DE19734045A1 - Leistungsverstärker und Kernspintomograph - Google Patents
Leistungsverstärker und KernspintomographInfo
- Publication number
- DE19734045A1 DE19734045A1 DE19734045A DE19734045A DE19734045A1 DE 19734045 A1 DE19734045 A1 DE 19734045A1 DE 19734045 A DE19734045 A DE 19734045A DE 19734045 A DE19734045 A DE 19734045A DE 19734045 A1 DE19734045 A1 DE 19734045A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- voltage
- power amplifier
- supply module
- output
- series
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/385—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils
- G01R33/3852—Gradient amplifiers; means for controlling the application of a gradient magnetic field to the sample, e.g. a gradient signal synthesizer
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
- H03F3/2173—Class D power amplifiers; Switching amplifiers of the bridge type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/1555—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only for the generation of a regulated current to a load whose impedance is substantially inductive
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Kernspintomographen.
Der Leistungsverstärker ist in allen Anwendungsgebieten ein
setzbar, bei denen hohe Ausgangsspannungen und -ströme ins
besondere für induktive Lasten bereitgestellt werden müssen.
Beispielsweise eignet sich der Verstärker für die Ansteuerung
von Motoren und Aktoren in der Automatisierungstechnik, der
Verkehrstechnik und der Anlagentechnik; insbesondere ist je
doch eine Anwendung des Verstärkers in der Medizintechnik als
Gradientenverstärker bei der Kernspintomographie (Magnetreso
nanz-Bildgebung) vorgesehen.
Ein Kernspintomograph weist typischerweise ein orthogonales
Gradientenspulensystem auf, das den Patientenraum umschließt.
Für jede Gradientenspule ist ein Gradientenverstärker vor
gesehen, durch den die Spule mit einem genau geregelten Strom
versorgt wird. Beispielsweise kann der Strom durch jede Gra
dientenspule in einer vorgegebenen Stromverlaufskurve Werte
bis zu 300 A erreichen, die mit einer Genauigkeit im mA-Be
reich eingehalten werden müssen. Um die ferner erforderlichen
steilen Stromflanken zu erzielen, müssen zum Beispiel
Spannungen von über 1000 V an die Gradientenspule angelegt
werden. Die Genauigkeit und Dynamik des Gradientenstroms sind
für die Bildqualität entscheidend. Außerdem muß der
Gradientenverstärker eine ausreichende Leistung bereitstel
len, um die ohmschen Verluste bei einem konstanten Stromfluß
von beispielsweise 300 A durch die Gradientenspule auch bei
längeren Strompulsen zu decken.
Aus der US-Patentschrift 5,515,002 ist ein Gradientenverstär
ker mit einer Versorgungsbaugruppe zum Bereitstellen einer
Zwischenkreisspannung und einer an die Versorgungsbaugruppe
angeschlossenen Endstufe zum Erzeugen einer Ausgangsspannung
aus der Zwischenkreisspannung bekannt. Die Endstufe ist als
Schaltendstufe in Brückenschaltung ausgebildet, wobei MOSFET-
Transistoren als Schaltelemente eingesetzt werden.
Wegen der zu erzielenden hohen Ausgangsspannungen für schnel
le Stromänderungen muß bei diesem bekannten Gradientenver
stärker die Zwischenkreisspannung entsprechend hoch sein.
Ferner ist eine hohe Schaltfrequenz erforderlich, um die be
nötigte Stromregelgenauigkeit bei geringer Restwelligkeit zu
erreichen. Aus diesen Gründen treten an den MOSFET-Transisto
ren der Endstufe hohe Schaltverluste auf.
Die Erfindung hat demgemäß die Aufgabe, die genannten Proble
me zu vermeiden und einen Leistungsverstärker bereitzustel
len, der die erforderliche Leistungsfähigkeit in quantita
tiver und qualitativer Hinsicht bei geringen Verlusten auf
weist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Leistungsver
stärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen
Kernspintomographen mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Dadurch, daß erfindungsgemäß mindestens zwei Spannungsquellen
der Versorgungsbaugruppe wahlweise parallel oder in Serie
schaltbar sind, kann die Zwischenkreisspannung der zu erzie
lenden Ausgangsspannung der Verstärkers angepaßt werden. Bei
hohen Stromanstiegsgeschwindigkeiten besteht die Möglichkeit,
durch eine Serienschaltung der Spannungsquellen zeitweise
eine entsprechend hohe Zwischenkreisspannung bereitzustellen.
