[发明专利]核磁共振仪梯度功率放大器的驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及梯度功率放大器，尤其是涉及核磁共振仪(NMR)/核磁共振成像仪(MRI)梯度功率放大器的驱动电路。

背景技术

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)也称为磁共振(Magnetic Resonance,MR)，是原子核在静态磁场中发生能级分裂，并在外加射频磁场激励下发生能级跃迁的现象。主要用于原子核磁矩、电磁极矩以及自旋的测量。核磁共振成像仪(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是核磁共振用于确定分子结构、对生物在组织与活体组织的分析、病理分析、产品无损检测、医疗诊断等。此外，NMR/MRI还可以用来观测一些动态过程的变化。

利用这一技术的核磁共振NMR/MRI其核心部件之一是梯度功率放大器，梯度功率放大器在很短的时间内(微秒到毫秒级)发射出一个很强、可变的梯度脉冲，为梯度线圈负载提供数百安培的驱动电流，负载电流跟随计算机谱仪生成X轴、Y轴、Z轴三个方向的脉冲序列参考信号，产生可变梯度的磁场，实现主磁场的动态改变。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，即绝缘栅双极型晶体管，是MOSFET(绝缘栅型场效应管)和BJT(双极型三极管)组合而成的双机理复合器件。它拥有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降和低导通电阻的优点。其中MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大。IGBT综合了它们两种器件的优点，驱动功率小并且饱和压降低。在电机控制、中高频开关电源，尤其是要求中大功率和低损耗领域，IGBT有着很大的优势。可用于梯度功率放大器的设计，利用推挽电路结构组成放大电路，通过控制IGBT的工作状态，将正负电压信号转换至数百安的电流信号。这就需要一个驱动电路，可以有效地在信号的控制下将IGBT置于需要的工作状态，以保证推挽电路的正常工作。

发明内容

本发明的目的是针对核磁共振仪梯度功率放大器的电路需求，提供核磁共振仪梯度功率放大器的驱动电路。

本发明设有过零比较器、加法器电路和传输门；

所述过零比较器设有两个相反的过零比较器，所述两个相反的过零比较器输入端相连接并与0～±5V的脉冲输入信号相连，两个相反的过零比较器输出端分别与正负信号通路的传输门控制端相连；

所述加法器电路在正负信号通路下设有3个加法器，3个加法器分别将-20V，-9V,+5V 3个状态电压加到加法器的反相输入端，加法器的同相输入端共同与输入信号连接；加法器的输出端与传输门的输入端相接；

所述传输门在正负信号通路下设有3个传输门，3个传输门的控制端与过零比较器的输出端相接，由过零比较器的输出控制其通断，3个传输门的输入端与加法器连接，3个传输门的输出端与放大电路的IGBT相连，通过输出加法器的输出状态控制IGBT的工作状态。

本发明利用过零比较器，可以有效地区分出0～+5V电压和0～-5V电压，并分别在这两个输入信号下，通过正负信号通路中的加法器电路和传输门，控制放大电路中的IGBT，使放大电路中构成推挽桥式结构的4个IGBT工作在需要的状态下，完成对0～±5V转换到数百安电流的功能。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构框图；

图2为放大电路IGBT晶体管的输出特性曲线；

图3为本发明实施例与放大电路连接的整体电路图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例设有两个相反的过零比较器1接收输入信号，输出端分别与正信号通路传输门3和负信号通路传输门4连接。当输入信号为正电压时，正信号通路传输门3导通，正信号通路的加法器电路2的输出状态被加到放大电路5的IGBT上；当输入信号为负电压时，负信号通路传输门4导通，负信号通路的加法器电路2的输出状态被加到放大电路5的IGBT上。

参见图2，IGBT的输出特性曲线图可知，对于IGBT，当电压为20V时处于放大状态，电压为9V时为饱和状态，电压为-5V时处于截止状态。

参见图3，两个相反的过零比较器1，当输入信号为正电压时，以同相输入端接收控制信号的比较器翻转，输出10V电压，为正信号通路传输门3提供开关信号；当输入信号为负电压时，以反相输入端接收信号的比较器翻转，输出10V电压，为负信号通路传输门4提供开关信号。正负信号通路的加法器电路2各有3个加法器，分别在3个加法器的反相输入端施加-20V，-9V和+5V的电压，同时3个加法器的同相输入端连接输入信号，则可分别将20V，9V，-5V的状态电压以及输入信号传递到各自连接的正信号通路传输门3和负信号通路传输门4上。放大电路5工作在推挽桥式结构下，正常的工作状态是当输入电压为0～+5V时，T1管处于放大状态，T4管饱和，T2、T3截止；当输入电压为0～-5V时，T2管处于放大状态，T3管饱和，T1、T4截止。电路的运行过程为当输入信号为0～+5V时，以同向输入端接收信号的比较器翻转，输出10V电压，正信号通路的传输门3导通，加法器电路2的输出状态分别加到放大电路的IGBT上，使T1管处于放大状态，T4管饱和，T2、T3截止；当输入信号为0～-5V时，以反相输入端接收信号的比较器翻转，输出10V电压，负信号通路的传输门4导通，加法器的输出状态分别加到放大电路的IGBT上，使T2管处于放大状态，T3管饱和，T1、T4截止。这样放大电路得以正常工作在推挽桥式结构下完成0～±5V的输入信号转换为数百安电流信号的功能。在图3中，标记T0为梯度线圈。