JPH11155832A - 電力増幅器および核スピントモグラフ - Google Patents
電力増幅器および核スピントモグラフInfo
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- JPH11155832A JPH11155832A JP10220770A JP22077098A JPH11155832A JP H11155832 A JPH11155832 A JP H11155832A JP 10220770 A JP10220770 A JP 10220770A JP 22077098 A JP22077098 A JP 22077098A JP H11155832 A JPH11155832 A JP H11155832A
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- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/385—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils
- G01R33/3852—Gradient amplifiers; means for controlling the application of a gradient magnetic field to the sample, e.g. a gradient signal synthesizer
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- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
- H03F3/2173—Class D power amplifiers; Switching amplifiers of the bridge type
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- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
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- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/1555—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only for the generation of a regulated current to a load whose impedance is substantially inductive
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 たとえば核スピントモグラフの勾配増幅器と
して用いられる従来の電力増幅器は、高い中間回路電圧
および高いスイッチング周波数が必要とし、そのために
終段のＭＯＳＦＥＴトランジスタにおいて高いスイッチ
ング損失が生ずる。上記の問題を回避し、わずかな損失
にて量的および質的な観点で必要な能力を有する電力増
幅器を提供する。 【解決手段】 中間回路電圧ＵZ を供給するための供給
モジュール１０と、この供給モジュール１０に接続さ
れ、中間回路電圧ＵZ から出力電圧ＵA を発生するため
の終段とを有する電力増幅器において、供給モジュール
１０が、少なくとも１つのスイッチング装置２０を介し
て選択的に並列または直列に接続可能である少なくとも
２つの電圧源１２、１４を有する。
して用いられる従来の電力増幅器は、高い中間回路電圧
および高いスイッチング周波数が必要とし、そのために
終段のＭＯＳＦＥＴトランジスタにおいて高いスイッチ
ング損失が生ずる。上記の問題を回避し、わずかな損失
にて量的および質的な観点で必要な能力を有する電力増
幅器を提供する。 【解決手段】 中間回路電圧ＵZ を供給するための供給
モジュール１０と、この供給モジュール１０に接続さ
れ、中間回路電圧ＵZ から出力電圧ＵA を発生するため
の終段とを有する電力増幅器において、供給モジュール
１０が、少なくとも１つのスイッチング装置２０を介し
て選択的に並列または直列に接続可能である少なくとも
２つの電圧源１２、１４を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の前文によ
る電力増幅器ならびに核スピントモグラフに関する。電
力増幅器は、特に誘導性の負荷に対して高い出力電圧お
よび出力電流が供給されなければならないすべての応用
分野に使用可能である。たとえば本増幅器は自動化技
術、交通技術および設備技術における電動機およびアク
チュエータの駆動に適している。しかし特に核スピント
モグラフ（磁気共鳴により撮像）における勾配増幅器と
しての医用技術での本増幅器の応用が予定されている。
る電力増幅器ならびに核スピントモグラフに関する。電
力増幅器は、特に誘導性の負荷に対して高い出力電圧お
よび出力電流が供給されなければならないすべての応用
分野に使用可能である。たとえば本増幅器は自動化技
術、交通技術および設備技術における電動機およびアク
チュエータの駆動に適している。しかし特に核スピント
モグラフ（磁気共鳴により撮像）における勾配増幅器と
しての医用技術での本増幅器の応用が予定されている。
【０００２】
【従来の技術】核スピントモグラフは典型的に、患者空
間を囲む直交する勾配コイルシステムを有する。各勾配
コイルに対して勾配増幅器が設けられ、それによりコイ
ルが正確に調節された電流を供給される。たとえば各勾
配コイルを通る電流は予め定められた電流経過曲線のな
かで３００Ａまでの値に達し得る。この値はｍＡ範囲内
の精度で守られなければならない。さらに必要な急峻な
電流エッジを達成するため、たとえば１０００Ｖ以上の
電圧が勾配コイルに与えられなければならない。勾配電
流の精度およびダイナミックスは像の質に対して決定的
である。さらに勾配増幅器は、たとえば３００Ａの一定
電流が勾配コイルを通って流れる際のオーム損失をより
長い電流パルスの際にもカバーするため、十分な電力を
供給しなければならない。
