DE3415041A1

DE3415041A1 - Gesteuerte stromquelle

Info

Publication number: DE3415041A1
Application number: DE19843415041
Authority: DE
Inventors: Juhani Dipl.-Ing. Espoo Kupiainen
Original assignee: Instrumentarium Oyj
Current assignee: Philips Medical Systems MR Technologies Finland Oy
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1984-04-21
Publication date: 1984-10-25
Anticipated expiration: 2004-04-22
Also published as: JPS6046780A; FI831389L; US4668904A; DE3415041C2; FI75701C; FI831389A0; FI75701B

Description

Steuerbare Stromquelle

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine steuerbare Stromquelle für eine induktive Belastung, insbesondere für eine Gradienten-Spule, die bspw. ein an ein Gerät zur bildlichen Darstellung des Kernspins anschließbar ist.

Die bildliche Darstellung des Kernspins ist eine neue,nicht materialzerstörende Darstellungsart, die vor allem in der medizinischen Diagnosetechnik eingesetzt wird. Grundlegende Gegebenheiten der bildlichen Darstellung des Kernspins sind u. a. beschrieben in P.A. Bottomley: Rev. Sei. Instrum 53(9) Sept. 1982. Die Darstellung des Kernspins basiert auf der Präzisionsbewegung von Atomkernen in einem externen Magnetfeld, nachdem die Kerne zuvor mit einem hochfrequenten Magnetimpuls erregt worden waren. Die Präzision kann als Funktion der Einstellung eines Bildschirmes durch magnetische Feldgradienten gesteuert werden. Diese Feldgradienten werden erzeugt, indem die Ströme Gradienten-Spulen zugeführt werden, von denen im allgemeinen drei vorhanden sind, die orthogonal zueinander angeordnet sind. Im jeweiligen Darstellungsaugenblick werden die Gradienten-Spulen mit sorgfältig zeitlich abgestimmten Stromimpulsen beaufschlagt, die sehr strengen Anforderungen

genügen. Die Aufbauzeit der Stromimpulse muß kurz sein, da die Sammlung eines Signals, die von einem Bildschirm erhalten wird zum Abbilden ohne besondere Anordnungen nicht begonnen werden kann, bevor nicht der Strom einen hinreichend konstanten Wert erreicht hat. Ein Signal klingt rasch ab nachdem es erreicht worden war, so daß es durch Erniedrigen der Entstehungszeit möglich ist, das Signal/Störspannungsverhältnis des aufzufangenden Signals zu verbessern. Während des Auffangens des Signals müssen die Feldgradienten so sorgfältig wie möglich konstantgehalten werden, da anderenfalls die von unterschiedlichen Stellungen eines Bildschirmes erhaltenen Signale nicht hinreichend genug voneinander unterschieden werden können mit dem Ergebnis, daß die Abbildung gerstört wird. Eine Abbildung wird um so eher zerstört werden, wenn die Zeitintegrale selbst eine ..leichte Abweichung von der Steuerung haben. Zusätzlich ist die Zerstörung in den Stromimpulsen direkt gekoppelt mit der Signalspule. In der Zeit, in der das Signal aufgefangen wird, sind selbst leichte Kupplungsstörungen unerwünscht, da das aufzufangende Signal sehr schwach ist.

Bei der bildlichen Darstellung des Kernspins sind derartige Signalstörungen sichtbar als zusätzliche Figuren, die in der Praxis den Gebrauch solcher Ab-

bildungen in der medizinischen Diagnosetechnik ausschließen.

Bei einem bekannten Lösungsvorschlag für eine solche Stromquelle werden die Stromimpulse erzeugt durch die Kopplung eines geladenen Kondensators mit einer Belastung vermittels eines Thyristors (J.M.S. Hutchinson, et. al.: J.Phys. E.: Sei. Instrum./ Vol. 11. 1978). Die Form des Stromimpulses wird bestimmt aufgrund von Komponenten, die mit dem Stromkreis gekoppelt sind. Ein Nachteil dieser Lösung ist, daß diese Impulse nicht analog gesteuert werden können, um eine gewünschte Formgebung zu erhalten, stattdessen müssen Schaltungselemente variiert werden, um sie in die richtige Form zurückzubringen.

