JP3591982B2 - Power supply for magnetic resonance imaging system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング装置(以下「MRI装置」という)に用いられる電源装置に係わり、特にその大電力を要求される静磁場、傾斜磁場、高周波磁場の発生に必要な各種電源に好適な電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
MRI装置は静磁場中に置かれた検査対象に高周波磁場をパルス状に印加し、検査対象が発生する磁気共鳴信号を検出し、この検出信号をもとにスペクトルや画像を再構成するものであり、MRI装置には磁場発生コイルとして静磁場を発生する超電導或いは常電導コイル、静磁場に重畳される傾斜磁場を発生するための傾斜磁場コイル、さらに高周波磁場を発生するための高周波コイルが備えられている。これら磁場発生コイルは所定の磁気強度の磁場を発生するために、印加電流の大きさとタイミングとを制御するためのスイッチング電源を備えている。
【0003】
このようなMRI装置の磁場発生用スイッチング電源として、特に傾斜磁場発生用のスイッチング電源の構成を図6に示す。このスイッチング電源は、4つのスイッチング素子51〜54と、スイッチング電源の出力を平滑化するためのリアクトル55、56及びコンデンサ57、58とを備えている。スイッチング素子としては電界効果型トランジスタ(MOSFET)が採用され、スイッチング素子51と52及びスイッチング素子53と54はそれぞれ直流電源50に対して直列に接続され、かつ、スイッチング素子51と52及びスイッチング素子53と54は並列に接続された4アームからなるブリッジ回路を構成している。リアクトル55及びコンデンサ57はスイッチング素子52に並列に、リアクトル56及びコンデンサ58はスイッチング素子54に並列に接続され、それぞれスイッチング素子52及び54のドレイン側の電圧VL'、VR'を平滑化する平滑回路を構成する。このスイッチング電源の一方の出力端子はリアクトル55とコンデンサ57の接続点に、他方の出力端子はリアクトル56とコンデンサ58の接続点にそれぞれ接続される。
【0004】
このスイッチング電源は、スイッチング素子51及び54がオンのときにはスイッチング素子52及び53がオフ、スイッチング素子51及び54がオフのときにはスイッチング素子52及び53がオンとなるように交互に一定周期で駆動される。この際、一方、例えばスイッチング素子51及び54がオンとなる時間を長く、スイッチング素子52及び53のオン時間を短くしたとすると、直流電源50の中性点(図示せず)からみたスイッチング素子52及び54のドレイン側の電圧VL’、VR’はそれぞれ図7に示すような矩形の波形となり、これらをリアクトル55とコンデンサ57及びリアクトル56とコンデンサ58で平滑化することにより、出力端子の電圧VLA’及びVRA’は鎖線で示すような直流電圧となる。しかし、出力端子の電圧はスイッチング周波数のリップルを含む直流電圧となるため、磁場コイルに供給する出力電流IL’は実線で示すようにVLA’とVRA’と同じ周波数のリップルをわずかに含んだ直流電流となる。
【0005】
この出力電流のリップルは、MRI装置における画像のノイズとなるため例えば実効値で数mA程度以下にする必要があり、このため、リアクトルとコンデンサからなる平滑回路のカットオフ周波数を低く押さえる方法と、スイッチのスイッチング周波数を高周波化する方法とが採られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者については、カットオフ周波数を低くすると磁場発生コイルに印加すべき電流指令値に対する出力電流の応答が遅れてしまい、高速で良質の画像を得ることが困難になる。後者は、MOSFET等の高速スイッチングが可能なスイッチを用い、例えば、80kHz〜100kHz程度の周波数で動作させることが実現できるが、一般にMOSFET等の高速スイッチング素子は耐圧が500V程度、定格電流で100A程度までしかなく、これ以上の高い電圧や電流容量に対応することができない。
【0007】
ところで近年、短時間で診断に有用な画像を得るためにMRI装置の磁場電源として大電流電源が必要となっており、このようなMRI装置ではスイッチ耐圧で1200V程度、出力電流で400〜600A程度の電源装置が必要となる。しかし、MOSFETに代表される高速なスイッチング素子は、上述したように使用する電圧がスイッチング素子の定格電流の制約を受けるため、これ以上の高速応答、大容量化が困難であるという問題点があった。
【0008】
これに対し、スイッチング電源を磁場コイルに対して直列に接続したMRI装置用電源が提案されている(O.M.Mueller等、文献名「Quasi−linear IGBT inverter topologies」、文献名 Proceedings of APEC’94 vol.1 P253−9 or vol.2 P1077,1994)。この電源装置では磁場コイルに印加される電圧が複数のスイッチング電源に分配されるので、スイッチング素子として比較的耐電圧の低い素子の使用が可能となる。しかしこの場合でも用いたスイッチング素子の動作周波数と同じ周波数のリップルが発生するという問題点は解決されない。
【0009】
そこで、本発明は、用いるスイッチング素子の種類の如何にかかわらず、高電圧、大容量の磁場用に好適な低リップル電流の電源装置を提供することを目的とする。また、MOSFETのような高速スイッチング素子を用いることなく、低リップル電流の電源装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のMRI装置用電源装置は、スイッチング素子を備えたスイッチング電源と、このスイッチング電源内のスイッチング素子を制御する制御回路とを備えた磁気共鳴イメージング装置の磁場発生コイルに接続される磁気共鳴イメージング装置用電源装置であって、前記のスイッチング電源を複数設け、スイッチング電源を並列に接続して構成されるスイッチング電源群を複数備えると共にこれらのスイッチング電源群を直列に接続し、各スイッチング電源の出力側に他のスイッチング電源への電流の回り込みを防止する電流制御手段と、各スイッチング電源群の出力側に磁場発生コイルと直列に接続された複数の電圧蓄積手段と、磁気発生コイルに印加される電流を検出して制御回路にフィードバックする電流検出手段、又は/かつ、各電圧蓄積手段の出力電圧を検出してフィードバックする電圧検出手段とを備えたものである。
【0011】
或いは、本発明のMRI装置用電源装置は、スイッチング素子を備えたスイッチング電源と、このスイッチング電源内のスイッチング素子を制御する制御回路とを備えた磁気共鳴イメージング装置の磁場発生コイルに接続される磁気共鳴イメージング装置用電源装置であって、二以上のスイッチング電源を複数設け、スイッチング電源を直列に接続して構成されるスイッチング電源群を複数備えると共にこれらのスイッチング電源群を並列に接続し、各スイッチング電源の出力側に磁場発生コイルと直列に接続された複数の電圧蓄積手段と、各スイッチング電源群の出力側に他のスイッチング電源への電流の回り込みを防止する電流制御手段と、磁気発生コイルに印加される電流を検出して制御回路にフィードバックする電流検出手段、又は/かつ、各電圧蓄積手段の出力電圧を検出してフィードバックする電圧検出手段とを備えたものである。
【0012】
好適には、このような磁気共鳴イメージング装置用電源装置において、制御回路は、電流検出手段又は/かつ電圧検出手段と接続され、磁気発生コイルに印加すべき電流指定値又は/かつ各電圧蓄積手段が出力すべき電圧指定値と、電流検出手段又は/かつ電圧検出手段で検出した電流又は/かつ電圧とを比較し、両者の差がゼロになるように各スイッチング電源内のスイッチング素子の位相をずらして駆動制御するものである。
【0013】
以上のように本発明の電源装置は、複数のスイッチング電源が並列に接続されたスイッチング電源群を直列に接続することにより、磁場コイルに印加する電圧を複数のスイッチング電源に分配できるので、スイッチング素子の定格電流及び耐電圧の制限により1つのスイッチング電源のスイッチ耐圧、電流容量が小さい場合でも、電源装置全体としての出力電流を大きくすることができ、大容量の電流を必要とするMRI装置用磁場発生コイルに適用できる。また、各スイッチング電源の入力電圧を低く抑えることができるので、大電流容量にもかかわらずMOSFETのような高速スイッチング素子をも用いることができ、出力電流の応答が早くリップルの少ない電源装置が得られる。