間を囲む直交する勾配コイルシステムを有する。各勾配
コイルに対して勾配増幅器が設けられ、それによりコイ
ルが正確に調節された電流を供給される。たとえば各勾
配コイルを通る電流は予め定められた電流経過曲線のな
かで３００Ａまでの値に達し得る。この値はｍＡ範囲内
の精度で守られなければならない。さらに必要な急峻な
電流エッジを達成するため、たとえば１０００Ｖ以上の
電圧が勾配コイルに与えられなければならない。勾配電
流の精度およびダイナミックスは像の質に対して決定的
である。さらに勾配増幅器は、たとえば３００Ａの一定
電流が勾配コイルを通って流れる際のオーム損失をより
長い電流パルスの際にもカバーするため、十分な電力を
供給しなければならない。
【０００３】米国特許第 5,515,002号明細書から、中間
回路電圧を供給するための供給モジュールと、この供給
モジュールに接続され中間回路電圧から出力電圧を発生
するための終段とを有する勾配増幅器は公知である。終
段はブリッジ回路のなかのスイッチング終段として構成
され、その際にＭＯＳＦＥＴトランジスタがスイッチン
グ要素として使用される。
回路電圧を供給するための供給モジュールと、この供給
モジュールに接続され中間回路電圧から出力電圧を発生
するための終段とを有する勾配増幅器は公知である。終
段はブリッジ回路のなかのスイッチング終段として構成
され、その際にＭＯＳＦＥＴトランジスタがスイッチン
グ要素として使用される。
【０００４】速い電流変化に対して達成すべき高い出力
電圧のゆえに、この公知の勾配増幅器では中間回路電圧
が相応に高くなければならない。さらに、必要とされる
電流調節精度をわずかな残留リップルで達成するため
に、高いスイッチング周波数が必要である。これらの理
由から終段のＭＯＳＦＥＴトランジスタにおいて高いス
イッチング損失が生ずる。
電圧のゆえに、この公知の勾配増幅器では中間回路電圧
が相応に高くなければならない。さらに、必要とされる
電流調節精度をわずかな残留リップルで達成するため
に、高いスイッチング周波数が必要である。これらの理
由から終段のＭＯＳＦＥＴトランジスタにおいて高いス
イッチング損失が生ずる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、前記の問題を回避し、わずかな損失にて量的および
質的な観点で必要な能力を有する電力増幅器および核ス
ピントモグラフを提供することである。
は、前記の問題を回避し、わずかな損失にて量的および
質的な観点で必要な能力を有する電力増幅器および核ス
ピントモグラフを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、請求項１の特徴を有する電力増幅器および請求項
９の特徴を有する核スピントモグラフにより解決され
る。
れば、請求項１の特徴を有する電力増幅器および請求項
９の特徴を有する核スピントモグラフにより解決され
る。
【０００７】本発明により供給モジュールの少なくとも
２つの電圧源が選択的に並列または直列に接続可能であ
ることによって、中間回路電圧が増幅器の達成すべき出
力電圧に適合され得る。高い電流上昇速度の際には、電
圧源の直列回路により一時的に相応に高い中間回路電圧
を供給することができる。それに対して低い出力電圧が
（場合によっては高い電流強さの際に）必要とされるな
らば、電圧源は並列接続され得る。こうして達成される
低い中間回路電圧により終段のスイッチング要素のより
大きいオン／オフ比（デューティサイクル）が可能であ
り、従ってスイッチング損失が著しく減ぜられる。さら
に、必要とされる電力が均等に電圧源に分配されるの
で、高い連続定格が可能である。それによって、全体と
して本発明による勾配増幅器は損失電力、冷却の必要
性、構造寸法およびコストに関して顕著な利点を有す
る。
２つの電圧源が選択的に並列または直列に接続可能であ
ることによって、中間回路電圧が増幅器の達成すべき出
力電圧に適合され得る。高い電流上昇速度の際には、電
圧源の直列回路により一時的に相応に高い中間回路電圧
を供給することができる。それに対して低い出力電圧が
（場合によっては高い電流強さの際に）必要とされるな
らば、電圧源は並列接続され得る。こうして達成される
低い中間回路電圧により終段のスイッチング要素のより
大きいオン／オフ比（デューティサイクル）が可能であ
り、従ってスイッチング損失が著しく減ぜられる。さら
に、必要とされる電力が均等に電圧源に分配されるの
で、高い連続定格が可能である。それによって、全体と
して本発明による勾配増幅器は損失電力、冷却の必要
性、構造寸法およびコストに関して顕著な利点を有す
る。
【０００８】１つの好ましい実施態様では、電力増幅器
の供給モジュールは多くの並列接続されている枝路を有
し、それらのなかで電圧源の各１つが各少なくとも１つ
のダイオードと直列に接続されている。各スイッチング
装置は、好ましくは、各２つの電圧源の異種の極に接続
されている。電圧源は、好ましくは、スイッチング装置
が（その瞬間の電流方向に）導通しているときには直列
に接続され、さもなければ並列に接続される。
の供給モジュールは多くの並列接続されている枝路を有
し、それらのなかで電圧源の各１つが各少なくとも１つ
のダイオードと直列に接続されている。各スイッチング
装置は、好ましくは、各２つの電圧源の異種の極に接続
されている。電圧源は、好ましくは、スイッチング装置
が（その瞬間の電流方向に）導通しているときには直列
に接続され、さもなければ並列に接続される。
【０００９】供給モジュールは、好ましくは、２つ、３
つまたはそれ以上の電圧源を有し、これらの電圧源は１
つの好ましい実施態様では共通に駆動され、それによっ
て常にすべて直列に、もしくはすべて並列に接続され
る。しかし、代替的に、中間回路電圧の中間値を供給す
るために、直列接続および並列接続が混在することも可
能である。たとえば４つの電圧源を有する場合に、各２
つを並列に接続し、これらの対を直列に接続することも
可能である。
つまたはそれ以上の電圧源を有し、これらの電圧源は１
つの好ましい実施態様では共通に駆動され、それによっ
て常にすべて直列に、もしくはすべて並列に接続され
る。しかし、代替的に、中間回路電圧の中間値を供給す
るために、直列接続および並列接続が混在することも可