Es ist weiterhin bekanntgeworden, Stromimpulse durch Linearisierung der Arbeitsweise von Halbleiterelementen zu erzeugen (bspw. C-MLAI et. al.: Chem., Biomed., Environ. Instrumentation 9 (1), 1-27, 1979). Die Halbleiter sind in Reihe mit einer Belastung in einen Strompfad zwischen einer Versorgungsspannung und Erdpotential geschaltet. In einer bipolaren Stromquelle sind die korrespondierenden Stromsteuerungshalbleiter sowohl mit dem positiven und dem negativen Pol einer Versorgungsspannung verbunden.

Die Steuerung dieser Halbleiter wird oft durch Verwendung eines Strom-Feedback erreicht, wobei der Strom der Belastung z.B. mittels eines Nebenwiderstandes gemessen wird. Ein Stromrückkopplungsstromkreis arbeitet so, daß die Spannung eines Nebenwiderstandes so genau wie möglich mit der externen Steuerung einer Stromquelle korrespondiert. Der Nachteil einer solchen konventionellen seriell geregelten Stromquelle ist, daß bei der Verwendung einer induktiven Belastung es schwierig ist, die Aufbauzeit eines Stromimpulses kurz genug zu machen. Die kurze Ausbildungszeit eines Stromimpulses erfordert das Anlegen einer hohen Spannung an die Belastung, um die Stromumkehr zu erreichen. Das ergibt sich daraus, weil die angelegte Spannung in einem Stromkreis wesentlich höher sein muß als die Spannung, die an der Belastung entsteht, wenn ein Strom hindurchfließt. Daher findet der größte Spannungsund Energieabfall während einer selbst verhältnismäßig langsamen Veränderungsphase der Stromimpulse in den den Strom steuernden Halbleitern statt. Aus diesem Grunde ist die Leistungsfähigkeit einer solchen Stromquelle gering und die Stromversorgung, die mit einer solchen Anordnung verbunden ist, muß hinreichend stark ausgelegt sein. Hinzu kommt, daß die stromsteuernden Halbleiter extrem hinsichtlich der Energie- und Spannungsstabilität ausgelegt sein müssen. Wenn hohe Versorgungsspannungen verwendet

werden, müssen auch die den Strom steuernden Halbleitern ihre Funktion innerhalb weiter Spannungsbereiche ausüben können, wodurch es schwierig wird, die Steuerung hinreichend genau zu gewährleisten. Dieses ergibt sich insbesondere daraus, weil es oft notwendig ist, den Steuerstromkreis zu komplizieren und ihn mit speziellen Schaltungselementen zu versehen.

Durch die DE-OS 3 112 280 ist weiterhin eine Stromquelle bekanntgeworden, die zwei gegenüber Massepotential positive Versorgungsspannungen benötigt, von denen die eine wesentlich höher als die andere ist. Diese Versorgungsspannungen können abwechselnd durch Halbleiterschalter an jeweils eine der Anschlußklemmen der Belastung angelegt werden. Die andere ICelmme der Belastung ist mit stromsteuernden Halbleitern verbunden, durch die der Strompfad zum Erd potential geführt ist. Um eine bipolare Arbeitsweise zu erreichen, müssen die Halbleiterschalter und Stromsteuerungshalbleiter an beide Anschlußklemmen der Belastung angeschlossen werden. Die kurze Aufbauzeit der Stromimpulse wird bei diesen Lösungsvorschlag dadurch erreicht, daß die Belastung an eine höhere Versorgungsspannung angeschlossen wird, um eine Stromumkehr zu erreichen. Während der "ebenen" Teile der Stromimpulse wird von einer niedrigen Versorgungsspannung Gebrauch gemacht, um Wirkungs-

gradverluste zu reduzieren. Die stromsteuernden Halbleiter dienen dazu, die Belastung so zu regulieren, daß die Anpassung der externen Stromsteuerung und die Steuerung derartiger Halbleiter durch Stromrückkopplung erreicht wird.

