CN103208941B - 电源电路以及磁共振成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式是电源电路及磁共振成像装置。能够提供将输入3相交流电力变为直流电力的电源电路以具备该电源电路的磁共振成像装置。本发明的一实施方式的电源电路为了解决上述课题，提供将输入3相交流变换为直流输出的电源电路，具备输入相判定部、变压器、输入相切换部等。输入相判定部判定输入3相交流的3相中当前电压为最大相及为最小相。输入相切换部对变压器的初级侧线圈以在比输入3相交流的周期短的第1开关期间将最大相的电压输入到一方端子，并将最小相的电压输入到另一方端子，在与第1开关期间连续且比周期短的第2开关期间将最小相的电压输入到一方端子，并将最大相的电压输入到另一方端子的方式，切换对初级侧线圈的输入电压。

Description

电源电路以及磁共振成像装置

本申请以日本专利申请2012-004693（申请日：2012年1月13日）以及日本专利申请2012-270216（申请日：2012年12月11日）为基础，并享有它们的优先权。本申请通过参照这些申请而包含该申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及电源电路以及磁共振成像装置。

背景技术

在需要直流电力的装置中有利用将商用交流电力变换为直流电力的开关电源等的电源电路的方式。例如，磁共振成像（MRI：MagneticResonance Imaging）装置的梯度磁场电源、接收电路被提供由开关电源等生成的直流电力进行驱动。

一般，开关电源将输入的交流电力进行整流、平滑后给予开关元件，将开关元件生成的脉冲波输入到高频变压器的初级侧线圈，通过对在高频变压器的次级侧线圈所感应出的电力进行整流、平滑，从而输出规定的直流电力。

以往的开关电源是在初级侧电路以及次级侧电路双方进行整流以及平滑。因此，在以往的开关电源中，在两处整流电路的各自中发生电力损失，并且为了进行两次平滑在两处需要比较大的电容器。

发明内容

本发明要解决的课题是提供一种能够将输入3相交流电力变换为直流电力的电源电路及具备该电源电路的磁共振成像装置。

本发明的一种实施方式涉及的电源电路为了解决上述课题是提供一种将输入3相交流变换为直流并输出的电源电路，该电源电路具备：输入相判定部、变压器、输入相切换部、整流部以及平滑部。输入相判定部判定输入3相交流的3相中当前电压为最大的相以及当前电压为最小的相。变压器，具有初级侧线圈和次级侧线圈。输入相切换部，对初级侧线圈以如下方式切换针对初级侧线圈的输入电压，即：在比输入3相交流的周期还短的第1开关期间将最大的相的电压输入到一方端子，并且将最小的相的电压输入到另一方端子，在与第1开关期间连续且比周期还短的第2开关期间将最小的相的电压输入到一方端子，并且将最大的相的电压输入到另一方端子。整流部与次级侧线圈连接，整流次级侧线圈的输出电压。平滑部与整流部连接，平滑次级侧线圈的输出电压，并向输出端子输出。

根据上述构成的电源电路以及磁共振成像装置，能够将输入3相交流电力变换为直流电力。

附图说明

图1是表示包含本发明的第1实施方式涉及的电源电路的磁共振成像装置的一个例子的整体构成图。

图2是概略地表示第1实施方式涉及的电源电路的构成例子的框图。

图3是表示3相交流电源输出的各相的电压波形的一个例子的说明图。

图4是表示从平滑电路输出的电压波形的一个例子的说明图。

图5是表示第1实施方式涉及的电源电路的一个例子的构成图。

图6是概略地表示第2实施方式涉及的电源电路的构成例子的框图。

具体实施方式

参照附图，对本发明涉及的电源电路以及磁共振成像装置的实施方式进行说明。

（第1实施方式）

图1是表示包含本发明的第1实施方式涉及的电源电路1的磁共振成像装置10的一个例子的整体构成图。在图1中表示将电源电路1作为梯度磁场电源的直流电源使用时的例子。

磁共振成像装置10具有将形成静磁场的筒形的静磁场用磁铁2、设置于该静磁场用磁铁2内部的匀场线圈3、梯度磁场线圈单元4以及RF线圈单元5内置于机架的结构。

另外，磁共振成像装置10具有控制系统6。控制系统6具有静磁场电源7、匀场线圈8、具有电源电路1以及脉冲电流源11的梯度磁场电源9、发送器12、接收器13、序列控制器14以及信息处理装置15。