【0014】
また、スイッチング電源を並列に接続した出力側に電流制御手段を設けることにより、他のスイッチング電源からの電流の回り込みを防止することができる。更に、各スイッチング電源の出力電圧を可変とし、スイッチング電源群を直列に接続した出力側に電圧蓄積手段を設けることにより、磁気発生コイルに印加する電圧を自由に可変できる。
【0015】
同様に、複数のスイッチング電源が直列に接続されたスイッチング電源群を並列に接続することにより、磁場コイルに印加する電圧を複数のスイッチング電源に分配できるので、1つのスイッチング電源のスイッチ耐圧、電流容量が小さい場合でも、大容量の電流を必要とするMRI装置用磁場発生コイルに適用できる。また、各スイッチング電源の入力電圧を低く抑えることができるので、大電流容量にもかかわらずMOSFETのような高速スイッチング素子をも用いることができる。
【0016】
また、スイッチング電源を直列に接続した出力側に電圧蓄積手段を設け、更に、各スイッチング電源の出力電圧を可変とし、他のスイッチング電源からの電流の回り込みを防止することができる。更に、各スイッチング電源の出力電圧を可変とすることにより、磁気発生コイルに印加する電圧を自由に可変できる。前述と同様、スイッチング電源群を並列に接続した出力側に電流制御手段を設けることにより磁気発生コイルに印加する電圧を自由に可変できる。
【0017】
また、各スイッチング電源を制御回路によって少しずつ位相をずらして動作させることにより、各スイッチング電源を低周波のスイッチング周波数で動作させた場合でも、これらの出力電流を合成した最終出力電流に含まれるリップルは周波数が高く、かつ小さいものとすることができ、結果としてリップルによるMRI装置の画像のノイズを低減できる。更に、MOSFETのような高速スイッチング素子を用いなくても低リップル電流とすることができるので、バイポーラトランジスタ、ゲートターンオフサイリスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等の大容量半導体スイッチを利用することができる。これにより更に大容量化を図ることができる。
【0018】
また、制御回路は、電流指令値と電流検出手段により検出される電源装置の出力電流とを比較して、両者の差がゼロになるようにスイッチング電源を制御することにより各スイッチング電源の位相をずらして動作させた場合にも常に所望の出力電流とすることができる。また、制御回路は、電圧指令値と電圧検出手段により検出される各電圧蓄積手段の出力電圧とを比較して、両者の差がゼロになるようにスイッチング電源を制御することにより各スイッチング電源の位相をずらして動作させた場合にも常に所望の出力電圧とすることができるものであってもよい。更に、このようなスイッチング電源の制御は電流及び電圧の双方により行ってもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について説明する。
【0020】
図1は本発明のMRI装置用電源10の一実施例を示す図で、この電源装置10は、4つのスイッチング電源11〜14と、これらのスイッチング電源の出力側にそれぞれ接続された電流制御手段であるリアクトル20〜27とを備えており、並列に接続されたスイッチング電源11と12及び並列に接続されたスイッチング電源13と14はそれぞれはスイッチング電源群をなし、これらのスイッチング電源群は直列にMRI装置用電源装置10の出力側に接続される負荷である磁場発生コイル40に接続されている。並列に接続されたスイッチング電源11と12とからなるスイッチング電源群の出力側には電圧蓄積手段であるコンデンサ31が接続されている。同様に、並列に接続されたスイッチング電源13と14とからなるスイッチング電源群の出力側には電圧蓄積手段であるコンデンサ32が接続されている。コンデンサ31及び32は磁場発生コイル40に対し直列に接続されており、コンデンサ31及び32に蓄積される電圧の合計が磁場発生コイル40に印加される。
【0021】
更に、磁場発生コイル40に流れる電流を検出する電流検出手段41と、各スイッチング電源11〜14を駆動制御する制御回路30とを備えている。制御回路30には磁場発生コイル40に印加されるべき電流指定値と電流検出手段41により検出された電流値とが入力され、制御回路30は両者の差がゼロになるように各スイッチング電源11〜14を駆動制御する。
【0022】
ここで電流制御手段として用いられるリアクトル20〜27は、スイッチング電源を駆動するタイミングがわずかでもずれた場合に、特に後述するように位相をずらして駆動した場合に、1つのスイッチング電源から他のスイッチング電源に電流が回り込むのを防止するものである。
【0023】
この実施例におけるスイッチング電源11〜14としては、図6に示すような従来の電源装置として使用されたものをスイッチング電源として採用することもできるが、図2に好適なスイッチング電源の一例を示す。このスイッチング電源11では耐電圧が600V程度であり、スイッチング周波数が20kHz程度である大容量半導体スイッチング素子、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)をスイッチング素子61〜64として用いており、スイッチング素子を除く構成は図6のものと同様である。簡単に説明すると、直流電源60に対して直列に接続された1組のスイッチング素子61及び62と、同様に直流電源に対し直列に接続され、スイッチング素子61、62に対し並列である1組のスイッチング素子63及び64とから4アームのブリッジ回路を構成しており、スイッチング素子62のコレクタ側の電圧を平滑化するためのリアクトル65及びコンデンサ67と、スイッチング素子64のコレクタ側の電圧を平滑化するためのリアクトル66及びコンデンサ68とを備えている。リアクトル65とコンデンサ67との接続点はこのスイッチング電源の一方の出力端子に接続され、同様にリアクトル66とコンデンサ68との接続点は他方の出力端子に接続され、これら2つの出力端子は図1に示すようにリアクトル20、21及びコンデンサ31を介して磁場発生コイル40に接続される。尚、図2にはスイッチング電源11のみを図示したが、スイッチング電源12〜14についても全く同様の構成である。
【0024】
このような構成のスイッチング電源は、図6のスイッチング電源と同様にスイッチング素子61及び64とスイッチング素子62及び63とが交互にオンオフとなるように所定周期で繰り返し駆動される。この際、例えばスイッチング素子61及び64のオン時間を長くするとともに、スイッチング素子62及び63のオン時間を短くすることにより、図7において説明したのと同様に、スイッチング電源11の出力端子の電圧VLA1及びVRA1は、互いに極性の異なる直流電圧となる。この電圧VLA1及びVRA1は、図2中直流電源60の中性点(図示せず)からみたスイッチング素子62及び64のコレクタ側の電圧である電圧VL1及びVR1を、リアクトルとコンデンサとを用いた平滑回路により平滑化したものである。そして、結果としてこのスイッチング電源の出力は直流電流IL1となる。
【0025】
ところで、図1に示す実施例では、以上のように構成されるスイッチング電源11〜14の各々がリアクトル及びコンデンサを介して磁場発生コイル40に接続されているのであるが、これらのスイッチング電源11〜14は制御回路30によってスイッチの位相をずらして駆動する。この実施例では、図3に示すようにスイッチング電源が4つ設けられていることに対応して位相は90度ずつシフトしている。尚、図中実線の矩形波形VL1〜VL4は各スイッチング電源11〜14のスイッチング素子62のコレクタ側の電圧を示し、鎖線の波形VLA1〜VLA4はリアクトル及びコンデンサにより平滑された電圧を示し、実線の波形ILは、各スイッチング電源11〜14から出力される電流IL1〜IL4が最終的に合成された電源装置10の出力電流を示す。ここで、スイッチング電源が並列に接続されている結果、電源装置10からの出力電流ILは各スイッチング電源11〜14から出力される電流IL1〜IL4よりも大きいものとなる。
【0026】