Andererseits ergeben sich mit den bekannten Lösungen folgende Schwierigkeiten.* Wenn eine der Anschlußklemmen der Belastung über Halbleiterverbindungselemente an eine höhere Versorgungsspannung angelegt wird, liegt diese Spannung ebenfalls an den stromsteuernden Halbleitern an derselben Anschlußklemme der Last an. Daher sind Halbleiter mit großer Spannungsstabilität oder Haltbarkeit erforderlich. Die für hohe Spannungen ausgelegten Halbleitersteuerungselemente haben gewöhnlich nur eine geringe Spannungsbeständigkeit, so daß es notwendig ist, eine große Anzahl Halbleiter parallelzuschalten. Eine Schwierigkeit ergibt sich auch daraus, die Steuerstromkreise der stromsteuernden Halbleiter gegen hohe Spannung zu isolieren. In einigen Anwendungsfällen sind die Steuerstromkreise von einem externen Steuersignal durch optische Isolatoren isoliert. Ebenfalls müssen die Meßstromkreise der Stromrückkopplung von der Last isoliert werden. Infolge dieser Isolierungen ist es extrem schwierig, hinreichend genaue Stromimpulse zu erhalten, wodurch

ein komplizierter Steuerstromkreis erforderlich wird. In einer bipolaren Stromquelle sind die Halbleiter, die die entgegengesetzten Ströme regulieren, an unterschiedliche Anschlußklemmen der Belastung angeschlossen und daher muß die Steuerung durch zwei voneinander getrennte Steuerstromkreise erreicht werden. Die Ausbildung dieser Steuerstromkreise ist weiterhin kompliziert durch die Tatsache, daß bei der Stromumkehr es notwendig ist, den Strompfad sowohl durch die Halbleiterverbindungselemente als auch durch die Halbleiterstromsteuerungselemente umzukehren. Um die Stromimpulse hinreichend genau zu machen, müssen die Schaltungszustände der .Halbleiterverbindungselemente und die Einjustierung der Stromsteuerungshalbleiter hinreichend schnell erfolgen. Gleichwohl müssen die Stromkreise so arbeiten, daß nicht einmal für einen kurzen Augenblick der Strom durch die Halbleiterverbindungselemente und Stromsteuerungshalbleiter hindurchfließt, die an der gleichen Anschlußklemme der Last angeschlossen sind. Ein derartiger Strom würde einen großen Energieverlust in Halbleitern hervorrufen, der weiter durch die Stromrückkopplung verstärkt würde. Daher ist es möglich, daß selbst überdimensionierte Halbleiter zerstört werden. Deshalb sind in den vorbekannten Lösungen die Steuerstromkreise besonders strengen Anforderungen unterworfen.

Ein weiteres Problem wird durch Schaltungsstörungen hervorgerufen, die sich aus den Zustandsänderungen der Halbleiterverbindungselemente ergeben. Wenn die Stromrichtung umgekehrt wird, darf kein Strom in den Stromsteuerungshalbleitern fließen, weil die Impedanze zwischen der Last und dem Erdpotential zeitweise sehr hoch ist. Aus diesem Grunde verursacht die Verbindung einer Last zur Versorgungsspannung Störströme in der Last. Diese Ströme bestimmen sich durch Störkapplungen zwischen der Last und ihrer Umgebung und sind daher unkontrollierbar. Wenn sich bspw. derartige Störungen in der Gradienten-Öpule eines Gerätes zur bildlichen Darstellung des Kernspins ergeben, ändern derartige Störungen in der Regel die Zeitintegrale der Stromimpulse und verwirren den Abbildungsprozeß.

