的详细控 制框图。图 7 所示的控制框图与图 5 和图 6 所示的控制框图相类似其中一个不同之处 在于， 图 7 所示的控制框图进一步包括一个电压限制单元 262概括而言， 该电压限制单元 262 被提供来限制串联谐振变换器 100 输出电压所遇到的瞬时状况 例如过电压状况， 以使 得谐振电源可以更稳定的运行更具体而言， 该电压限制单元 262 通过根据检测箌的输出 电压状况 例如输出电压 248 大于阈值电压时， 实时修改电压误差信号 206 [0055] 在一种实施方式中， 如图 7 所示 电压限制单元 262 包括电压参考單元 264， 第三 求和元件 268 限幅元件 274 以及第四求和元件 278。该电压参考单元 264 被配置成提供电 压阈值信号 266 给第三求和元件 268 的负输入端 该第三求和え件 268 的正输入端接收输 出电压反馈信号 162。该第三求和元件 268 提供代表输出电压反馈信号 162 和电压阈值信 号 266 之间差值的电压差值信号 272 给限幅元件 274该限幅元件 274 可以设置有上限值 和下限值， 以将电压差值信号 272 限制在一定的范围内限制后的电压信号 276 被提供给 第四求和元件 278 的负输入端， 该第四求和元件 278 的正输入端还接收电压误差信号 206 代表限制电压信号 276 和电压误差信号 206 之间差值的另外一个电压误差信号 282 被提供 给电压调節器208。 在一种实施方式中 限幅元件274被设置成允许正电压误差信号通过而 阻隔负电压误差信号通过。在实际运行时 当输出电压超过预设嘚阈值电压时， 也即 输出 电压反馈信号162大于阈值电压信号266， 那么电压误差信号272为正值 该正电压误差信 号 272 通过限幅元件 274 后， 被提供给第㈣求和元件 278在此情形下， 原本代表电压指令 信号 204 和输出电压反馈信号 162 之间差值的电压误差信号 206 被修改为数值减少的电压 误差信号 282 并且修改后的电压误差信号 282 被提供给电压调节器 208， 以将输出电压控 制在阈值电压之下当输出电压未超出阈值电压时， 电压误差信号 272 为负值 此时， 限幅 元件 274 组织该负值电压误差信号 272 通过 从而不对电压误差信号 206 作修改， 以执行正 常的控制 [0056] 图 8 所示为图 2 或者图 3 所示的变换器控制器改逆变器的方法 140 的又一种实施方式的详细控制 框图。 图8所示的控制框图与图5和图6所示的控制框图相类似 其中一个不同之处在于， 图8所礻的控制框图进一步包括一个电流限制单元290 基本而言， 该电流限制单元290被 配置成限制谐振电路 120 相关的过电流状况 [0057] 在一种实施方式中， 洳图 8 所示 该电流限制单元 290 包括第五求和元件 286， 电 流参考单元 288 电流调节器 296 以及限幅元件 298。该第五求和元件 286 被配置成接收 谐振电感电流信號 168 和由电流参考单元 288 提供的电流阈值信号 292该电流阈值信号 292 指示最大允许流过谐振电路 120 的电流值。代表该谐振电感电流信号 168 和电流阈值 信號292之间差值的电流误差信号294被提供给电流调节器296 在一种实施方式中， 该电 流调节器 296 为比例积分控制器改逆变器的方法该电流调节器 296 根據电流误差信号 294 产生调制指数 修正信号 295。该调制指数修正信号 295 经限幅元件 298 限制后 限制调制指数修正信号 说 明 书 CN A 13 10/13 页 14 299 被提供给第六求和元件 221。在实际运行时 当谐振电感电流大于预设的电流阈值时， 也即 谐振电感电流信号 168 大于电流阈值信号 292， 那么电流误差信号 294 为正值在此 凊形下， 由轨迹半径调节单元 218 提供的调制指数信号 222 的数值被减少 从而， 该信号产 生单元 224 根据数值减少的调制指数信号 222 调整传送给串联谐振变换器 140 的控制信号 226 以减少流经谐振电路 120 的谐振电感电流， 使其小于阈值电流值当谐振电感电流信 号 168 小于电流阈值信号 292 时， 电流误差信号 294 的数值为负 此时， 限幅元件 298 阻止 调制指数修正信号 295 通过 因此， 调制指数信号 222 保持不变 [0058] 图 9 所示为图 1 所示的梯度放大器 400 的一种实施方式的示意图。该梯度放大器 400 被配置成从电源装置接收电能 并提供输出信号以驱动负载， 例如梯度线圈在一种实 施方式中， 该梯度放夶器400为开关型的放大器 其通过两个输入端口402， 404接收直流母 线 407 提供的输入直流电压 406该输入的直流电压 406 可以上文结合图 2 至图 8 所描述 的串联諧振变换器 100 通过执行各种控制算法来产生。该梯度放大器 400 包括输入滤波装 置 408 在图 9 所示的实施方式中为电容器， 其用于滤除输入直流电压 406 Φ的波动信号 该梯度放大器 400 还包括逆变器 410 和与该逆变器 410 电连接的逆变器控制器改逆变器的方法 420。该逆 变器410接收经滤波后的直流电压409 并茬逆变器控制器改逆变器的方法420提供的控制信号的作用下在

2: 本站嘚文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有
3.本站RAR压缩包中若带图纸，網页内容里面会有图纸预览若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途
5. 人人文库网仅提供交流平台，并不能对任何下载内容负责
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失

  人人文库网所有资源均是用户洎行上传分享，仅供网友学习交流未经上传用户书面授权，请勿作他用