Wenn dagegen eine geringere Ausgangsspannung (gegebenenfalls
bei hoher Stromstärke) benötigt wird, können die Spannungs
quellen parallelgeschaltet werden. Durch die so erzielte
geringere Zwischenkreisspannung ist ein größeres Ein-/Aus
schaltverhältnis (duty cycle) der Schaltelemente der Endstufe
möglich, so daß wesentlich geringere Schaltverluste auftre
ten. Überdies verteilt sich die benötigte Leistung gleich
mäßig auf die Spannungsquellen, so daß hohe Dauerleistungen
möglich sind. Insgesamt weist der erfindungsgemäße Gradien
tenverstärker damit erhebliche Vorteile in Bezug auf Ver
lustleistung, Kühlungserfordernisse, Baugröße und Kosten auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Versorgungsbau
gruppe des Leistungsverstärkers aus mehreren parallelgeschal
teten Zweigen gebildet, in denen je eine der Spannungsquellen
in Serie mit je mindestens einer Diode geschaltet ist. Jede
Schalteinrichtung ist bevorzugt an ungleichnamige Pole von je
zwei Spannungsquellen angeschlossen. Die Spannungsquellen
sind vorzugsweise dann in Serie geschaltet, wenn die Schalt
einrichtung (in der augenblicklichen Stromrichtung) leitet,
und sonst parallelgeschaltet.
Die Versorgungsbaugruppe weist vorzugsweise zwei, drei oder
mehr Spannungsquellen auf, die in einer bevorzugten Ausfüh
rungsform gemeinsam angesteuert werden und somit stets ent
weder alle in Serie geschaltet oder alle parallelgeschaltet
sind. Es sind jedoch Ausführungsalternativen vorgesehen, bei
denen Serien- und Parallelschaltung gemischt auftreten kön
nen, um Zwischenwerte der Zwischenkreisspannung bereitzu
stellen. Beispielsweise können bei vier Spannungsquellen je
zwei parallel und diese Paare ihrerseits in Serie geschaltet
sein.
Im Rückspeisungsbetrieb des Leistungsverstärkers kann die in
der induktiven Last gespeicherte magnetische Energie über
Freilaufdioden dem Leistungsverstärker zurückgeführt werden.
Vorzugsweise werden die Spannungsquellen zum schnelleren
Stromabbau dabei in Serie geschaltet. Dies kann durch je eine
Diode in jeder Schalteinrichtung erfolgen. Alternativ oder
zusätzlich kann jede Schalteinrichtung auch bei einem Rück
speisungsbetrieb aktiv angesteuert werden, um die Spannungs
quellen in Serie zu schalten. Die Kombination dieser beiden
Möglichkeiten hat den Vorteil, daß Übergangsprobleme bei
einer Stromrichtungsumkehr durch ein sonst erforderliches
Einschalten der Schalteinrichtung im Nulldurchgang vermieden
werden. Das Erkennen des Rückspeisungsbetriebs erfolgt in
bevorzugten Ausführungsformen durch eine Auswertung der
Stromverlaufskurve oder durch direkte Messung an den Schalt
einrichtungen.
Bevorzugt werden die Spannungsquellen im Normalbetrieb des
Leistungsverstärkers dann in Serie geschaltet, wenn die zu
erzielende Ausgangsspannung einen vorgegebenen Schwellwert
übersteigt und somit eine hohe Zwischenkreisspannung erfor
derlich ist. Es sind jedoch auch andere Schaltstrategien
möglich, insbesondere solche, bei denen ein zukünftiger
Strombedarf oder ein Ladezustand der einzelnen Spannungs
quellen berücksichtigt wird.
Die Endstufe weist bevorzugt eine Schaltbrücke auf und er
zeugt die Ausgangsspannung mittels Pulsweitenmodulation.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der
abhängigen Ansprüche.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Hinweis
auf die schematischen Zeichnungen genauer beschrieben. Es
stellen dar:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Versorgungsbaugruppe,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Endstufe,
Fig. 3 Darstellungen je einer beispielhaften Strom- und
Spannungsverlaufskurve, und
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsvariante der
Versorgungsbaugruppe von Fig. 1.
