DE19824767C2 - Verfahren zum Erzeugen von Steuersignalen für einen Leistungsverstärker und Leistungsverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Steuer­ signalen für einen Leistungsverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Leistungsverstärker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12. Die Erfindung ist bei allen Arten von Leistungsverstärkern einsetzbar. Insbesondere ist eine Verwendung für medizinische Geräte, besonders Kernspin­ tomographen, vorgesehen. Der Leistungsverstärker kann im letztgenannten Fall als Gradientenverstärker eingesetzt wer­ den, um eine Gradientenspule mit Strom zu versorgen.

Beim Betrieb eines Kernspintomographen oder einer Magnet­ resonanzanlage werden magnetische Feldgradienten durch Gra­ dientenspulen erzeugt. Jede Gradientenspule wird von einem Strom durchflossen, der in einer exakt festgelegten Strom­ kurvenform Werte bis beispielsweise 300 A oder mehr erreichen kann. Die Stromkurvenform weist oft steile Flanken auf. Um die geforderten hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten zu er­ zielen, kann es erforderlich sein, eine Spannung von bei­ spielsweise 2000 V oder mehr an die Gradientenspule anzule­ gen. Mit einer einzelnen Endstufe können solche Leistungs­ anforderungen nur mit hohem Aufwand oder gar nicht erfüllt werden.

In der gattungsbildenden DE 43 04 517 A1 ist vorgeschlagen worden, bei einer Stromversorgung für einen Gradientenver­ stärker mindestens zwei steuerbare Spannungsquellen ausgangs­ seitig in Reihe zu schalten. Mehrere Steuereinheiten sind als Modulatoren zum Erzeugen von Pulsbreiten-Ansteuersignalen für die Spannungsquellen ausgebildet. In einer in der DE 43 04 517 A1 genannten Ausführungsalternative werden mehrere Span­ nungsquellen für den Spitzenlastbetrieb mit zeitlich versetz­ ten Schaltsignalen angesteuert.

Aus der DE 40 17 207 A1 ist eine Einrichtung zur Speisung eines Verbraucherzweipols bekannt, bei der mehrere Gleich­ spannungs-Tiefsetzsteller nach dem Prinzip der Pulsweiten­ modulation angesteuert werden. Die einheitlich großen Takt­ perioden sind jeweils um 1/n der Periodendauer versetzt.

Die Dissertation "Der Schwingkreiswechselrichter mit Gegen­ spannungslast zur Versorgung von Verbrauchern mit gepulstem Gleichstrom" von Werner Kühnel, Technische Fakultät der Uni­ versität Erlangen-Nürnberg, 1986, Seiten 133-134, offenbart ein Mehrwechselrichtersystem für Röntgengeneratoren großer Leistung. Optional ist eine versetzte Ansteuerung der ein­ zelnen Wechselrichter vorgesehen.

Aus einer nicht-vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung derselben Anmelderin mit dem Titel "Leistungsverstärker und Verfahren zum Erzeugen von Steuersignalen für einen Lei­ stungsverstärker " (Erfinder: Stefan Nowak und Robert Blei­ steiner) und dem amtlichen Aktenzeichen 198 12 069.9 ist es bekannt, bei einem Gradientenverstärker mehrere ausgangssei­ tig parallel geschaltete Endstufen mit versetzten Schalttak­ ten anzusteuern, um die Welligkeit der Ausgangsspannung zu verringern.

In der WO 95/10881 A1 ist ein Schaltverstärker mit mehreren aus­ gangsseitig in Reihe geschalteten Schaltstufen beschrieben. Die Schaltstufen umfassen je eine Gleichspannungsquelle und Schaltmittel. Die Schaltmittel werden von einer Ansteuerein­ heit nach Maßgabe eines Eingangssignals so angesteuert, daß sie entweder die positive oder negative Gleichspannung oder gar keine Spannung an die Ausgänge durchschalten. Die Span­ nung am Ausgang entspricht dem verstärkten Eingangssignal.