能である。たとえば４つの電圧源を有する場合に、各２
つを並列に接続し、これらの対を直列に接続することも
可能である。
【００１０】電力増幅器の逆供給作動の際には、誘導性
負荷に蓄積されている磁気エネルギーがフリーホィーリ
ングダイオードを介して電力増幅器に逆供給され得る。
好ましくは、電圧源はより速く電流を崩壊させるために
その際に直列に接続される。これは各スイッチング装置
のなかの各ダイオードにより行われる。代替的または追
加的に、各スイッチング装置は逆供給作動の際にも、電
圧源を直列に接続するために、能動的に駆動され得る。
これらの両例の組み合わせは、零通過時のスイッチング
装置の必要なスイッチオンによる電流方向反転の際の移
行問題が避けられるという利点を有する。逆供給作動の
検知は、好ましい実施例では、電流経過曲線の評価によ
り、またはスイッチング装置における直接的な測定によ
り行われる。
負荷に蓄積されている磁気エネルギーがフリーホィーリ
ングダイオードを介して電力増幅器に逆供給され得る。
好ましくは、電圧源はより速く電流を崩壊させるために
その際に直列に接続される。これは各スイッチング装置
のなかの各ダイオードにより行われる。代替的または追
加的に、各スイッチング装置は逆供給作動の際にも、電
圧源を直列に接続するために、能動的に駆動され得る。
これらの両例の組み合わせは、零通過時のスイッチング
装置の必要なスイッチオンによる電流方向反転の際の移
行問題が避けられるという利点を有する。逆供給作動の
検知は、好ましい実施例では、電流経過曲線の評価によ
り、またはスイッチング装置における直接的な測定によ
り行われる。
【００１１】好ましくは、電圧源は電力増幅器の正規作
動中に、達成すべき出力電圧が予め定められたしきい値
を上回り、それによって高い中間回路電圧が必要である
場合直列に接続される。しかし、他のスイッチングスト
ラテジー、特に将来の電流需要または個々の電圧源のロ
ード状態が考慮に入れられるようなスイッチングストラ
テジーも可能である。
動中に、達成すべき出力電圧が予め定められたしきい値
を上回り、それによって高い中間回路電圧が必要である
場合直列に接続される。しかし、他のスイッチングスト
ラテジー、特に将来の電流需要または個々の電圧源のロ
ード状態が考慮に入れられるようなスイッチングストラ
テジーも可能である。
【００１２】終段は、好ましくは、スイッチングブリッ
ジを有し、パルス幅変調により出力電圧を発生する。
ジを有し、パルス幅変調により出力電圧を発生する。
【００１３】他の好ましい実施態様は請求項２以降に記
載されている。
載されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を一層詳細に説明する。
施例を一層詳細に説明する。
【００１５】図１に示されている供給モジュール１０は
第１の供給電圧Ｕ1 を供給するための第１の電圧源１
２、第２の供給電圧Ｕ2 を供給するための第２の電圧源
１４、第１のダイオード１６、第２のダイオード１８お
よびスイッチング装置２０を有する。ここで説明する実
施例では電圧Ｕ1 とＵ2 とは等しい。
第１の供給電圧Ｕ1 を供給するための第１の電圧源１
２、第２の供給電圧Ｕ2 を供給するための第２の電圧源
１４、第１のダイオード１６、第２のダイオード１８お
よびスイッチング装置２０を有する。ここで説明する実
施例では電圧Ｕ1 とＵ2 とは等しい。
【００１６】供給モジュール１０の第１の枝路は第１の
電圧源１２と、陽極で第１の電圧源１２の正極に接続さ
れている第１のダイオード１６とにより形成されてい
る。第２の電圧源１４と、陰極で第２の電圧源１４の負
極に接続されている第２のダイオード１８とは供給モジ
ュール１０の第２の枝路を形成している。両枝路は並列
に接続され、供給モジュール１０から発生された中間回
路電圧ＵZ が与えられている２つの中間回路端子２６と
接続されている。
電圧源１２と、陽極で第１の電圧源１２の正極に接続さ
れている第１のダイオード１６とにより形成されてい
る。第２の電圧源１４と、陰極で第２の電圧源１４の負
極に接続されている第２のダイオード１８とは供給モジ
ュール１０の第２の枝路を形成している。両枝路は並列
に接続され、供給モジュール１０から発生された中間回
路電圧ＵZ が与えられている２つの中間回路端子２６と
接続されている。
【００１７】両枝路の間に、一層詳細には第１の電圧源
１２の正極と第２の電圧源１４の負極との間に、内在ダ
イオード２４を備えたＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２か
ら形成されているスイッチング装置２０が接続されてい
る。スイッチング装置２０に適したＭＯＳＦＥＴモジュ
ールはたとえばシリーズ呼称“シーメンスＢＳＭ”のも
とに市販品として入手可能である。内在ダイオード２４
の陰極は第１の電圧源１２の正極と接続され、その陽極
は第２の電圧源１４の負極と接続されている。スイッチ
ング装置２０の制御端子（ゲート端子）は制御装置２８
に接続されている。
１２の正極と第２の電圧源１４の負極との間に、内在ダ
イオード２４を備えたＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２か
ら形成されているスイッチング装置２０が接続されてい
る。スイッチング装置２０に適したＭＯＳＦＥＴモジュ
ールはたとえばシリーズ呼称“シーメンスＢＳＭ”のも
とに市販品として入手可能である。内在ダイオード２４
の陰極は第１の電圧源１２の正極と接続され、その陽極
は第２の電圧源１４の負極と接続されている。スイッチ
ング装置２０の制御端子（ゲート端子）は制御装置２８
に接続されている。
【００１８】図２には中間回路端子２６を介して供給モ
ジュール１０と接続されている公知の終段３０が示され
ている。終段３０は４つのブリッジ枝路を有するブリッ
ジ回路として構成されている。各ブリッジ枝路はスイッ
チング要素３２〜３８と、これと直列に接続されている
ダイオード４０〜４６とを有する。スイッチング要素３
２〜３８はそれぞれ１つの内在ダイオードを含んでいる
ＭＯＳＦＥＴトランジスタである。４つのブリッジ枝路
は並列に接続され、また中間回路電圧ＵZ に接続されて
いる。スイッチング要素３２〜３８は電流調節器および
パルス幅変調器を有する制御装置２８により駆動され
