一種基于pid調(diào)節(jié)和pwm技術(shù)的mri b0場補償放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于PID調(diào)節(jié)和PWM技術(shù)的MRIB0場補償放大器，包括正負電源模塊、補償放大電路板，其采用的技術(shù)手段有：放大濾波、負反饋、PID頻響調(diào)節(jié)、正反饋、PWM調(diào)制、基于FPGA的PWM波形整形、隔離驅(qū)動技術(shù)、信號放大、信號濾波還原、電流采樣、電流監(jiān)控、過流保護等。其優(yōu)點是：反饋增益需要適當(dāng)，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定；PID調(diào)節(jié)，使補償放大器的負載匹配范圍更加寬闊；解決了普通放大器適配范圍小、當(dāng)不匹配負載范圍時出現(xiàn)自激的缺點；能從一定程度上使輸出響應(yīng)速度加快，以避免因負載感性過大，導(dǎo)致輸出響應(yīng)速度過慢；由于采用了PWM開關(guān)方式，補償放大器的效率可達到約90%，解決了普通放大器效率低缺點。
【專利說明】—種基于PID調(diào)節(jié)和PWM技術(shù)的MRI BO場補償放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于PID調(diào)節(jié)和PWM技術(shù)的MRI BO場補償放大器，屬于醫(yī)療設(shè)備中的功率放大器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]功率放大器是將輸入?yún)⒖夹盘柗糯鬄樗枰盘柕脑O(shè)備，所需要的信號可以是電流信號，也可以是電壓信號；功率放大器的兩個基本要求:一是輸出信號變化能與輸入喜好的變化一致；二是整個功率放大器的損耗低。
[0003]功率放大器一般分為A類、B類、AB類以及D類放大器，AB類以較小的失真度在音頻領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，而D類以效率高，在便攜式音頻設(shè)備、電機等工控領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。在磁共振成像系統(tǒng)中由于BO渦流的存在，磁共振成像系統(tǒng)的成像效果將會受到嚴重影響，故需要BO放大器對信號進行補償，提高成像質(zhì)量。由于D類放大器的高效率，其在磁共振系統(tǒng)中也得到應(yīng)用，比如磁共振系統(tǒng)中的梯度放大器就是D類放大器。市面上功率放大器雖然應(yīng)用普及，但是在磁共振成像系統(tǒng)中的BO場補償上，卻難以得到應(yīng)用。磁共振成像系統(tǒng)的BO場補償線圈感抗較大，不同線圈又有一定的差異性，所以一般的放大器很難適應(yīng)其負載范圍，從而出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象，導(dǎo)致放大器的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種負反饋增益適當(dāng)，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定、負載匹配范圍寬闊、輸出響應(yīng)速度快、補償放大效率高的基于PID調(diào)節(jié)和PWM技術(shù)的MRI BO場補償放大器
本發(fā)明的一種基于PID調(diào)節(jié)和PWM技術(shù)的MRI BO場補償放大器，其采用的技術(shù)手段有:放大濾波、負反饋、PID頻響調(diào)節(jié)、正反饋、PWM調(diào)制、基于FPGA的PWM波形整形、隔離驅(qū)動技術(shù)、信號放大、信號濾波還原、電流采樣、電流監(jiān)控、過流保護等。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明包括正負電源模塊、補償放大電路板，所述正負電源模塊輸入由交流電源提供，適合于世界上所有國家的電網(wǎng)電壓；所述補償放大電路板包括放大濾波電路模塊、負反饋加法器、PID調(diào)節(jié)電路模塊、放大濾波電路模塊、正反饋加法器、PWM調(diào)制模塊、FPGA整形模塊、隔離驅(qū)動、H橋、電流采樣模塊，并設(shè)置有電源輸入接口、信號輸入接口、信號輸出接口、時鐘輸入接口、時鐘輸出接口、輸出使能控制接口、復(fù)位控制接口。所述正負電源模塊通過電纜連接補償放大板的電源輸入接口 ；所述補償放大板的信號輸入接口外端連接信號輸入設(shè)備(在磁共振系統(tǒng)中應(yīng)用時，連接至譜儀的BO輸出)，內(nèi)部通過傳輸線路依次連接至放大濾波電路模塊、負反饋加法器、PID調(diào)節(jié)電路模塊、放大濾波電路模塊、正反饋加法器、PWM調(diào)制模塊、FPGA整形模塊、隔離驅(qū)動、H橋、電流采樣模塊以及輸出端口 ；所述補償放大板的信號輸出端口外部連接至磁共振系統(tǒng)的BO補償線圈；所述補償放大板的時鐘輸入輸出接口內(nèi)部通過電平轉(zhuǎn)換模塊連接至FPGA整形模塊，輸入接口外部連接至?xí)r鐘源，輸出接口外部連接至其他放大器，實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的時鐘同步；所述時鐘選擇接口內(nèi)部連接至FPGA整形模塊，外部連接至控制設(shè)備或者選擇開關(guān)，實現(xiàn)時鐘選擇功能；所述補償放大板輸出使能控制接口內(nèi)部連接至FPGA整形模塊，外部連接至控制設(shè)備或者控制按鈕，實現(xiàn)禁止輸出；所述補償放大板復(fù)位控制接口內(nèi)部連接至FPGA整形模塊，外部連接至控制設(shè)備或者控制按鈕，實現(xiàn)錯誤或者告警消除。
[0006]本發(fā)明的核心技術(shù)手段如下:
1、負反饋方式，反饋增益需要適當(dāng)，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定；
