JPH09248287A - 磁気共鳴イメージング装置用電源装置 - Google Patents
磁気共鳴イメージング装置用電源装置Info
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- JPH09248287A JPH09248287A JP8086002A JP8600296A JPH09248287A JP H09248287 A JPH09248287 A JP H09248287A JP 8086002 A JP8086002 A JP 8086002A JP 8600296 A JP8600296 A JP 8600296A JP H09248287 A JPH09248287 A JP H09248287A
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Abstract
でき、磁場発生コイルに供給される出力電流を高速に変
化させることができるMRI装置用電源装置を提供す
る。 【解決手段】商用交流電源10と、接点14〜16と、
接点14〜16に並列接続された電流制限手段17〜1
9及びこの電流制限手段に直列接続された接点11〜1
3によって接続する電圧型交流直流変換器20は、ダイ
オードのブリッジ回路と、ダイオードに並列接続された
IGBT等の半導体スイッチング素子20〜29と、ブ
リッジ回路の交流入力側に接続されたリアクトル21〜
23から成り、その出力側は平滑コンデンサ71を介し
て磁場発生コイル70の出力アンプ70に接続される。
この交流直流変換器20は、半導体スイッチング素子を
適宜オンオフすることにより、リアクトルに蓄積される
電気エネルギーをコンデンサ71に充電する。これによ
り高出力電圧を得ることができる。
Description
グ装置(以下、MRI装置という)用の電源装置に係
り、特に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。
対象に高周波磁場をパルス状に印加し、検査対象から発
生する核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
には磁場発生用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
生用コイルは所定の磁場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を制御するためのスイッチ
ング電源を備えている。
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7に示す。このスイッチング電源は、
3相交流商用電源10に接続された接点11〜16と、
接点11〜13にそれぞれ直列に接続された突入電流防
止用の電流制限手段ここでは抵抗17〜19と、整流回
路120と、平滑用のコンデンサ71と、電流アンプ4
0とからなり、電流アンプ40の出力は傾斜磁場コイル
70に印加される。電流アンプ40は制御回路制御回路
50により制御され、任意波形の電流が傾斜磁場コイル
70に印加されるようにする。整流回路120として
は、図示するようなダイオード124〜128から成る
ダイオードブリッジによる全波整流回路や、その他サイ
リスタによる電圧制御型整流回路やスイッチングレギュ
レータによる電圧制御などが用いられている。
置では、EPI(エコープレナーイメージング)法等の
高速撮像手法が開発され、それに伴い傾斜磁場コイルに
おける出力電流の増大とその立ち上がり時間の短縮が要
求され、大電流化、大電圧化する傾向にある。
るためには、その入力電圧の高電圧化が必要である。と
ころが図5に示したような従来のサイリスタ等による整
流回路ではピーク充電時においても電源電圧の1.4倍
程度までしか昇圧できず、このような大電圧化に対応す
るためには倍電圧整流回路方式、チョッパ回路やトラン
スなどの付加回路をつける必要があった。
化が問題となっている。そこで本発明は高電圧、大容量
のMRI装置用電源装置を提供することを目的とする。
に、本発明のMRI装置用電源装置は、商用交流電源と
接点によって接続し、交流を直流に変換する交流直流変
換器と、交流直流変換器の出力を入力し、MRI装置の
磁場発生コイルに任意波形の電流を供給する電流増幅器
と、電流増幅器を切り換え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用電源装置であって、前記接
点に並列接続された突入電流防止用の電流制限手段及び
この電流制御手段と直列接続された第2の接点を備え、
交流直流変換器は、複数対のダイオードが並列接続され
たブリッジ回路と前記ダイオードの対の少なくとも一方
のダイオードに並列接続された半導体スイッチング素子
と、前記ブリッジ回路の交流入力側と前記接点との間に
接続するリアクトルとから成り、前記半導体スイッチン
グ素子を駆動制御する制御手段と、前記制御手段、電流
増幅器の制御回路及び接点に接続するシーケンサとを備
えるものである。
続された半導体スイッチング素子と、交流入力側の接続