信息处理装置15具有输入部16、显示部17、存储部18以及主控制装置19。

静磁场用磁铁2与静磁场电源7连接，利用从静磁场电源7提供的电流在拍摄区域形成静磁场。静磁场用磁铁2用超导线圈构成，在励磁时，与静磁场电源7连接而提供电流，但也可以在一旦励磁后设置成非连接状态。而且，静磁场用磁铁2也可以用永久磁铁构成，这种情况下，可以不设置静磁场电源7。

另外，在静磁场用磁铁2的内侧在同轴上设置筒形的匀场线圈3。匀场线圈3与匀场线圈电源8连接，以使静磁场均匀化的方式从匀场线圈电源8向匀场线圈3提供电流。

梯度磁场线圈单元4具有X轴梯度磁场线圈4x、Y轴梯度磁场线圈4y以及Z轴梯度磁场线圈4z，在静磁场用磁铁2的内部形成为筒形。在梯度磁场线圈单元4的内侧设置有床20作为拍摄区域，在床20上放置受检体P。也可以不将RF线圈单元5内置于机架中，而设置在床20或受检体P附近。

另外，梯度磁场线圈单元4的X轴梯度磁场线圈4x、Y轴梯度磁场线圈4y以及Z轴梯度磁场线圈4z分别利用从由序列控制器14控制的梯度磁场电源9提供的电流，在拍摄区域分别形成X轴方向的梯度磁场Gx、Y轴方向的梯度磁场Gy、Z轴方向的梯度磁场Gz。通过该梯度磁场的施加方式可以设定针对受检体P的切片面。

而且，梯度磁场电源9具备3组电源电路1以及脉冲电流源11的组，可以对电源电路1以及脉冲电流源11的组的各自对应的各梯度磁场线圈4x、4y、4z独立施加电流。

RF线圈单元5与发送器12以及接收器13连接。RF线圈单元5具有：从发送器12接收高频信号而发送到受检体P的功能；接收伴随由受检体P内部的原子核自旋的高频信号引起的激励而发生的MR信号并给予接收器13的功能。

控制系统6的序列控制器14与梯度磁场电源9、发送器12以及接收器13连接。序列控制器14由以CPU、RAM以及ROM为首的存储介质等构成，存储从信息处理装置15接收到的序列信息。在序列信息中包含用于驱动梯度磁场电源9、发送器12以及接收器13所需要的控制信息，例如应该施加给梯度磁场线圈单元4的脉冲电流的强度、施加时间、施加定时等的动作控制信息。

序列控制器14通过根据该序列信息控制梯度磁场电源9、发送器12以及接收器13的动作，从而例如发生X轴梯度磁场Gx、Y轴梯度磁场Gy、Z轴梯度磁场Gz以及高频信号。发送器12根据从序列控制器14接收到的控制信息，将高频信号给予RF线圈单元5。另外，接收器13输出的数字数据（MR信号）经由序列控制器14给予信息处理装置15。

信息处理装置15的输入部16例如由键盘、触摸板、数字键盘、轨迹球等一般的输入装置构成，将与用户的操作对应的操作输入信号输出给主控制装置19。

显示部17由例如液晶显示器、OLED（Organic Light EmittingDiode：有机发光二极管）显示器等一般的显示输出装置构成，依照主控制装置19的控制显示由主控制装置19生成的扫描图像等的各种信息。

存储部18由通过主控制装置19能够读写数据的非易失性存储介质构成，存储各种序列信息、图像的原始数据、扫描图像等的各种图像等。

图2是概略地表示第1实施方式涉及的电源电路1的构成例子的框图。

电源电路1具有：输入相判定部21、输入相切换部22、可变工作脉冲振荡器23、具有初级侧线圈24以及次级侧线圈25的变压器26、整流电路27、平滑电路28、输出端子29以及工作状态决定部30。

