CN204376805U - 电源控制装置、电机驱动***以及磁共振设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电源控制装置、电机驱动***以及磁共振设备。所述电源控制装置用于磁场环境下的电设备，其中，包括：一电源，其用于对负载供给电力；一半导体开关元件，其设置于电设备或靠近电设备，对电源向负载的电力供给进行开关控制；一电流检测元件，其与半导体开关元件串联连接在电源与负载之间；一开关保护器，其与电流检测元件电连接，检测流过电流检测元件的电流，并根据检测到的电流输出第一开关指令信号；一开关驱动器，其接受由开关保护器输出的第一开关指令信号，并根据该第一开关指令信号驱动半导体开关元件进行开关动作。

Description

电源控制装置、电机驱动***以及磁共振设备

技术领域

本实用新型涉及一种电源控制装置、电机驱动***以及磁共振设备。

背景技术

在目前的磁共振成像设备的病床设计中，通常使用电机来驱动病床的运动，电机一般由电机驱动控制器来控制它的速度和方向。一般情况下，驱动器会按照***设定的要求控制电机的运行和停止。但是由于电机驱动器发生故障之后，可能会造成一些意外运动从而造成设备损坏或者人员伤害。为了避免这种意外的发生，通常在故障时采用一个电路来切断驱动器的供电，从而保证病床的运动***更加安全。

通常，会采用接触器(或继电器)来实现切断驱动器电源，但考虑到磁共振成像设备中特殊的磁场环境，会对接触器的可靠性和寿命带来不利影响。此外，接触器为有触点开关，在开通和切断时候会产生电火花，有可能对磁共振图像产生影响，从而影响诊断。

如图2所示，现有的磁共振成像设备的病床设计中，电源1经过接触器3的主触点后，给电机驱动器2供电，然后电机驱动器2控制电机M运行。接触器3的线圈4由检测电路5的控制信号控制。当***没有故障时，控制信号接通，接触器的线圈4得电并产生电磁力，使得接触器3闭合，于是电机驱动器2从电源1得到电力供给，驱动电机M带动病床运动。当***有故障时，控制信号关断，接触器的线圈4失电，电磁力消失，接触器3打开，于是电机驱动器2失电，电机M停止驱动病床。

在这种电源控制装置中，接触器3本身为磁性元件，靠线圈4通电产生电磁力使接触器3闭合，从而给电机驱动器2供电。在磁共振***中，因为磁共振***本身具有较大的恒定磁场。如果接触器3的安装位置接近主磁场，则这个磁场会对接触器的运行的可靠性和寿命产生不利影响，例如降低接触器3的切断速度，从而造成接触器3的主触点产生火花或者拉弧，进而烧坏主触点。

此外，使线圈4通电或切断时产生的火花会对磁共振***的高频电路造成干扰。另外，线圈4导通后产生的电磁场会影响磁共振***的主磁场和梯度磁场的均匀性，对***测量的图像产生不利影响，有时会影响诊断。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种不使用磁性开关元件而使用半导体开关元件的电源控制装置、电机驱动***以及磁共振装置。

本实用新型的一实施例提供了一种电源控制装置，其用于磁场环境下的电设备，其中，包括：电源，其用于对负载供给电力；半导体开关元件，其设置于所述电设备或靠近所述电设备，对所述电源向所述负载的电力供给进行开关控制；电流检测元件，其与所述半导体开关元件串联连接在所述电源与所述负载之间；开关保护器，其与所述电流检测元件电连接，检测流过所述电流检测元件的电流，并根据检测到的所述电流输出第一开关指令信号；开关驱动器，其接受由所述开关保护器输出的所述第一开关指令信号，并根据该第一开关指令信号驱动所述半导体开关元件进行开关动作。

根据本实施例，在强磁场环境下的电力设备、尤其是磁共振成像装置中，采用无触点的半导体开关元件来实现了驱动器电源的导通与切断，避免了利用电磁力的接触器在开关时可能产生火花甚至影响成像质量的情况出现。另外在电源与负载之间串联电流检测元件，并利用开关保护器检测电流检测元件中流过的电流以及电源的电压，当电流过大或者电源出现过压、欠压时，使开关驱动器切断半导体开关元件，从而防止了半导体开关元件的损坏。