スイッチングの位相をずらすために制御回路30は、各スイッチング電源11〜14のスイッチング素子のゲート電圧を印加するタイミングをずらすと共に、磁場発生コイル40に印加すべき電流指令値と電流検出手段41で検出された電流値とを比較し、両者の差がゼロになるように各スイッチング電源のスイッチング素子に印加する電圧を制御する。これにより、各スイッチング電流の位相をずらして駆動しても、所定の電流指令値の出力電流ILが磁場発生コイル40に流される。尚、電流検出手段41としては、カレントトランスの他、低抵抗やホール素子検出器等の公知の電流検出器を用いることができる。
【0027】
ここで各スイッチング電源の出力端子の電圧波形は、図3の鎖線VLA1〜VLA4に示すようにスイッチング周波数と同じ周波数のリップルを含んだ直流波形となるが、これらの位相が90度ずつずれていることによって、図1の電源装置10全体としての出力端子の電圧は高周波化され、磁場発生コイル40に流れる出力電流ILのリップルを低減することができる。従って、例えばスイッチング周波数20kHzのIGBTのようなMRI装置用の電源としては動作周波数の低いスイッチング素子を用いた場合でも、実際の出力のリップル周波数を80kHzに高周波化し、リップルを低減できる。このため、電源装置10は80kHzの周波数が要求されるMRI装置用の電源として好適に用いることができる。
【0028】
このようにしてスイッチング電源11及び12から出力される直流電流はリアクトル20〜23を介してコンデンサ31に接続されることにより、コンデンサ31の出力端子には直流電圧V1が得られる。同様に、スイッチング電源13及び14から出力される直流電流はリアクトル24〜27を介してコンデンサ32に接続されることにより、コンデンサ32の出力端子には直流電圧V2が得られる。この直流電圧は、スイッチング電源11の入力電圧をV01とするとき、−V01〜+V01まで可変することができる。従って、コンデンサ31及び32の各出力電圧V1及びV2の合計である電源装置10の出力電圧VLを−(V1+V2)から+(V1+V2)の間で自由に可変することができる。即ち、各スイッチング電源11〜14の出力電圧よりも高電圧を得ることができる。
【0029】
次に本発明の別の実施例について説明する。図1で示した電源装置は複数のスイッチング電源を並列に接続したいくつかのスイッチング電源群を直列に接続して電源装置全体としての出力を得るものであるが、これに対し、図4に示す別の実施例の電源装置は複数のスイッチング電源を直列に接続したいくつかのスイッチング電源群を並列に接続して電源装置全体としての出力を得るものである。この電源装置の構成について図4を参照して簡単に説明すると、この電源装置10も前述の実施例と同様4つのスイッチング電源11〜14を備えているが、直列に接続されたスイッチング電源11と12及び直列に接続されたスイッチング電源13と14はそれぞれはスイッチング電源群をなしている。各スイッチング電源11〜14の出力側にはそれぞれ電圧蓄積手段であるコンデンサ71〜74が接続され、直列に接続されたスイッチング電源11と12とからなるスイッチング電源群の出力側には電流制御手段であるリアクトル81及び82が接続され、直列に接続されたスイッチング電源13と14とからなるスイッチング電源群の出力側にはリアクトル83及び84が接続されている。そして、リアクトル81と83とが接続され、リアクトル82と84とが接続されることにより、スイッチング電源11及び12からなるスイッチング電源群とスイッチング電源13及び14からなるスイッチング電源群とが並列に磁気発生コイル40に接続される。また、この電源装置10も図1の実施例と同様、MRI装置用電源装置10の出力側に接続される磁場発生コイル40に流れる電流を検出する電流検出手段41及び各スイッチング電源11〜14を駆動制御する制御回路30とを備えている。
【0030】
この実施例による電源装置10においてもスイッチング電源11〜14には前述したものを全く同様に適用でき、またリアクトル81〜84、コンデンサ71〜74、電流検出手段41及び制御回路30の機能は前述の実施例と同様である。即ち、制御回路30は、各スイッチング電源11〜14のスイッチング素子のゲート電圧を印加するタイミングをずらすと共に、磁場発生コイル40に印加すべき電流指令値と電流検出手段41で検出された電流値とを比較し、両者の差がゼロになるように各スイッチング電源のスイッチング素子に印加する電圧を制御する。リアクトルはこのように位相をずらしてスイッチング電源を駆動することによる電流の回り込みを防止するとともにコンデンサとともに出力電流を更に平滑化する。
【0031】
このように複数のスイッチング電源を図1のように接続しても、図4のように接続しても、いずれの構成の電源装置であっても、スイッチング電源を駆動制御することにより同様に低リップルの直流電流を出力として得ることができる。
【0032】
尚、上記図1及び図4の実施例では何れもスイッチング電源を4つ用いたものを示したが、スイッチング電源の個数は4つに限定されるものではなく、それ以上のいくつであってもよく、この場合並列に接続されるスイッチング電源の数を更に増やすことにより、より大電流出力の電源装置を構成することができる。
【0033】
また、図1及び図4に示す実施例では、スイッチング電源11〜14を並列に接続することによって一つのスイッチング電源の出力電流が他のスイッチング電源内部へ流入することを防ぐための電流制限手段としてリアクトル20〜27及びリアクトル81〜84を用いたが、このような電流制御手段としては、リアクトルの代わりに抵抗器であってもよいし、他のスイッチやダイオードなどを用いることもできるし、更にこれらの組み合わせでもよい。また、図1及び図4では2つの出力端子の両方にリアクトルを接続しているが、これは必ずしも両側である必要はなく、片側でもよい。
【0034】
また、上記実施例では、各スイッチング電源のスイッチの位相を等間隔でシフトする場合について説明したがシフトの間隔は必ずしも等間隔である必要はない。不等間隔であってもよいし、いくつかのスイッチング電源の位相は同じであってもよい。また複数のスイッチング電源のスイッチの位相をシフトしない場合でも、複数を並列に設けることにより、電源装置の大電流容量化を図ることは可能である。但し、位相をシフトすることにより電源装置の主力電流のリップルの高周波化が可能となるため、スイッチング素子として安全な動作周波数が比較的低周波であるIGBTなど高耐圧大電流の素子を使用することが可能となるので、低リップル化のみならず大容量化にも好適である。また、MOSFET等の高速スイッチング素子を用いた場合には、更にリップルの高周波化を図ることができる。
【0035】
また、本発明におけるスイッチング電源は図2に示す実施例に限定されるものではなく、電源とスイッチの数、スイッチング素子の種類、平滑回路の構成等を任意に変更することができる。例えば、図2では1電源と4アームのスイッチから構成されたスイッチング電源を例示したが、2電源と2アームのスイッチ、或は1つのスイッチからなる電源等で構成することもできる。また、スイッチング素子としてはIGBTの他にもバイポーラトランジスタ、ゲートターンオフサイリスタをはじめどのようなスイッチでも適用できる。
【0036】
また、図2に示す実施例では平滑回路(フィルタ)としてリアクトルとコンデンサを用いたが、このような平滑回路は、個々のスイッチング電源に設けるのではなく電源装置側に設けてもよく、また、個々のスイッチング電源に設けると共に電源装置自体にも設けることができる。このような例としてスイッチング電源内のリアクトルとコンデンサを取り除いた図5のようなスイッチング電源11’を示す。このスイッチング電源11’は図2に示す実施例と同様IGBTをスイッチング素子として用いており、その出力端子の一方は直接スイッチング素子61、62の接続点に接続されており、他方はスイッチング素子63、64の接続点に直接接続されている。従って、このスイッチング電源11’の出力電流IL1は平滑化されていないので、このようなスイッチング電源11’を図1或いは図4で示すように複数設けた電源装置ではその出力側側に平滑回路を備えている必要がある。図1で示した実施例では、スイッチング電源の出力側に設けられたリアクトル20〜27とコンデンサ31、32が、それぞれ電流の回り込みを防止する電流制御手段及び電圧蓄積手段として機能すると共に、平滑回路をも構成しているので、これにより電源装置10の出力ILを直流電流とすることができる。図4で示した実施例においても同様であり、コンデンサ71〜74及びリアクトル81〜84は平滑化にも寄与する。
