一种磁共振成像系统及其线圈控制装置制造方法
【专利摘要】本发明实施方式公开了一种磁共振成像系统的线圈控制装置。所述线圈控制装置包括一直流-直流切换变换器和一控制器，其中，所述直流-直流切换变换器用于将一直流电源切换变换成一直流电流或一直流电压，所述直流-直流切换变换器的输入端与所述直流电源并联，所述控制器控制所述直流-直流切换变换器切换提供所述直流电流或直流电压。根据本发明的各个具体实施例的线圈控制装置的优点在于：将两个电源(+15V和-32V)减少为一个电源(+15V)，从而根本上节约能源；无需水冷系统，从而进一步节约能源。
【专利说明】一种磁共振成像系统及其线圈控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振成像(MRI)【技术领域】，特别涉及一种磁共振成像系统的线圈，进一步涉及一种磁共振成像装置的线圈控制电路。
【背景技术】
[0002]磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是利用磁共振现象进行成像的一种技术。磁共振现象的原理主要包括:包含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子具有自旋运动，犹如一个小磁体，并且这些小磁体的自旋轴没有一定的规律，如果施加外在磁场，这些小磁体将按外在磁场的磁力线重新排列，具体为在平行于或反平行于外在磁场磁力线的两个方向排列，将上述平行于外在磁场磁力线的方向称为正纵向轴，将上述反平行于外在磁场磁力线的方向称为负纵向轴；原子核只具有纵向磁化分量，该纵向磁化分量既具有方向又具有幅度。用特定频率的射频(Rad1 Frequency, RF)脉冲激发处于外在磁场中的原子核，使这些原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴，产生共振，这就是磁共振现象。上述被激发的原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴之后，该原子核就具有了横向磁化分量。停止发射射频脉冲后，被激发的原子核发射回波信号，将吸收的能量逐步以电磁波的形式释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态，将原子核发射的回波信号经过空间编码等进一步处理即可重建图像。
[0003]在现有技术中，磁共振成像系统一般用许多各种射频(RF)天线(下文中称为线圈)操作，所述射频天线用于传输和接收射频脉冲以便激发原子核以放射磁共振信号和/或用于采集所诱发的磁共振信号。磁共振成像(MRI)系统中包括多种线圈，例如覆盖全身范围的体线圈和只覆盖身体某个部位的局部线圈等等。磁共振系统一般具有大型整体线圈(体线圈)，其永久地安装在磁共振扫描仪中。所述整体线圈通常围绕患者采集腔以圆柱形方式布置(例如，使用一种称为鸟笼结构的结构)，在所述患者采集腔中患者在测量期间被支撑在一张床(通常也称为患者定位台)上。一般来说，由于体线圈覆盖的范围较大，因此需要较高的发射功率，并且所得到的图像的信噪比较低，图像各处的信噪比也不均匀。相对体线圈，局部线圈覆盖的范围较小，例如膝盖线圈覆盖的膝盖部位、头线圈覆盖的头部、手腕线圈覆盖的手腕等范围都比较小，所以局部线圈只接收有限的射频激发范围内的射频信号(为了区别于发射阶段的射频信号，以下将局部线圈接收的射频信号称为磁共振信号)，因此，所得到的图像的信噪比较高，而且图像各处的信噪比较均匀。
[0004]图1是根据现有技术的磁共振成像系统的线圈控制装置的示意图。为了保护病人的安全和线圈自身的可靠性，如图1所示，在现有技术中，该线圈控制装置通过在一线性直流电源(通常由15V的电压Vrc驱动)和一负电压Vss(例如，-32V)之间切换进控制，但是，目前的技术存在能量损耗过大的缺点:线圈一侧的负载是二极管，经过该二极管的灌电流Ies对于线圈是几百毫安而对于体线圈是几安。下式可得出这些产生于控制电路的能量损耗，
[0005]Pdiss = Ics(Vcc-Vf),
[0006]其中，Vf是经过该二极管的正向电压，约0.7V。由此可见，在这种情况下，能量损耗率如下式:
[0007]η = PDISS/PTTL*100 % = Ics (Vcc-Vf) / (IcsVcc) *100 %,
[0008]其中，Pttl是全部能量，在V。。是15V、Vf是0.7V的情况下，能量损耗率η达到了93.5%。
[0009]如上所示，在这种线圈控制电路中，大部分能量被浪费了，而且由此导致线圈控制电路极热，这也就构成了在此类线圈控制电路中需要水冷系统的原因，因而占用空间并且成本增加。另外，此类线圈控制电路需要两个正负电压的电源，这也增加了系统复杂性和成本。
【发明内容】