Im genannten Stand der Technik werden, sofern überhaupt De­ tails der Endstufenansteuerung beschrieben sind, aufwendige Modulationsschaltungen eingesetzt. Überdies sind diese Schal­ tungen oft nicht optimal ausgelegt, beispielsweise hinsicht­ lich der Systemdynamik oder der effektiven Schaltfrequenz oder der Endstufenbelastung des Leistungsverstärkers.

Die Erfindung hat demgemäß die Aufgabe, bei einem Leistungs­ verstärker mit mehreren in Reihe geschalteten Endstufen eine flexible und wenig aufwendige Möglichkeit zum Erzeugen von Steuersignalen für die Endstufen bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Leistungsverstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung geht von der Grundidee aus, einen Stellwert, der die Gesamtaussteuerung des Leistungsverstärkers bestimmt, zunächst zu klassifizieren und dann einen Betriebsmodus für jede Endstufe in Abhängigkeit von der ermittelten Stellwert­ klasse festzulegen. Dabei wird ferner ein Zeitscheibenwert herangezogen, der sich in einem Zeitscheibentakt ändert. Die Erfindung ermöglicht somit eine sehr flexible Steuerung der einzelnen Endstufen nach unterschiedlichen Gesichtspunkten. Beispielsweise kann die Belastung gleichmäßig auf die Endstu­ fen verteilt werden und/oder eine maximale Systemdynamik des Leistungsverstärkers erzielt werden und/oder die effektive Schaltfrequenz der Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers erhöht werden. Überdies können eventuell unterschiedliche Eigenschaften der einzelnen Endstufen berücksichtigt werden.

Erfindungsgemäß werden bei der Bestimmung der Endstufen-Be­ triebsmodi Aussteuerungs- und Zeitinformationen herangezogen. Da diese Informationen in Stellwertklassen beziehungsweise Zeitscheiben zusammengefaßt werden, ist der erforderliche Verarbeitungsaufwand relativ gering. Die Erfindung kann daher mit einer einfachen Schaltung oder einer kurzen, schnell ab­ laufenden Programmschleife realisiert werden. Besondere Bau­ teile oder schnelle Prozessoren sind trotz der hohen Anforde­ rungen an den Leistungsverstärker nicht erforderlich.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren durch eine digitale Schaltung oder ein digitales Berechnungsverfahren oder eine Kombination davon ausgeführt. Dann ist der Aufwand besonders gering, und das Verfahren läßt sich leicht modifi­ zieren und anpassen.

In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird die Zuord­ nung der Betriebsmodi zu den Endstufen laufend permutiert. Dadurch kann eine gleichmäßige Endstufenbelastung und/oder eine hohe effektive Schaltfrequenz der Ausgangsspannung er­ zielt werden. Die Permutation ist vorzugsweise zyklisch. In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist jeder Permuta­ tionsschritt eine Verschiebung. Vorzugsweise ist die Permu­ tation derart, daß die von den Endstufen erzeugten Spannungs­ impulse gegeneinander versetzt sind.

Vorzugsweise sind als mögliche Betriebsmodi der Endstufen ein modulierender Betrieb und/oder ein Durchlaßbetrieb und/oder ein Vollaussteuerungsbetrieb vorgesehen. Nicht alle Endstufen brauchen für alle dieser Betriebsmodi eingerichtet zu sein. Bevorzugt befindet sich stets genau eine Endstufe im modulie­ renden Betrieb. Die Ansteuerung dieser Endstufe kann dabei in Abhängigkeit von einem Korrekturwert erfolgen, der den durch die Stellwertklassifikation hervorgerufenen Fehler angibt.

In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung arbeitet jede Endstufe nach einem Pulsweitenmodulationsverfahren. Hierbei kann eine besonders hohe Systemdynamik erzielt werden, wenn der Zeitscheibentakt die gleiche Frequenz wie der Pulswei­ tenmodulations-Schalttakt zumindest einer der Endstufen auf­ weist.

Vorzugsweise wird durch die Stellwertklasse bestimmt, wie­ viele Endstufen in jeden der möglichen Betriebsmodi geschal­ tet werden. Als "aktive" Endstufe wird hierbei eine Endstufe im modulierenden oder Vollaussteuerungsbetrieb angesehen.