Die in Fig. 1 gezeigte Versorgungsbaugruppe 10 weist eine
erste Spannungsquelle 12 zum Bereitstellen einer ersten Ver
sorgungsspannung U1, eine zweite Spannungsquelle 14 zum Be
reitstellen einer zweiten Versorgungsspannung U2, eine erste
Diode 16, eine zweite Diode 18 und eine Schalteinrichtung 20
auf. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die
Spannungen U1 und U2 gleich.
Ein erster Zweig der Versorgungsbaugruppe 10 ist durch die
erste Spannungsquelle 12 und die erste Diode 16 gebildet, de
ren Anode an den Pluspol der ersten Spannungsquelle 12 ange
schlossen ist. Die zweite Spannungsquelle 14 und die zweite
Diode 18, die mit ihrer Kathode an den Minuspol der zweiten
Spannungsquelle 14 angeschlossen ist, bilden zusammen einen
zweiten Zweig der Versorgungsbaugruppe 10. Die beiden Zweige
sind parallelgeschaltet und mit zwei Zwischenkreisanschlüssen
26 verbunden, an denen eine von der Versorgungsbaugruppe 10
erzeugte Zwischenkreisspannung UZ anliegt.
Zwischen die beiden Zweige, genauer an den Pluspol der ersten
Spannungsquelle 12 und den Minuspol der zweiten Spannungs
quelle 14, ist eine Schalteinrichtung 20 angeschlossen, die
aus einem MOSFET-Transistor 22 mit einer inhärenten Diode 24
gebildet ist. Für die Schalteinrichtung 20 geeignete MOSFET-
Module sind beispielsweise unter der Baureihenbezeichnung
"Siemens BSM" erhältlich. Die Kathode der inhärenten Diode 24
ist mit dem Pluspol der ersten Spannungsquelle 12 verbunden,
und die Anode ist mit dem Minuspol der zweiten Spannungs
quelle 14 verbunden. Ein Steueranschluß (Gate-Anschluß) der
Schalteinrichtung 20 ist an eine Steuereinrichtung 28 ange
schlossen.
In Fig. 2 ist eine an sich bekannte Endstufe 30 dargestellt,
die über die Zwischenkreisanschlüsse 26 mit der Versorgungs
baugruppe 10 verbunden ist. Die Endstufe 30 ist in Brücken
schaltung mit vier Brückenzweigen ausgebildet. Jeder Brücken
zweig weist ein Schaltelement 32-38 und eine in Reihe mit
diesem geschaltete Diode 40-46 auf. Die Schaltelemente 32-38
sind MOSFET-Transistoren, die je eine inhärente Diode ent
halten. Die vier Brückenzweige sind parallelgeschaltet und an
die Zwischenkreisspannung UZ angeschlossen. Die Schaltelemen
te 32-38 werden von der Steuereinrichtung 28 angesteuert,
die einen Stromregler und einen Pulsweitenmodulator aufweist.
Am Verbindungspunkt je eines Schaltelements 32-38 und der
zugeordneten Diode 40-46 ist je eine Drossel 48-54 ange
schlossen. Je zwei der Drosseln 48-54 sind in Reihe ge
schaltet und an ihrem Verbindungspunkt mit je einem Aus
gangsanschluß 56 verbunden. Eine vorwiegend induktive Last
58, hier eine Gradientenspule, ist mit den beiden Ausgangs
anschlüssen 56 verbunden. An der Last 58 liegt eine Ausgangs
spannung UA der Endstufe 30 an, und ein Ausgangsstrom IA
fließt durch die Last 58. Die Funktionsweise der Endstufe 30
und ihr genauer Aufbau sind in der DE 40 07 566 A1 (entspre
chend US-Patentschrift 5,113,145) genau beschrieben, deren
Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Alle Komponenten des Gradientenverstärkers sind durch induk
tivitätsarme Leiterplatten mit flächigen Leiterstrukturen
verschaltet, um parasitäre Spannungsspitzen zu vermeiden.