されたリアクトルとを組み合わせることにより、所定の
半導体スイッチング素子を短絡したときにリアクトルに
エネルギーを蓄えることができ、当該スイッチング素子
の開放により、この蓄えられたエネルギーを交流直流変
換器の本来の出力に加えることができる。これにより交
流直流変換器の出力電圧を上げることができる。このリ
アクトルに蓄えられるエネルギーは半導体スイッチング
素子の短絡時間に依存するので、この短絡及び開放を制
御手段によって制御することにより、所望の出力電圧を
得ることができる。従って、小容量の電源設備でも、チ
ョッパ回路等を付加することなく少ない構成要素で、よ
り安全に高電圧を供給することができ、磁場発生コイル
に供給される出力電流を高速に変化させることができ
る。
よく傾斜磁場コイルに供給することができるので、安価
で信頼性が高く、しかもEPIなどの高速撮像シーケン
スを実行できるMRI装置を提供することが可能とな
る。
サは、1)パワーオンもしくはパワーオンを要求する信
号によって前記突入電流防止用の電流制限手段と直列接
続された接点を短絡し、2)一定時間の後か電圧検出器
によって一定の出力電圧に達するか、またはその両方の
条件が満たされることによって前記商用電源とリアクト
ルとを直接接続する接点を短絡し、3)さらに一定時間
の後に前記交流直流変換器を駆動制御する制御手段に動
作信号を送り、前記電圧検出器によって所望する出力電
圧に達した場合、前記電流増幅器を制御する制御回路に
動作可能であることを知らせる信号を送る。また4)パ
ワーオフ信号によって、前記電流増幅器を制御する制御
回路に動作不可能であることを知らせる信号と、前記交
流直流変換器を駆動制御する制御手段に動作終了信号を
送り、5)一定時間の後か電圧検出器によって一定の出
力電圧に達するか、またはその両方の条件が満たされる
ことによって前記商用電源とリアクトルとを直接接続す
る接点を開放し、6)一定時間の後か電圧検出器によっ
て一定の出力電圧に達するか、またはその両方の条件が
満たされることによって前記突入電流防止用の電流制限
手段と接続された接点を開放するものである。
て電源との接続、スイッチング素子の制御及び電流増幅
器の切り替え制御をシーケンシャルに制御することが可
能とな利、安全に電源の投入遮断が可能となる。
照して説明する。
図で、3相電源設備を用いた傾斜磁場発生用の電源装置
1を示す。この電源装置1は、3相交流商用電源10に
接続される接点11〜16と、接点11〜13に直列に
接続される突入電流防止用の電流制限手段ここでは抵抗
17〜19と、電圧型交流直流変換器20と、平滑用の
コンデンサ71と、電流アンプ40と、電流アンプ40
の制御回路50とを備えており、アンプである電流アン
プ40の出力は、傾斜磁場コイル70の接続されてい
る。尚、図5に示す従来の電源装置と同様の構成の要素
については同じ番号で示した。
の入力側とを直接接続する接点14〜16は、本電源装
置の主電源接点である。また商用電源10と電圧型交流
直流交換器20の入力側とを抵抗17〜19を介して接
続する接点11〜13は、電圧型交流直流交換器20I
のダイオードを介して平滑コンデンサ71に突入電流が
流れ込むのを防止するための電流制限手段として接続さ
れるもので、電源投入時に接続される。
に接続するリアクトル21〜23と、そのリアクトルに
接続され直流電圧を発生させるフルブリッジのフライホ
イールダイオード(以下、単にダイオードという)と並
列接続された半導体スイッチング素子24〜29、ここ
ではIGBT(Insulated Gate Bipola Transister)と
から成る。このようなダイオードとスイッチング素子と
の組み合わせでにおいて、スイッチング素子を短絡した
場合には、スイッチング素子を介して1方向に電流が流
れるのを許容し、スイッチング素子を開放した場合に
は、ダイオードを介して他方向に電流が流れるのを許容
する。
ッチング素子を駆動制御する制御手段として制御回路3
0及びシーケンサ60を備えており、電圧型交流直流交
換器20の出力電圧を電圧検出器72が検出する。
と電圧型交流直流変換器20とを接続する接点11〜1
6及び電流アンプ40の制御回路50にも接続され、接
点の駆動、制御回路50の切り替えタイミングを制御す
るとともに、電圧検出器72からの検出値を入力し、こ
れに基づき電圧型交流直流交換器20の制御回路30を
制御する。
相交流商用電源10と電圧型交流直流変換器20とを抵
抗を介して接続する接点11〜13をオン/オフ制御す
るSwR信号120と、3相交流商用電源10と電圧型交
流直流変換器20とを直接接続する接点14〜16をオ
ン/オフ制御するSwT信号121と、電圧型直流交流変
換器20の制御回路30をオン/オフ制御するConv信号
122と、電流アンプ40の制御回路50をオン/オフ
制御するAmp信号123と、外部に核磁気共鳴イメージ
ング装置用電源装置1の準備完了を示す準備完信号12
4を出力し、それぞれの制御回路からの異常終了処理を
要求する異常信号125,126と、電圧検出器72か
らの検出値128、外部から核磁気共鳴イメージング装