る。
ジュール１０と接続されている公知の終段３０が示され
ている。終段３０は４つのブリッジ枝路を有するブリッ
ジ回路として構成されている。各ブリッジ枝路はスイッ
チング要素３２〜３８と、これと直列に接続されている
ダイオード４０〜４６とを有する。スイッチング要素３
２〜３８はそれぞれ１つの内在ダイオードを含んでいる
ＭＯＳＦＥＴトランジスタである。４つのブリッジ枝路
は並列に接続され、また中間回路電圧ＵZ に接続されて
いる。スイッチング要素３２〜３８は電流調節器および
パルス幅変調器を有する制御装置２８により駆動され
る。
【００１９】各スイッチング要素３２〜３８とそれに対
応付けられているダイオード４０〜４６との接続点に各
１つのリアクトル４８〜５４が接続されている。リアク
トル４８〜５４の各２つは直列に接続され、それらの接
続点で各出力端子５６と接続されている。主に誘導性の
負荷５８（ここでは勾配コイル）が両出力端子５６と接
続されている。負荷５８には終段３０の出力電圧ＵA が
与えられ、出力電流Ｉ A が負荷５８を通って流れる。終
段３０の機能態様およびその一層詳細な構成はドイツ連
邦共和国特許出願公開第40 07 566 号公報（対応米国特
許第 5、113,14号明細書）に詳細に記載されており、そ
の内容を参照によりここに組み入れたものとする。
応付けられているダイオード４０〜４６との接続点に各
１つのリアクトル４８〜５４が接続されている。リアク
トル４８〜５４の各２つは直列に接続され、それらの接
続点で各出力端子５６と接続されている。主に誘導性の
負荷５８（ここでは勾配コイル）が両出力端子５６と接
続されている。負荷５８には終段３０の出力電圧ＵA が
与えられ、出力電流Ｉ A が負荷５８を通って流れる。終
段３０の機能態様およびその一層詳細な構成はドイツ連
邦共和国特許出願公開第40 07 566 号公報（対応米国特
許第 5、113,14号明細書）に詳細に記載されており、そ
の内容を参照によりここに組み入れたものとする。
【００２０】図１および図２に示されている勾配増幅器
の作動の際には制御装置２８により一方では供給モジュ
ール１０のスイッチング装置２０が、他方では終段３０
のスイッチング要素３２〜３８が駆動される。スイッチ
ング装置２０（ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２または内
在ダイオード２４）が導通すると、電圧源１２および１
４は直列に接続される。それに対してスイッチング装置
２０が遮断すると、電圧源１２および１４は並列接続で
中間回路電圧ＵZ を供給する。
の作動の際には制御装置２８により一方では供給モジュ
ール１０のスイッチング装置２０が、他方では終段３０
のスイッチング要素３２〜３８が駆動される。スイッチ
ング装置２０（ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２または内
在ダイオード２４）が導通すると、電圧源１２および１
４は直列に接続される。それに対してスイッチング装置
２０が遮断すると、電圧源１２および１４は並列接続で
中間回路電圧ＵZ を供給する。
【００２１】制御装置２８は必要な出力電圧ＵA ならび
に電力増幅器の作動状態（正規作動または逆供給作動）
を決定し、そして出力電圧ＵA が予め定められたしきい
値を上回るとき、もしくは逆供給作動が行われるとき、
ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２を導通状態に切換える。
さらに制御装置２８は、出力電流ＩA を目標値に相応し
てパルス幅変調により正確に発生するために、終段３０
のスイッチング要素３２〜３８を駆動する。
に電力増幅器の作動状態（正規作動または逆供給作動）
を決定し、そして出力電圧ＵA が予め定められたしきい
値を上回るとき、もしくは逆供給作動が行われるとき、
ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２を導通状態に切換える。
さらに制御装置２８は、出力電流ＩA を目標値に相応し
てパルス幅変調により正確に発生するために、終段３０
のスイッチング要素３２〜３８を駆動する。
【００２２】出力電流ＩA および出力電圧ＵA の経過曲
線の例が図３に示されている。出力電流ＩA は図３中で
たとえば１ｍｓである時間ｔ1 〜ｔ2 の間に零から頂
値、たとえば＋３００Ａへ上昇する。時間ｔ2 〜ｔ3 の
間は出力電流は一定にとどまり、時間ｔ3 〜ｔ4 の間に
再び零へ下降する。さらに時間ｔ5 〜ｔ6 の間は負の出
力電流ＩA が負荷５８を通って流れ、これは時点ｔ6 で
たとえば−３００Ａの頂値に達する。
線の例が図３に示されている。出力電流ＩA は図３中で
たとえば１ｍｓである時間ｔ1 〜ｔ2 の間に零から頂
値、たとえば＋３００Ａへ上昇する。時間ｔ2 〜ｔ3 の
間は出力電流は一定にとどまり、時間ｔ3 〜ｔ4 の間に
再び零へ下降する。さらに時間ｔ5 〜ｔ6 の間は負の出
力電流ＩA が負荷５８を通って流れ、これは時点ｔ6 で
たとえば−３００Ａの頂値に達する。
【００２３】出力電流ＩA を負荷５８に生じさせるため
には関係式 ＵA ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋ＩA ・Ｒ による出力電圧ＵA が必要である。ここでＬは誘導性負
荷５８のインダクタンス、Ｒはそのオーム抵抗、ｄｉ／
ｄｔは電流上昇速度（急峻度）である。図３に示されて
いる例では時間ｔ1 〜ｔ2 、ｔ3 〜ｔ4 およびｔ5 〜ｔ
6 の急峻なランプ電流の間は絶対値の大きい出力電圧Ｕ
A が必要であり、他方において時間ｔ2 〜ｔ3 の間は頂
値を保つために比較的低い出力電圧ＵA のみが負荷５６
のオーム損失を補整するために必要とされる。
には関係式 ＵA ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔ＋ＩA ・Ｒ による出力電圧ＵA が必要である。ここでＬは誘導性負
荷５８のインダクタンス、Ｒはそのオーム抵抗、ｄｉ／
ｄｔは電流上昇速度（急峻度）である。図３に示されて
いる例では時間ｔ1 〜ｔ2 、ｔ3 〜ｔ4 およびｔ5 〜ｔ
6 の急峻なランプ電流の間は絶対値の大きい出力電圧Ｕ