[0010]为了降低系统复杂性并且节约能源，根据本发明的具体实施例提供一种磁共振成像系统的线圈控制装置，所述线圈控制装置包括一直流-直流切换变换器和一控制器，其中，所述直流-直流切换变换器用于将一直流电源切换变换成一直流电流或一直流电压，所述直流-直流切换变换器的输入端与所述直流电源并联，所述控制器控制所述直流-直流切换变换器切换提供所述直流电流或直流电压。
[0011]所述直流-直流切换变换器包括一降压电路和一降压-升压电路，所述降压电路用于提供所述直流电流，所述降压-升压电路用于提供所述直流电压。
[0012]所述降压电路和所述降压-升压电路并联，其中，所述直流-直流切换变换器包括一第一切换开关，所述控制器控制所述第一切换开关切换断路所述降压电路和所述降压-升压电路。
[0013]所述降压电路和所述降压-升压电路串联，其中，所述直流-直流切换变换器包括一第二切换开关，所述控制器控制所述第二切换开关切换短路所述降压电路和所述降压-升压电路。
[0014]所述控制器包括一第一反馈电路和一第二反馈电路，所述第一反馈电路用于从所述直流-直流切换变换器提取所述直流电流，所述第二反馈电路用于从所述直流-直流切换变换器提取所述直流电压，其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第一反馈电路提取的所述直流电流控制所述降压电路的占空比使所述直流电流恒定；在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第二反馈电路提取的所述直流电压控制所述降压-升压电路的占空比使所述直流电压恒定。
[0015]所述第一反馈电路所提供的直流电流越大，所述降压电路的占空比越小；所述第二反馈电路所提供的直流电压越大，所述降压-升压电路的占空比越小。
[0016]所述直流-直流切换变换器包括一第一电容和一第二电容，一电感，一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关和一第五开关，以及一二极管，其中所述第一电容、所述第二开关、所述第四开关和所述第二电容按顺序并联并且一端接地；所述第一开关串联在所述第一电容和所述第二开关的非接地端之间；所述电感串联在所述第二开关和所述第四开关的非接地端之间；所述第三开关串联在所述第二开关和所述第三开关的非接地端之间；所述二极管和所述第五开关跨接在所述第二开关和所述第二电容的非接地端之间，所述二极管的负极与所述第二开关的非接地端连接，所述二极管的正极与所述第五开关的一端连接，所述第五开关的另一端与所述第二电容的非接地端连接。
[0017]在控制器控制所述第四开关和所述第五开关保持打开同时所述第三开关保持关闭，并且控制器利用一第一占空比信号控制所述第一开关和利用一第二占空比信号所述第二开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电流，其中所述第一占空比信号与所述第二占空比信号互补；在所述第二开关和所述第三开关保持打开同时所述第四开关和所述第五开关保持关闭，并且控制器利用一第三占空比信号控制所述第一开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电压。
[0018]所述控制器包括一第三反馈电路和一第四反馈电路，所述第三反馈电路用于提取所述直流电流，所述第四反馈电路用于提取所述直流电压，其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第三反馈电路提取的所述直流电流控制所述第一占空比信号使所述直流电流保持恒定；在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第四反馈电路提取的所述直流电压控制所述第三占空比信号使所述直流电压保持恒定。
[0019]所述第三反馈电路所提供的直流电流越大，所述第一占空比信号的占空比越小；所述第四反馈电路所提供的直流电压越大，所述第三占空比信号的占空比越小。
[0020]所述第一占空比信号、所述第二占空比信号和所述第三占空比信号是脉宽调制信号。
[0021]所述直流-直流切换变换器包括一第一电容和一第二电容，一电感，以及一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关和一第五开关，其中所述第一电容、所述第二开关、所述第四开关和所述第二电容按顺序并联并且一端接地；所述第一开关串联在所述第一电容和所述第二开关的非接地端之间；所述电感串联在所述第二开关和所述第四开关的非接地端之间；所述第三开关串联在所述第二开关和所述第三开关的非接地端之间；所述第五开关和所述第六开关跨接在所述第二开关和所述第二电容的非接地端之间，所述第五开关的另一端与所述第二电容的非接地端连接。