置用電源装置1を動作させるためのパワー信号127を
入力する。
内部のタイマによって、図3に示す状態遷移図のように
動作し、核磁気共鳴イメージング装置用電源装置1全体
が安全に起動し、終了するようにシーケンシャルコント
ロールする。右下の凡例に示す通り、四角い箱が状態を
表し、矢印は遷移を表す。矢印についている記号は上側
に状態遷移条件、下側には状態を遷移させるための動作
を示す。
で示す位置から開始され、検査状態101に遷移する。
この状態でそれぞれの制御回路からの異常信号125,
126を検査し、正常であれば(検査正常終了条件)待機
状態102に遷移する。その後外部からのパワーオン信
号127によって、電流制限手段17〜18と直列接続
された接点11〜13を短絡(SwR信号120をオン)
し、電流制限手段17〜18、接点11〜13、リアク
トル21〜23、スイッチング素子24〜29に逆並列
接続されたダイオードを介してコンデンサ71に充電す
る(制限充電状態103)。充電電圧が一定の電圧に達す
るか、一定時間が経過するか、あるいは両方の条件が満
たされた場合、商用電源10とリアクトル21〜23と
直接接続されている接点14〜16を短絡(SwT信号12
1をオン)し、コンデンサ71にスイッチング素子24
〜29に逆並列接続されたダイオードによってピーク充
電する(完全充電状態104)。接点14〜16を短絡後
一定時間経過した後、電圧型直流交流変換器20の制御
回路30をオン/オフ制御するConv信号122をオン
し、電圧型直流交流変換器20による昇圧を行う(昇圧
状態105)。出力電圧が所望する電圧に達すると、電
流アンプ40の制御回路50に対してAmp信号123を
送り、電流アンプの入力電圧が所望する電圧となり、電
流アンプが動作可能な状態になったことを知らせる(電
圧安定状態106)。
ってAmp信号123とConv信号122をオフし、電流ア
ンプが動作不可能な状態になったことを知らせ、電圧型
直流交流変換器20による昇圧を止める(昇圧停止状態
107)。一定時間が経過したのち、商用電源10とリ
アクトル21〜23と直接接続されている接点14〜1
6を開放(SwT信号121をオフ)し、放電状態108と
なる。その後一定時間が経過すると、電流制限手段17
〜18と直列接続された接点11〜13を開放(SwR信号
120をオフ)し、待機状態102に戻る。
でパワーオフ信号127を受け取った場合は、図に示す
通りである。
ワーオン信号127により起動したが、シーケンサの主
電源投入と同時に自らパワーオン信号127を発しても
よい。外部に出力するレディ信号も便宜上設けただけ
で、なくてもかまわない。また、内部タイマによって、
状態を遷移させているが、外部のタイマやタイマを使わ
ずに電圧検出器72からの検出値のみによって状態を遷
移させてもかまわない。エラー処理においてはそれぞれ
の制御回路からエラー信号を入力して処理しているが、
必ずしもその必要はなく、異常昇圧停止状態109、異
常放電状態110、検査状態101はなくてもかまわな
い。
作について説明する。図4は3相交流商用電源10の各
相の電源中点からみた電圧の時間軸波形を示すものであ
り、電圧型交流直流交換器20の入力側端子20a、2
0b、20cにそれぞれ入力されるU相、V相、W相の
電圧を表している。この電圧が時間tにおいてU>V
>Wであるとする。この場合、図5(a)に示すよう
に、W相に接続された上側のIGBT28を短絡する
と、端子20a、20c間の電圧差EWUにより、U相に
接続したリアクトル21、IGBT24に接続されたダ
イオード、IGBT28、W相に接続したリアクトル2
3を介して電源電圧EWUが短絡される。このためこれら
の間に短絡電流が流れ、リアクトル21、23にエネル
ギーが蓄えられる。同様に端子20b、20c間の電圧
差EWVによって、V相に接続したリアクトル22、IG
BT26に接続されたダイオード、IGBT28、W相
に接続したリアクトル23を介して短絡電流が流れ、リ
アクトル22、23にエネルギーが蓄えられる。
り、各リアクトル21〜23に蓄えられていたエネルギ
ーはIGBT24、26に並列接続されたダイオード、
平滑コンデンサ71、IGBT29に接続されたダイオ
ードを介して放出し、コンデンサ71に電圧エネルギー
として充電する。
された下側のIGBT25を短絡すると、端子端子20
a、20c間の電圧差EWUにより、U相に接続したリア
クトル21、IGBT25、IGBT29に接続された
ダイオード、W相に接続したリアクトル23を介して短
絡電流が流れ、リアクトル21、23にエネルギーが蓄
えられる。また端子20a、20b間の電圧差EVUによ
って、U相に接続したリアクトル21、IGBT25、
IGBT27に接続されたダイオード、V相に接続した
リアクトル22を介して短絡電流が流れ、リアクトル2
1、22にエネルギーが蓄えられる。
り、各リアクトル21〜23に蓄えられていたエネルギ
ーは図5(a)の場合と全く同様にコンデンサ71に電
圧エネルギーとして充電する。
された上側のIGBT26を短絡した場合には、端子端