【0037】
更に、図1及び図4の実施例では制御回路30による各スイッチング電源の駆動制御を電流値により行っているが、コンデンサ31と32及びコンデンサ71〜74の出力電圧を検出する電圧検出手段(図示せず)を設け、各電圧蓄積手段が出力すべき電圧指定値と電圧検出手段により検出された検出値とを制御回路30に入力し、両者の差がゼロになるように各スイッチング電源を駆動制御するようにしてもよい。この場合、各電圧指令値はスイッチング電源ごとに等分してもよいし、スイッチング電源ごとに異なるものとしてもよく、任意に設定することができる。このために、上記実施例では1つで示した制御回路31を各スイッチング電源ごとに単独に設けて制御してもよい。また、電流及び電圧の双方によりスイッチング電源の駆動制御をしてもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、MRI装置の電源装置として複数のスイッチング電源を並列に接続したものを更に直列に接続するか、又は、直列に接続したものを更に並列に接続すると共にその出力側に電流制御手段と電圧蓄積手段とを接続することにより、高電圧、大容量の電源装置を構成することができ、しかも各スイッチング電源どうしの電流の回り込みを防止することができ、更に各スイッチング電源の出力電圧を自由に可変とすることができる。また、本発明によれば、複数のスイッチング電源の位相をずらして動作せることにより、リップルを低減し高周波化することができるので、MOSFETのような高速のスイッチング素子を用いることなく、高電圧、大電流で、出力電流の応答が速く低リップルの電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電源装置の一実施例を示すブロック図。
【図2】本発明の電源装置に用いられるスイッチング電源の一実施例を示す回路図。
【図3】図1の電源装置のスイッチング波形及び出力電流を示す図。
【図4】本発明の電源装置の別の実施例を示すブロック図。
【図5】本発明の電源装置に用いられるスイッチング電源の別の実施例を示す回路図。
【図6】従来の電源装置を示すブロック図。
【図7】従来装置におけるスイッチング波形及び出力電流を示す図。
【符号の説明】
10 MRI装置用電源装置
11〜14 スイッチング電源
30 制御回路
20〜27、81〜84 リアクトル(電流制御手段)
31、32、71〜71 コンデンサ(電圧蓄積手段)
40 磁気発生コイル
41 電流検出手段。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device used for a magnetic resonance imaging apparatus (hereinafter, referred to as an “MRI apparatus”), and is particularly suitable for various power supplies required for generating a static magnetic field, a gradient magnetic field, and a high-frequency magnetic field requiring large power. Regarding power supply.
[0002]
[Prior art]
An MRI apparatus applies a high-frequency magnetic field in a pulsed manner to a test object placed in a static magnetic field, detects a magnetic resonance signal generated by the test object, and reconstructs a spectrum or an image based on the detected signal. The MRI apparatus has a superconducting or normal conducting coil for generating a static magnetic field as a magnetic field generating coil, a gradient magnetic field coil for generating a gradient magnetic field superimposed on the static magnetic field, and a high frequency coil for generating a high frequency magnetic field. Have been. These magnetic field generating coils are provided with a switching power supply for controlling the magnitude and timing of an applied current in order to generate a magnetic field having a predetermined magnetic strength.
[0003]
FIG. 6 shows a configuration of a switching power supply for generating a gradient magnetic field, particularly as a switching power supply for generating a magnetic field of such an MRI apparatus. This switching power supply includes four switching elements 51 to 54, reactors 55 and 56, and capacitors 57 and 58 for smoothing the output of the switching power supply. As a switching element electric field An effect type transistor (MOSFET) is adopted, the switching elements 51 and 52 and the switching elements 53 and 54 are respectively connected in series to the DC power supply 50, and the switching elements 51 and 52 and the switching elements 53 and 54 are connected in parallel. A bridge circuit composed of four connected arms is configured. The reactor 55 and the capacitor 57 are connected in parallel with the switching element 52, and the reactor 56 and the capacitor 58 are connected in parallel with the switching element 54. The smoothing circuit smoothes the voltages VL 'and VR' on the drain side of the switching elements 52 and 54, respectively. Is composed. One output terminal of this switching power supply is connected to a connection point between reactor 55 and capacitor 57, and the other output terminal is connected to a connection point between reactor 56 and capacitor 58, respectively.