Auch hinsichtlich dieser Merkmale wird der Inhalt der DE 40 07 566 A1
(beziehungsweise der US-Patentschrift 5,113,145) in
die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Beim Betrieb des in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Gradienten
verstärkers werden durch die Steuereinrichtung 28 einerseits
die Schalteinrichtung 20 der Versorgungsbaugruppe 10 und an
dererseits die Schaltelemente 32-38 der Endstufe 30 ange
steuert. Wenn die Schalteinrichtung 20 (entweder der MOSFET-
Transistor 22 oder die inhärente Diode 24) leitet, sind die
Spannungsquellen 12 und 14 in Serie geschaltet. Sperrt dage
gen die Schalteinrichtung 20, so liefern die Spannungsquellen
12 und 14 die Zwischenkreisspannung UZ in Parallelschaltung.
Die Steuereinrichtung 28 bestimmt die erforderliche Ausgangs
spannung UA sowie den Betriebszustand (Normal- oder Rück
speisungsbetrieb) des Leistungsverstärkers und schaltet den
MOSFET-Transistor 22 in einen leitenden Zustand, wenn ent
weder die Ausgangsspannung UA einen vorgegebenen Schwellwert
übersteigt oder ein Rückspeisungsbetrieb stattfindet. Ferner
steuert die Steuereinrichtung 28 die Schaltelemente 32-38
der Endstufe 30 an, um den Ausgangsstrom IA genau entspre
chend einem Stromsollwert durch Pulsweitenmodulation zu er
zeugen.
Beispielhafte Verlaufskurven des Ausgangsstromes IA und der
Ausgangsspannung UA sind in Fig. 3 gezeigt. Der Ausgangsstrom
IA steigt in Fig. 3 in einem Zeitraum t1-t2, der beispiels
weise 1 ms betragen kann, von Null auf einen Dachwert, zum
Beispiel +300 A. Im Zeitraum t2-t3 bleibt der Ausgangsstrom
konstant, um im Zeitraum t3-t4 wieder auf Null abzufallen.
Ferner fließt im Zeitraum t5-t6 ein negativer Ausgangsstrom
IA durch die Last 58, der zum Zeitpunkt t6 einen Dachwert von
beispielsweise -300 A einnimmt.
Um den Ausgangsstrom IA in der Last 58 hervorzurufen, ist
eine Ausgangsspannung UA gemäß der Beziehung
UA = L.di/dt + IA.R
erforderlich, wobei L die Induktivität der induktiven Last
58, R deren ohmschen Widerstand und di/dt die Stromanstiegs
geschwindigkeit (Steilheit) bezeichnen. Bei dem in Fig. 3
gezeigten Beispiel ist während der steilen Stromrampen in den
Zeiträumen t1-t2, t3-t4 und t5-t6 eine betragsmäßig hohe
Ausgangsspannung UA erforderlich, während zum Halten des
Dachwertes im Zeitraum t2-t3 nur eine relativ geringe Aus
gangsspannung UA zum Ausgleich der ohmschen Verluste in der
Last 58 benötigt wird.
Die hohe Stromanstiegsgeschwindigkeit im Zeitraum t1-t2,
die eine hohe Ausgangsspannung UA erfordert, übersteigt den
in der Steuereinrichtung 28 vorgegebenen Schwellwert, so daß
der MOSFET-Transistor 22 in seinen Leitzustand versetzt wird
und somit die Spannungsquellen 12 und 14 in Serie geschaltet
werden. Als Zwischenkreisspannung UZ liegt nun die Spannung
U1 + U2 (beziehungsweise 2.U1, weil U1 gleich U2 ist) an der
Endstufe 30 an. Die Ausgangsspannung UA kann bis zur vollen
Zwischenkreisspannung UZ geregelt werden.
Wenn, abweichend von Fig. 3, nur ein allmählicher Anstieg der
Ausgangsspannung UA erforderlich ist, verdoppelt die Steuer
einrichtung 28 ebenfalls die Zwischenkreisspannung UZ, sobald
der Schwellwert überschritten wird. Dieser Spannungssprung
der Zwischenkreisspannung UZ wird durch eine entsprechende
Ansteuerung der Schaltelemente 32-38 der Endstufe 30 (Ver
ringerung der aktiven Pulsweiten) sofort ausgeglichen, so daß
eine lückenlose und lineare Regelung der Ausgangsspannung UA
und des Ausgangsstroms IA gewährleistet sind.