Ein Gegenstand der Erfindung ist es, eine neue einfach herzustellende und leicht zu steuernde Stromquelle zu schaffen, in der die zuvor geschilderten Nachteile bekannter Stromquellen vermieden werden. Die neue Stromquelle ist gekennzeichnet und geeignet als Gradientenstromquelle eines Gerätes zur bildlichen Darstellung des Kernspins. Die neue Stromquelle ist darüberhinaus wesentlich ökonomischer als vergleichbare bisherige Stromquellen.

Eine gesteuerte Stromquelle nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Umsetzgeschwindigkeit der Energie, die in einer induktiven Belastung gespeichert ist in Reihe mit dieser und mit der Stromquelle ein steuerbarer Stromkreis mit Energiespeicherinstrumenten vorgesehen ist, der sich vermittels eines Schaltungselementes steuern läßt, daß den Strom in der induktiven Belastung abtastet. Erfindungsgemäß schließen diese Energiespeicherinstrumente sowohl Kondensatoren als auch Schalter ein, die derart steuerbar sind, daß die Schalter bei schnell auf einen höheren Absolutwert ansteigendem Strom einen Teil der in den Kondensatoren gespeicherten Energie an die induktive Belastung abgeben und daß die Schalter bei praktisch konstantbleibenden oder sich nur langsam verändernden Strom diesen durch die Kondensatoren leiten. Im einzelnen sind die Kondensatoren und die Schalter so ausgebildet, daß die induktive Belastung mit einem kurzen Spannungsimpuls versorgt wird, wenn ein durch die Belastung fliessender Strom rasch seinen absoluten Wert verändert.

Durch einen zusätzlichen Spannungsimpuls, der in die Last eingegeben wird, läßt sich die Übergangsspannung dieser Last erhöhen für die Stromumkehr. Vermittels einer hohen Spannung erfolgt der Energie-

transfer innerhalb der Belastung schnell, so daß sich eine sehr kurze Ausbildungszeit für einen Stromimpuls erreichen läßt. Da ein zusätzlicher Spannungsimpuls verwendet wird, um eine hohe Spannung zu erzeugen, die erforderlich ist für die Zeitspanne des schnellen Stromaufbaus, kann die Gebrauchsspannung eines linearen Stromsteuerstromkreises nur aufgrund des Durchgangsspannungsabfalls in der Belastung gemessen werden. Es ist daher möglich, in einem linearen Stromsteuerungsstromkreis eine niedrige Eingangsspannung anzulegen, wodurch der Spannungs- und Stromabfall der Stromsteuerungshalbleiter sehr klein werden. Daher ist der Leistungsabfall in einem energieerhaltenden Schaltungselement klein, wenn ein zusätzlicher Spannungsimpuls an den Stromkreis über ein Halbleitungs-Verbindungselement angelegt wird, dessen Impedanze im leitenden Zustand gering ist. Weiterhin kann Energie in die Kondensatoren der Energiespeicherungsinstrumente zurückgegeben werden, wenn ein Strom schnell auf einen niedrigen Absolutwert absinkt, um weiterhin den Energieverbrauch herabzusenken. Die geringen Energieverluste, die sich durch einen linearen Stromsteuerungsstromkreis und die angegebenen Energiespeicherinstrumente ergeben, führen zu einigen Vorteilen. Die Stromversorgungsstromkreise einer derartigen Vorrichtung können für niedrigen Stromverbrauch ausgelegt werden, der Energieverbrauch einer

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solchen Vorrichtung ist niedrig, die Halbleiter für die Stromsteuerung brauchen für nur geringe Leistung ausgelegt zu werden und eine hinreichende Kühlung der aktiven Schaltungselemente kann leicht sichergestellt werden.

