醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10，包括：具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26的逆變器12，其用于生成要供應(yīng)到負(fù)載20、22的AC電壓；線圈32，其電感耦合到與逆變器12的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26連接的逆變器12的導(dǎo)體34;以及該監(jiān)測(cè)電路60，其用于利用來(lái)自線圈32的信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)導(dǎo)體34中的電流。
【專利說(shuō)明】醫(yī)學(xué)成像設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像設(shè)備以及用于操作醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常在像CT (計(jì)算機(jī)斷層攝影）之類的X射線設(shè)備中，將來(lái)自電網(wǎng)的電壓變換成 供應(yīng)到X射線管的高壓。高壓發(fā)生器可以包括其中IGBT或者M(jìn)0SFET用作開(kāi)關(guān)元件的逆變 器。
[0003] 此外，在像MRT(磁共振斷層攝影）之類的其它醫(yī)學(xué)成像設(shè)備中，類似的逆變器可 以被用于生成線圈的供電電流，其生成用于測(cè)量的磁場(chǎng)。
[0004] 在這樣的逆變器中，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)跨過(guò)開(kāi)關(guān)元件的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)短路或者過(guò)電流檢 測(cè)?？邕^(guò)開(kāi)關(guān)元件的電壓可以是流過(guò)開(kāi)關(guān)元件的電流的良好指標(biāo)，因?yàn)橐话愣?，電流?商，跨過(guò)開(kāi)關(guān)兀件的電壓越商。
[0005] 在醫(yī)學(xué)成像設(shè)備中，尤其為了降低可移動(dòng)部件（例如具有檢測(cè)器的臂或機(jī)架）的 重量，逆變器可能在高頻率（多達(dá)100kHz或者更高）下工作，因?yàn)橄褡儔浩骱碗姼衅髦?的部件的重量可以隨著提高的頻率而降低。此外，使用全諧振高頻率模式，其中，諧振負(fù)載 與逆變器耦合以用于產(chǎn)生更正弦的輸出電流。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 如果逆變器以全諧振高頻率模式工作，那么利用開(kāi)關(guān)元件的集電極-發(fā)射極電壓 的監(jiān)測(cè)，可能僅在某個(gè)延遲之后適當(dāng)?shù)販y(cè)量電流。此外，寄生電感可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)電流的問(wèn) 題，因?yàn)樗鼈兛赡苁闺妷号c電流之間的關(guān)系失真。
[0007] 本發(fā)明的目的可以是給醫(yī)學(xué)成像設(shè)備提供準(zhǔn)確的過(guò)電流檢測(cè)。
[0008] 通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題實(shí)現(xiàn)該目的。其它示例性實(shí)施例根據(jù)從屬權(quán)利要求和下 面的描述將是顯而易見(jiàn)的。
[0009] 本發(fā)明的一方面涉及醫(yī)學(xué)成像設(shè)備，例如X射線、CT或者M(jìn)RT設(shè)備。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述醫(yī)學(xué)成像設(shè)備包括：具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的逆變器，其用于 生成要供應(yīng)到負(fù)載的AC電壓；線圈，其電感耦合到與所述逆變器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)連接的逆變 器的導(dǎo)體；以及監(jiān)測(cè)電路，其用于利用來(lái)自所述線圈的信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的電流。例 如，所述線圈可以是空心線圈或者羅可夫斯基線圈（Rogowski coil)。 toon] 本發(fā)明的關(guān)鍵可以視為來(lái)自電感耦合到半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的供電線的線圈的信號(hào)可以 被用于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的過(guò)電流檢測(cè)。具體而言，過(guò)電流檢測(cè)可能針對(duì)高速開(kāi)關(guān)逆變器尤其 準(zhǔn)確。例如，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)可以是IGBT，并且所述線圈可以被布置于IGBT的集電極-發(fā) 射極路徑周圍。
[0012] 本發(fā)明的又一方面涉及一種用于操作醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的方法，例如上文和下文中所 描述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括以下步驟：對(duì)醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的逆變器的半導(dǎo) 體開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換以生成要供應(yīng)到負(fù)載的AC電壓；在電感耦合到與所述逆變器的半導(dǎo)體開(kāi) 關(guān)連接的逆變器的電感器的線圈中生成信號(hào)；并且從所述線圈的信號(hào)確定用于所述半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)的電流信號(hào)。
[0014] 應(yīng)理解到，如上文和下文中所描述的方法的特征可以是如上文和下文中所描述的 系統(tǒng)的特征。
[0015] 本發(fā)明的這些以及其它方面根據(jù)下文所描述的實(shí)施例將是顯而易見(jiàn)的并且參考 其得以闡述。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 在下文中，參考附圖更詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例。
[0017] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備。