Fällt die Stromanstiegsgeschwindigkeit betragsmäßig unter den
Schwellwert oder wird (in Fig. 3 im Zeitraum t2-t3) das
Pulsdach erreicht, so wird der MOSFET-Transistor 22 von der
Steuereinrichtung 28 in seinen Sperrzustand versetzt. Die
Spannungsquellen 12 und 14 gehen damit, über die als Ent
kopplungsdioden wirkenden Dioden 16 und 18, in den Parallel
modus über. Die Zwischenkreisspannung sinkt auf UZ = U1 = U2,
wodurch wesentlich geringere Schaltverluste an den Schalt
elementen 32-38 der Endstufe 30 auftreten und die zum Aus
gleich der ohmschen Verluste in der Last 58 erforderliche
Leistung gleichmäßig auf die Spannungsquellen 12 und 14 ver
teilt wird.
Im Zeitraum t3-t4 wird die induktive Last 58 schnell ab
magnetisiert (negative Stromrampe di/dt). Die in der Last 58
gespeicherte magnetische Energie (1/2.L.IA 2) wird hierbei in
die Spannungsquellen 12 und 14 zurückgespeist. Bei diesem
Rückspeisungsbetrieb ist zum schnellen Abbau des Ausgangs
stromes IA wiederum eine hohe Zwischenkreisspannung UZ erfor
derlich. Die Spannungsquellen 12 und 14 sind hier auch ohne
Mitwirkung der Steuereinrichtung 28 in Serie geschaltet, weil
die Dioden 16 und 18 bei der Rückspeisung in Sperrichtung
liegen und die inhärente Diode 24 der Schalteinrichtung 20
leitet. Auch hier erfolgt, unabhängig von der Höhe der Zwi
schenkreisspannung UZ, eine lückenlose Stromregelung durch
die Pulsweitenmodulation der Endstufe 30.
Um beim Rückspeisungsbetrieb für eine gleichmäßige Aufteilung
der rückgeführten magnetischen Energie auf die Spannungs
quellen 12 und 14 zu sorgen, müssen letztere gleiche Impe
danzen aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch gewähr
leistet werden, daß die Spannungsquellen 12 und 14 gleich
große interne Pufferkondensatoren enthalten.
Ab dem Zeitpunkt t5 wird ein negativer Ausgangsstrom IA in
der Last 58 aufgebaut. Da die Polarität des Ausgangsstroms IA
in an sich bekannter Weise durch die Ansteuerung der Schalt
brücke in der Endstufe 30 bestimmt wird (und die Zwischen
kreisspannung UZ eine stets gleichbleibende Polarität auf
weist), wird hier die Schalteinrichtung 20 ebenso angesteu
ert, wie dies oben für einen positiven Ausgangsstrom IA be
schrieben wurde.
Bei einem Rückspeisungsbetrieb befindet sich, wie oben darge
legt, die inhärente Diode 24 in einem Leitzustand, so daß
eine zusätzliche Ansteuerung des MOSFET-Transistors 22 ei
gentlich nicht erforderlich ist. Wenn jedoch ein direkter
Wechsel von einer Richtung des Ausgangsstromes IA in die
andere Richtung erfolgen soll, muß der MOSFET-Transistor 22
spätestens im Nulldurchgang leitend geschaltet werden. Ein
Zuschalten genau im Nulldurchgang ist jedoch zeitkritisch und
könnte zu unerwünschten Störimpulsen führen. Daher wird der
MOSFET-Transistor 22 von der Steuereinrichtung 28 auch immer
dann in einen leitenden Zustand versetzt, wenn an der inhä
renten Diode 24 eine Spannung in Durchlaßrichtung anliegt.