[0022]在控制器控制所述第四开关和所述第五开关保持打开同时所述第三开关保持关闭，并且控制器利用一第四占空比信号控制所述第一开关和利用一第五占空比信号所述第二开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电流，其中所述第四占空比信号与所述第五占空比信号互补；在所述第二开关和所述第三开关保持打开同时所述第四开关保持关闭，并且控制器利用一第六占空比信号控制所述第一开关和利用一第七占空比信号所述第五开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电压，其中所述第六占空比信号与所述第七占空比信号互补。
[0023]所述控制器包括一第五反馈电路和一第六反馈电路，所述第五反馈电路用于提取所述直流电流，所述第六反馈电路用于提取所述直流电压，其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第三反馈电路提取的所述直流电流控制所述第四占空比信号和第五占空比信号使所述直流电流保持恒定；在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第四反馈电路提取的所述直流电压控制所述第六占空比信号和第七占空比信号使所述直流电压保持恒定。
[0024]所述第五反馈电路所提供的直流电流越大，所述第四占空比信号的占空比越小；所述第四反馈电路所提供的直流电压越大，所述第六占空比信号的占空比越小。
[0025]所述第四占空比信号、所述第五占空比信号、所述第六占空比信号和所述第七占空比信号是脉宽调制信号。
[0026]一种磁共振成像系统，包括任一上述的磁共振成像系统的线圈控制装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是根据现有技术的磁共振成像系统的线圈控制装置的示意图。
[0028]图2是根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的电路图。
[0029]图3是根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第一状态的等效电路图。
[0030]图4是根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第二状态的等效电路图。
[0031]图5是根据现有技术的直流-直流切换变换器的降压电路的电路图。
[0032]图6是根据现有技术的直流-直流切换变换器的降压-升压电路的电路图。
【具体实施方式】
[0033]为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
[0034]根据本发明的具体实施例提供一种磁共振成像系统的线圈控制装置，包括一电源、一直流-直流切换变换器和一控制器，其中，所述直流-直流切换变换器的一端与电源并联，所述直流-直流切换变换器的另一端提供一恒定电流或一恒定电压，所述控制器控制所述直流-直流切换变换器切换提供所述恒定电流或恒定电压。根据本发明的具体实施例的线圈控制装置无需水冷系统进行散热，因此可以节约能源并且大大简化了系统复杂性。
[0035]第一具体实施例
[0036]图2是根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的电路图。如图2所示，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置包括一电源、一直流-直流切换变换器和一控制器，其中电源是15V的线性直流电源，直流-直流切换变换器用于一端与电源并联另一端与负载(即，线圈)并联，所述控制器用于控制直流-直流切换变换器的工作状态(电路拓扑形式)以及根据流经负载的电流控制直流-直流切换变换器的占空比。
[0037]图5是根据现有技术的直流-直流切换变换器的降压电路的电路图。图6是根据现有技术的直流-直流切换变换器的降压-升压电路的电路图。作为背景知识，直流-直流切换变换器的最常见的两种电路拓扑形式为降压(Buck)和降压-升压(Buck-Boost)，分别如图5和图6所示。其中降压-升压(Buck-Boost)形式的直流-直流切换变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单。
[0038]具体而言，如图2所示，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的直流-直流切换变换器是将降压电路(降压拓扑形式)和降压-升压电路(降压-升压拓扑形式)集成一体的电路，即根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的直流-直流切换变换器包括两种工作状态:降压电路(降压拓扑形式)和降压-升压电路(降压-升压拓扑形式)。