[0018] 圖2示出了圖1的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的線圈的三維視圖。
[0019] 圖3示意性地示出了圖1的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的細(xì)節(jié)。
[0020] 圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的側(cè)視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 圖1示出了醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10,其包括具有兩個(gè)逆變器臂14的逆變器12、諧振電路 16和變壓器18。在所述醫(yī)學(xué)成像設(shè)備是X射線設(shè)備的情況下，它還可以包括高壓發(fā)生器20 以及X射線管22。如果所述醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10是MRT，那么部件20、22可以包括用于生成磁 場(chǎng)的線圈22,其被用于執(zhí)行MRT 10的測(cè)量。在這兩種情況中，來(lái)自變壓器18的AC電流被 用于對(duì)負(fù)載20、22供電。
[0022] 逆變器臂14并聯(lián)連接到電壓源24,例如DC連接。每個(gè)逆變器臂14包括兩個(gè)半導(dǎo) 體開(kāi)關(guān)26,例如串聯(lián)連接的IGBT 26或者M(jìn)0SFET 26。續(xù)流二極管28并聯(lián)連接到每個(gè)半導(dǎo) 體開(kāi)關(guān)26。
[0023] 諧振電路16和變壓器18與半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)24之間的逆變器臂14連接。所述諧振電 路16具有與變壓器18串聯(lián)連接的電容器C和電感L。
[0024] 逆變器12適于在變壓器18處將來(lái)自電壓源24的DC電壓變換為AC電壓。通過(guò) 利用柵極驅(qū)動(dòng)對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26進(jìn)行切換來(lái)生成AC電壓。逆變器臂14的輸出部38處的脈 沖整形的電壓被諧振電路16變換為正弦AC電壓。
[0025] 變壓器18適于將來(lái)自逆變器的AC電壓變換為供應(yīng)到負(fù)載20、22 (例如，可以包括 給X射線管22供應(yīng)DC電壓的高壓級(jí)聯(lián)的高壓發(fā)生器20)的較高電壓的AC電壓。
[0026] 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26可以位于半導(dǎo)體模塊30中。這樣的半導(dǎo)體模塊30可以容存逆變 器臂14的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26以及任選地相對(duì)應(yīng)的續(xù)流二極管28中的一者或兩者。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10包括具有用于生成要供應(yīng)到負(fù)載20、22的 AC電壓的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26的逆變器12。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10包括連接到逆變器12的輸出部38的諧振 電路16。所述諧振電路16可以被視為逆變器12上的諧振負(fù)載。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10包括用于將來(lái)自逆變器12的AC電壓變換 為第一較高AC電壓的變壓器18。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10包括用于生成要供應(yīng)到X射線管22的第 二較高電壓的高壓發(fā)生器20。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26包括IGBT。
[0032] 此外，每個(gè)逆變器臂14與線圈32電感耦合以用于過(guò)電流檢測(cè)。如圖1中所示，線 圈32可以與逆變器臂14的負(fù)輸入部34耦合。然而，線圈32還可以與正輸入部36或者輸 出部38耦合，即處于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26之間。輸入部34、36和輸出部38可以包括像線路、電 纜或者匯流條之類的電導(dǎo)體。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10包括線圈32,線圈32電感耦合到與逆變器 12的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26連接的逆變器12的導(dǎo)體34、36、38。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，逆變器12包括具有至少兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26的逆變器臂14， 并且線圈32耦合到逆變器臂14的輸入部34、36或者輸出部38。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于電流監(jiān)測(cè)的線圈32電感耦合到逆變器12的每個(gè)逆變 器臂14。
[0036] 圖2示出了可以被用于醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10中的過(guò)電流檢測(cè)的線圈32。圖2中所示 的線圈32是環(huán)形線圈32,也稱為羅可夫斯基線圈32。所述線圈32可以具有環(huán)形磁芯40， 其可以是鐵磁體。所述線圈32的導(dǎo)體42可以纏繞環(huán)形磁芯。所述線圈32可以是空心線 圈32。
[0037] 為了測(cè)量導(dǎo)體34、36、38中的電流，通過(guò)由線圈32圍繞的開(kāi)口 44引導(dǎo)導(dǎo)體34、36、 38 〇
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，線圈32是圍繞導(dǎo)體34、70的環(huán)形線圈。
[0039] 圖3示出了與線圈32耦合的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備10的半導(dǎo)體模塊30。例如，半導(dǎo)體模 塊30是容存IGBT 26的IGBT模塊30。IGBT 26的集電極46和發(fā)射極48經(jīng)由接合線與具 有寄生電阻RB和寄生電感LB的模塊30的輸入部34、36連接。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，線圈32電感耦合到與IGBT 26的發(fā)射極46或者集電極48 連接的導(dǎo)體34、36。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，線圈32電感耦合到經(jīng)由接合線連接到半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26的導(dǎo) 體 34、36。