Dies vermeidet das gerade beschriebene Problem und ist ohne
weiteres möglich, da der Drain-Source-Kanal des MOSFET-
Transistors 22 in beide Richtungen leitfähig ist.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsalternative der Versor
gungsbaugruppe 10 ist gegenüber der in Fig. 1 gezeigten um
einen dritten Zweig erweitert. Dieser dritte Zweig weist eine
dritte Spannungsquelle 14' zum Bereitstellen einer dritten
Versorgungsspannung U3 auf, wobei U1 = U2 = U3 gilt. Die drit
te Spannungsquelle 14' ist über eine weitere Diode 18' mit
den Zwischenkreisanschlüssen 26 verbunden. Ferner ist eine
zusätzliche Diode 16' als Entkopplungsdiode zwischen den
Pluspol der zweiten Spannungsquelle 14 und den entsprechenden
Zwischenkreisanschluß 26 geschaltet.
Eine weitere Schalteinrichtung 20' besteht, wie die Schalt
einrichtung 20, aus einem MOSFET-Transistor 22' mit inhären
ter Diode 24' und ist zwischen den zweiten und den dritten
Zweig der Versorgungsbaugruppe 10 an den Pluspol der zweiten
Spannungsquelle 14 sowie den Minuspol der dritten Spannungs
quelle 14' angeschlossen. Ein Steuereingang der Schaltein
richtung 20' ist mit der Steuereinrichtung 28 verbunden.
Beim Betrieb eines Gradientenverstärkers, der die Versor
gungsbaugruppe 10 nach Fig. 4 und die Endstufe 30 nach Fig. 2
aufweist, werden die beiden Schalteinrichtungen 20 und 20' in
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel stets gemeinsam
angesteuert. Wenn die Schalteinrichtungen 20 und 20' leiten,
so sind die Spannungsquellen 12, 14 und 14' in Serie geschal
tet. Die Zwischenkreisspannung UZ beträgt somit U1 + U2 + U3
oder, da die Spannungen U1 bis U3 gleich sind, das dreifache
des Wertes dieser Spannungen. Sperren die Schalteinrichtungen
20 und 20', so wirken die Spannungsquellen 12, 14 und 14'
parallel, und es gilt UZ = U1 = U2 = U3. Insgesamt ist somit
bei der Schaltung nach Fig. 4 eine Veränderung der Zwischen
kreisspannung um den Faktor 3 möglich.
In Ausführungsalternativen der in Fig. 1 und Fig. 4 gezeigten
Versorgungsbaugruppen 10 können die Schalteinrichtungen 20
und gegebenenfalls 20' durch andere geeignete Schaltelemente,
beispielsweise IGBTs (insulated gate bipolar transistors)
gebildet werden. Dann müssen gegebenenfalls antiparallel se
parate Freilaufdioden, die bei MOS-Feldeffekttransistoren
schon inhärent vorhanden sind, zum Rückspeisen geschaltet
werden. Ferner können mehr als drei Spannungsquellen vor
gesehen sein, oder die Spannungsquellen können unterschied
liche Spannungen aufweisen. Auch Kombinationen von Serien- und
Parallelschaltung sind möglich.
Claims (9)
1. Leistungsverstärker, insbesondere Gradientenverstärker
eines Kernspintomographen, mit
- - einer Versorgungsbaugruppe (10) zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung (UZ) und
- - einer an die Versorgungsbaugruppe (10) angeschlossenen Endstufe (30) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung (UA) aus der Zwischenkreisspannung (UZ),
2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsbaugruppe (10)
mehrere parallelgeschaltete Zweige aufweist, in denen je eine
der Spannungsquellen (12, 14, 14') in Serie mit je mindestens
einer Diode (16, 16', 18, 18') geschaltet ist.
3. Leistungsverstärker nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schaltein
richtung (20, 20') an ungleichnamige Pole von zwei Spannungs
quellen (12, 14, 14') angeschlossen ist.
4. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schaltein
richtung (20, 20') mindestens eine Diode (24, 24') aufweist,
um die Spannungsquellen (12, 14, 14') bei einem Rückspei
sungsbetrieb des Leistungsverstärkers in Serie zu schalten.
5. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (28) zum
Ansteuern der mindestens einen Schalteinrichtung (20) vor
gesehen ist, um die Spannungsquellen (12, 14, 14') der Ver
sorgungsbaugruppe (10) in Serie zu schalten, wenn die zu
erzielende Ausgangsspannung (UA) einen vorgegebenen Schwell
wert übersteigt.