Die Energiespeicherungsinstrumente sind mit der induktiven Last parallelgeschaltet, so daß die hohe Spannung eines zusätzlichen Spannungsimpulses die lineare Arbeitsweise der Stromsteuerungshalbleiter nicht beeinflußt oder diejenige der Steuerstromkreise, die damit verbunden sind. Aus diesem Grunde brauchen die Stromsteuerungshalbleiter keine Halbleiter zu sein, die für hohe Spannung ausgelegt sind. Weiterhin kann die Stromdauerfestigkeit im allgemeinen niedrig sein. Hinzu kommt, daß hinreichende Stromwerte durch eine geringe Anzahl aktiver Schaltungselemente erreichbar sind. Da die hohe Spannung,die innerhalb der Belastung entsteht, nicht in Verbindung kommt zu einem Strommeßstromkreis einer Stromrückkopplung, kann die lineare Stromsteuerung vollkommen mit Niederspannung ohne große Isolation erreicht werden. Infolgedessen kann die Stromquelle nach der Erfindung gut steuerbare Stromirapulse selbst dann erzeugen, wenn ein sehr einfacher Steuerstromkreis verwendet wird.. Auch kann die Ausfallgrenze einer derartigen Vor-

richtung niedrig angesetzt werden, da die Zustandsveränderungen der Halbleiterverbindungselemente nicht stattfinden, während der "ebenen" und langsam sich umsetzenden Abschnitte der Stromimpulse. Wenn ein Strom schnell umgekehrt wird, wird die Verbindung eines zusätzlichen Spannungsimpulses derart erreicht, daß die Impedanze zwischen der Belastung und dem Erstpotential kontinuierlich niedrig ist. Dieses ergibt sich dadurch, daß gelegentliche Störströme infolge der Zustandsänderungen der Verbindungselemente oder Schalter in einer Belastung unbedeutend sind.

Die Schalter, die Teil der Energiespeicherungsinstrumente sind, werden durch Schaltungselemente gesteuert, die den Stromdurchgang durch die induktive Belastung abfühlen. Derartige Mittel oder Instrumente können einen Parallelwiderstand einschliessen, der mit dem Stromkreis verbunden ist oder einen Sensor, der das magnetische Feld erfaßt, was durch die induktive Belastung hervorgerufen wird. Hierdurch kann die Umpolzeit eines Stromes, der durch eine induktive Last fließt, optimal verkürzt werden und das Zeitintegral eines Stromes wird infolgedessen genauso kurz wie die Stromumkehr. Die Umpolzeit eines Stromes und in Übereinstimmung damit die Zeitintegrale des Stromes, sind kritische

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Merkgrößen, insbesondere in der Gradienten-Spule eines Gerätes zur bildlichen Darstellung des Kernspins.

Ein anderer Vorteil der durch die erfindungsgemäße Stromquelle ermöglicht wird/ besteht darin, daß die Energiespeicherinstrumente eine getrennte Anordnung enthalten können, die mit einer konventionellen Stromquelle verbunden ist.

Die Erfindung wird anschließend eingehender beschrieben anhand der beigefügten Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 den Stromkreis eines Ausführungsbeispieles der Erfindung und

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform von Energiespeicherinstrumenten.

Die Vorrichtung ist mit einer Niederspannungsstromquelle 1 und einer induktiven Belastung 3 versehen, d.h. mit einer Gradientenspule eines Gerätes zur bildlichen Darstellung eines Kernspins. Hiermit in Serie geschaltet sind Energiespeicherungsinstrumente 2.. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Niederspannungsstromquelle ausgerüstet mit Stromsteuerhalbleitern 8, die an Versorgungsspannungen V_DC an-

geschlossen sind. Die Stromsteuerungshalbleiter 8 werden durch einen Differenzialverstärker 4 gesteuert, der zusätzlich an eine externe Steuerspannung 5 angeschlossen ist, wobei ein Nebenschluß bzw. Parallelwiderstand 6 vorgesehen ist, um eine Stromrückkopplung vorzusehen. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthalten die Enrgiespeicherungsinstrumente 2 Kondensatoren Cl ... C3, die zum Aufladen mit einer hohen Spannung geeignet sind, und Halbleiterschalter Fl ... FlO. Die Halbleiterschalter werden durch Vergleicherstromkreise 7 und 9 gesteuert, die zwei Zustände miteinander vergleichen können. Die Steuerung wird erreicht durch Mittel zum Abfühlen des Stromflusses in der induktiven Belastung 3, wobei diese Mittel im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Nebenschlußwiderstand 6 einschließen.