如图2所示，该直流-直流切换变换器包括第一电容Cl和第二 C2，电感LI，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S4、第四开关S5和第五开关S6，二极管D2，以及电阻Rs，其中第一电容Cl、第二开关S2、第四开关S5和第二电容C2按顺序并联并且端接地；第一开关SI串联在第一电容Cl和第二开关S2的非接地端之间；电感LI串联在第二开关S2和第四开关S5的非接地端之间；第三开关S4串联在第二开关S2和第四开关S5的非接地端之间；二极管D2和第五开关S6跨接在第二开关S2和第二电容C2的非接地端之间，二极管D2的负极与第二开关S2的非接地端连接，二极管D2的正极与第五开关S6的一端连接，第五开关S6的另一端与第二电容C2的非接地端连接。其中，第一电容Cl和第二电容C2用于波纹滤波，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S4、第四开关S5和第五开关S6由控制器控制，电阻Rs用于提取流经负载Load的直流电流Cs。如图2所示,负载Load就是线圈。
[0039]如上所述，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的控制器控制所述控制器用于控制直流-直流切换变换器的工作状态(电路拓扑形式)。在控制器控制所述第四开关和所述第五开关保持打开同时所述第三开关保持关闭，并且控制器利用一第一占空比信号控制所述第一开关和利用一第二占空比信号所述第二开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电流，其中所述第一占空比信号与所述第二占空比信号互补。
[0040]具体而言，当线圈需要恒定直流电时，即直流-直流切换变换器需要处于恒流模式(第一状态)时，控制器控制开关S5和S6保持打开状态同时开关S4保持关闭状态。图3是根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第一状态的等效电路图，如图3所示，当根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置处于第一状态时，直流-直流切换变换器就等效于一个降压电路，如图3和图5所示。其中，当开关SI (SWl)关闭、S2(SW2)打开时，电感LI (L)电流增加，电感LI (L)储能；当开关SI (SWl)打开、S2(SW2)关闭时，电感LI (L)电流减小，电感LI (L)释能。在一个开关周期内，如果电流增加量大于电流减小量，则将产生一个平均感应电势，此平均感应电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内，如果电流增加量小于电流减小量，那么状况也一样。因此，当根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置处于第一状态时，即直流-直流切换变换器就等效于一个降压电路时，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置为线圈提供恒定的直流电。
[0041 ] 所述控制器包括一第三反馈电路，所述第三反馈电路用于提取所述直流电流，其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第三反馈电路提供的所述直流电流控制所述第一占空比信号使所述直流电流保持恒定。所述第三反馈电路所提供的直流电流越大，所述第一占空比信号的占空比越小。
[0042]具体而言，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的直流-直流切换变换器的控制器还包括一第三反馈电路，所述第三反馈电路用于提供所述直流电流，即电阻Rs用于提取流经负载Load的直流电流Cs。其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第三反馈电路提供的所述直流电流利用第一占空比信号控制所述第一开关SI和利用一第二占空比信号控制第二开关S2使所述直流电流保持恒定，所述第一占空比信号与所述第二占空比信号互补。具体而言，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的控制器基于所述控制器根据所述第三反馈电路提供的所述直流电流利用一对互补的脉宽调制(PWM)信号(第一占空比信号和第二占空比信号)分别控制开关SI和S2的开关。根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第一状态与现有技术中的直流-直流切换变换器的降压电路的区别在于负载Load两端的电压，现有技术中的直流-直流切换变换器的降压电路的输出电压不变(也就是负载Load两端的电压不变，也就是第一开关SI和第二开关S2的互补的占空比不变)，但是根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第一状态的输出电压Vpin并非恒定不变(也就是负载Load两端的电压随着负载Load变化，也就是也就是第一开关SI和第二开关S2的互补的占空比变化)，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的控制器基于第一状态的输出电压Vpin控制也就是第一开关SI的占空比使输出电流Cs保持恒定，即根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第一状态的输出电压Vpin与负载Load成正比。