子20a、20b間の電圧差EVUにより、U相に接続し
たリアクトル21、IGBT24に並列接続されたダイ
オード、IGBT26、V相に接続したリアクトル22
を介して短絡電流が流れ、リアクトル21、22にエネ
ルギーが蓄えられる。この後、IGBT26を開放する
ことにより、各リアクトル21、22に蓄えられていた
エネルギーは、IGBT24に並列接続されたダイオー
ド、平滑コンデンサ71、IGBT27に接続されたダ
イオードを介して放出し、コンデンサ71に電圧エネル
ギーとして充電する。
された下側のIGBT27を短絡した場合には、端子端
子20b、20c間の電圧差EWVにより、V相に接続し
たリアクトル22、IGBT27、IGBT29に並列
接続されたダイオード、W相に接続したリアクトル23
を介して短絡電流が流れ、リアクトル22、23にエネ
ルギーが蓄えられる。この後、IGBT26を開放する
ことにより、各リアクトル22、23に蓄えられていた
エネルギーは、IGBT26に並列接続されたダイオー
ド、平滑コンデンサ71、IGBT29に接続されたダ
イオードを介して放出し、コンデンサ71に電圧エネル
ギーとして充電する。
V >Wである時間内に、これらIGBT25〜28を
それぞれ短絡、開放することによって、コンデンサ71
には各相間の電位差によって蓄えられるエネルギーに加
えて、リアクトルに蓄えられたエネルギーが充電され
る。制御回路30はコンデンサ71に所望の電気エネル
ギーが充電されるように各IGBT等のスイッチング素
子の短絡、開放を制御する。ここでスイッチのオン時間
(短絡時間)が長いほどリアクトルに蓄えられるエネル
ギーは大きい。
ングのデューティを制御することにより、出力電圧と同
時に入力の電流波形も制御可能であるため、入力電圧波
形と入力電流波形との位相をそろえるように制御するこ
とにより、装置の力率を向上させることができる。これ
により電源設備容量の小さな施設においても大出力電力
を得ることができる。
ング素子とダイオードとを組合せたブリッジを用いると
もに、ブリッジを構成する各ダイオード対の接続点と入
力端子との間にそれぞれリアクトルを接続することによ
り、スイッチング素子のオン時に、リアクトルにエネル
ギーを蓄積し、スイッチング素子のオフ時にこのエネル
ギーをコンデンサ71に充電することが可能となる。従
って、電源電圧の1.4倍以上の電圧が蓄えられ、高電
圧電源をすることができる。このコンデンサ71に蓄え
られた電圧は、制御回路50によって出力アンプ40が
切り換えられることによって傾斜磁場コイル70に印加
され、この際出力電流を高速に変化させることができ
る。
である場合について説明したが、本発明は3相に限定さ
れず単相であってもよい。またスイッチング素子はIG
BTの他、バイポーラトランジスタ、MOSFETなど
のスイッチング素子を用いることもできる。更に図1の
実施例ではブリッジの各アームの上側と下側の両方にこ
のようなスイッチング素子とフライホイールダイオード
との組み合わせを用いた場合を説明したが、出力電圧を
降圧制御する必要がない場合には上側又は下側の一方を
ダイオードで代替することも可能である。これにより制
御の簡略化とのコストの低減を図ることができる。
い、ブリッジのアームの上側のみをIGBT24、26
とし、下側にはダイオード125、127を用いた場合を示し
た。尚、図6では、交流直流変換器20'と平滑コンデ
ンサ71のみが示されているが、この交流直流変換器2
0'の入力側端子20e、20fには接点を介して商用
交流電源が接続され、コンデンサ71の出力側は出力ア
ンプを介して傾斜磁場コイルに接続されること、また交
流直流変換器20'のブリッジを構成するIGBTの駆
動を制御する制御回路(30)が接続されること、更に
これら出力アンプの制御回路及び交流直流変換器20'
の制御回路はシーケンサの指令により制御されることは
図1の実施例と同様である。またこの実施例では入力側
端子の一方のみにリアクトル21が接続されているが、
図1の実施例と同様に両側にリアクトルを接続してもよ
い。
20eの入力電圧値が他方の端子20fの入力電圧値よ
りも高い時間において、IGBT26を短絡させること
により、リアクトル21、IGBT24に接続されたダ
イオード、IGBT26を介して短絡電流が流れ、リア
クトル21にエネルギーが蓄積され、IGBT26を開
放することにより、そのエネルギーはコンデンサ71を
充電する。また端子20fの入力電圧値が端子20eの
入力電圧値よりも高い時間において、IGBT24を短
絡させることにより、IGBT26に接続されたダイオ
ード、IGBT24、リアクトル21を介して短絡電流
が流れ、リアクトル21にエネルギーが蓄積され、IG
BT24を開放することにより、そのエネルギーはコン
デンサ71を充電する。このように電圧値が低い方の端
子側のIGBTを短絡、開放制御することにより、コン
デンサ71には電源電圧より高い電圧が蓄積されるの
で、図1の実施例と同様に大出力電力を得ることができ
る。
交流直流変換器として、フライホイールダイオードと並
列接続したスイッチング素子アームのブリッジ回路と、