Der erfindungsgemäße Leistungsverstärker ist vorzugsweise gemäß den gerade beschriebenen Merkmalen des Verfahrens oder entsprechenden Merkmalen weitergebildet.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Hinweis auf die schematischen Zeichnungen genauer erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines an eine Last angeschlossenen Leistungsverstärkers,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ansteuereinrichtung des Leistungsverstärkers nach Fig. 1, und

Fig. 3 und Fig. 4 je eine Signalverlaufsdarstellung beim Betrieb des Leistungsverstärkers in zwei unterschiedlichen Stellwertklassen.

Der in Fig. 1 dargestellte Leistungsverstärker ist als Gra­ dientenverstärker eines Kernspintomographen ausgebildet. Er weist in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vier End­ stufen 10, 12, 14, 16 auf, die ausgangsseitig in Reihe ge­ schaltet und mit einer als Gradientenspule ausgestalteten Last 18 verbunden sind. Die Endstufen 10, 12, 14, 16 erzeugen Endstufenspannungen U_E1, U_E2, U_E3, U_E4, als deren Summe sich die an der Last 18 anliegende Ausgangsspannung U_A des Lei­ stungsverstärkers ergibt. In Ausführungsalternativen sind mehr oder weniger Endstufen vorgesehen, die überdies unter­ schiedliche Eigenschaften aufweisen können.

Die Endstufen sind in an sich bekannter Weise aufgebaut, zum Beispiel wie in der DE 43 04 517 A1 gezeigt. Jede der End­ stufen 10, 12, 14, 16 weist eine Leistungs-Brückenschaltung auf, die aus je vier in Fig. 1 schematisch dargestellten Schaltelementen (zum Beispiel IGBTs) gebildet ist. Je zwei dieser Schaltelemente sind in Reihe geschaltet, um je einen Brückenzweig zwischen zwei Polen einer Versorgungsspannung zu bilden. Am Brückenquerzweig wird die jeweilige Endstu­ fenspannung U_E1, U_E2, U_E3, U_E4 abgegriffen.

Eine Ansteuereinrichtung 20 dient zum Erzeugen von Steuer­ signalen für alle Schaltelemente der Endstufen 10, 12, 14, 16. Die Ansteuereinrichtung 20 kann entweder als einheitliche Baugruppe oder in mehreren Modulen aufgebaut sein, von denen je eines jeder Endstufe 10, 12, 14, 16 zugeordnet ist.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der Ansteuereinrichtung 20, die im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel einen PLD-Baustein 22 (programmable logic device; programmierbarer Logikbaustein) und eine Treiberschaltung 24 aufweist. In Ausführungsalterna­ tiven sind die im folgenden beschriebenen Funktionen des PLD- Bausteins 22 durch einen geeignet programmierten universellen Prozessor oder einen digitalen Signalprozessor implementiert. Auch gemischte Hard- und Softwareimplementierungen sind mög­ lich.

Der PLD-Baustein 22 erhält als Eingangssignal einen Stellwert S, der als 12 Bit breiter, vorzeichenbehafteter Binärwert vorliegt. Der Stellwert S kann beispielsweise von einem an sich bekannten digitalen Regler des Kernspintomographen stammen und die Polarität und Höhe der Ausgangsspannung U_A des Leistungsverstärkers angeben. Der Absolutbetrag des Stellwerts entspricht in diesem Fall dem Tastverhältnis (on time) eines fiktiven Leistungsverstärkers, der nach dem Pulsweitenmodulationsverfahren arbeitet und nur eine einzige Endstufe aufweist.

Ausgangsseitig ist der PLD-Baustein 22 mit der Treiberschal­ tung 24 verbunden, die ihrerseits insgesamt sechzehn Steuer­ signale für die je vier Schaltelemente der Endstufen 10, 12, 14, 16 bereitstellt. Im hier beschriebenen Ausführungsbei­ spiel erzeugt der PLD-Baustein 22 sechzehn den Steuersignalen entsprechende Binärsignale, und die Treiberschaltung 24 dient lediglich zur Signalformung und -verstärkung. In Ausführungsalternativen kann die Treiberschaltung 24 weitere Funktionen übernehmen. Die vom PLD-Baustein 22 gelieferten Signale können dann geeignet codiert sein, so daß weniger Verbindungen vom PLD-Baustein 22 zur Treiberschaltung 24 benötigt werden.