Der Zweck der Niederspannungsstromquelle als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, Strom in die induktive Belastung immer dann einzuführen, wenn der Strom nicht schnell umgepolt werden muß. Daher kann die Niederspannungsstromquelle auf verschiedene Weise realisiert werden. Die Verwirklichung der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt ist, verwendet eine konventionelle stromrückgekoppelte reingeschaltete Stromquelle, deren

Betriebsspannungen niedrig sind. Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Arbeitsweise einer solchen Stromquelle/ die mit einer induktiven Belastung gekoppelt ist ohne Energiespeicherungsinstrumente. Wie dieses bereits ausgeführt worden ist, ist dieses an sich bekannt. Anschließend folgt eine Beschreibung der Arbeitsweise einer Vorrichtung der Erfindung, wenn diese mit einer Niederspannungsstromquelle versehen ist.

In der Niederspannungsstromquelle 1 gemäß Fig. 1 enthalten die Stromsteuerungshalbleiter 8 Leistungs-MOSFET-Transistoren. Wenn eine bipolare Funktion erforderlich ist, ist der Stromkreis mit einem komplementär arbeitenden Transistor 8 ausgerüstet, die beide sowohl mit positiver und negativer Versorgungsspannung V_QC verbunden sind. Diese Versorgungsspannungen begrenzen die Spannungshöhe für die induktive Belastung 3. Durch diese Basis ist auch das Maximum des Stromes bestimmt, der in die Belastung 3 eingespeist werden kann, da der Stromfluß in der Last 3 direkt proportional ist im inneren Spannungsabfall in der Belastung. Die Impedanz der Belastung 3 hat eine weitere induktive Komponente für die Begrenzung der Umkehr in Geschwindigkeit des Stromflusses in der Belastung. Der Betrag der Umkehr 6 i (t)

it

ist , bestimmt durch die Grundinductanze L der Belastung und der induktiven Spannung u (t) nach der

folgenden Formel:

hi(t)/it ^

Infolgedessen begrenzen die Versorgungsspannungen V_DC auch die Umsetzgeschwindigkeit des Stromflusses in der Last 3.

Wenn ein Strom, der in der Last 3 fließt, nicht schnell seine Richtung ändern soll, steuert der Differentialverstärker 4 den Stromsteuerungshalbleiter 8 derart, daß der Spannungsabfall am Widerstand 6 etwa proportional ist zu der externen Steuerspannung 5. Da ein Stromfluß innerhalb der Last 3 direkt proportional ist zum Spannungsabfall am Widerstand 6, kann dieser Strom gesteuert werden durch eine externe Steuerspannung 5, die linear ist zum vorerwähnten maximalen Strom. Wenn jedoch die externe Steuerspannung 5 schnell wechselt, wodurch ein Steuer-Anpassungsstrom in der induktiven Last 3 hervorgerufen wird, wird eine hohe Spannung innerhalb der Belastung 3 erzeugt. Wenn die Ausgangsspannung der Niederspannungsstromquelle hierfür nicht ausreicht, stellt sie sich auf ihr Maximum ein bis der Steuer-Anpassungsstrom erreicht ist. Wenn ein derartiger schneller Wechsel der externen Steuerspannung 5 stattfindet, hin zu einem verminderten Absolutwert, wird ein Teil der Energie, die in der induktiven

Last gespeichert ist, in die Versorgungsspannung V _c transferiert. Dieser Transfer findet statt durch umgekehrt parallelgeschaltete Dioden innerhalb der MOSFET-Leistungstransistoren 8, wenn die Ausgangsspannung der Niederspannungsstromquelle 1 auf ihrem Maximum ist.