2、PID調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，根據(jù)負載范圍選擇適當(dāng)?shù)碾娐穮?shù)，在實際使用此放大器時，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，使電路整體的頻響滿足預(yù)期指標；
3、正反饋方式，正反饋前級電路可以采用高通濾波方式，也可以采用微分方式。
[0007]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
負反饋方式，反饋增益需要適當(dāng)，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定；PID調(diào)節(jié)，使補償放大器的負載匹配范圍更加寬闊；解決了普通放大器適配范圍小、當(dāng)不匹配負載范圍時出現(xiàn)自激的缺點；能從一定程度上使輸出響應(yīng)速度加快，以避免因負載感性過大，導(dǎo)致輸出響應(yīng)速度過慢；由于采用了 PWM開關(guān)方式，補償放大器的效率可達到約90%，解決了普通放大器效率低缺點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。
【具體實施方式】
[0009]實施例:
以下通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進行詳細的描述。
[0010]如附圖1所示，本發(fā)明至少包括:放大濾波增益調(diào)節(jié)模塊2、PID調(diào)節(jié)模塊4、加法器模塊3、6、PWM調(diào)制模塊7、三角波生成模塊8、FPGA整形模塊22、隔離驅(qū)動模塊17、信號放大模塊(即H橋模塊)18、濾波還原模塊19、電流采樣模塊20、電流監(jiān)控模塊12、過流保護模塊11、外部時鐘輸入接口 9、時鐘選擇接口 10、輸出使能模塊14、復(fù)位接口 16、正反饋模塊15、負反饋模塊13。
[0011]輸入信號從補償放大板的信號輸入接口 I進入，經(jīng)放大濾波增益調(diào)節(jié)電路模塊2進入加法器3，電流采樣信號經(jīng)負反饋模塊13進入加法器3，在此處采用深度負反饋，加法器3輸出再分為三路，分別進入PID調(diào)節(jié)模塊4的比例(P)環(huán)節(jié)、積分(I)環(huán)節(jié)、微分(D)環(huán)節(jié)，按照1:1:1的比例在加法器6相加后，再經(jīng)過放大濾波模塊6按一定比例放大濾波；電流采樣信號經(jīng)正反饋模塊15按照一定的比例在加法器模塊6相加后進入脈寬調(diào)制(PWM)電路模塊7，再經(jīng)FPGA整形模塊22整形，設(shè)置死區(qū)時間，通過隔離驅(qū)動電路17，把信號傳輸至H橋模塊18，經(jīng)H橋模塊信號放大后；信號進入濾波還原電路模塊19，濾波電路采用兩級濾波器，第一級為經(jīng)典的兩個電感及兩個電容的共模濾波器，第二級采用共模電感及對保護地電容，以及RC濾波電路。電流采樣模塊20串接到輸出端21與濾波模塊19之間，電流采樣模塊20采用高精度、低溫票采樣電阻對電流信號進行采樣，分為三路，一路經(jīng)負反饋模塊13進入輸入端加法器3，一路經(jīng)正反饋模塊15與PID調(diào)節(jié)后的信號在加法器6相加，一路作為電流波形監(jiān)控經(jīng)電流監(jiān)控模塊12輸出，并經(jīng)過過流保護電路模塊11進入FPGA控制輸出；外部時鐘接口 9可以輸入外部時鐘，通過時鐘選擇開關(guān)10選擇內(nèi)部時鐘或者外部時鐘，F(xiàn)PGA模塊22做出選擇之后，將時鐘信號傳輸至三角波生成電路模塊8，進而控制PWM調(diào)制模塊7。
[0012]上述各實施例僅是為了說明本發(fā)明而列舉，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等效變換或個別部件的修改，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PID調(diào)節(jié)和PWM技術(shù)的MRI BO場補償放大器，包括正負電源模塊、補償放大電路板，其特征是:所述補償放大電路板包括放大濾波電路模塊、負反饋加法器、PID調(diào)節(jié)電路模塊、放大濾波電路模塊、正反饋加法器、PWM調(diào)制模塊、FPGA整形模塊、隔離驅(qū)動、H橋、電流采樣模塊，并設(shè)置有電源輸入接口、信號輸入接口、信號輸出接口、時鐘輸入接口、時鐘輸出接口、輸出使能控制接口、復(fù)位控制接口 ；所述正負電源模塊通過電纜連接補償放大板的電源輸入接口 ；所述補償放大板的信號輸入接口外端連接信號輸入設(shè)備，內(nèi)部通過傳輸線路依次連接至放大濾波電路模塊、負反饋加法器、PID調(diào)節(jié)電路模塊、放大濾波電路模塊、正反饋加法器、PWM調(diào)制模塊、FPGA整形模塊、隔離驅(qū)動、H橋、電流采樣模塊以及輸出端口 ；所述補償放大板的信號輸出端口外部連接至磁共振系統(tǒng)的BO補償線圈；所述補償放大板的時鐘輸入輸出接口內(nèi)部通過電平轉(zhuǎn)換模塊連接至FPGA整形模塊，輸入接口外部連接至?xí)r鐘源，輸出接口外部連接至其他放大器，實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的時鐘同步；所述時鐘選擇接口內(nèi)部連接至FPGA整形模塊，外部連接至控制設(shè)備或者選擇開關(guān)，實現(xiàn)時鐘選擇功能；所述補償放大板輸出使能控制接口內(nèi)部連接至FPGA整形模塊，外部連接至控制設(shè)備或者控制按鈕，實現(xiàn)禁止輸出；所述補償放大板復(fù)位控制接口內(nèi)部連接至FPGA整形模塊，外部連接至控制設(shè)備或者控制按鈕，實現(xiàn)錯誤或者告警消除。
【文檔編號】H03F3/20GK103856168SQ201410043411
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】董聰坤, 王作輝, 王小輝, 劉培植, 劉景順 申請人:包頭市稀寶博為醫(yī)療系統(tǒng)有限公司