6. Leistungsverstärker nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (28) ferner
dazu eingerichtet ist, die Spannungsquellen (12, 14, 14') bei
einem Rückspeisungsbetrieb des Leistungsverstärkers in Serie
zu schalten.
7. Leistungsverstärker nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (28) ferner
zum Ansteuern von Schaltelementen (32-38) der Endstufe (30)
eingerichtet ist.
8. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe (30) dazu eingerich
tet ist, die Ausgangsspannung (UA) aus der Zwischenkreisspan
nung (UZ) mittels einer Schaltbrücke durch Pulsweitenmodula
tion zu erzeugen.
9. Kernspintomograph mit einem Leistungsverstärker nach
einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie einer daran als Last (58)
angeschlossenen Gradientenspule.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19734045A DE19734045C2 (de) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Leistungsverstärker und Kernspintomograph |
JP10220770A JPH11155832A (ja) | 1997-08-06 | 1998-08-04 | 電力増幅器および核スピントモグラフ |
US09/128,546 US6031422A (en) | 1997-08-06 | 1998-08-04 | Power amplifier and nuclear magnetic resonance tomography apparatus employing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19734045A DE19734045C2 (de) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Leistungsverstärker und Kernspintomograph |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19734045A1 true DE19734045A1 (de) | 1999-02-11 |
DE19734045C2 DE19734045C2 (de) | 1999-06-17 |
Family
ID=7838163
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19734045A Expired - Fee Related DE19734045C2 (de) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Leistungsverstärker und Kernspintomograph |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6031422A (de) |
JP (1) | JPH11155832A (de) |
DE (1) | DE19734045C2 (de) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19824768B4 (de) * | 1998-06-03 | 2005-06-09 | Siemens Ag | Leistungsverstärker und Verfahren zum Ansteuern eines Leistungsverstärkers |
JP3835968B2 (ja) | 2000-03-06 | 2006-10-18 | 松下電器産業株式会社 | 半導体集積回路 |
US6900638B1 (en) * | 2000-03-31 | 2005-05-31 | Ge Medical Technology Services, Inc. | Switching device to linearly conduct a current between a gradient amplifier and a gradient coil assembly of an MRI system |
DE10127266C2 (de) * | 2001-06-05 | 2003-12-24 | Siemens Ag | Aktive NMR-Sende- oder Empfangsanlage |
JP3785171B2 (ja) * | 2001-07-09 | 2006-06-14 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Mri勾配コイル用の電源 |
DE102004029413B4 (de) * | 2004-06-18 | 2015-11-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrischer Verstärker und Verfahren zu dessen Steuerung |
US7616000B2 (en) * | 2007-11-15 | 2009-11-10 | General Electric Company | Ultra low output impedance RF power amplifier for parallel excitation |
US20130234705A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Schlumberger Technology Corporation | Method and system for applying nmr pulse sequences using different frequencies |
WO2020061906A1 (en) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | Abb Schweiz Ag | Power supply cell and power supply system using the same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3530637A1 (de) * | 1985-08-28 | 1987-03-12 | Philips Patentverwaltung | Schaltungsanordnung mit einer an den ausgang eines verstaerkers angeschlossenen last |
DE4007566A1 (de) * | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Siemens Ag | Leistungsverstaerker fuer die speisung einer induktivitaet mit geschalteten transistoren |
US5451878A (en) * | 1994-07-15 | 1995-09-19 | General Electric Company | Non-resonant gradient field accelerator |
US5515002A (en) * | 1994-01-20 | 1996-05-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Power amplifier for feeding an inductive load having switched transistors |
DE19610083A1 (de) * | 1995-03-15 | 1996-09-19 | Toshiba Kawasaki Kk | Elektronische Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für Gradientenspule |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4788452A (en) * | 1987-06-22 | 1988-11-29 | Crown International, Inc. | Switchable DC power supply with increased efficiency for use in large wattage amplifiers |