Eine Vorrichtung der Erfindung enthält Energiespeicherungsinstrumente 2, die, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, Halbleiterschalter Fl ... F4 und Kondensatoren Cl und C2 verwenden, die auf hohe Spannung aufladbar sind. Die Halbleiterschalter sind ebenfalls MOSFET-leistungstransistorgesteuert, jedoch vermittels Vergleicherstromkreise 7 mit zwei Bezugszuständen. Daher arbeiten die Halbleiterschalter in Vorwärtsrichtung des Stromes als steuerbare Schalter und in Rückwärtsrichtung des Stromes als Leiter, wenn die Spannung die Sperrspannung der Diode überschreitet, was durch den inneren Aufbau der Schalter bestimmt wird. Die Vergleicherstromkreise empfangen ihre Steuerung durch die Ausgangsspannung der Niederspannungsstromquelle 1. Wenn die Veränderungen der externen Steuerspannung 5 gering sind, erreicht die Ausgangsspannung der Niederspannungsstromquelle 1 nicht das Bezugspotential, bei dem die Vergleicherstromkreise 7 ihren Zustand wechseln. Die Zustände der Vergleicherstromkreise 7 sind dann derart, daß ein Strom, der durch die induktive Last 3 fließt,

parallelgeschaltet ist zu den Kondensatoren Cl und C2. In diesem Zustand werden die Schalter F2 und F4 leitend und die Schalter Fl und F3 nicht. Daher korrespondieren die Energiespeicherinstrumente 2 während einer gleichförmigen und langsamen Veränderung der Stromimpulse mit einer niederen Impedanze im Strompfad und die Vorrichtung arbeitet auf die gleiche Weise wie eine Niedervoltstromquelle.

Wenn die externe Steuerspannung schnell in positiver Richtung ansteigt, erreicht die Ausgangsspannung einer Niederspannungsstromquelle ihr Maximum. Die Bezugsspannungen u der Vergleicherstromkreise, die die Halbleiterschalter Fl und F2 steuern, sind leicht unterhalb der maximalen Spannung, so daß die Schalter Fl und F2 ihren Zustand umkehren. Aus diesem Grunde werden der Strom der induktiven Last, der durch den Kondensator Cl hindurchgeht und die Spannung des Kondensators Cl addiert, zur Ausgangsspannung der Niederspannungsstromquelle 1. Infolge der hohen Innenspannung der Last 3 wächst der Strom in der Last sehr schnell an auf einen Wert, der mit der externen Steuerung korrespondiert. Nachdem dieser Stromwert erreicht ist, fällt die Ausgangsspannung der Niederspannungsstromquelle 1 unter die Bezugsspannung u „ als Ergebnis der Stromrückkopplung ab. Dann ändern die Schalter Fl und F2 ihre Zustände und der Strom beginnt erneut die Kondensatoren zu umgehen. Wenn die

externe Steuerspannung 5 schnell ansteigt in negative Richtung, übersteigt die Ausgangsspannung der Niederspannungsstromquelle 1 in der gleichen Richtung die Bezugsspannung der Vergleicherstromkreise 7, die die Schalter F3 und F4 steuern. Daher kehren die Schalter F3 und F4 ihre Zustände um und der Laststrom passiert den Kondensator C2 bis der Stromwert, der mit der externen Steuerspannung korrespondiert, erreicht ist.

Wenn die externe Steuerspannung schnell auf einen verminderten absoluten Wert absinkt, arbeiten die schaltersteuernden Vergleicherstromkreise 7 in der gleichen Weise wie wenn die Steuerspannung schnell auf einen höheren absoluten Wert wechselt. Gleichwohl wird ein Strom, der in den Kondensatoren Cl und C2 fließt, ebenso umgekehrt werden, wie ein Strom in den Halbleiterschaltern Fl und F4, da mit dem Absinken des absoluten Wertes eines Stromes in der induktiven Last 3 eine Energiemenge von der Inductanze dieser Last in die Kondensatoren übertragen wird. In den Halbleiterschaltern Fl und F4 wird daraufhin der Strom durch parallele Dioden fließen, die durch ihren inneren Aufbau vorgesehen sind.

