本文關(guān)鍵詞：核磁共振成像系統(tǒng)中的梯度放大器研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技術(shù)采用了獨特的成像原理,使其可以對生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行成像。相對于其它醫(yī)學成像技術(shù),MRI對人體無任何危害。因此,磁共振成像設備越來越受到人們的關(guān)注。目前,國內(nèi)的醫(yī)療行業(yè)發(fā)展迅速,有多家公司設計和生產(chǎn)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的磁共振成像設備,國產(chǎn)MRI與進口設備的差距正在逐年減小。梯度放大器是MRI掃描儀的核心部件之一,為梯度線圈負載提供驅(qū)動電流,負載電流跟隨計算機譜儀生成的X軸,Y軸,Z軸三個方向的脈沖序列參考信號,產(chǎn)生梯度磁場,實現(xiàn)主磁場的動態(tài)修改。盡管MRI掃描儀已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化,但梯度放大器仍然完全依賴進口。因此,自主研發(fā)適合的梯度放大器對國產(chǎn)MRI的發(fā)展具有重要意義。本文詳細分析了硬開關(guān)并聯(lián)移相控制梯度放大器的工作原理,并根據(jù)MRI掃描儀的需求確定了系統(tǒng)整體方案。通過4路全橋拓撲相移并聯(lián)的方式,使得梯度放大器的等效開關(guān)頻率變?yōu)樵_關(guān)頻率的4倍,減小了輸出電流的紋波。同時,采用內(nèi)、外雙環(huán)控制：內(nèi)環(huán)為均流控制,保證了每一個橋臂的輸出電流為梯度負載電流的四分之一；外環(huán)采用了傳統(tǒng)的PWM控制。通過仿真驗證了該方案的可行性,最后完成了一臺應用于1.5T核磁共振成像儀的梯度放大器樣機,樣機很好地滿足了核磁共振成像儀的指標要求。為了滿足輸出電流紋波頻率的要求,硬開關(guān)方案的梯度放大器采用了4路全橋電路并聯(lián)的方案,這使得梯度放大器的電路拓撲十分龐大復雜,為解決這一問題,本文引入輔助諧振換流極(Auxiliary Resonance Commutated Pole, ARCP)變換器,提出了一種軟開關(guān)梯度放大器電路拓撲,一定程度上解決了提高開關(guān)頻率而導致的開關(guān)損耗增大的問題,使梯度放大器在減少并聯(lián)橋路模塊數(shù)目的情況下滿足了輸出電流紋波頻率的要求。詳細分析了ARCP變換器的換流過程,對比分析了傳統(tǒng)硬開關(guān)半橋電路與ARCP電路的損耗情況,并通過仿真驗證軟開關(guān)方案的可行性。
【關(guān)鍵詞】：梯度放大器 并聯(lián)相移 等效開關(guān)頻率 軟開關(guān)
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN722;R445.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 引言11-12
• 1.2 MRI系統(tǒng)中的梯度放大器研究背景12-14
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 梯度放大器原理分析15-36
• 2.1 引言15
• 2.2 梯度放大器的工作原理分析15-27
• 2.2.1 梯度負載分析15-16
• 2.2.2 全橋式梯度放大器工作原理分析16-20
• 2.2.3 移相并聯(lián)梯度放大器工作原理分析20-24
• 2.2.4 仿真分析24-27
• 2.3 梯度控制器分析27-34
• 2.3.1 梯度放大器控制原理分析27-28
• 2.3.2 控制對象分析28-30
• 2.3.3 前饋控制原理分析30-31
• 2.3.4 梯度放大器控制原理框圖31-32
• 2.3.5 仿真分析32-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第3章 系統(tǒng)硬件設計及實驗結(jié)果36-48
• 3.1 高壓電源模塊36
• 3.2 功率模塊主開關(guān)管設計36-40
• 3.2.1 主功率開關(guān)管的選型36-38
• 3.2.2 IGBT開關(guān)管的驅(qū)動電路設計38-40
• 3.3 功率模塊主開關(guān)管控制電路設計40-43
• 3.3.1 基于CPLD芯片的數(shù)字控制器40-42
• 3.3.2 CPLD控制功能的實現(xiàn)42-43
• 3.4 實驗結(jié)果43-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 軟開關(guān)梯度放大器分析48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 軟開關(guān)梯度放大器工作原理分析48-58
• 4.2.1 軟開關(guān)梯度放大器功率模塊分析49
• 4.2.2 軟開關(guān)梯度放大器輔助開關(guān)管控制49-50
• 4.2.3 ARCP逆變軸模塊換流分析50-56
• 4.2.4 電源模塊損耗分析56-58
• 4.3 軟開關(guān)梯度放大器仿真研究58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及科研成果66

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本文編號：253751