此外，在上述电源控制装置中，优选所述电流检测元件为电阻，且根据该电阻两端的电压来确定流过该电阻的电流值。

此外，在上述电源控制装置中，优选半导体开关元件为MOSFET、IGBT或晶闸管中的一种。

本实用新型的一实施例提供了一种电机驱动***，包括：电机；所述的电源控制装置，其中所述负载为电机驱动器，且所述负载与所述电机连接。

根据本实施例的电机驱动***，在强磁场环境下的电力设备、尤其是磁共振成像装置中，采用无触点的半导体开关元件来实现了驱动器电源的导通与切断，避免了利用电磁力的接触器在开关时可能产生火花甚至影响成像质量的情况出现。另外在电源与负载之间串联电流检测元件，并利用开关保护器检测电流检测元件中流过的电流以及电源的电压，当电流过大或者电源出现过压、欠压时，使开关驱动器切断半导体开关元件，从而防止了半导体开关元件的损坏。

此外，在上述电机驱动***中，优选所述电机驱动***还包括对所述驱动对象物的故障进行检测的一故障检测电路，所述故障检测电路与所述电源控制装置中的所述开关驱动器电连接，并向所述开关驱动器输出第二开关指令信号，所述开关驱动器根据该第二开关指令信号执行所述半导体开关元件的开关动作。

此外，在上述电机驱动***中，优选所述故障检测电路与所述电机的制动器电连接，并根据所述故障检测电路检测到的所述驱动对象物的状态，向电机制动器发送执行电机制动或解除制动的第一制动器指令信号。

此外，在上述电机驱动***中，优选所述电机驱动***还包括微处理单元，所述微处理单元与所述开关驱动器电连接，并根据用户的输入指令，向所述开关驱动器发送使所述半导体元件执行开关动作的第三开关指令信号。

此外，在上述电机驱动***中，优选所述电机驱动***还包括微处理单元，所述微处理单元与所述电机的制动器电连接，并根据用户的输入指令，向所述电机制动器发送执行电机制动或解除制动的第二制动器指令信号。

此外，在上述电机驱动***中，优选所述电机驱动***还包括第一逻辑电路，所述第一逻辑电路设置在所述故障检测电路及所述微处理单元与所述开关驱动器之间，并对所述第二开关指令信号与所述第三开关指令信号进行逻辑运算。

例如，当微处理单元接收并向第一逻辑电路发出使半导体开关元件导通的指令即第三开关指令信号指示导通时，只有故障检测电路没有检测到故障即第二开关指令信号未指示半导体开关元件断开的情况下，第一逻辑电路才会导通，并向半导体开关驱动器发出驱动半导体开关元件导通的信号。由此，防止***用户的误操作，增加了***的安全性。

此外，在上述电机驱动***中，优选所述电机驱动***还包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路设置在所述微处理单元及所述故障检测电路与所述电机制动器之间，并对所述第一制动器指令信号与所述第二制动器指令信号进行逻辑运算。

例如，当微处理单元从输入输出装置接收并向第二逻辑电路发出使电机制动器解除制动的输入控制信号即第二制动器指令信号时，只有在故障检测电路没有检测到故障的情况即第一制动器指令信号未指示制动器进行制动的情况下，第二逻辑电路才会导通，并使电机制动驱动器驱动电机制动器解除制动。由此，防止***用户的误操作，增加了***的安全性。

此外，在上述电机驱动***中，优选所述电机驱动***还包括一隔离电路，所述隔离电路设置在所述第一逻辑电路与所述开关驱动器之间。

本实用新型的一实施例提供一种磁共振设备，其中，包括：所述的电机驱动***。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本实用新型的实施例所涉及的电源控制装置(电机驱动***)的结构说明图。

图2为现有技术中有关电源控制装置的说明图。

其中，附图标记如下：

10 电源；

20 半导体开关元件；

30 电机驱动器；

40 电流检测电阻；

50 开关保护器；

60 半导体开关驱动器；

100 微控制单元；

110 输入输出装置；

120 故障检测电路；

130 电机制动驱动器；

140 隔离电路；

210 第一逻辑电路；

220 第二逻辑电路；

电机 M；

电机制动器 B。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

图1示意性地示出本实用新型的实施例所涉及的电源控制装置及电机驱动***。

本实施例的电源控制装置设置于磁场环境下的电力设备，例如磁共振成像装置。如图1所示，本实施例涉及的电源控制装置包括：电源10、半导体开关元件20、电机驱动器30、以及与半导体开关元件20串联连接在电源10与电机驱动器30之间的电流检测电阻40。其中，电源10用于对电机驱动器30供给电力。半导体开关元件20设置于磁共振成像装置，例如磁共振成像装置的病床，对电源10向电机驱动器30的电力供给进行开关控制。在此，半导体开关元件20可以采用MOSFET、IGBT或晶闸管等半导体开关器件，在本实施例中以MOSFET为例进行说明。电机驱动器30作为电源控制装置中的负载，对电机M进行驱动，电机M例如进一步与磁共振成像装置的病床相连，控制病床的运动。