[0043]具体而言，当第一开关SI关闭、第二开关S2打开时(即处于开态时)，电感LI电流线性增加，而流经负载Load的电流Cs由第二电容C2和直流电源提供。其中，控制器控制的第一占空比信号的占空比=第一开关SI在关闭状态的时间占整个开关周期的比值=1-控制器控制的第二占空比信号的占空比=第二开关S2在打开状态的时间占整个开关周期的比值。
[0044]当第一开关SI打开、第二开关S2关闭时(即处于关态时)，电感LI电流减小，电感LI的电流同时提供第二电容C2的电流和流经负载Load的直流电流Cs。其中直流-直流切换变换器在整个开关周期中只有两种状态，因此，第一开关SI在打开状态的时间占整个开关周期的比值=1-控制器控制的第一占空比信号的占空比=控制器控制的第二占空比信号的占空比=第二开关S2在关闭状态的时间占整个开关周期的比值。
[0045]在稳态条件下，开态下的电流增加量与关态下的电流减小量相等，因此，根据“伏秒积平衡”原则可以得出直流电流与占空比成正比例关系，占空比越大，其直流电流越大；反之占空比越小，其直流电流越小。因此，所述第三反馈电路提供负反馈，即控制器来控制的第一开关Si的占空比与第三反馈电路提供的直流电流成反比，从而使得直流电流保持恒定。
[0046]如上所述，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的控制器控制所述控制器用于控制直流-直流切换变换器的工作状态(电路拓扑形式)。在控制器控制所述第二开关和所述第三开关保持打开同时所述第四开关和所述第五开关保持关闭，并且控制器利用一第三占空比信号控制所述第一开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电压。
[0047]具体而言，当线圈需要恒定的负电压时，即直流-直流切换变换器需要处于负压模式(第二状态)时，控制器控制开关S2和S4保持打开状态同时开关S5和S6保持关闭状态。图4是根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第二状态的等效电路图，如图4所示，当根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置处于第二状态时，直流-直流切换变换器就等效于一个降压-升压电路，如图4和图6所示，其中二极管D2相当于开关SW2。其中，当第一开关SI (SWl)关闭、二极管D2截止(SW2打开)时，电感LI (L)电流增加，电感Ll(L)储能；当第一开关SI (SWl)打开、二极管D2导通(SW2关闭)时，电感LI (L)电流减小，电感LI (L)释能。在一个开关周期内，如果电流增加量大于电流减小量，则将产生一个平均感应电势,此平均感应电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内，如果电流增加量小于电流减小量，那么状况也一样。因此，当根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置处于第一状态时，即直流-直流切换变换器就等效于一个降压-升压电路时，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置为线圈提供恒定的负电压。
[0048]所述控制器还包括一第四反馈电路，所述第四反馈电路用于提取所述直流电压，其中，在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第四反馈电路提取的所述直流电压控制所述第三占空比信号使所述直流电压保持恒定。所述第四反馈电路所提供的直流电压越大，所述第三占空比信号的占空比越小。
[0049]根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的直流-直流切换变换器的控制器还包括一第四反馈电路，所述第四反馈电路用于提供所述直流电压，即直流电压VFB。其中，在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第四反馈电路提取的所述直流电压控制第三占空比信号(控制所述第一开关SI的开关)使所述直流电压保持恒定。具体而言，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的控制器基于所述控制器根据所述第四反馈电路提供的所述直流电压利用一脉宽调制(PWM)信号(第三占空比信号)控制第一开关SI的开关。上述脉宽调制信号(第三占空比信号)可以是根据反馈信号，即电压VFB，而确定的。