A が必要であり、他方において時間ｔ2 〜ｔ3 の間は頂
値を保つために比較的低い出力電圧ＵA のみが負荷５６
のオーム損失を補整するために必要とされる。
【００２４】高い出力電圧ＵA を必要とする時間ｔ1 〜
ｔ2 の間の高い電流上昇速度が制御装置２８で予め定め
られたしきい値を上回るとＭＯＳＦＥＴトランジスタ２
２が導通状態に移され、従って電圧源１２および１４が
直列に接続される。中間回路電圧ＵZ としていま電圧Ｕ
1 ＋Ｕ2 （つまり、Ｕ1 はＵ2 に等しいので、２・
Ｕ 1 ）が終段３０に与えられている。出力電圧ＵA は中
間回路電圧ＵZ 全体まで調節され得る。
ｔ2 の間の高い電流上昇速度が制御装置２８で予め定め
られたしきい値を上回るとＭＯＳＦＥＴトランジスタ２
２が導通状態に移され、従って電圧源１２および１４が
直列に接続される。中間回路電圧ＵZ としていま電圧Ｕ
1 ＋Ｕ2 （つまり、Ｕ1 はＵ2 に等しいので、２・
Ｕ 1 ）が終段３０に与えられている。出力電圧ＵA は中
間回路電圧ＵZ 全体まで調節され得る。
【００２５】図３と異なり、出力電圧ＵA が徐々に上昇
することのみが必要である場合、制御装置２８は、しき
い値を上回ると直ちに、同じく中間回路電圧ＵZ を２倍
にする。中間回路電圧ＵZ のこの電圧跳躍は終段３０の
スイッチング要素３２〜３８の相応の駆動（能動的なパ
ルス幅の減少）により直ちに補整されるので、出力電圧
ＵA および出力電流ＩA の中断のない直線的な調節が保
証されている。
することのみが必要である場合、制御装置２８は、しき
い値を上回ると直ちに、同じく中間回路電圧ＵZ を２倍
にする。中間回路電圧ＵZ のこの電圧跳躍は終段３０の
スイッチング要素３２〜３８の相応の駆動（能動的なパ
ルス幅の減少）により直ちに補整されるので、出力電圧
ＵA および出力電流ＩA の中断のない直線的な調節が保
証されている。
【００２６】電流上昇速度の絶対値がしきい値以下に低
下すると、または（図３の時間ｔ2〜ｔ3 の間に）パル
スが頂に到達すると、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２が
制御装置２８により遮断状態に移される。それによって
電圧源１２および１４は、脱結合ダイオードとして作用
するダイオード１６および１８を介して、並列モードに
移行する。中間回路電圧はＵZ ＝Ｕ1 ＝Ｕ2 に低下し、
それによって終段３０のスイッチング要素３２〜３８に
おけるスイッチング損失がはるかに小さくなり、また負
荷５８のオーム損失の補整のために必要な電力が均等に
電圧源１２および１４に分配される。
下すると、または（図３の時間ｔ2〜ｔ3 の間に）パル
スが頂に到達すると、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２が
制御装置２８により遮断状態に移される。それによって
電圧源１２および１４は、脱結合ダイオードとして作用
するダイオード１６および１８を介して、並列モードに
移行する。中間回路電圧はＵZ ＝Ｕ1 ＝Ｕ2 に低下し、
それによって終段３０のスイッチング要素３２〜３８に
おけるスイッチング損失がはるかに小さくなり、また負
荷５８のオーム損失の補整のために必要な電力が均等に
電圧源１２および１４に分配される。
【００２７】時間ｔ3 〜ｔ4 の間に誘導性負荷５８は迅
速に減磁される（負のランプ電流ｄｉ／ｄｔ）。負荷５
８に蓄積されていた磁気エネルギー（１／２・Ｌ・ＩA
2 ）はその際に電圧源１２および１４に逆供給される。
この逆供給作動の際に出力電流ＩA を速く崩壊させるた
めに、再び高い中間回路電圧ＵZ が必要である。電圧源
１２および１４はここで制御装置２８の作用なしでも直
列に接続されている。なぜならば、ダイオード１６およ
び１８が逆供給の際には阻止方向にあり、スイッチング
装置２０の内在ダイオード２４が導通するからである。
ここでも、中間回路電圧ＵZ の高さに無関係に、中断の
ない電流調節が終段３０のパルス幅変調により行われ
る。
速に減磁される（負のランプ電流ｄｉ／ｄｔ）。負荷５
８に蓄積されていた磁気エネルギー（１／２・Ｌ・ＩA
2 ）はその際に電圧源１２および１４に逆供給される。
この逆供給作動の際に出力電流ＩA を速く崩壊させるた
めに、再び高い中間回路電圧ＵZ が必要である。電圧源
１２および１４はここで制御装置２８の作用なしでも直
列に接続されている。なぜならば、ダイオード１６およ
び１８が逆供給の際には阻止方向にあり、スイッチング
装置２０の内在ダイオード２４が導通するからである。
ここでも、中間回路電圧ＵZ の高さに無関係に、中断の
ない電流調節が終段３０のパルス幅変調により行われ
る。
【００２８】逆供給作動の際に逆供給される磁気エネル
ギーを電圧源１２および１４に均等に配分にするため
に、電圧源１２および１４は等しいインピーダンスを有
していなければならない。これはたとえば、電圧源１２
および１４が等しい大きさの内部バッファコンデンサを
含んでいることにより保証され得る。
ギーを電圧源１２および１４に均等に配分にするため
に、電圧源１２および１４は等しいインピーダンスを有
していなければならない。これはたとえば、電圧源１２
および１４が等しい大きさの内部バッファコンデンサを
含んでいることにより保証され得る。
【００２９】時点ｔ5 以降では負の出力電流ＩA が負荷
５８内にビルドアップされる。出力電流ＩA の極性は、
公知の仕方で、終段３０内のスイッチングブリッジの駆
動により決定される（また中間回路電圧ＵZ は常に等し
い極性を有する）ので、ここでスイッチング装置２０は
正の出力電流ＩA に対する上述の説明と同様に駆動され
る。
５８内にビルドアップされる。出力電流ＩA の極性は、
公知の仕方で、終段３０内のスイッチングブリッジの駆
動により決定される（また中間回路電圧ＵZ は常に等し
い極性を有する）ので、ここでスイッチング装置２０は
正の出力電流ＩA に対する上述の説明と同様に駆動され
る。
【００３０】逆供給作動の際には、前記のように、内在
ダイオード２４は導通状態にあるので、ＭＯＳＦＥＴト
ランジスタ２２の追加的な駆動は本来は必要でない。し
かし、出力電流ＩA の１つの方向から他方の方向への直
接的な切換が行われるべきであれば、ＭＯＳＦＥＴトラ
ンジスタ２２は最も遅くても零通過時に導通状態に切換