このブリッジ回路の交流入力側に接続されたリアクトル
とを組み合わせた電圧型交流直流変換器を用いるととも
に、この交流直流変換器の出力電圧が所望の値となるよ
うにスイッチング素子を制御手段によって制御すること
により、小容量の電源設備でも、安全に、磁場発生コイ
ルに接続された電流増幅器に高電圧を供給することがで
き、これにより磁場発生コイルへの出力電流を高速に変
化させることができる。
により、信頼性が高くEPI等の高速撮像シーケンスに
対応できるMRI装置を安価に提供することができる。
を示すブロック図
号を示す図
けるスイッチング素子の駆動制御を説明する図
を示すブロック図
Claims (2)
- 【請求項1】商用交流電源と接点によって接続し、交流
を直流に変換する交流直流変換器と、前記交流直流変換
器の出力を入力し、磁気共鳴イメージング装置の磁場発
生コイルに任意波形の電流を供給する電流増幅器と、前
記電流増幅器を切り換え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用電源装置において、 前記接点に並列接続された突入電流防止用の電流制限手
段及びこの電流制御手段と直列接続された第2の接点を
備え、前記交流直流変換器は、複数対のダイオードが並
列接続されたブリッジ回路と前記ダイオードの対の少な
くとも一方のダイオードに並列接続された半導体スイッ
チング素子と、前記ブリッジ回路の交流入力側と前記接
点との間に接続するリアクトルとから成り、前記半導体
スイッチング素子を駆動制御する制御手段と、前記制御
手段、前記接点及び前記電流増幅器の制御回路に接続す
るシーケンサ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。 - 【請求項2】前記シーケンサは、 1)パワーオンもしくはパワーオンを要求する信号によ
って前記突入電流防止用の電流制限手段と直列接続され
た接点を短絡し、 2)一定時間の後か電圧検出器によって一定の出力電圧
に達するか、またはその両方の条件が満たされることに
よって前記商用電源とリアクトルとを直接接続する接点
を短絡し、 3)さらに一定時間の後に前記交流直流変換器を駆動制
御する制御手段に動作信号を送り、前記電圧検出器によ
って所望する出力電圧に達した場合、前記電流増幅器を
制御する制御回路に動作可能であることを知らせる信号
を送り、 4)一方、パワーオフ信号によって、前記電流増幅器を
制御する制御回路に動作不可能であることを知らせる信
号と、前記交流直流変換器を駆動制御する制御手段に動
作終了信号を送り、 5)一定時間の後か電圧検出器によって一定の出力電圧
に達するか、またはその両方の条件が満たされることに
よって前記商用電源とリアクトルとを直接接続する接点
を開放し、 6)一定時間の後か電圧検出器によって一定の出力電圧
に達するか、またはその両方の条件が満たされることに
よって前記突入電流防止用の電流制限手段と接続された
接点を開放することを特徴とする請求項1記載の磁気共
鳴イメージング装置用電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08600296A JP3608868B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 磁気共鳴イメージング装置用電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08600296A JP3608868B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 磁気共鳴イメージング装置用電源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09248287A true JPH09248287A (ja) | 1997-09-22 |
JP3608868B2 JP3608868B2 (ja) | 2005-01-12 |
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ID=13874471
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08600296A Expired - Fee Related JP3608868B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 磁気共鳴イメージング装置用電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3608868B2 (ja) |
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- 1996-03-15 JP JP08600296A patent/JP3608868B2/ja not_active Expired - Fee Related
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