Im folgenden wird, bevor auf den inneren Aufbau des PLD- Bausteins 22 eingegangen wird, zunächst das Grundprinzip des durch die Ansteuereinrichtung 20 implementierten Verfahrens erläutert. Bei diesem Ansteuerverfahren wird die Ausgangs­ spannung U_A von einer oder mehreren Endstufen 10, 12, 14, 16 geliefert. Dazu wird zunächst der Stellwert S klassifiziert, um zu bestimmen, wieviele der Endstufen 10, 12, 14, 16 zum Erzielen der benötigten Ausgangsspannung U_A eingesetzt werden müssen. In einem zweiten Schritt wird dann entschieden, wie die einzelnen Endstufen 10, 12, 14, 16 angesteuert werden sollen. Diese Zuordnung wird periodisch verändert.

Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Zeit­ scheiben, während deren die Endstufenzuordnung konstant bleibt, nur so lang wie eine Schaltfrequenzperiode der Pulsweitenmodulation in den Endstufen 10, 12, 14, 16. Während jeder Zeitscheibe erzeugt also jede Endstufe 10, 12, 14, 16 nur maximal einen Spannungsimpuls. Bei einer typischen Schaltfrequenz von 100 kHz beträgt die Zeitscheibendauer also 10 µs. Die Ansteuereinrichtung 20 muß leistungsfähig genug sein, um innerhalb dieser Zeitdauer die oben erwähnten Schritte durchzuführen. In Ausführungsalternativen kann die Zeitscheibendauer von der Dauer eines Schalttaktzyklus abweichen und insbesondere ein Vielfaches davon betragen.

Um das gerade erläuterte Ansteuerverfahren auszuführen, weist der PLD-Baustein 22 eine Klassifizierungseinrichtung 26, eine Verwaltungseinrichtung 28, einen Zeitscheibenzähler 30 und einen Steuersignalgenerator 32 auf.

Die Klassifizierungseinrichtung 26 dient zum Klassifizieren des Stellwerts S. Die Klassifizierung gibt die Anzahl der in einen aktiven Betriebsmodus zu schaltenden Endstufen 10, 12, 14, 16 an. Sie erfolgt nach Spannungsbereichen der Ausgangs­ spannung U_A. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mit vier Endstufen 10, 12, 14, 16 und einem vorzeichenbehaf­ teten, binär kodierten Stellwert S ist die Klassifizierung sehr einfach, da sich der Spannungsbereich durch die beiden höchstwertigen Bits des Stellwerts S (nach dem Vorzeichenbit) ergibt. Dies ist aus der folgenden Tabelle 1 genauer ersichtlich. Das erste Bit des Stellwerts S gibt das Vorzeichen an, die beiden darauffolgenden Bits den Spannungs­ bereich:

Tabelle 1: Zuordnung des Stellwerts S zu Spannungsbereichen

Die gesamte Klassifizierungsinformation enthält das Vor­ zeichenbit und die beiden den Spannungsbereich angebenden Bits des Stellwerts S. Somit braucht die Klassifizierungsein­ richtung 26 im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel nur die "ersten" drei Bits des Stellwerts S als Stellwertklasse CLS an die Verwaltungseinrichtung 28 weiterleiten. In Ausfüh­ rungsalternativen kann die Klassifizierung des Stellwerts S komplexer sein. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Stell­ wert eine andere Zahlendarstellung aufweist oder die Anzahl der Endstufen keine Zweierpotenz ist oder die Endstufen unterschiedliche Eigenschaften (zum Beispiel unterschiedliche Maximalspannungen oder unterschiedliche Schaltfrequenzen) aufweisen. In diesen Fällen kann zur Klassifizierung eine Wahrheitstabelle (look-up table) oder ein geeigneter Algo­ rithmus dienen.