根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第一状态与直流-直流切换变换器的降压-升压电路的基本相同，但是根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第一状态与现有技术中的直流-直流切换变换器的降压-升压电路的区别在于负载Load两端的电压，现有技术中的直流-直流切换变换器的降压-升压电路的输出电压不变(也就是负载Load两端的电压不变，也就是SI的占空比不变)，但是根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第一状态的输出电压VFB并非恒定不变(也就是负载Load两端的电压变化，也就是第一开关SI的占空比变化)，根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的第一状态的输出电压VFB通过控制SI的占空比而变化使VFB自身保持恒定，即VFB向根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的控制器提供负反馈，从而调整控制开关SI的PWM信号，从而使VFB保持恒等。
[0050]具体而言，当第一开关SI关闭、二极管D2截止时(即处于开态时)，直流电源的+15V电压直接加载在电感LI两端，因此电感LI电流线性增加，而流经负载Load的电流Cs由第二电容C2提供。其中，控制器控制的第三占空比信号的占空比=第一开关SI在关闭状态的时间占整个开关周期的比值。
[0051]当第一开关SI打开、二极管D2导通时(即处于关态时)，电感LI电流减小，电感LI两端电压极性翻转，且其电流同时提供第二电容C2的电流和流经负载Load的电流Cs。根据电流流向可知输出电压为负的，即与输入电压极性相反。因为输出电压为负的，因此电感电流是减小的，而且由于加载电压必须是常数，所以电感电流线性减小。其中，直流-直流切换变换器在整个开关周期中只有两种状态，因此，第一开关SI在打开状态的时间占整个开关周期的比值=1-控制器控制的第三占空比信号的占空比。
[0052]在稳态条件下，开态下的电流增加量与关态下的电流减小量相等，因此，根据“伏秒积平衡”原则可以得出直流电压与占空比成正比例关系，占空比越大，其直流电压越大；反之占空比越小，其直流电压越小。因此，所述第四反馈电路提供负反馈，即控制器控制的第一开关Si的占空比与第四反馈电路提供的直流电压成反比，从而使得直流电压保持恒定。
[0053]根据本发明的第一具体实施例的线圈控制装置的控制器可由多种方式实现，包括硬件、软件以及软硬件结合，例如电路、芯片、可编程器件等等，从而根据第三反馈电路提取的直流电流和第四反馈电路提取的直流电压提供相应的脉宽调制信号，即第一占空比信号、第二占空比信号和第三占空比信号。
[0054]第二具体实施例
[0055]根据本发明的第二具体实施例的线圈控制装置的直流-直流切换变换器还可以通过其他多种电路实现，比如:1)将一降压电路和一降压-升压电路并联，具体而言，直流-直流切换变换器包括一第一切换开关，所述第一切换开关控制所述降压电路工作时所述降压-升压电路开路或所述降压-升压电路工作时所述降压电路开路；2)将一降压电路和一降压-升压电路串联，具体而言，直流-直流切换变换器包括一第二切换开关，所述第二切换开关控制所述降压电路工作时所述降压-升压电路短路或所述降压-升压电路工作时所述降压电路短路。
[0056]根据本发明的第二具体实施例的线圈控制装置的直流-直流切换变换器的控制器包括一第一反馈电路和一第二反馈电路。所述第一反馈电路用于提供所述直流电流，即电阻Rs用于提取流经负载Load直流电流Cs ;所述第二反馈电路用于提供所述直流电压，即直流电压VFB。其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第一反馈电路提供的所述直流电流控制所述降压电路的占空比使所述直流电流保持恒定；在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第二反馈电路提供的所述直流电压控制所述降压-升压电路的占空比使所述直流电压保持恒定。具体而言，所述第一反馈电路和第二反馈电路提供负反馈，即所述第一反馈电路所提供的直流电流越大，所述降压电路的占空比越小，即控制器控制第一开关SWl的占空比越小(第二开关SW2的占空比越大)；所述第二反馈电路所提供的直流电压越大，所述降压-升压电路的占空比越小，即控制器控制第一开关SWl的占空比越小(第二开关SW2的占空比越大)。
[0057]第三具体实施例