输入相判定部21、输入相切换部22、可变工作脉冲振荡器23以及变压器26的初级侧线圈24构成初级侧电路31。即，在初级侧电路31中不具备整流电路以及平滑电路。换句话说，在初级侧电路31设置有非整流部以及非平滑部，非整流部以及非平滑部至少用输入相判定部21、输入相切换部22构成。另一方面，变压器26的次级侧线圈25、整流电路27以及平滑电路28构成次级侧电路32。

输入相判定部21从3相交流电源100输入3相交流，判定在3相中当前电压为最大的相以及为最小相。

另外，对输入相判定部21也可以输入3相交流以外的多相交流（例如2相、12相、24相等）。即使是输入3相交流以外的多相交流的情况下，输入相判定部21也判定所输入的多相交流的各相中当前电压为最大的相（以下称为最大相）以及电压为最小的相（以下，称为最小相）。在以下的说明中，表示对输入相判定部21输入正弦波对称3相交流时的例子。另外，在以下的说明中，假设3相交流电源100输出的正弦波对称3相交流的各相为R相、S相、T相。

图3是表示3相交流电源100输出的各相的电压波形的一个例子的说明图。

如图3所示，3相交流的各相周期相互相同，另一方面相位相互不同。因此，随着时间的经过，最大相以及最小相依次变化。例如，在图3的期间P1中最大相是R相，最小相是T相。另外，在期间P2中，最大相是R相，最小相是S相。而且，在正弦波对称3相交流中，最大相的电压值为正，最小相的电压值为负。

输入相切换部22从输入相判定部21接收最大相以及最小相的信息。而后，输入相切换部22以如下方式切换针对初级侧线圈24的输入电压，即，在比输入3相交流的周期还短的第1开关期间t1中将向初级侧线圈24的一方端子输入的输入电压设为最大相的电压，并且将向另一方端子输入的输入电压设为最小相的电压，在与第1开关期间t1连续且比输入3相交流的周期还短的第2开关期间t2中，在将向一方端子输入的输入电压设为最小相的电压，并且将向另一方端子输入的输入电压设为最大相的电压。

例如，在图3所示的期间P1中，如果接收到最大相是R相、最小相是T相这一意思的信息，则输入相切换部22在第1开关期间t1间，分别对初级侧线圈24的一方端子输入R相，对另一方端子输入T相。即，对初级侧线圈24输入从R相的电压减去T相的电压得到的电压。接着，输入相切换部22在第2开关期间t2间，以这些输入发生反转的方式切换输入相，分别对一方端子输入T相，对另一方端子输入R相。即，对初级侧线圈24输入从T相电压减去R相电压得到的电压。接着，输入相切换部22在第1开关期间t1间，分别再次对初级侧线圈24的一方端子输入R相，向另一方端子输入T相。而后，如果在期间P1之后转移到期间P2，则输入相切换部22反转R相和S相的同时，输入到初级侧线圈24。

因此，对初级侧线圈24以周期t1+t2的脉冲输入输入3相交流的当前的最大相和最小相之间的电压。

可变工作脉冲振荡器23设定第1开关期间t1以及第2开关期间t2。第1开关期间t1以及第2开关期间t2也可以分别相同。另外，各开关期间t1以及t2可以设成比输入3相交流的周期还短很多的期间（例如小于等于1/10等）。

变压器26的次级侧线圈25输出与由输入到初级侧线圈24的脉冲电压发生的磁场相应的电压。而且，能够根据初级侧线圈24和次级侧线圈25的匝数比，改变从电源电路1的输出端子29输出的直流电压值。

整流电路27与次级侧线圈25连接，对次级侧线圈25的输出信号进行整流。该整流电路27能够由例如二极管桥等的具有一般的整流作用的电路、元件构成。

平滑电路28与整流电路27连接，对次级侧线圈25的输出信号进行平滑，然后输出到输出端子29以及工作状态决定部30。该平滑电路28例如能够由电容器等的具有一般的平滑作用的元件、电路构成。