DE3928281A1 (de) * | 1989-08-26 | 1991-02-28 | Philips Patentverwaltung | Anordnung zur erzeugung von strompulsen vorgegebener form in einem induktiven verbraucher |
US5063349A (en) * | 1990-06-04 | 1991-11-05 | General Electric Company | Transformer-coupled gradient speed-up circuit |
DE4127529C2 (de) * | 1991-08-20 | 1995-06-08 | Siemens Ag | Verfahren zum Betrieb eines Kernspintomographiegeräts mit einem Resonanzkreis zur Erzeugung von Gradientenfeldern |
US5270657A (en) * | 1992-03-23 | 1993-12-14 | General Electric Company | Split gradient amplifier for an MRI system |
DK0732004T3 (da) * | 1993-11-30 | 1999-02-15 | Crown Int | Switch-mode-strømforsyning til en effektforstærker |
-
1997
- 1997-08-06 DE DE19734045A patent/DE19734045C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-04 JP JP10220770A patent/JPH11155832A/ja not_active Withdrawn
- 1998-08-04 US US09/128,546 patent/US6031422A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3530637A1 (de) * | 1985-08-28 | 1987-03-12 | Philips Patentverwaltung | Schaltungsanordnung mit einer an den ausgang eines verstaerkers angeschlossenen last |
DE4007566A1 (de) * | 1990-03-09 | 1991-09-12 | Siemens Ag | Leistungsverstaerker fuer die speisung einer induktivitaet mit geschalteten transistoren |
US5515002A (en) * | 1994-01-20 | 1996-05-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Power amplifier for feeding an inductive load having switched transistors |
US5451878A (en) * | 1994-07-15 | 1995-09-19 | General Electric Company | Non-resonant gradient field accelerator |
DE19610083A1 (de) * | 1995-03-15 | 1996-09-19 | Toshiba Kawasaki Kk | Elektronische Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für Gradientenspule |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19734045C2 (de) | 1999-06-17 |
US6031422A (en) | 2000-02-29 |
JPH11155832A (ja) | 1999-06-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2073366B1 (de) | Gleichstromsteller mit Resonanzwandler | |
DE69302461T2 (de) | Spannungssteuerschaltungen | |
DE60118161T2 (de) | Stromwandler | |
DE4426258B4 (de) | Umrichter | |
DE102008034109B4 (de) | Schaltung zur Nachbildung einer elektrischen Last | |
DE112013005027B4 (de) | Flyback-Converter-Schaltung | |
EP0396125A2 (de) | Durchflusswandler | |
DE102008032876A1 (de) | Verfahren, Schaltungsanordnung und Brückenschaltung | |
DE602004004664T2 (de) | Vorrichtung zum Steuern der Elektroeinspritzventile und Elektroventile einer Brennkraftmaschine und eine Methode dafür | |
EP0639308B1 (de) | Schaltungsanordnung zum ansteuern eines mos-feldeffekttransistors | |
EP2709257A2 (de) | Stromrichterschaltung und Verfahren zur Steuerung der Stromrichterschaltung | |
DE102005027442A1 (de) | Schaltungsanordnung zum Schalten einer Last | |
DE69929951T2 (de) | Steuerungsschaltung für einen im Wechselbetrieb arbeitenden Schalter mit Halbleiterbauteilen | |
DE10231158A1 (de) | Gleichspannungswandler | |
DE19734045C2 (de) | Leistungsverstärker und Kernspintomograph | |
DE10328782B4 (de) | Steuerschaltung für einen MOSFET zur Synchrongleichrichtung | |
DE102010060508A1 (de) | Spannungswandler mit einer Speicherdrossel mit einer Wicklung und einer Speicherdrossel mit zwei Wicklungen | |
DE19735749C1 (de) | Leistungsverstärker und Kernspintomograph | |
DE102010052808A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einem Quasi-Z-Source-Umrichter | |
EP2099127B1 (de) | Hochspannungsmodulator mit Transformator | |
WO2007077031A1 (de) | Schaltungsanordnung mit doppeldrossel zur umwandlung einer gleichspannung in eine wechselspannung oder einen wechselstrom | |
AT399625B (de) | Bidirektionale wandlerschaltung | |
DE3628138C2 (de) | Schaltregler | |
DE102020124387A1 (de) | Leistungselektronische Einrichtung, Verfahren zu deren Betrieb und Kraftfahrzeug | |
WO2015139836A1 (de) | Elektrische schaltung umfassend eine halbbrücke |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |