JPH02165213A - コイル負荷駆動用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、磁気共鳴診断装置の勾配磁場コイルのような
高精度かつ高速な制御が要求されるコイル負荷を励磁す
るためのコイル負荷駆動用電源装置に関する。

（従来の技術） 上述のような用途のコイル負荷を励磁するための電源装
置としては、従来は専ら直流リニアアンプを用いており
、このリニアアンプによってコイル負荷に要求される高
精度かつ高速な制御を行っている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このようにリニアアンプを用いた電源装
置では、トランジスタを通常、不飽和領域で使用してい
ることに起因して電源損失が大きくなるため、電源装置
が大容量化して大形になり、また、供給電力が大きくな
るため運転コストが高くなるという問題があった。

この問題を解決するため、リニアアンプの代りにトラン
ジスタをスイッチングさせて使用する、ＰＷＭ制御トラ
ンジスタ電源のようなスイッチング電源を使用すること
が考えられる。この場合の電源としては、コイルに流れ
る電流を両方向に制御するため、ブリッジ構成のスイッ
チング電源が望ましい。

しかし、このようなブリッジ構成のスイッチングミ源で
は、直流入力の正負極間に直列に接続される２アーム間
の短絡を防止するために切り換え無、駄時間（短絡防止
期間）を設け、コイルを流れる電流の切り換えの際に上
記直列２アーム間の短絡モードが生ずるのを防止する必
要があり、この短絡防止期間の影響によって特にコイル
電流の小さい領域で電源の出力特性の直線性が得られな
くなり、要求性能を十分に満たすことができない場合が
生ずるという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、スイッチング電源を用いた
場合にも出力特性の直線性を実現し、コイル負荷に要求
される高精度かつ高速な制御を可能にすると共に、装置
全体の小型化及び消費電力の削減、運転コストの低減を
図ったコイル負荷暉動用電源装置を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） 一ヒ記目的を達成するため、本発明は、負荷であるコイ
ルを複数の部分コイル、例えば２つの部分コイルに分割
し、一方のコイルをＰＷＭ制御電源等のブリッジ形スイ
ッチング電源により励磁すると共に残りのもう一方のコ
イルを例えばリニアアンプにより励磁し、上記スイッチ
ング電源はその直流入力の正負極間に直列接続された２
アーム間の短絡防止のための切り換え無駄時間（短絡防
止期間）設けることなしに運転できる、トータルアンペ
アターンの小さい領域を除く領域でのみ運転し、上記ス
イッチング電源の運転範囲以下のトータルアンペターン
の小さい領域についてはもう一方のコイルのリニアアン
プで励磁することにより、全体として要求される出力特
性の直線性を得るようにしたものである。

（作用） コイル負荷をブリッジ形スイッチング電源で励磁する場
合、コイル電流の極性を切り換えて連続的に制御する必
要がなく、コイル電流の大きさが、その極性を確実に検
出できるあるレベル以上の範囲でのみ運転できればよい
場合には、直流入力の正負極間に直列接続される２アー
ムのうち電流方向によって決まるアームのトランジスタ
のみをスイッチングし、残りのアームのトランジスタは
常時オフ状態に保っておくことができるので、その２ア
ーム間の短絡防止期間を設ける必要がない。

本発明は上記の点に着目し、要求されるトータルアンペ
アターンの制御範囲のうち、その大きさが所定のレベル
以上の範囲でのみ、直流入力の正負極間に接続された２
アーム間の短絡防止期間を設けないブリッジ形スイッチ
ング電源により制御し、上記レベル以下の範囲では残り
のもう一方のコイルのリニアアンプにより制御すること
により、全体として要求されるトータルアンペアターン
の全制御範囲を、要求される特性を満たして制御するも
のである。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

第１図はこの実施例の回路構成を示すもので。

図において、負荷コイルはターン数ｎ１の第１の部分コ
イル１とターン数ｎ２の第２の部分コイル２とに分割さ
れ、第１の部分コイル１はトランジスタＱ０〜Ｑ４とフ
リーホイールダイオードＤ１〜Ｄ４からなるブリッジ形
スイッチング電源としてのＰＷＭ制御電源３の出力端子
Ｕ工、Ｖ工に接続され、また、その入力端子Ｐ、Ｈには
直流電源４の正極、負極がそれぞれ接続されている。ま
た、第２の部分コイル２は、リニアアンプ５の出力端子
Ｕ２．Ｖ、に接続されており、このリニアアンプ５には
図示されていない交流電源からトランス６を介して交流
電圧が供給されている。

一方、７は制御装置であり、この制御装置７は、部分コ
イル１，２のトータルアンペアターンの指令値Ｎ−ＬＬ
”と、各コイル１，２に接続されたＤＣＣＴｉ、ＤＣＣ
Ｔ２によって検出される各電流実際値’Ｌ１＋’Ｌ２と
から、ＰＷＭ制御世源３のトランジスタＱ４〜Ｑ４のオ
ンオフ指令及びリニアアンプ５の制御信号を発生するよ
うになっている。

なお、部分コイル１，２の作るトータルアンペアターン
（ｎ工・ＬＬ、＋ｎ２・ＬＬ２）によって所望の磁束Φ
が生成され、このトータルアンペアターンの指令値がＮ
−ＬＬ”となっている。

次に、第２図は制御装置７の構成を示すもので、以下、
この第２図を参照しながら上記実施例の動作を説明する
。

部分コイル１，２のトータルアンペアターンの指令値Ｎ
−ＬＬ”を絶対値回路７０１に入力して得られた出力Ｉ
Ｎ−ＬＬ”ｌは、比較回路７０３によって予め与えられ
た一定値工。と比較され、ＩＮ−ＬＬ”ｌがＩ、より大
きい範囲ではｌｌ　ＨＩＩｌ信号、またＩＮ・Ｌ　Ｌ＄
　１が工。より小さい範囲ではＩＩＬ”信号が出力され
る。更に、指令値Ｎ−ｔ♂は微分演算・絶対値回路７０
５に入力され、この回路において、ＩＶＬ”ｌ”　　ｌ
　　Ｌｘ（ｄ　　Ｎ　−Ｌ　　Ｌ”／　ｄ　　ｔ　）＋
　Ｒ２（Ｎ　−Ｌ　　ｂ″）１に相当する値が演算され
る。ここで、Ｌｘ、Ｒ，は部分コイル２のインダクタン
ス、抵抗にそれぞれ相当する定数であり、従ってＩＶＬ
”ｌは、必要なトータルアンペアターンＮ−Ｌ♂を部分
コイル２のみで作ると仮定した場合に必要な部分コイル
２の印加電圧に相当する値となる。

この値ＩＶｉ、”ｌは予め与えられた一定値■。と比較
回路７０６により比較され、ＩＶＬ”ｌがｖｏより大き
い範囲ではａ　Ｈｕ信号が、また１ｖ♂１が■。より小
さい範囲ではｒｒ　Ｌ　ｒｒ倍信号出力される。この比
較回路７０６の出力と前記比較回路７０３の出力とはオ
ア回路７０４に入力され、その出力は後述する機能を有
する論理判断回路７１３に入力される。更に、指令値Ｎ
−１♂は極性判断回路としての比較回路７０２に入力さ
れ、例えばＮ−ＬＬ”が第１図に示したＬＬ□と同じ極
性に対応する場合は“ＨＩ＋ｌ信号、その反対の極性の
場合には（Ｉ　Ｌ″′′信号力する。

ただし、この比較回路７０２は入力信号のごく小さい範
囲までその極性を判別する必要はなく、入力信号の絶対
値が前記１．の値以下に定められた適当なレベルより大
きい範囲で正確に極性判断できればよい。

部分コイル１の電流を制御するＰＷＭ制御電源３の制御
回路は、第２図中の７０７〜７１２に示したブロック線
図のように構成される。すなわち、前記指令値Ｎ−ＬＬ
”は、比例増幅器７０７．指令値切換スイッチ７０８を
介して加算器７０９により部分コイル１の作るアンペア
ターンの実際値ｎ□・ＬＬ□と比較され、その偏差が電
流調節器７１０に入力される。この電流調節器７１０の
出力はＰＷＭ制御のためのキャリア信号発生器７１１の
出力と共にＰＷＭ制御回路７１２に入力され、その出力
は論理判断回路７１３に入力される。

この論理判断回路７１３は、オア回路７１４．比較回路
７０２及びＰＷＭ制御回路７１２の出力信号から、部分
コイル１の電流を制御するＰＷＭ制御重源３のトランジ
スタＱ１〜Ｑ４のオンオフを制御するための信号をそれ
ぞれのゲートドライブ回路７１４〜７１７に与えると共
に、ＰＷＭ制御電源３の制御ループの指令値切換スイッ
チ７０８への切り換え指令を与えるようになっている。

すなわち指令値切換スイッチ７０８は、オア回路７０４
の出力がＩＩＨ″′信号の場合は第２図中Ｓ工の端子に
接続され、ＰＷＭ制御ループの電流調節器７１Ｏの指令
値は前記トータルアンペアターンの指令値Ｎ　、　Ｌ　
Ｌｌｌのに倍となる。ここで、Ｋは所望のトータルアン
ペアターンに対して部分コイルが負担すべきアンペアタ
ーンの比を決めるもので、この場合に＝ｎ□／（ｎｘ　
＋　ｎｚ）とすることが好ましい。

また、オア回路７０４の出力がＩＩ　Ｌ　ＩＩｌ信号場
合は指令値切換スイッチ７０８は図中のＳ、の端子に切
り換えられ、電流調節器７１０の指令値は零にホールド
される。

更に、トランジスタＱ１〜Ｑ４へのオンオフ指令は、前
記オア回路７０４の出力がＩｔ　Ｌ　）ｌ信号の場合は
他の入力の如何にかかわらずトランジスタＱ。

〜Ｑ４の全てをオフする指令を出力する。そして。

オア回路７０４の出力がＩＩＨ″′信号の場合は、比較
回路７０２による極性判別出力に応じて、それがＩＩ　
Ｈ＋１信号の場合には部分コイル１の電流の向きは第１
図に示した方向となるべきであるので、トランジスタＱ
、、Ｑ、を常時オフする指令を出力し、また、トランジ
スタＱ工ｌＱ４は、ＰＷＭ制御回路７１２からのオンオ
フ指令に基づいてオンオフさせる指令を出力する。この
ような制御を行えば、ＰＷＭ制御電源３の直流入力の正
負極（Ｐ、Ｎ）間に直列に接続された２アームのトラン
ジスタＱ　ｌ　ｌＱ、（あるいはＱ、、Ｑ、）に同時に
オン信号が与えられることがないので、それらの間の短
絡防止期間の設定は不要となる。

一方、第２の部分コイル２の電流を制御するリニアアン
プ５の制御ループは、第２図中の７１８〜７２１に示し
たブロック線図により構成される。すなわち、前記トー
タルアンペアターンの指令値Ｎ・ＬＬｌｌから、ＰＷＭ
制御重源３の制御ループの電流調節器７１０に対する指
令値（指令値切換スイッチ７゜８の出力）を差し引いた
偏差をリニアアンプ５の電流調節器７２０の指令値とし
、それと部分コイル２の作るアンペアターンの実際値ｎ
２・ｔＬｓとの偏差を電流調節器７２０に導き、その出
方によりリニアアンプ５の制御回路７２１を駆動するも
のである。

しかして、前記ｌ１ｌｌ■。の値をそれぞれリニアアン
プ５の出力電流、電圧の最大値に相当する量に選ぶこと
により、リニアアンプ５は常にその能力の範囲内で連続
して制御することができるので、円滑な制御が可能とな
る。

次いで、第３図は各部の動作波形を示すもので。

図中ａの範囲はトータルアンペアターンの指令値Ｎ　、
　ＬＬｌｌの与えられる期間Ｔの全領域にわたってオア
回路７０４の出力が′Ｈ”信号となる場合であり、この
場合はＰＷＭ制御電源３．リニアアンプ５が共に運転さ
れ、それぞれのコイルのターン数に応じて負荷電流を分
担する。これに対し１図中すの範囲はオア回路７Ｑ４の
出力が常にＩＩ　Ｌ”信号になる場合であり、この場合
はＰＷＭ制御電源３のトランジスタＱ、〜Ｑ４は全てオ
フ状態になり、リニアアンプ５のみで全アンペアターン
を発生することとなる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、ＰＷＭ制御電源等のスイ
ッチング電源を、直流入力の正負極間に直列接続される
２アーム間の短絡防止のための切り換え無駄時間を設け
ないで運転するようにしたから、直線性のよい出力特性
を持った電源装置を提供することができる。

また、電源装置に必要とされる容量の大部分をスイッチ
ング電源により構成することが可能であり、これによっ
て従来のリニアアンプのみによる場合と同等の性能を得
ることができるので、電源装置の小型化、供給電力の削
減による運転コストの低減が可能であり、高精度かつ高
速な制御電源を実現することができる。更に、負荷とし
てのコイルを複数に分割し、それぞれの部分コイルを独
立した電源で駆動するように構成することにより、各電
源の電圧、電流の関係を決める自由度が生まれてより最
適な設計が可能になるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図。 第２図は上記実施例に用いられる制御装置の構成図、第
３図は上記実施例の動作説明図である。 ７１３・・・論理判断回路 ７１４〜７１７・・・ゲートドライブ回路７２１・・・
リニアアンプ制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負荷であるコイルを複数の部分コイルに分割し、各部分
   コイルをそれぞれ個別に構成された電源により励磁する
   と共に、前記電源のうちの少なくとも１つを、その直流
   入力の正負極間に直列に接続される２アーム間の短絡を
   防止するための切り換え無駄時間を設けないで運転され
   るブリッジ形スイッチング電源としたことを特徴とする
   コイル負荷駆動用電源装置。