图4是表示从平滑电路28输出的电压波形的一个例子的说明图。

输出端子29对脉冲电流源11输出从平滑电路28接收到的信号。

通过以上的电路构成，如图4所示，平滑电路28能够输出直流电压。

因而，根据本实施方式涉及的电源电路1，即使在初级侧电路31中不具备整流电路以及平滑电路（即使用非整流部以及非平滑部构成初级侧电路31），也能够将交流电力变换为直流电力。因此，与在初级侧电路31中具备整流电路以及平滑电路的情况相比，在能够减少零件个数，并且能够抑制由整流电路带来的电力损失。

另外，输入到初级侧线圈24中的电压脉冲的周期t1+t2也可以由可变工作脉冲振荡器23控制，设为比3相交流电源100的周期还短。因此，能够构成小的变压器26。一般都知道变压器26的大小与频率成反比。

可是，根据以上的电路构成，平滑电路28能够输出直流电压，而例如，在期间P1，R相和T相的电压变化可以被表现为从平滑电路28输出的直流电压的变动。

为了输出更稳定的直流电压，认为使用平滑电路28的输出电压（反馈）来控制第1开关期间t1以及第2开关期间t2。

因而，工作状态决定部30比较平滑电路28的输出电压和作为目标的电压（以下称为基准电压），决定第1开关期间t1以及第2开关期间t2，使得平滑电路28的输出电压接近基准电压。

更具体地说，如果平滑电路28的输出电压比基准电压大，则控制成第1开关期间t1相对第2开关期间t2的比t1/t2减小。第2开关期间t2是将从最小相的电压（负值）减去R相的电压（正值）得到的电压（负的值）输入到初级侧线圈24的期间。因此，通过减小t1/t2，能够减小平滑电路28的输出电压。另一方面，如果平滑电路28的输出电压比基准电压小，则控制成t1/t2变大。

而后，工作状态决定部30将决定出的第1开关期间t1以及第2开关期间t2给予可变工作脉冲振荡器23。可变工作脉冲振荡器23使用由工作状态决定部30决定的第1开关期间t1以及第2开关期间t2，控制输入相切换部22。

而且，工作状态决定部30例如只在平滑电路28的输出电压和基准电压的差的绝对值比规定的阈值还大时改变t1/t2，在阈值以内的情况下可以设置成t1/t2=1。

通过使用工作状态决定部30，能够使从输出端子29输出的直流电压稳定。因此，能够降低由输入3相交流的变动引起的输出电压的波纹。另外，例如，在与输出端子29连接的负载发生了变化的情况下，也能够抑制输出电压的变动。可变工作脉冲振荡器23以及工作状态决定部30作为控制第1开关期间t1以及第2开关期间t2的期间控制部发挥功能。

而且，在不需要使从输出端子29输出的直流电压稳定的情况下，电源电路1也可以不具备工作状态决定部30。这种情况下，可变工作脉冲振荡器23用预先设定的第1开关期间t1及第2开关期间t2以及t1/t2比（例如1等）控制输入相切换部22。例如，如本实施方式涉及的磁共振成像装置10那样，当使用电源电路1作为梯度磁场电源9的脉冲电流源11的电源的情况下，如果是可以允许脉冲电流源11具备反馈功能等的某种程度的纹波，则不需要基于工作状态决定部30的t1/t2比的控制。

图5是表示第1实施方式涉及的电源电路1的一个例子的构成图。而且，由于纸面的限制，输入相切换部22分割为2个来表示。

电源电路1例如如图5所示可以用分立元件以及逻辑电路构成。在图5中，C1表示电容器，D1~D7表示二极管，R1~R6表示电阻，L1表示初级侧线圈24，L2表示次级侧线圈25，SW1~6表示开关，A1~6以及A13~24表示AND电路，A7~12以及25表示NOT电路，A26~31表示OR电路。在以下的说明中，将初级侧线圈24（图5的L1）的一方端子设为图5的上侧的端子，将另一方端子设置为图5的下侧的端子。

例如，图5所示的输入相判定部21的A1的输出只在R相是最大相时变为H，在其他的情况下变为L。另外，A4的输出只在R相是最小相时为H，在其他情况下为L。因此，通过使用具有图5所示的构成的输入相判定部21的输出，能够抽出当前的最大相以及最小相。