此外，在本实施例中，电源控制装置还包括对半导体开关元件20进行保护的开关保护器50以及对半导体开关元件20进行驱动控制的半导体开关驱动器60。

如图1所示，将开关保护器50与预定阻值的电流检测电阻40并联连接，测量电流检测电阻40两端的电压，进而根据测量得到的电压算得电流检测电阻40中流过的电流值。此外，本实施例涉及的电源控制装置中，电源10的一端接地，另一端与开关保护器50相连，从而开关保护器50也可以测量电源10的电压。

在本实施例中，当电机驱动器30发生故障时，比如利用其驱动的电机堵转等，电流检测电阻40的电流会增大，当这个电流值增大到开关保护器50的预设阈值时，开关保护器50向半导体开关驱动器60输出第一开关指令信号SS1，直接关闭半导体开关驱动器60的驱动电路，从而关断半导体开关元件20。半导体开关驱动器60对这个第一开关指令信号SS1的响应是非常快的，通常为若干个毫秒，所以可以很好地保护半导体开关元件20。同时，如上所述，开关保护器50也可以测量电源10的电压，如果电源10的电压超过预设值时，即过压、欠压时，开关保护器50也向半导体开关驱动器60输出第一开关指令信号SS1，关断半导体开关元件20，保护后面的负载电路。此外，当开关保护器50一旦监测到过流、过压、欠压之后，会通知后述的微控制单元100，进而显示在输入输出装置110上。

此外，在本实施例中还例示了电机驱动***，除包括电源控制装置外，还具有电机M、微控制单元(MCU)100、故障检测电路120、电机制动驱动器130、电机制动器B、隔离电路140以及由电机M驱动控制的驱动对象物150。其中，电机M连接于电机驱动器30，并根据来自电机驱动器30的速度/位置指令信号进行运动。

故障检测回路120对驱动对象物150的故障进行检测，例如对运动速度、触碰限位开关、出发停止开关、电机位置等进行检测。故障检测回路120分别连接到第一逻辑电路210和第二逻辑电路220。第一逻辑电路210与半导体开关驱动器60相连，用于半导体开关元件20的开关控制。第二逻辑电路220与电机制动驱动器130相连，用于对电机制动器B进行制动控制。

当故障检测回路120检测到故障后，故障检测回路120通过第一逻辑电路210向半导体开关驱动器60发送使半导体开关元件20切断的第二开关指令信号SS2，半导体开关驱动器60根据该第二开关指令信号SS2，使半导体开关元件20断开，从而停止电源20向电机驱动器30的电力供给。

此外，当故障检测回路120检测到故障后，故障检测回路120通过第二逻辑电路220向电机制动驱动器130发送使电机M制动的第一制动器指令信号BS1，电机制动驱动器130根据该第一制动器指令信号BS1，利用电机制动器B使电机M停止运行，从而保证在发生故障时，电机M可以更快地停止，从而减小故障发生之后的风险。

此外，在本实施例的电机驱动***中还设有一微处理单元100，微处理单元100可以从开关保护器50接受故障信号，并通过输入输出装置110向用户报警。此外，微处理单元100也可以从故障检测回路120接受故障信号，并通过输入输出装置110向用户报警。

此外，微处理单元100可以从输入输出装置110接收使半导体开关元件20导通的输入控制指令。当微处理单元100接收并向第一逻辑电路210发出第三开关指令信号SS3即半导体开关元件20导通的指令时，只有故障检测电路120没有检测到故障即第二开关指令信号SS2未指示半导体开关元件20断开的情况下，第一逻辑电路210才会导通，并向半导体开关驱动器60发出驱动半导体开关元件20导通的信号。同样，当微处理单元100从输入输出装置110接收并向第二逻辑电路220发出第二制动器指令信号BS2即电机制动器B解除制动的输入控制信号时，只有在故障检测电路120没有检测到故障的情况即第一制动器指令信号BS1未指示制动器进行制动的情况下，第二逻辑电路220才会导通，并使电机制动驱动器130驱动电机制动器B解除制动。