[0004]
The switching power supply is alternately driven at a constant period so that the switching elements 52 and 53 are off when the switching elements 51 and 54 are on, and the switching elements 52 and 53 are on when the switching elements 51 and 54 are off. . At this time, on the other hand, for example, if the time during which the switching elements 51 and 54 are turned on is long and the on time of the switching elements 52 and 53 is shortened, the switching element 52 viewed from the neutral point (not shown) of the DC power supply 50 is assumed. And the drain-side voltages VL ′ and VR ′ of the output terminals 54 and 54 have rectangular waveforms as shown in FIG. 7, respectively, and are smoothed by the reactor 55 and the capacitor 57 and the reactor 56 and the capacitor 58 to obtain the output terminal voltage VLA. 'And VRA' are DC voltages as indicated by chain lines. However, since the voltage at the output terminal is a DC voltage including a ripple of the switching frequency, the output current IL ′ supplied to the magnetic field coil has a DC voltage slightly including the ripple of the same frequency as VLA ′ and VRA ′ as indicated by the solid line. It becomes a current.
[0005]
Since the ripple of the output current becomes an image noise in the MRI apparatus, it is necessary to set the effective value to, for example, about several mA or less. Therefore, a method of suppressing the cutoff frequency of the smoothing circuit including the reactor and the capacitor, and A method of increasing the switching frequency of the switch is adopted.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the former case, if the cutoff frequency is reduced, the response of the output current to the current command value to be applied to the magnetic field generating coil is delayed, making it difficult to obtain a high-speed, high-quality image. The latter uses a switch capable of high-speed switching, such as a MOSFET, and can be operated at a frequency of, for example, about 80 kHz to 100 kHz. Generally, a high-speed switching element such as a MOSFET has a withstand voltage of about 500 V and a rated current of about 100 A. And cannot cope with higher voltage and current capacity.
[0007]
In recent years, a large current power supply is required as a magnetic field power supply of an MRI apparatus in order to obtain an image useful for diagnosis in a short time. In such an MRI apparatus, a switch withstand voltage is about 1200 V and an output current is about 400 to 600 A. Power supply unit is required. However, a high-speed switching element represented by a MOSFET has a problem that it is difficult to achieve a higher-speed response and a larger capacity because the voltage to be used is limited by the rated current of the switching element as described above. Was.
[0008]
On the other hand, a power supply for an MRI apparatus in which a switching power supply is connected in series to a magnetic field coil has been proposed (such as OM Mueller et al., Literature name "Quasi-linear IGBT inverter topologies", literature name Proceedings of APEC '). 94 vol.1 P253-9 or vol.2 P1077, 1994). In this power supply device, the voltage applied to the magnetic field coil is distributed to the plurality of switching power supplies, so that an element having a relatively low withstand voltage can be used as the switching element. However, even in this case, the problem that a ripple having the same frequency as the operating frequency of the used switching element occurs cannot be solved.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a low ripple current power supply suitable for a high-voltage, large-capacity magnetic field, regardless of the type of switching element used. It is another object of the present invention to provide a power supply device having a low ripple current without using a high-speed switching element such as a MOSFET.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a power supply device for an MRI apparatus according to the present invention includes a switching power supply having a switching element and a magnetic field generation apparatus for a magnetic resonance imaging apparatus having a control circuit for controlling the switching element in the switching power supply. A power supply device for a magnetic resonance imaging apparatus connected to a coil, comprising a plurality of the switching power supplies, a plurality of switching power supply groups configured by connecting the switching power supplies in parallel, and connecting these switching power supply groups in series. Current control means connected to the output side of each switching power supply to prevent current from flowing to another switching power supply, and a plurality of voltage storage means connected in series with the magnetic field generating coil on the output side of each switching power supply group. , Which detects the current applied to the magnetism generating coil and feeds it back to the control circuit Detecting means or / and, in which a voltage detecting means for feedback by detecting the output voltage of each voltage storage means.
[0011]
Alternatively, a power supply device for an MRI apparatus according to the present invention includes a switching power supply having a switching element and a control circuit for controlling the switching element in the switching power supply. A power supply device for a resonance imaging apparatus, comprising: a plurality of switching power supplies, a plurality of switching power supplies, a plurality of switching power supply groups configured by connecting the switching power supplies in series, and the switching power supply groups connected in parallel. A plurality of voltage storage means connected in series with the magnetic field generating coil on the output side of the power supply; current control means for preventing current from flowing to another switching power supply on the output side of each switching power supply group; Current detection means for detecting the applied current and feeding it back to the control circuit, or And it is obtained by a voltage detecting means for feedback by detecting the output voltage of each voltage storage means.
[0012]
Preferably, in such a power supply device for a magnetic resonance imaging apparatus, the control circuit is connected to the current detection means and / or the voltage detection means, and specifies a current to be applied to the magnetic generation coil and / or each voltage storage means. Compares the specified voltage to be output with the current or / and voltage detected by the current detecting means and / or the voltage detecting means, and sets the phase of the switching element in each switching power supply such that the difference between the two becomes zero. The drive control is performed by shifting.
[0013]
As described above, the power supply device of the present invention can distribute the voltage applied to the magnetic field coil to the plurality of switching power supplies by connecting the switching power supply group in which the plurality of switching power supplies are connected in parallel, so that the switching element Even if the switch withstand voltage and the current capacity of one switching power supply are small due to the limitation of the rated current and the withstand voltage of the switching power supply, the output current of the whole power supply device can be increased, and the magnetic field for MRI apparatus requiring a large current capacity Applicable to generating coils. Also, since the input voltage of each switching power supply can be kept low, a high-speed switching element such as a MOSFET can be used in spite of a large current capacity, and a power supply device which has a quick response of the output current and a small ripple can be obtained. Can be
[0014]
Further, by providing the current control means on the output side where the switching power supplies are connected in parallel, it is possible to prevent the current from flowing from another switching power supply. Furthermore, by making the output voltage of each switching power supply variable and providing the voltage storage means on the output side where the switching power supply groups are connected in series, the voltage applied to the magnetic generating coil can be freely changed.
[0015]
Similarly, a voltage applied to the magnetic field coil can be distributed to a plurality of switching power supplies by connecting a plurality of switching power supplies connected in series to a switching power supply group connected in series. Can be applied to a magnetic field generating coil for an MRI apparatus that requires a large amount of current. In addition, since the input voltage of each switching power supply can be kept low, a high-speed switching element such as a MOSFET can be used despite its large current capacity.
