CN203734622U - 一种基于pid调节和pwm技术的mri b0场补偿放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PID调节和PWM技术的MRIB0场补偿放大器，包括正负电源模块、补偿放大电路板，其采用的技术手段有：放大滤波、负反馈、PID频响调节、正反馈、PWM调制、基于FPGA的PWM波形整形、隔离驱动技术、信号放大、信号滤波还原、电流采样、电流监控、过流保护等。其优点是：反馈增益需要适当，使系统工作更加稳定；PID调节，使补偿放大器的负载匹配范围更加宽阔；解决了普通放大器适配范围小、当不匹配负载范围时出现自激的缺点；能从一定程度上使输出响应速度加快，以避免因负载感性过大，导致输出响应速度过慢；由于采用了PWM开关方式，补偿放大器的效率可达到约90%，解决了普通放大器效率低缺点。

Description

一种基于PID调节和PWM技术的MRI B0场补偿放大器

技术领域

本实用新型涉及一种基于PID调节和PWM技术的MRI B0场补偿放大器，属于医疗设备中的功率放大器技术领域。

背景技术

功率放大器是将输入参考信号放大为所需要信号的设备，所需要的信号可以是电流信号，也可以是电压信号；功率放大器的两个基本要求：一是输出信号变化能与输入喜好的变化一致；二是整个功率放大器的损耗低。

功率放大器一般分为A类、B类、AB类以及D类放大器，AB类以较小的失真度在音频领域应用较为广泛，而D类以效率高，在便携式音频设备、电机等工控领域中得到广泛应用。在磁共振成像系统中由于B0涡流的存在，磁共振成像系统的成像效果将会受到严重影响，故需要B0放大器对信号进行补偿，提高成像质量。由于D类放大器的高效率，其在磁共振系统中也得到应用，比如磁共振系统中的梯度放大器就是D类放大器。市面上功率放大器虽然应用普及，但是在磁共振成像系统中的B0场补偿上，却难以得到应用。磁共振成像系统的B0场补偿线圈感抗较大，不同线圈又有一定的差异性，所以一般的放大器很难适应其负载范围，从而出现自激振荡现象，导致放大器的损坏。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种负反馈增益适当，使系统工作更加稳定、负载匹配范围宽阔、输出响应速度快、补偿放大效率高的基于PID调节和PWM技术的MRI B0场补偿放大器

本实用新型的一种基于PID调节和PWM技术的MRI B0场补偿放大器，其采用的技术手段有：放大滤波、负反馈、PID频响调节、正反馈、PWM调制、基于FPGA的PWM波形整形、隔离驱动技术、信号放大、信号滤波还原、电流采样、电流监控、过流保护等。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型包括正负电源模块、补偿放大电路板，所述正负电源模块输入由交流电源提供，适合于世界上所有国家的电网电压；所述补偿放大电路板包括放大滤波电路模块、负反馈加法器、PID调节电路模块、放大滤波电路模块、正反馈加法器、PWM调制模块、FPGA整形模块、隔离驱动、H桥、电流采样模块，并设置有电源输入接口、信号输入接口、信号输出接口、时钟输入接口、时钟输出接口、输出使能控制接口、复位控制接口。所述正负电源模块通过电缆连接补偿放大板的电源输入接口；所述补偿放大板的信号输入接口外端连接信号输入设备（在磁共振系统中应用时，连接至谱仪的B0输出），内部通过传输线路依次连接至放大滤波电路模块、负反馈加法器、PID调节电路模块、放大滤波电路模块、正反馈加法器、PWM调制模块、FPGA整形模块、隔离驱动、H桥、电流采样模块以及输出端口；所述补偿放大板的信号输出端口外部连接至磁共振系统的B0补偿线圈；所述补偿放大板的时钟输入输出接口内部通过电平转换模块连接至FPGA整形模块，输入接口外部连接至时钟源，输出接口外部连接至其他放大器，实现相关设备的时钟同步；所述时钟选择接口内部连接至FPGA整形模块，外部连接至控制设备或者选择开关，实现时钟选择功能；所述补偿放大板输出使能控制接口内部连接至FPGA整形模块，外部连接至控制设备或者控制按钮，实现禁止输出；所述补偿放大板复位控制接口内部连接至FPGA整形模块，外部连接至控制设备或者控制按钮，实现错误或者告警消除。