えられなければならない。しかし、まさに零通過時の切
換は時間臨界的であり、望ましくない擾乱パルスを生じ
得るであろう。従って、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２
は制御装置２８により、内在ダイオード２４に導通方向
の電圧が与えられているときには常に、導通状態に移さ
れる。これはたった今述べた問題を回避し、また容易に
可能である。なぜならば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２
２のドレイン‐ソース‐チャネルは両方向に導通可能で
あるからである。
ダイオード２４は導通状態にあるので、ＭＯＳＦＥＴト
ランジスタ２２の追加的な駆動は本来は必要でない。し
かし、出力電流ＩA の１つの方向から他方の方向への直
接的な切換が行われるべきであれば、ＭＯＳＦＥＴトラ
ンジスタ２２は最も遅くても零通過時に導通状態に切換
えられなければならない。しかし、まさに零通過時の切
換は時間臨界的であり、望ましくない擾乱パルスを生じ
得るであろう。従って、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２
は制御装置２８により、内在ダイオード２４に導通方向
の電圧が与えられているときには常に、導通状態に移さ
れる。これはたった今述べた問題を回避し、また容易に
可能である。なぜならば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２
２のドレイン‐ソース‐チャネルは両方向に導通可能で
あるからである。
【００３１】供給モジュール１０の図４に示されている
変形例は、図１に示されている実施例に比べて、第３の
枝路が拡張されている。この第３の枝路は第３の供給電
圧Ｕ 3 を供給するための第３の電圧源１４′を有する。
その際にＵ1 ＝Ｕ2 ＝Ｕ3 が成り立つ。第３の電圧源１
４′は別のダイオード１８′を介して中間回路端子２６
と接続されている。さらに、追加的なダイオード１６′
が脱結合ダイオードとして第２の電圧源１４の正極と相
応の中間回路端子２６との間に接続されている。
変形例は、図１に示されている実施例に比べて、第３の
枝路が拡張されている。この第３の枝路は第３の供給電
圧Ｕ 3 を供給するための第３の電圧源１４′を有する。
その際にＵ1 ＝Ｕ2 ＝Ｕ3 が成り立つ。第３の電圧源１
４′は別のダイオード１８′を介して中間回路端子２６
と接続されている。さらに、追加的なダイオード１６′
が脱結合ダイオードとして第２の電圧源１４の正極と相
応の中間回路端子２６との間に接続されている。
【００３２】別のスイッチング装置２０′は、スイッチ
ング装置２０のように、内在ダイオード２４′を有する
ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２′から成り、供給モジュ
ール１０の第２の枝路と第３の枝路との間で第２の電圧
源１４の正極と第３の電圧源１４′の負極とに接続され
ている。スイッチング装置２０′の制御入力端は制御装
置２８と接続されている。
ング装置２０のように、内在ダイオード２４′を有する
ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２２′から成り、供給モジュ
ール１０の第２の枝路と第３の枝路との間で第２の電圧
源１４の正極と第３の電圧源１４′の負極とに接続され
ている。スイッチング装置２０′の制御入力端は制御装
置２８と接続されている。
【００３３】図４による供給モジュール１０および図２
による終段３０を有する勾配増幅器の作動の際には、こ
こで説明した実施例中の両スイッチング装置２０および
２０′は常に共通に駆動される。スイッチング装置２０
および２０′が導通すると、電圧源１２、１４および１
４′は直列に接続される。従って、中間回路電圧ＵZは
Ｕ1 ＋Ｕ2 ＋Ｕ3 であり、または、電圧Ｕ1 ないしＵ3
は等しいので、これらの電圧の値の３倍である。スイッ
チング装置２０および２０′が遮断すると、電圧源１
２、１４および１４′は並列に作用し、ＵZ ＝Ｕ1 ＝Ｕ
2 ＝Ｕ3 が成り立つ。全体としてこうして図４による回
路では、３倍の中間回路電圧の変更が可能である。
による終段３０を有する勾配増幅器の作動の際には、こ
こで説明した実施例中の両スイッチング装置２０および
２０′は常に共通に駆動される。スイッチング装置２０
および２０′が導通すると、電圧源１２、１４および１
４′は直列に接続される。従って、中間回路電圧ＵZは
Ｕ1 ＋Ｕ2 ＋Ｕ3 であり、または、電圧Ｕ1 ないしＵ3
は等しいので、これらの電圧の値の３倍である。スイッ
チング装置２０および２０′が遮断すると、電圧源１
２、１４および１４′は並列に作用し、ＵZ ＝Ｕ1 ＝Ｕ
2 ＝Ｕ3 が成り立つ。全体としてこうして図４による回
路では、３倍の中間回路電圧の変更が可能である。
【００３４】図１および図４に示されている供給モジュ
ール１０の例では、スイッチング装置２０および場合に
よっては２０′は他の適当なスイッチング要素、たとえ
ばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、に
より形成され得る。そのとき、場合によっては、別々の
フリーホィーリングダイオード（これはＭＯＳ電界効果
トランジスタの場合既に内在的に存在している）が逆供
給のために逆並列に接続されなければならない。さら
に、３つよりも多い電圧源が設けられていてもよいし、
電圧源が相い異なる電圧を有していてもよい。直列およ
び並列回路の組み合わせも可能である。
ール１０の例では、スイッチング装置２０および場合に
よっては２０′は他の適当なスイッチング要素、たとえ
ばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、に
より形成され得る。そのとき、場合によっては、別々の
フリーホィーリングダイオード（これはＭＯＳ電界効果
トランジスタの場合既に内在的に存在している）が逆供
給のために逆並列に接続されなければならない。さら
に、３つよりも多い電圧源が設けられていてもよいし、
電圧源が相い異なる電圧を有していてもよい。直列およ
び並列回路の組み合わせも可能である。