[0016]
Further, a voltage storage means is provided on the output side where the switching power supplies are connected in series, and further, the output voltage of each switching power supply can be made variable to prevent a current from flowing from another switching power supply. Further, by making the output voltage of each switching power supply variable, the voltage applied to the magnetism generating coil can be freely changed. As described above, by providing the current control means on the output side where the switching power supply groups are connected in parallel, the voltage applied to the magnetism generating coil can be freely varied.
[0017]
In addition, by operating each switching power supply slightly out of phase by the control circuit, even when each switching power supply is operated at a low switching frequency, the ripple included in the final output current obtained by combining these output currents is obtained. Can have a high frequency and a low frequency, and as a result, the noise of the image of the MRI apparatus due to the ripple can be reduced. Further, since a low ripple current can be obtained without using a high-speed switching element such as a MOSFET, a large-capacity semiconductor switch such as a bipolar transistor, a gate turn-off thyristor, or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) can be used. it can. Thereby, the capacity can be further increased.
[0018]
Further, the control circuit compares the current command value with the output current of the power supply device detected by the current detection means, and controls the switching power supplies so that the difference between the two becomes zero, thereby changing the phase of each switching power supply. A desired output current can always be obtained even when the operation is shifted. Further, the control circuit compares the voltage command value with the output voltage of each voltage storage means detected by the voltage detection means, and controls the switching power supply so that the difference between the two becomes zero, thereby controlling each switching power supply. Even when the operation is performed with the phase shifted, the output voltage may always be a desired output voltage. Furthermore, such control of the switching power supply may be performed by both current and voltage.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0020]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a power supply 10 for an MRI apparatus according to the present invention. The power supply 10 comprises four switching power supplies 11 to 14 and current control means respectively connected to the output sides of these switching power supplies. , And the switching power supplies 11 and 12 connected in parallel and the switching power supplies 13 and 14 connected in parallel respectively constitute a switching power supply group, and these switching power supply groups are connected in series. It is connected to a magnetic field generating coil 40 which is a load connected to the output side of the power supply device 10 for the MRI apparatus. The output side of a switching power supply group composed of switching power supplies 11 and 12 connected in parallel is connected to a capacitor 31 as voltage storage means. Similarly, a capacitor 32 as voltage storage means is connected to an output side of a switching power supply group including switching power supplies 13 and 14 connected in parallel. The capacitors 31 and 32 are connected in series to the magnetic field generating coil 40, and the sum of the voltages stored in the capacitors 31 and 32 is applied to the magnetic field generating coil 40.
[0021]
Further, a current detecting means 41 for detecting a current flowing in the magnetic field generating coil 40 and a control circuit 30 for controlling the driving of each of the switching power supplies 11 to 14 are provided. The control circuit 30 receives a specified current value to be applied to the magnetic field generating coil 40 and a current value detected by the current detection means 41, and controls the switching power supplies 11 so that the difference between the two becomes zero. To 14 are driven and controlled.
[0022]
Here, the reactors 20 to 27 used as current control means may switch one switching power supply to another switching power supply when the timing for driving the switching power supply is slightly deviated, especially when the driving is performed with a phase shifted as described later. This is to prevent current from flowing around the power supply.
[0023]
As the switching power supplies 11 to 14 in this embodiment, those used as a conventional power supply device as shown in FIG. 6 can be employed as the switching power supply. FIG. 2 shows an example of a suitable switching power supply. The switching power supply 11 uses a large-capacity semiconductor switching element having an withstand voltage of about 600 V and a switching frequency of about 20 kHz, and an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as the switching elements 61 to 64, excluding the switching elements. Are the same as those in FIG. Briefly, a set of switching elements 61 and 62 connected in series to the DC power supply 60 and a set of switching elements similarly connected in series to the DC power supply and parallel to the switching elements 61 and 62 are provided. The switching elements 63 and 64 constitute a four-arm bridge circuit. The reactor 65 and the capacitor 67 for smoothing the voltage on the collector side of the switching element 62 and the voltage on the collector side of the switching element 64 are smoothed. And a condenser 68 for performing the operation. A connection point between the reactor 65 and the capacitor 67 is connected to one output terminal of the switching power supply, and a connection point between the reactor 66 and the capacitor 68 is similarly connected to the other output terminal. Is connected to the magnetic field generating coil 40 via the reactors 20 and 21 and the capacitor 31 as shown in FIG. Although only the switching power supply 11 is shown in FIG. 2, the switching power supplies 12 to 14 have exactly the same configuration.
[0024]
The switching power supply having such a configuration is repeatedly driven at a predetermined cycle so that the switching elements 61 and 64 and the switching elements 62 and 63 are alternately turned on and off similarly to the switching power supply of FIG. At this time, for example, by increasing the on-time of the switching elements 61 and 64 and shortening the on-time of the switching elements 62 and 63, the voltage VLA1 of the output terminal of the switching power supply 11 is increased as described in FIG. And VRA1 are DC voltages having different polarities from each other. The voltages VLA1 and VRA1 are obtained by smoothing the voltages VL1 and VR1 on the collector side of the switching elements 62 and 64 as viewed from the neutral point (not shown) of the DC power supply 60 in FIG. 2 by using a reactor and a capacitor. It is smoothed by a circuit. As a result, the output of the switching power supply becomes a DC current IL1.
[0025]
By the way, in the embodiment shown in FIG. 1, each of the switching power supplies 11 to 14 configured as described above is connected to the magnetic field generating coil 40 via a reactor and a capacitor. 14 is driven by the control circuit 30 by shifting the phase of the switch. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the phase is shifted by 90 degrees corresponding to the provision of four switching power supplies. In the drawing, solid-line rectangular waveforms VL1 to VL4 indicate voltages on the collector side of the switching elements 62 of the switching power supplies 11 to 14, and chain-line waveforms VLA1 to VLA4 indicate voltages smoothed by the reactor and the capacitor. Waveform IL indicates an output current of power supply device 10 in which currents IL1 to IL4 output from switching power supplies 11 to 14 are finally combined. Here, as a result of the switching power supplies being connected in parallel, the output current IL from the power supply device 10 is larger than the currents IL1 to IL4 output from the switching power supplies 11 to 14.
[0026]
In order to shift the switching phase, the control circuit 30 shifts the timing of applying the gate voltage of the switching element of each of the switching power supplies 11 to 14 and detects the current command value to be applied to the magnetic field generating coil 40 and the current detecting means 41. Then, the voltage applied to the switching element of each switching power supply is controlled so that the difference between the two becomes zero. Thus, even when the switching currents are shifted in phase, the output current IL having a predetermined current command value flows through the magnetic field generating coil 40. In addition, as the current detecting means 41, a known current detector such as a low resistance or Hall element detector can be used in addition to the current transformer.