[0058]根据本发明的第三具体实施例的线圈控制装置的所述直流-直流切换变换器包括一第一电容和一第二电容，一电感，以及一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关和一第五开关，其中所述第一电容、所述第二开关、所述第四开关和所述第二电容按顺序并联并且一端接地；所述第一开关串联在所述第一电容和所述第二开关的非接地端之间；所述电感串联在所述第二开关和所述第四开关的非接地端之间；所述第三开关串联在所述第二开关和所述第三开关的非接地端之间；所述第五开关和所述第六开关跨接在所述第二开关和所述第二电容的非接地端之间，所述第五开关的另一端与所述第二电容的非接地端连接。
[0059]在控制器控制所述第四开关和所述第五开关保持打开同时所述第三开关保持关闭，并且控制器利用一第四占空比信号控制所述第一开关和利用一第五占空比信号所述第二开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电流，其中所述第四占空比信号与所述第五占空比信号互补；在所述第二开关和所述第三开关保持打开同时所述第四开关保持关闭，并且控制器利用一第六占空比信号控制所述第一开关和利用一第七占空比信号所述第五开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电压，其中所述第六占空比信号与所述第七占空比信号互补。
[0060]所述第四占空比信号、所述第五占空比信号、所述第六占空比信号和所述第七占空比信号是脉宽调制信号。
[0061]所述控制器包括一第五反馈电路和一第六反馈电路，所述第五反馈电路用于提取所述直流电流，所述第六反馈电路用于提取所述直流电压，其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第三反馈电路提取的所述直流电流控制所述第四占空比信号和第五占空比信号使所述直流电流保持恒定；在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第四反馈电路提取的所述直流电压控制所述第六占空比信号和第七占空比信号使所述直流电压保持恒定。
[0062]所述第五反馈电路所提供的直流电流越大，所述第四占空比信号的占空比越小；所述第四反馈电路所提供的直流电压越大，所述第六占空比信号的占空比越小。
[0063]根据本发明的各个具体实施例的线圈控制装置的两种状态处于交替工作的状态，使得根据本发明的各个具体实施例的线圈控制装置的直流-直流切换变换器导致的能量损失大大小于两个电源的电路，因此根据本发明的具体实施例的线圈控制装置不再需要水冷系统。换而言之，根据本发明的各个具体实施例的线圈控制装置的优点在于:
[0064]I)将两个电源(+15V和-32V)减少为一个电源(+15V)，从而根本上节约能源；
[0065]2)无需水冷系统，从而进一步节约能源。
[0066]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种磁共振成像系统的线圈控制装置，所述线圈控制装置包括一直流-直流切换变换器和一控制器，其中，所述直流-直流切换变换器用于将一直流电源切换变换成一直流电流或一直流电压，所述直流-直流切换变换器的输入端与所述直流电源并联，所述控制器控制所述直流-直流切换变换器切换提供所述直流电流或直流电压。
2.如权利要求1所述的线圈控制装置，其特征在于，所述直流-直流切换变换器包括一降压电路和一降压-升压电路，所述降压电路用于提供所述直流电流，所述降压-升压电路用于提供所述直流电压。
3.如权利要求2所述的线圈控制装置，其特征在于，所述降压电路和所述降压-升压电路并联，其中，所述直流-直流切换变换器包括一第一切换开关，所述控制器控制所述第一切换开关切换断路所述降压电路和所述降压-升压电路。
4.如权利要求2所述的线圈控制装置，其特征在于，所述降压电路和所述降压-升压电路串联，其中，所述直流-直流切换变换器包括一第二切换开关，所述控制器控制所述第二切换开关切换短路所述降压电路和所述降压-升压电路。
5.如权利要求2中任一所述的线圈控制装置，其特征在于，所述控制器包括一第一反馈电路和一第二反馈电路，所述第一反馈电路用于从所述直流-直流切换变换器提取所述直流电流，所述第二反馈电路用于从所述直流-直流切换变换器提取所述直流电压，其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第一反馈电路提取的所述直流电流控制所述降压电路的占空比使所述直流电流恒定；在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第二反馈电路提取的所述直流电压控制所述降压-升压电路的占空比使所述直流电压恒定。
6.如权利要求5所述的线圈控制装置，其特征在于，所述第一反馈电路所提供的直流电流越大，所述降压电路的占空比越小；所述第二反馈电路所提供的直流电压越大，所述降压-升压电路的占空比越小。