Die Verwaltungseinrichtung 28 erhält neben der drei Bit brei­ ten Stellwertklasse CLS einen zyklisch durchlaufenden Zeit­ scheibenwert TS, der von dem Zeitscheibenzähler 30 erzeugt wird. Der Zeitscheibenzähler 30 ist ein mit einem Zeitschei­ bentakt CLK getakteter, zwei Bit breiter Binärzähler. Der Zeitscheibenwert TS wird zur Zuordnung der in Abhängigkeit von der Stellwertklasse CLS bestimmten Betriebsmodi auf die einzelnen Endstufen 10, 12, 14, 16 verwendet. Wie bereits erwähnt, ist im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Zeitscheibentakt CLK gleich dem Pulsweitenmodulations-Schalt­ takt der Endstufen 10, 12, 14, 16, so daß in jedem Schalt­ taktschritt die Endstufenfunktionen permutiert werden kön­ nen.

Die Verwaltungseinrichtung 28 ist im hier beschriebenen Aus­ führungsbeispiel als Speicherfeld implementiert, das eine Wahrheitstabelle (look-up table) enthält. Als Eingangswerte dienen die Stellwertklasse CLS (die ihrerseits Informationen über das Vorzeichen und den Spannungsbereich enthält) sowie der Zeitscheibenwert TS. Als Ausgaben bestimmt die Verwal­ tungseinrichtung 28 für jede der vier Endstufen 10, 12, 14, 16 einen Betriebsmodus, der als je zwei Bit breites Binärwort kodiert ist. Als Betriebsmodi sind hier beispielhaft vorgesehen:

• a) Betriebsmodus O (Binärkodierung 00): Die Endstufe befin­ det sich während der gesamten Zeitscheibe in einem Durchlaß­ betrieb. Es wird keine Endstufenspannung erzeugt, und die Ausgänge der Endstufe sind (über zwei Schaltelemente) nieder­ ohmig verbunden.
• b) Betriebsmodus M (Binärcodierung 01): Die Endstufe befin­ det sich in einem modulierenden Betrieb. Es wird ein Endstu­ fenspannungsimpuls erzeugt, dessen Dauer von dem nicht durch die Stellwertklasse zum Ausdruck kommenden Anteil des Stell­ wertes S abhängt und dessen Polarität sich nach dem Vorzei­ chen des Stellwertes S bestimmt.
• c) Betriebsmodus + (Binärcodierung 10): Die Endstufe befin­ det sich in einem positiven Vollaussteuerungsbetrieb, in dem sie während der gesamten Zeitscheibe eine positive Endstufen­ spannung maximaler Höhe liefert.
• d) Betriebsmodus - (Binärcodierung 11): Die Endstufe befin­ det sich in einem negativen Vollaussteuerungsbetrieb, in dem sie während der gesamten Zeitscheibe eine negative Endstufen­ spannung maximaler Höhe liefert.

Das in Abhängigkeit von der Stellwertklasse CLS bestimmte Pulsschema wird mit der Frequenz des Zeitscheibentakts CLK zyklisch durchlaufen. Insgesamt wird durch die Verwaltungs­ einrichtung 28 die in der folgenden Tabelle 2 dargestellte Zuordnung der Betriebsmodi zu den Endstufen 10, 12, 14, 16 vorgenommen:

Tabelle 2: Wahrheitstabelle der Verwaltungseinrichtung 28

Die Ausgangswerte der Verwaltungseinrichtung 28 werden dem Steuersignalgenerator 32 zugeführt. Dieser erzeugt, wie be­ reits beschrieben, Binärdarstellungen der Steuersignale für die Schaltelemente der Endstufen 10, 12, 14, 16 nach einem an sich bekannten Pulsweitenmodulationsverfahren. Prinzipiell ist eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren einsetzbar. Bevorzugt werden jedoch Modulationsverfahren verwendet, wie sie in der DE 34 38 034 A1 und der DE 40 24 160 A1 ausführ­ lich beschrieben sind.