本实用新型的核心技术手段如下：

1、负反馈方式，反馈增益需要适当，使系统工作更加稳定；

2、PID调节环节，根据负载范围选择适当的电路参数，在实际使用此放大器时，调节可调电阻，使电路整体的频响满足预期指标；

3、正反馈方式，正反馈前级电路可以采用高通滤波方式，也可以采用微分方式。

本实用新型具有以下优点：

负反馈方式，反馈增益需要适当，使系统工作更加稳定； PID调节，使补偿放大器的负载匹配范围更加宽阔；解决了普通放大器适配范围小、当不匹配负载范围时出现自激的缺点；能从一定程度上使输出响应速度加快，以避免因负载感性过大，导致输出响应速度过慢；由于采用了PWM开关方式，补偿放大器的效率可达到约90%，解决了普通放大器效率低缺点。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构原理图。

具体实施方式

实施例：

以下通过实施例并结合附图对本实用新型的结构进行详细的描述。

如附图1所示，本实用新型至少包括：放大滤波增益调节模块2、PID调节模块4、加法器模块3、6、PWM调制模块7、三角波生成模块8、FPGA整形模块22、隔离驱动模块17、信号放大模块（即H桥模块）18、滤波还原模块19、电流采样模块20、电流监控模块12、过流保护模块11、外部时钟输入接口9、时钟选择接口10、输出使能模块14、复位接口16、正反馈模块15、负反馈模块13。

输入信号从补偿放大板的信号输入接口1进入，经放大滤波增益调节电路模块2进入加法器3，电流采样信号经负反馈模块13进入加法器3，在此处采用深度负反馈，加法器3输出再分为三路，分别进入PID调节模块4的比例（P）环节、积分（I）环节、微分（D）环节，按照1:1:1的比例在加法器6相加后，再经过放大滤波模块6按一定比例放大滤波；电流采样信号经正反馈模块15按照一定的比例在加法器模块6相加后进入脉宽调制（PWM）电路模块7，再经FPGA整形模块22整形，设置死区时间，通过隔离驱动电路17，把信号传输至H桥模块18，经H桥模块信号放大后；信号进入滤波还原电路模块19，滤波电路采用两级滤波器，第一级为经典的两个电感及两个电容的共模滤波器，第二级采用共模电感及对保护地电容，以及RC滤波电路。电流采样模块20串接到输出端21与滤波模块19之间，电流采样模块20采用高精度、低温票采样电阻对电流信号进行采样，分为三路，一路经负反馈模块13进入输入端加法器3，一路经正反馈模块15与PID调节后的信号在加法器6相加，一路作为电流波形监控经电流监控模块12输出，并经过过流保护电路模块11进入FPGA控制输出；外部时钟接口9可以输入外部时钟，通过时钟选择开关10选择内部时钟或者外部时钟，FPGA模块22做出选择之后，将时钟信号传输至三角波生成电路模块8，进而控制PWM调制模块7。

上述各实施例仅是为了说明本实用新型而列举，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等效变换或个别部件的修改，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种基于PID调节和PWM技术的MRI B0场补偿放大器,包括正负电源模块、补偿放大电路板，其特征是：所述补偿放大电路板包括放大滤波电路模块、负反馈加法器、PID调节电路模块、放大滤波电路模块、正反馈加法器、PWM调制模块、FPGA整形模块、隔离驱动、H桥、电流采样模块，并设置有电源输入接口、信号输入接口、信号输出接口、时钟输入接口、时钟输出接口、输出使能控制接口、复位控制接口；所述正负电源模块通过电缆连接补偿放大板的电源输入接口；所述补偿放大板的信号输入接口外端连接信号输入设备，内部通过传输线路依次连接至放大滤波电路模块、负反馈加法器、PID调节电路模块、放大滤波电路模块、正反馈加法器、PWM调制模块、FPGA整形模块、隔离驱动、H桥、电流采样模块以及输出端口；所述补偿放大板的信号输出端口外部连接至磁共振系统的B0补偿线圈；所述补偿放大板的时钟输入输出接口内部通过电平转换模块连接至FPGA整形模块，输入接口外部连接至时钟源，输出接口外部连接至其他放大器，实现相关设备的时钟同步；所述时钟选择接口内部连接至FPGA整形模块，外部连接至控制设备或者选择开关，实现时钟选择功能；所述补偿放大板输出使能控制接口内部连接至FPGA整形模块，外部连接至控制设备或者控制按钮，实现禁止输出；所述补偿放大板复位控制接口内部连接至FPGA整形模块，外部连接至控制设备或者控制按钮，实现错误或者告警消除。