【図１】供給モジュールのブロック回路図。
【図２】終段のブロック回路図。
【図３】各例としての電流および電圧経過曲線を示す
図。
図。
【図４】図１の供給モジュールの変形例のブロック回路
図。
図。
１０ 供給モジュール １２ 電圧源 １４、１４′ 電圧源 １６、１６′、１８、１８′ ダイオード ２０、２０′ スイッチング装置 ２２、２２′ ＭＯＳＦＥＴトランジスタ ２４、２４′ 内在するダイオード ２６ 中間回路端子 ２８ 制御装置 ３０ 終段 ３２〜３８ スイッチング要素 ４０〜４６ ダイオード ４８〜５４ リアクトル ５６ 出力端子 ５８ 負荷
Claims (9)
- 【請求項１】 中間回路電圧（ＵZ ）を供給するための
供給モジュール（１０）と、この供給モジュール（１
０）に接続され、中間回路電圧（ＵZ ）から出力電圧
（ＵA ）を発生するための終段（３０）とを有する電力
増幅器、特に核スピントモグラフの勾配増幅器におい
て、 供給モジュール（１０）が、少なくとも１つのス
イッチング装置（２０、２０′）を介して選択的に並列
または直列に接続可能である少なくとも２つの電圧源
（１２、１４、１４′）を有することを特徴とする電力
増幅器。 - 【請求項２】 供給モジュール（１０）が複数の並列接
続されている枝路を有し、それらのなかで電圧源（１
２、１４、１４′）の各１つが各少なくとも１つのダイ
オード（１６、１６′、１８、１８′）と直列に接続さ
れていることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。 - 【請求項３】 少なくとも１つのスイッチング装置（２
０、２０′）が２つの電圧源（１２、１４、１４′）の
異種の極に接続されていることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の電力増幅器。 - 【請求項４】 少なくとも１つのスイッチング装置（２
０、２０′）が、電力増幅器の逆供給作動の際に電圧源
（１２、１４、１４′）を直列に接続するために、少な
くとも１つのダイオード（２４、２４′）を有すること
を特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の電力増幅
器。 - 【請求項５】 達成すべき出力電圧（ＵA ）が予め定め
られたしきい値を上回る場合、供給モジュール（１０）
の電圧源（１２、１４、１４′）を直列に接続するた
め、少なくとも１つのスイッチング装置（２０）を駆動
するための制御装置（２８）が設けられていることを特
徴とする請求項１ないし４の１つに記載の電力増幅器。 - 【請求項６】 制御装置（２８）が、電力増幅器の逆供
給作動の際に電圧源（１２、１４、１４′）を直列に接
続するために調整されていることを特徴とする請求項５
記載の電力増幅器。 - 【請求項７】 制御装置（２８）が、終段（３０）のス
イッチング要素（３２〜３８）を駆動するために調整さ
れていることを特徴とする請求項５または６記載の電力
増幅器。 - 【請求項８】 終段（３０）が、出力電圧（ＵA ）を中
間回路電圧（ＵZ ）からスイッチングブリッジを用いて
パルス幅変調により発生するために調整されていること
を特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の電力増幅
器。 - 【請求項９】 請求項１ないし９の１つによる電力増幅
器と、それに負荷（５８）として接続されている勾配コ
イルとを有する核スピントモグラフ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19734045A DE19734045C2 (de) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | Leistungsverstärker und Kernspintomograph |
| DE19734045.8 | 1997-08-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11155832A true JPH11155832A (ja) | 1999-06-15 |
Family
ID=7838163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10220770A Withdrawn JPH11155832A (ja) | 1997-08-06 | 1998-08-04 | 電力増幅器および核スピントモグラフ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6031422A (ja) |
| JP (1) | JPH11155832A (ja) |
| DE (1) | DE19734045C2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19824768B4 (de) * | 1998-06-03 | 2005-06-09 | Siemens Ag | Leistungsverstärker und Verfahren zum Ansteuern eines Leistungsverstärkers |
| JP3835968B2 (ja) | 2000-03-06 | 2006-10-18 | 松下電器産業株式会社 | 半導体集積回路 |
| US6900638B1 (en) * | 2000-03-31 | 2005-05-31 | Ge Medical Technology Services, Inc. | Switching device to linearly conduct a current between a gradient amplifier and a gradient coil assembly of an MRI system |
| DE10127266C2 (de) * | 2001-06-05 | 2003-12-24 | Siemens Ag | Aktive NMR-Sende- oder Empfangsanlage |
| JP3785171B2 (ja) | 2001-07-09 | 2006-06-14 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Ｍｒｉ勾配コイル用の電源 |