Um für eine im Betriebsmodus M befindliche Endstufe den Aus­ steuerungsgrad bestimmen zu können, erhält der Signalgenera­ tor 32 einen zehn Bit breiten Korrekturwert S', der sich aus den neun geringerwertigen Bits und dem Vorzeichenbit des Stellwerts S zusammensetzt. Bei dem in Tabelle 2 dargestell­ ten Zuordnungsverfahren befindet sich in jeder Zeitscheibe genau eine einzige Endstufe im modulierenden Betrieb. Der von dieser Endstufe erzeugte Spannungsimpuls muß daher denjenigen Anteil der Ausgangsspannung U_A liefern, der bei der Bildung der Stellwertklasse CLS unberücksichtigt geblieben ist. Die­ ser durch den Korrekturwert S' ausgedrückte Anteil entspricht im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel den gerin­ gerwertigen Bits des Stellwerts S. Wenn in Ausführungsalter­ nativen die Stellwertklasse CLS auf andere Weise bestimmt wird, muß auch die Erzeugung des Korrekturwerts S' geeignet angepaßt werden.

In Fig. 3 sind die Ausgangsspannungen U_E1, U_E2, U_E3, U_E4 der Endstufen 10, 12, 14, 16 im Spannungsbereich "00" und bei positivem Vorzeichen dargestellt. Aus dem Spannungsbereichs­ wert ergibt sich, daß eine einzige Endstufe im Modus M und die drei verbleibenden Endstufen im Modus O betrieben werden sollen. Die Zuordnung wird in der Art eines Schieberegisters im Zeitscheibentakt CLK zyklisch permutiert. Dadurch arbeitet jede Endstufe 10, 12, 14, 16 nur mit einem Bruchteil (hier einem Viertel) der effektiven Frequenz der Ausgangsspannung U_A. Dennoch wird eine hohe Systemdynamik erzielt, denn die Berechnung und Auswertung des Korrekturwerts S' sowie die Erzeugung des entsprechenden Spannungsimpulses erfolgen in jeder Zeitscheibe.

Die in Fig. 4 gezeigte Darstellung entspricht der von Fig. 3, wobei jedoch der Stellwert S einen Spannungsbereich "10" auf­ weist. Während jeder Zeitscheibe befinden sich zwei Endstufen im positiven Vollaussteuerungsbetrieb, eine Endstufe im modu­ lierenden Betrieb und eine Endstufe im Durchlaßbetrieb. Auch hier wird die Betriebsmoduszuordnung mit jedem Zeitscheiben­ wechsel um einen Schritt verschoben. In Ausführungsalterna­ tiven sind andere Permutationszyklen vorgesehen. Bei jeder Endstufe 10, 12, 14, 16 schließen die zwei Zeitscheiben im Vollaussteuerungsbetrieb und die eine Zeitscheibe im modu­ lierenden Betrieb so aneinander an, daß in einem kompletten Zyklus von vier Zeitscheiben nur je ein einziger Endstufen­ spannungsimpuls erzeugt wird, der eine Länge von mehreren Zeitscheiben aufweist. Dadurch wird die Anzahl der Schalter­ eignisse (Ein- und Ausschaltvorgänge) in jeder Endstufe 10, 12, 14, 16 gering gehalten, um die Verlustleistung zu redu­ zieren. Bei dem insoweit leicht abweichenden Verfahren der Tabelle 2 ergibt sich derselbe Effekt, wenn der Signalgenerator 32 den Spannungsimpuls einer Endstufe im modulierenden Betrieb am Ende der jeweiligen Zeitscheibe erzeugt.

In Ausführungsvarianten lassen sich zusätzlich oder statt der oben genannten Ziele beliebige andere Eigenschaften des Lei­ stungsverstärkers optimieren. Es muß dazu nur die Wahrheits­ tabelle der Verwaltungseinrichtung 28 und/oder die der Klas­ sifizierungseinrichtung 26 verändert werden. Um komplexere Pulsketten zu realisieren, können mehr unterschiedliche Zeit­ scheibenwerte TS vorgesehen sein, so daß gegebenenfalls ein breiterer Zeitscheibenzähler 30 eingesetzt werden muß. Diese Eigenschaften sind insbesondere für komplexe Endstufenanord­ nungen mit unterschiedlichen Endstufen vorteilhaft.