[0027]
Here, the voltage waveform at the output terminal of each switching power supply is a DC waveform including a ripple having the same frequency as the switching frequency as shown by chain lines VLA1 to VLA4 in FIG. 3, but these phases are shifted by 90 degrees. Thereby, the voltage of the output terminal as the whole power supply device 10 in FIG. 1 is increased in frequency, and the ripple of the output current IL flowing through the magnetic field generating coil 40 can be reduced. Therefore, even when a switching element having a low operating frequency is used as a power supply for an MRI apparatus such as an IGBT having a switching frequency of 20 kHz, the ripple frequency of the actual output can be increased to 80 kHz and the ripple can be reduced. Therefore, the power supply device 10 can be suitably used as a power supply for an MRI apparatus requiring a frequency of 80 kHz.
[0028]
In this way, the DC currents output from switching power supplies 11 and 12 are connected to capacitor 31 via reactors 20 to 23, so that DC voltage V1 is obtained at the output terminal of capacitor 31. Similarly, the DC current output from the switching power supplies 13 and 14 is connected to the capacitor 32 via the reactors 24 to 27, so that a DC voltage V2 is obtained at the output terminal of the capacitor 32. This DC voltage can be varied from -V01 to + V01 when the input voltage of the switching power supply 11 is V01. Accordingly, the output voltage VL of the power supply device 10, which is the sum of the respective output voltages V1 and V2 of the capacitors 31 and 32, can be freely varied between-(V1 + V2) and + (V1 + V2). That is, a voltage higher than the output voltage of each of the switching power supplies 11 to 14 can be obtained.
[0029]
Next, another embodiment of the present invention will be described. The power supply device shown in FIG. 1 obtains an output as the whole power supply device by connecting a plurality of switching power supply groups in which a plurality of switching power supplies are connected in parallel to obtain an output as a whole, as shown in FIG. In the power supply device of another embodiment, several switching power supply groups in which a plurality of switching power supplies are connected in series are connected in parallel to obtain an output of the power supply device as a whole. The configuration of this power supply device will be briefly described with reference to FIG. 4. This power supply device 10 also includes four switching power supplies 11 to 14 as in the above-described embodiment, but includes a switching power supply 11 connected in series. The switching power supply 12 and the switching power supplies 13 and 14 connected in series form a switching power supply group. Capacitors 71 to 74, which are voltage storage means, are connected to the output sides of the switching power supplies 11 to 14, respectively. The output side of a switching power supply group including switching power supplies 11 and 12 connected in series is connected to a current control means. Reactors 81 and 82 are connected, and reactors 83 and 84 are connected to the output side of a switching power supply group including switching power supplies 13 and 14 connected in series. When the reactors 81 and 83 are connected and the reactors 82 and 84 are connected, the switching power supply group including the switching power supplies 11 and 12 and the switching power supply group including the switching power supplies 13 and 14 generate magnetism in parallel. Connected to coil 40. 1, the power supply device 10 also includes a current detection means 41 for detecting a current flowing through a magnetic field generating coil 40 connected to the output side of the power supply device 10 for an MRI apparatus, and switching power supplies 11 to 14. And a control circuit 30 for controlling driving.
[0030]
In the power supply device 10 according to this embodiment, the switching power supplies 11 to 14 described above can be applied in exactly the same manner, and the functions of the reactors 81 to 84, the capacitors 71 to 74, the current detecting means 41, and the control circuit 30 are the same as those described above. This is the same as the embodiment. That is, the control circuit 30 shifts the timing of applying the gate voltage of the switching element of each of the switching power supplies 11 to 14, and adjusts the current command value to be applied to the magnetic field generating coil 40 and the current value detected by the current detection unit 41. And the voltage applied to the switching element of each switching power supply is controlled so that the difference between the two becomes zero. The reactor prevents the current from sneaking by driving the switching power supply by shifting the phase in this way, and further smoothes the output current together with the capacitor.
[0031]
In this manner, even if a plurality of switching power supplies are connected as shown in FIG. 1 or connected as shown in FIG. A ripple DC current can be obtained as an output.
[0032]
In the above-described embodiments of FIGS. 1 and 4, both use four switching power supplies, but the number of switching power supplies is not limited to four, and any number of switching power supplies may be used. In this case, by further increasing the number of switching power supplies connected in parallel, a power supply device with a larger current output can be configured.
[0033]
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 4, the switching power supplies 11 to 14 are connected in parallel, so that the output current of one switching power supply is prevented from flowing into another switching power supply. Although the reactors 20 to 27 and the reactors 81 to 84 are used, such a current control means may be a resistor instead of the reactor, other switches or diodes, and the like. These combinations may be used. Also, in FIGS. 1 and 4, the reactor is connected to both of the two output terminals, but this is not necessarily required to be on both sides, and may be on one side.
[0034]
In the above embodiment, the case where the phases of the switches of each switching power supply are shifted at equal intervals has been described, but the shift intervals do not necessarily have to be equal. The phases may be unequal, and the phases of some switching power supplies may be the same. Even when the phases of the switches of a plurality of switching power supplies are not shifted, it is possible to increase the current capacity of the power supply device by providing a plurality of switching power supplies in parallel. However, by shifting the phase, the ripple of the main current of the power supply can be made higher in frequency. Therefore, use a high-withstand-voltage, high-current element such as an IGBT whose safe operating frequency is relatively low as a switching element. This is suitable for not only low ripple but also large capacity. When a high-speed switching element such as a MOSFET is used, the frequency of the ripple can be further increased.
[0035]
Further, the switching power supply in the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. 2, and the number of power supplies and switches, types of switching elements, configuration of a smoothing circuit, and the like can be arbitrarily changed. For example, FIG. 2 exemplifies a switching power supply composed of one power supply and a four-arm switch. However, the switching power supply may be composed of two power supplies and a two-arm switch, or a power supply composed of one switch. Furthermore, it can be applied in any switch Introduction Besides bipolar transistor also of the IGBT, a gate turn-off thyristor as a switching element.
[0036]
Further, in the embodiment shown in FIG. 2, a reactor and a capacitor are used as a smoothing circuit (filter). However, such a smoothing circuit may be provided not on each switching power supply but on a power supply device side. It can be provided not only for each switching power supply but also for the power supply itself. As such an example, a switching power supply 11 'as shown in FIG. 5 in which a reactor and a capacitor in the switching power supply are removed is shown. This switching power supply 11 'uses an IGBT as a switching element as in the embodiment shown in FIG. 2, and one of its output terminals is directly connected to the connection point of the switching elements 61 and 62, and the other is connected to the switching element 63, It is directly connected to 64 connection points. Therefore, since the output current IL1 of the switching power supply 11 'is not smoothed, a smoothing circuit is provided on the output side in a power supply device having a plurality of such switching power supplies 11' as shown in FIG. 1 or FIG. Must have. In the embodiment shown in FIG. 1, the reactors 20 to 27 and capacitors 31 and 32 provided on the output side of the switching power supply function as current control means and voltage accumulation means for preventing current from flowing around, respectively, and a smoothing circuit. Therefore, the output IL of the power supply device 10 can be converted to a direct current. The same applies to the embodiment shown in FIG. 4, and the capacitors 71 to 74 and the reactors 81 to 84 also contribute to smoothing.