7.如权利要求1所述的线圈控制装置，其特征在于，所述直流-直流切换变换器包括一第一电容和一第二电容，一电感，一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关和一第五开关，以及一二极管，其中所述第一电容、所述第二开关、所述第四开关和所述第二电容按顺序并联并且一端接地；所述第一开关串联在所述第一电容和所述第二开关的非接地端之间；所述电感串联在所述第二开关和所述第四开关的非接地端之间；所述第三开关串联在所述第二开关和所述第三开关的非接地端之间；所述二极管和所述第五开关跨接在所述第二开关和所述第二电容的非接地端之间，所述二极管的负极与所述第二开关的非接地端连接，所述二极管的正极与所述第五开关的一端连接，所述第五开关的另一端与所述第二电容的非接地端连接。
8.如权利要求7所述的线圈控制装置，其特征在于，在控制器控制所述第四开关和所述第五开关保持打开同时所述第三开关保持关闭，并且控制器利用一第一占空比信号控制所述第一开关和利用一第二占空比信号所述第二开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电流，其中所述第一占空比信号与所述第二占空比信号互补；在所述第二开关和所述第三开关保持打开同时所述第四开关和所述第五开关保持关闭，并且控制器利用一第三占空比信号控制所述第一开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电压。
9.如权利要求8中所述的线圈控制装置，其特征在于，所述控制器包括一第三反馈电路和一第四反馈电路，所述第三反馈电路用于提取所述直流电流，所述第四反馈电路用于提取所述直流电压，其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第三反馈电路提取的所述直流电流控制所述第一占空比信号使所述直流电流保持恒定；在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第四反馈电路提取的所述直流电压控制所述第三占空比信号使所述直流电压保持恒定。
10.如权利要求9所述的线圈控制装置，其特征在于，所述第三反馈电路所提供的直流电流越大，所述第一占空比信号的占空比越小；所述第四反馈电路所提供的直流电压越大，所述第三占空比信号的占空比越小。
11.如权利要求8中所述的线圈控制装置，其特征在于，所述第一占空比信号、所述第二占空比信号和所述第三占空比信号是脉宽调制信号。
12.如权利要求1所述的线圈控制装置，其特征在于，所述直流-直流切换变换器包括一第一电容和一第二电容，一电感，以及一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关和一第五开关，其中所述第一电容、所述第二开关、所述第四开关和所述第二电容按顺序并联并且一端接地；所述第一开关串联在所述第一电容和所述第二开关的非接地端之间；所述电感串联在所述第二开关和所述第四开关的非接地端之间；所述第三开关串联在所述第二开关和所述第三开关的非接地端之间；所述第五开关和所述第六开关跨接在所述第二开关和所述第二电容的非接地端之间，所述第五开关的另一端与所述第二电容的非接地端连接。
13.如权利要求12所述的线圈控制装置，其特征在于，在控制器控制所述第四开关和所述第五开关保持打开同时所述第三开关保持关闭，并且控制器利用一第四占空比信号控制所述第一开关和利用一第五占空比信号所述第二开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电流，其中所述第四占空比信号与所述第五占空比信号互补；在所述第二开关和所述第三开关保持打开同时所述第四开关保持关闭，并且控制器利用一第六占空比信号控制所述第一开关和利用一第七占空比信号所述第五开关时，所述直流-直流切换变换器提供所述直流电压，其中所述第六占空比信号与所述第七占空比信号互补。
14.如权利要求13中所述的线圈控制装置，其特征在于，所述控制器包括一第五反馈电路和一第六反馈电路，所述第五反馈电路用于提取所述直流电流，所述第六反馈电路用于提取所述直流电压，其中，在所述降压电路工作时，所述控制器根据所述第三反馈电路提取的所述直流电流控制所述第四占空比信号和第五占空比信号使所述直流电流保持恒定；在所述降压-升压电路工作时，所述控制器根据所述第四反馈电路提取的所述直流电压控制所述第六占空比信号和第七占空比信号使所述直流电压保持恒定。
15.如权利要求14所述的线圈控制装置，其特征在于，所述第五反馈电路所提供的直流电流越大，所述第四占空比信号的占空比越小；所述第四反馈电路所提供的直流电压越大，所述第六占空比信号的占空比越小。
16.如权利要求13中所述的线圈控制装置，其特征在于，所述第四占空比信号、所述第五占空比信号、所述第六占空比信号和所述第七占空比信号是脉宽调制信号。
17.一种磁共振成像系统，包括如权利要求1-16中任一所述的磁共振成像系统的线圈控制装置。
【文档编号】H02M3/156GK104518664SQ201310454894
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】刘玉烨, 汪坚敏 申请人:西门子(深圳)磁共振有限公司