另外，从图5可知，输入相切换部22的A26的输出（图5的S1）在R相是最大相并且可变工作脉冲振荡器23的输出是H的情况下，或者，R相是最小相并且可变工作脉冲振荡器23的输出是L的情况下输出H，其他情况下输出L。该A26的输出（图5的S1）被输入到开关SW1。

输入相切换部22的开关SW1、3以及5分别只在A26、A27以及A28的输出是H的情况下，以将R相、S相以及T相的电压输入到初级侧线圈24（图5的L1）的一方端子（图5的上侧的端子）的方式短路。另外，开关SW2、4以及6分别只在A29、A30以及A31的输出是H的情况下，以将R相、S相以及T相的电压输入到初级侧线圈24（图5的L1）的另一方端子（图5的下侧的端子）的方式短路。

因此，开关SW1在R相是最大相且可变工作脉冲振荡器23的输出是H的情况下，或者，在R相是最小相并且可变工作脉冲振荡器23的输出是L的情况下，以将R相的电压输入到初级侧线圈24（图5的L1）的一方端子的方式短路。

另外，输入相切换部22的A31的输出（图5的S6）在T相是最小相且可变工作脉冲振荡器23的输出是H的情况下，或者，T相是最大相且可变工作脉冲振荡器23的输出是L的情况下输出H，其他情况下输出L。该A31的输出（图5的S6）输入到开关SW6中。

因而，例如在最大相是R相、最小相是T相的期间P1中，可变工作脉冲振荡器23（图5的V4）的输出是H的第1开关期间t1由于开关SW1以及SW6被短路，因而对初级侧线圈24的一方端子输入R相，对另一端子输入T相。

同样，输入相切换部22的A29的输出（图5的S2）在R相是最小相且可变工作脉冲振荡器23的输出是H的情况下，或者，R相是最大相且可变工作脉冲振荡器23的输出是L的情况下，输出H，其他情况下输出L。

另外，输入相切换部22的A28的输出（图5的S5）在T相是最大相且可变工作脉冲振荡器23的输出是H的情况下，或者，T相是最小相且可变工作脉冲振荡器23的输出是L情况下输出H，其他情况下输出L。

因而，例如在最大相是R相、最小相是T相的期间P1中，可变工作脉冲振荡器23（图5的V4）的输出是L的第2开关期间t2由于开关SW2以及SW5被短路，因而向初级侧线圈24的一方端子输入T相，向另一方端子输入R相。

（第2实施方式）

图6是概略地表示第2实施方式涉及的电源电路1A的构成例子的框图。

第2实施方式涉及的电源电路1A在具有多个由次级侧线圈25、整流电路27以及平滑电路28的组组成的次级侧电路32这一点上和第1实施方式所示的电源电路1不同。有关其他的构成以及作用因为和图2所示的电源电路1实质上没有不同，所以对相同的构成附加相同符号并省略说明。在图6中表示电源电路1A具有3个次级侧电路32、32a以及32b的例子。

次级侧电路32a具有次级侧线圈25a、整流电路27a以及与输出端子29a连接的平滑电路28a。另外，次级侧电路32b具有次级侧线圈25b、整流电路27b以及与输出端子29b连接的平滑电路28b。

变压器26具有初级侧线圈24、次级侧线圈25、25a以及25b。次级侧线圈25、25a以及25b分别构成为可以和初级侧线圈24磁耦合。

利用本实施方式涉及的电源电路1A也可以起到和第1实施方式涉及的电源电路1一样的作用效果。

另外，如果采用本实施方式涉及的电源电路1A，则能够根据初级侧线圈24和次级侧线圈25、25a以及25b的匝数比，从各输出端子29、29a以及29b输出不同的电压。

另外，也可以是各输出端子29、29a以及29b各自不接地（例如在图5所示的电路例子中，不具备电阻R5和连接有电阻R5的地线），而设置成相互浮置的状态。当设置成相互浮置的状态的情况下，能够独立地控制各输出电压。另外，这种情况下，脉冲电流源11可以将相互浮置的输出电压例如串联连接利用。