[0037]
Further, in the embodiment of FIGS. 1 and 4, the drive control of each switching power supply by the control circuit 30 is performed based on the current value, but the voltage detection means (FIG. 1) for detecting the output voltages of the capacitors 31 and 32 and the capacitors 71 to 74 (Not shown), and inputs a voltage designation value to be output by each voltage storage means and a detection value detected by the voltage detection means to the control circuit 30, and drives each switching power supply so that the difference between the two becomes zero. You may make it control. In this case, each voltage command value may be equally divided for each switching power supply, or may be different for each switching power supply, and can be set arbitrarily. For this purpose, in the above embodiment, one control circuit 31 may be provided independently for each switching power supply for control. Further, the drive control of the switching power supply may be performed by both the current and the voltage.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of switching power supplies connected in parallel are further connected in series as a power supply apparatus of the MRI apparatus, or a plurality of switching power supplies connected in series are further connected in parallel with each other. By connecting the current control means and the voltage accumulating means to the output side, a high-voltage, large-capacity power supply device can be configured, and furthermore, it is possible to prevent the sneak current of each switching power supply. The output voltage of the switching power supply can be freely varied. Further, according to the present invention, by operating a plurality of switching power supplies with shifted phases, it is possible to reduce ripples and increase the frequency, so that high voltage and high voltage can be obtained without using a high-speed switching element such as a MOSFET. A high-current, fast-response output current response and low-ripple power supply device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a power supply device of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing one embodiment of a switching power supply used in the power supply device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing switching waveforms and output currents of the power supply device of FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the power supply device of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the switching power supply used in the power supply device of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional power supply device.
FIG. 7 is a diagram showing a switching waveform and an output current in a conventional device.
[Explanation of symbols]
10 Power supply for MRI system
11-14 Switching power supply
30 control circuit
20-27, 81-84 reactor (current control means)
31, 32, 71-71 Capacitor (voltage storage means)
40 magnetic coil
41 Current detection means.

Claims (3)

スイッチング素子を備えたスイッチング電源と、このスイッチング電源内のスイッチング素子を制御する制御回路とを備えた磁気共鳴イメージング装置の磁場発生コイルに接続される磁気共鳴イメージング装置用電源装置であって、
前記スイッチング電源を複数設け、二以上の前記スイッチング電源を並列に接続して構成されるスイッチング電源群を複数備えると共にこれらのスイッチング電源群を直列に接続し、
各スイッチング電源の出力側に他のスイッチング電源への電流の回り込みを防止する電流制御手段と、各スイッチング電源群の出力側に前記磁場発生コイルと直列に接続された複数の電圧蓄積手段と、前記磁気発生コイルに印加される電流を検出して前記制御回路にフィードバックする電流検出手段、又は/かつ、各電圧蓄積手段の出力電圧を検出してフィードバックする電圧検出手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用電源装置。
A power supply device for a magnetic resonance imaging apparatus connected to a magnetic field generating coil of a magnetic resonance imaging apparatus including a switching power supply having a switching element and a control circuit for controlling the switching element in the switching power supply,
A plurality of the switching power supplies are provided, and a plurality of switching power supply groups configured by connecting two or more of the switching power supplies in parallel and the switching power supply groups are connected in series,
A current control means for preventing a current from flowing to another switching power supply on an output side of each switching power supply; a plurality of voltage accumulating means connected in series with the magnetic field generating coil on an output side of each switching power supply group; Current detecting means for detecting a current applied to the magnetism generating coil and feeding it back to the control circuit; and / or voltage detecting means for detecting and feeding back the output voltage of each voltage storage means. Power supply for magnetic resonance imaging apparatus.
スイッチング素子を備えたスイッチング電源と、このスイッチング電源内のスイッチング素子を制御する制御回路とを備えた磁気共鳴イメージング装置の磁場発生コイルに接続される磁気共鳴イメージング装置用電源装置であって、
前記スイッチング電源を複数設け、二以上の前記スイッチング電源を直列に接続して構成されるスイッチング電源群を複数備えると共にこれらのスイッチング電源群を並列に接続し、
各スイッチング電源の出力側に前記磁場発生コイルと直列に接続された複数の電圧蓄積手段と、各スイッチング電源群の出力側に他のスイッチング電源への電流の回り込みを防止する電流制御手段と、前記磁気発生コイルに印加される電流を検出して前記制御回路にフィードバックする電流検出手段、又は/かつ、各電圧蓄積手段の出力電圧を検出してフィードバックする電圧検出手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置用電源装置。
A power supply device for a magnetic resonance imaging apparatus connected to a magnetic field generating coil of a magnetic resonance imaging apparatus including a switching power supply having a switching element and a control circuit for controlling the switching element in the switching power supply,
A plurality of the switching power supplies are provided, and a plurality of switching power supply groups configured by connecting two or more of the switching power supplies in series and the switching power supply groups are connected in parallel,
A plurality of voltage storage means connected in series with the magnetic field generating coil on an output side of each switching power supply; a current control means for preventing a current from flowing to another switching power supply on an output side of each switching power supply group; Current detecting means for detecting a current applied to the magnetism generating coil and feeding it back to the control circuit; and / or voltage detecting means for detecting and feeding back the output voltage of each voltage storage means. Power supply for magnetic resonance imaging apparatus.
前記制御回路は、前記電流検出手段又は/かつ前記電圧検出手段と接続され、前記磁気発生コイルに印加すべき電流指定値又は/かつ各電圧蓄積手段が出力すべき電圧指定値と、前記電流検出手段又は/かつ前記電圧検出手段で検出した電流又は/かつ電圧とを比較し、両者の差がゼロになるように各スイッチング電源内のスイッチング素子の位相をずらして駆動制御することを特徴とする請求項1又は2記載の磁気共鳴イメージング装置用電源装置。The control circuit is connected to the current detection means and / or the voltage detection means, and specifies a current value to be applied to the magnetism generating coil and / or a voltage specification value to be output by each voltage storage means. And / or comparing the current and / or voltage detected by the means and / or the voltage detecting means, and controlling the driving by shifting the phase of the switching element in each switching power supply so that the difference between the two becomes zero. A power supply device for a magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1.
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US8760164B2 (en) * 2010-01-29 2014-06-24 General Electric Company Magnetic resonant imaging gradient driver architecture
JPWO2014199793A1 (en) * 2013-06-13 2017-02-23 株式会社日立製作所 Magnetic resonance imaging apparatus and operation method thereof
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