Wenn eine unipolare Stromquelle als Niederspannungsstromquelle eingesetzt wird, braucht der Stromfluß in einer Last nicht schnell in negativer Richtung

anzusteigen. Daher braucht einer der Kondensatoren in den Energiespeicherelementen keine Energie in die induktive Last einführen. In diesem Fall kann sie zurückgeführt werden mit einer Zener-Diode E, wenn der Strom rasch ansteigt, einen Teil der in der Last gespeicherten Energie in Wärme umwandelt. Wenn die Zener-Spannung hoch ist, kann die Abfallzeit des Stromes kurzgehalten werden.

Figur 2 zeigt eine alternative Ausbildungsform von Energiespeicherinstrumenten 2, deren Arbeitweise analog zu derjenigen der in Fig. 1 dargestellten Ausführung korrespondiert. Der einzige Unterschied besteht darin, daß wenigstens ein Kondensator C3 vorgesehen ist, und daß dieser Kondensator in einem Strompfad liegt, der in Abhängigkeit von der Richtungsumkehr des Stromes umgeschaltet werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können viele Abwandlungen innerhalb der Ansprüche vorgenom men werden.

Claims

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Patentansprüche: Dipl.-...*- «„if

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IJ Gesteuerte Stromquelle für eine induktive Belastung, insbesondere für eine Gradienten-Spule, die beispielsweise an ein Gerät zur bildlichen Darstellung des Kernspins anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Umsetzungsgeschwindigkeit der Energie, die in der induktiven Belastung (3) gespeichert ist, in Reihe mit dieser und mit der Stromquelle (1) ein Stromkreis mit Energiespeicherinstrumenten (2) vorgesehen ist, der sich vermittels eines Schaltungselementes (6) steuern läßt, das den Strom in der induktiven Belastung abfühlt.
2. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeicherinstrumente (2) sowohl Kondensatoren (Cl, C2, C3) als auch Schalter (Fl ... F4; F5 ... FlO) einschließen, die derart steuerbar sind, daß die Schalter (Fl ... (F4; F5 ... FlO) bei schnell auf einen höheren Absolutwert ansteigenden Strom einen Teil der in den Kondensatoren (Cl, C2, C3) gespeicherten Energie an die induktive Belastung überführen, und daß die Schalter (Fl ... F4; F5 ... FlO) bei praktisch

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konstant bleibendem oder- sich nur langsam verändernden Strom den Strompfad durch die Kondensatoren (Cl, C2, C3) leiten.
3. Stromquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die Kondensatoren einen ersten Kondensator (Cl) für einen Strom, der schnell in positive Richtung anwächst und einen zweiten Kondensator (C2) für einen Strom einschließen, der schnell in negativer Richtung ansteigt.
4. Stromquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensatoren einen dritten Kondensator (C3) einschließen, der immer dann, wenn eine schnelle Stromumkehr erforderlich ist, in den Strompfad eingeschaltet wird, und zwar in umgekehrter Abhängigkeit davon, ob der Strom in positiver oder negativer Richtung ansteigt.
5. Stromquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (Cl, C2, C3) und die Schalter (Fe ... F4; F5 ... FlO) so gesteuert werden können, daß bei einem Absinken des Stromes auf einen niedrigen Absolutwert die Schalter

(Fl ... F4; F5 ... FlO) eine Energiemenge, die in der induktiven Belastung (3) gespeichert ist, in die Kondensatoren (Cl, C2, C3) entladen.
6. Stromquelle nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeicherinstrumente (2) von der Ausgangsspannung der Stromquelle (1) oder einer dazu proportionalen Spannung steuerbar sind.