Claims (13)

1. Verfahren zum Erzeugen von Steuersignalen für einen Lei­ stungsverstärker, insbesondere einen Gradientenverstärker ei­ nes Kernspintomographen, bei dem mindestens zwei ausgangssei­ tig in Reihe geschaltete Endstufen (10, 12, 14, 16) in Abhän­ gigkeit von einem Stellwert (S) angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Schritte ausgeführt werden:

• a) Klassifizieren des Stellwerts (S) in eine von mehreren Stellwertklassen (CLS),
• b) Bestimmen je eines Betriebsmodus (M, O, +, -) für jede Endstufe (10, 12, 14, 16) zumindest in Abhängigkeit von der in Schritt a) ermittelten Stellwertklasse (CLS) und einem sich in einem Zeitscheibentakt (CLK) ändernden Zeitscheiben­ wert (TS), und
• c) Erzeugen mindestens eines Steuersignals für jede End­ stufe (10, 12, 14, 16) in Abhängigkeit von dem in Schritt b) bestimmten Betriebsmodus (M, O, +, -) und gegebenenfalls dem Stellwert (S).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Schritte a) und b) durch eine digitale Schal­ tung (22) und/oder ein digitales Berechnungsverfahren ausge­ führt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) die Zuordnung der Betriebsmodi (M, O, +, -) zu den Endstufen (10, 12, 14, 16) in Abhängigkeit von dem Zeitschei­ benwert (TS) permutiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Endstufe (10, 12, 14, 16) als mögliche Betriebsmodi zumindest ein modulierender Betrieb (M) und ein Durchlaßbetrieb (O) vorgesehen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während jeder Zeitscheibe genau eine Endstufe (10, 12, 14, 16) in den modulierenden Betrieb (M) geschaltet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der modulierende Betrieb (M) mindestens einer Endstufe (10, 12, 14, 16) in Abhängigkeit von einem aus dem Stellwert (S) ab­ geleiteten Korrekturwert (S') erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Endstufe (10, 12, 14, 16) als mögliche Betriebsmodi zumindest ein Durchlaßbetrieb (O) und ein Vollaussteuerungsbetrieb (+, -) vorgesehen sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Endstufe (10, 12, 14, 16) nach einem Pulsweitenmodula­ tionsverfahren arbeitet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitscheibentakt (CLK) die gleiche Frequenz wie der Pulsweitenmodulations-Schalttakt zumindest einer der End­ stufen (10, 12, 14, 16) aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Endstufen (10, 12, 14, 16) erzeugten Spannungsimpulse gegeneinander versetzt sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stellwertklasse (CLS) eine vorbestimmte Anzahl von aktiven Endstufen (10, 12, 14, 16) zugeordnet ist.

12. Leistungsverstärker, insbesondere Gradientenverstärker eines Kernspintomographen, mit mindestens zwei ausgangsseitig in Reihe geschalteten Endstufen (10, 12, 14, 16) und einer Ansteuereinrichtung (20) zum Erzeugen mindestens eines Steu­ ersignals für jede Endstufe (10, 12, 14, 16) in Abhängigkeit von einem Stellwert (S), dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinrichtung (20) aufweist:

• 1. eine Klassifizierungseinrichtung (26) zum Klassifizieren des Stellwerts (S) in eine von mehreren Stellwertklassen (CLS),
• 2. eine Verwaltungseinrichtung (28) zum Bestimmen je eines Betriebsmodus (M, O, +, -) für jede Endstufe (10, 12, 14, 16) in Abhängigkeit von der von der Klassifizierungseinrichtung (26) ermittelten Stellwertklasse (CLS) und einem von einem Zeitscheibenzähler (30) generierten Zeitscheibenwert (TS), und
• 3. einen Steuersignalgenerator (32) zum Erzeugen des minde­ stens eines Steuersignals für jede Endstufe (10, 12, 14, 16) in Abhängigkeit von dem von der Verwaltungseinrichtung (28) bestimmten Betriebsmodus (M, O, +, -) und gegebenenfalls dem Stellwert (S).

13. Leistungsverstärker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.