也就是说，第一逻辑电路210对来自故障检测电路120的第二开关指令信号SS2与来自微处理单元100的第三开关指令信号SS3进行逻辑运算。第二逻辑电路220对来自故障检测电路120的第一制动器指令信号BS1与来自微处理单元100的第二制动器指令信号BS2进行逻辑运算。

此外，微处理单元100在接收到故障检测回路120的故障输出或者开关保护器50的故障信号时，也可以向半导体开关驱动器60发出使半导体开关元件20断开的指令，或者向电机制动驱动器130发出使电机制动器B刹车的指令，从而保证***更加安全。

此外，本实施例的电机驱动***中，在微处理单元100及第一逻辑电路210与半导体开关驱动器60之间还设有一隔离电路140，利用该隔离电路140保护微处理单元100及第一逻辑电路210不受干扰。

在上述实施例中例示了使用微处理单元100以及***的输入输出装置110，但也可以不设置上述微处理单元100以及***的输入输出装置110。

此外，在上述实施例中例示了使用隔离电路140，但也可以不设置隔离电路140。

此外，在上述实施例的电源控制装置中例示了使用电流检测电阻40，但也可以为霍尔元件等其他电气部件。

在上述实施例中设置了第一逻辑电路210及第二逻辑电路220，但也可以不设置上述逻辑电路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电源控制装置，其用于磁场环境下的一电设备，其中，包括：

一电源，其用于对至少一个负载供给电力；

一半导体开关元件，其设置于所述电设备或靠近所述电设备，对所述电源(10)向所述负载的电力供给进行开关控制；

一电流检测元件，其与所述半导体开关元件串联连接在所述电源与所述负载之间；

一开关保护器，其与所述电流检测元件电连接，检测流过所述电流检测元件的电流，并根据检测到的所述电流输出第一开关指令信号；

一开关驱动器，其接受由所述开关保护器输出的所述第一开关指令信号，并根据该第一开关指令信号驱动所述半导体开关元件进行开关动作。

2.根据权利要求1所述的电源控制装置，其中，

所述电流检测元件为电阻，且所述开关保护器根据该电阻两端的电压来确定流过该电阻的电流值。

3.根据权利要求1所述的电源控制装置，其中，

所述半导体开关元件为MOSFET、IGBT或晶闸管中的一种。

4.一种电机驱动***，其中，包括：

至少一个电机，其能够对驱动对象物进行驱动控制，且带有制动器；

权利要求1～3中任一项所述的电源控制装置，

所述负载为电机驱动器，且所述负载与所述电机连接。

5.根据权利要求4所述的电机驱动***，其中，

所述电机驱动***还包括对所述驱动对象物的故障进行检测的一故障检测电路，所述故障检测电路与所述电源控制装置中的所述开关驱动器电连接，并根据所述故障检测电路检测到的所述电机的状态，向所述开关驱动器输出一第二开关指令信号，所述开关驱动器根据该第二开关指令信号执行所述半导体开关元件的开关动作。

6.根据权利要求5所述的电机驱动***，其中，

所述故障检测电路与所述电机的制动器电连接，并根据所述故障检测电路检测到的所述驱动对象物的状态，向所述制动器发送执行电机制动或解除制动的第一制动器指令信号。

7.根据权利要求5所述的电机驱动***，其中，

所述电机驱动***还包括一微处理单元，所述微处理单元与所述开关驱动器电连接，并根据用户的输入指令，向所述开关驱动器发送使所述半导体元件执行开关动作的第三开关指令信号。

8.根据权利要求6所述的电机驱动***，其中，

所述电机驱动***还包括一微处理单元，所述微处理单元与所述制动器电连接，并根据用户的输入指令，向所述制动器发送执行电机制动或解除制动的第二制动器指令信号。

9.根据权利要求7所述的电机驱动***，其中，

所述电机驱动***还包括一第一逻辑电路，所述第一逻辑电路设置在所述微处理单元及所述故障检测电路与所述开关驱动器之间，并对所述第二开关指令信号与所述第三开关指令信号进行逻辑运算。

10.根据权利要求8所述的电机驱动***，其中，

所述电机驱动***还包括一第二逻辑电路，所述第二逻辑电路设置在所述微处理单元及所述故障检测电路与所述制动器之间，并对所述第一制动器指令信号与所述第二制动器指令信号进行逻辑运算。

11.根据权利要求9所述的电机驱动***，其中，

所述电机驱动***还包括一隔离电路，所述隔离电路设置在所述第一逻辑电路与所述开关驱动器之间。

12.一种磁共振设备，其中，包括：

权利要求4～11中任一项所述的电机驱动***。