另外，也可以在串联连接了各输出端子29、29a以及29b的状态下输出到脉冲电流源11等的外部装置。此时，无论哪一个输出端子接地都没关系。

而且，工作状态决定部30通过使用各输出电压中的1个输出电压，能够实现各输出电压的稳定化。这是因为无论哪个输出电压都根据初级侧线圈24发生的磁场而变动的缘故。

以上，说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式可以以其他各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围中，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含于发明的范围和主旨中，并且包含于权利要求书所记载的发明和其均等的范围中。

例如，电源电路1并不限于磁共振成像装置10，能够作为利用直流电力的各种装置的直流电源来适用。另外，例如在第2实施方式中，也和第1实施方式一样，当不需要使从输出端子29、29a以及29b输出的直流电压稳定的情况下，电源电路1A也可以不具备工作状态决定部30。

Claims (7)

1.一种电源电路，是将输入3相交流变换为直流并输出的电源电路，该电源电路具备：

输入相判定部，判定上述输入3相交流的3相中当前电压为最大的相以及当前电压为最小的相；

变压器，具有初级侧线圈和次级侧线圈；

输入相切换部，对上述初级侧线圈以如下方式切换针对上述初级侧线圈的输入电压，即：在比上述输入3相交流的周期还短的第1开关期间将上述最大的相的电压输入到一方端子，并且将上述最小的相的电压输入到另一方端子，在与上述第1开关期间连续且比上述周期还短的第2开关期间将上述最小的相的电压输入到上述一方端子，并且将上述最大的相的电压输入到上述另一方端子；

整流部，与上述次级侧线圈连接，整流上述次级侧线圈的输出电压；

平滑部，与上述整流部连接，平滑上述次级侧线圈的输出电压，并向上述电源电路的输出端子输出。

2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：

上述输入相判定部以及上述输入相切换部由非整流部以及非平滑部构成。

3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：

上述输入相切换部具有期间控制部，该期间控制部控制上述第1开关期间以及上述第2开关期间。

4.根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于：

上述期间控制部比较上述平滑部的输出电压和规定的基准电压，控制上述第1开关期间以及上述第2开关期间，使得上述平滑部的输出电压接近上述基准电压。

5.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，

上述电源电路具有多个由上述次级侧线圈、上述整流部以及上述平滑部构成的次级侧电路。

6.根据权利要求5所述的电源电路，其特征在于：

多个上述次级侧电路分别与上述电源电路的相互不同的输出端子连接，

上述相互不同的输出端子各自不接地。

7.一种磁共振成像装置，具备：

静磁场用电源；

静磁场用磁铁，由该静磁场用电源提供电流并在拍摄区域形成静磁场；

梯度磁场电源；

梯度磁场线圈，由该梯度磁场电源提供电流并在上述拍摄区域形成梯度磁场；以及

RF线圈，向位于上述拍摄区域的受检体发送高频信号，并且接收与上述高频信号相应地从上述受检体的内部发生的磁共振信号；

上述梯度磁场电源具备：

电源电路，该电源电路是将输入3相交流变换为直流并输出的电源电路；以及

脉冲电流电源，与上述电源电路的输出端子连接，向上述梯度磁场线圈提供电流，

该电源电路具有：输入相判定部，判定上述输入3相交流的3相中当前电压为最大的相以及当前电压为最小的相；变压器，具有初级侧线圈以及次级侧线圈；输入相切换部，对上述初级侧线圈以如下方式切换针对上述初级侧线圈的输入电压，即：在比上述输入3相交流的周期还短的第1开关期间将上述最大的相的电压输入到一方端子，并且将上述最小的相的电压输入到另一方端子，在与上述第1开关期间连续且比上述周期还短的第2开关期间将上述最小的相的电压输入到上述一方端子，并且将上述最大的相的电压输入到上述另一方端子；整流部，与上述次级侧线圈连接，整流上述次级侧线圈的输出电压；平滑部，与上述整流部连接，平滑上述次级侧线圈的输出电压，并向上述电源电路的输出端子输出。