| DE102004029413B4 (de) * | 2004-06-18 | 2015-11-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrischer Verstärker und Verfahren zu dessen Steuerung |
| US7616000B2 (en) * | 2007-11-15 | 2009-11-10 | General Electric Company | Ultra low output impedance RF power amplifier for parallel excitation |
| US10024938B2 (en) * | 2012-03-08 | 2018-07-17 | Schlumberger Technology Corporation | System and method for processing magnetic resonance signals |
| EP3857694A4 (en) * | 2018-09-27 | 2022-04-27 | ABB Schweiz AG | POWER SUPPLY CELL AND POWER SUPPLY SYSTEM WITH USE THEREOF |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3530637A1 (de) * | 1985-08-28 | 1987-03-12 | Philips Patentverwaltung | Schaltungsanordnung mit einer an den ausgang eines verstaerkers angeschlossenen last |
| US4788452A (en) * | 1987-06-22 | 1988-11-29 | Crown International, Inc. | Switchable DC power supply with increased efficiency for use in large wattage amplifiers |
| DE3928281A1 (de) * | 1989-08-26 | 1991-02-28 | Philips Patentverwaltung | Anordnung zur erzeugung von strompulsen vorgegebener form in einem induktiven verbraucher |
| DE4007566C2 (de) * | 1990-03-09 | 1998-07-16 | Siemens Ag | Leistungsverstärker für die Speisung einer Induktivität mit geschalteten Transistoren |
| US5063349A (en) * | 1990-06-04 | 1991-11-05 | General Electric Company | Transformer-coupled gradient speed-up circuit |
| DE4127529C2 (de) * | 1991-08-20 | 1995-06-08 | Siemens Ag | Verfahren zum Betrieb eines Kernspintomographiegeräts mit einem Resonanzkreis zur Erzeugung von Gradientenfeldern |
| US5270657A (en) * | 1992-03-23 | 1993-12-14 | General Electric Company | Split gradient amplifier for an MRI system |
| AU683308B2 (en) * | 1993-11-30 | 1997-11-06 | Crown International, Inc. | Switch-mode power supply for a bridged linear amplifier |
| DE4401609C1 (de) * | 1994-01-20 | 1994-12-22 | Siemens Ag | Leistungsverstärker für die Speisung einer induktiven Last mit geschalteten Transistoren |
| US5451878A (en) * | 1994-07-15 | 1995-09-19 | General Electric Company | Non-resonant gradient field accelerator |
| DE19610083B4 (de) * | 1995-03-15 | 2005-02-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki | Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung für eine Gradientenspule |
-
1997
- 1997-08-06 DE DE19734045A patent/DE19734045C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-04 US US09/128,546 patent/US6031422A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-08-04 JP JP10220770A patent/JPH11155832A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6031422A (en) | 2000-02-29 |
| DE19734045A1 (de) | 1999-02-11 |
| DE19734045C2 (de) | 1999-06-17 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20051004 |