[0042] IGBT 26的柵極50連接到控制逆變器12的柵極驅(qū)動(dòng)52。
[0043] 監(jiān)測(cè)通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)26的電流ICE的一種方式是監(jiān)測(cè)在輸入部34、36之間的電壓 VCE。然而，當(dāng)在使用IGBT 26作為開(kāi)關(guān)元件26的全諧振高頻率逆變器中使用VeE&測(cè)方法 時(shí)，可能出現(xiàn)幾個(gè)問(wèn)題。
[0044] IGBT 26可能需要時(shí)間以實(shí)際到達(dá)它的指定VCE電壓。換句話說(shuō)，VCE電壓可能僅隨 著增加的負(fù)載電流而緩慢降低。所述降低可以持續(xù)長(zhǎng)達(dá)3ys，這取決于所使用的IGBT 26 類型。假設(shè)具有10 μ s的周期的100kHz逆變器12,開(kāi)關(guān)IGBT 26可以正好在開(kāi)關(guān)操作的末 尾處到達(dá)它的指定(例如假設(shè)3 μ s電導(dǎo)率調(diào)制）。
[0045] IGBT模塊30的寄生電感LB(例如歸因于接合線的集電極-發(fā)射極電感）可能導(dǎo) 致電壓降。由于以高頻率（例如以高頻率全諧振模式）的逆變器12中的電流（di/dt)的 改變可能相當(dāng)高，因而所得的電壓降可能合計(jì)到測(cè)得的V CE。測(cè)得的電壓可以是電壓 降和半導(dǎo)體26處的實(shí)際電壓的總和：
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)，包括： 具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)的逆變器（12)，其用于生成要供應(yīng)到負(fù)載（20、22)的AC電壓； 線圈（32)，其電感耦合到與所述逆變器（12)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)連接的所述逆變器 (12)的導(dǎo)體（34、70); 監(jiān)測(cè)電路（60)，其用于利用來(lái)自所述線圈（32)的信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)中 的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)， 其中，所述線圈（32)是圍繞所述導(dǎo)體（34、70)的環(huán)形線圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)， 其中，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)包括IGBT， 其中，所述線圈（32)電感耦合到與所述IGBT(26)的發(fā)射極（46)或者集電極（48)連 接的導(dǎo)體（36、70)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)， 其中，所述逆變器（12)包括具有至少兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)的逆變器臂（14); 其中，所述線圈（32)耦合到所述逆變器臂（14)的輸入部（34)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)， 其中，用于電流監(jiān)測(cè)的線圈（32)電感耦合到所述逆變器（12)的每個(gè)逆變器臂（14)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)， 其中，所述線圈（32)電感耦合到經(jīng)由接合線連接到所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)的導(dǎo)體（34)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)，還包括： 半導(dǎo)體模塊（30)，其容存至少一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26); 其中，所述線圈（32)與所述半導(dǎo)體模塊（30)的輸入部（34)處的導(dǎo)體（70)電感耦合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)， 其中，所述半導(dǎo)體模塊（30)的供電線（76)利用機(jī)械式連接器（70)連接到所述半導(dǎo)體 模塊（30); 其中，所述機(jī)械式連接器（70)是導(dǎo)電的，并且所述線圈（32)被布置于所述機(jī)械式連接 器（70)周圍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)， 其中，所述線圈（32)容納在所述供電線（76)與所述半導(dǎo)體模塊（30)的輸入部（34) 之間，并且所述機(jī)械式連接器（70)將所述線圈（32)固定到所述半導(dǎo)體模塊（30)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)， 其中，所述監(jiān)測(cè)電路￠0)包括用于對(duì)來(lái)自所述線圈（32)的信號(hào)進(jìn)行積分的積分器 (62);并且/或者 其中，所述監(jiān)測(cè)電路￠0)包括用于將經(jīng)積分的信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較的比 較器（64)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)，還包括： 諧振電路（16)，其連接到所述逆變器（12)的輸出部（38)。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)，還包括： 變壓器（18)，其用于將來(lái)自所述逆變器（12)的AC電壓變換為第一較高AC電壓；以及 高壓發(fā)生器（20)，其用于生成要供應(yīng)到X射線管（22)的第二較高電壓。
13. -種用于操作醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)的方法，所述方法包括以下步驟： 對(duì)所述醫(yī)學(xué)成像設(shè)備（10)的逆變器（12)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)進(jìn)行切換以生成要供應(yīng) 到負(fù)載的AC電壓； 在電感耦合到與所述逆變器（12)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)連接的所述逆變器（12)的導(dǎo)體 (34、70)的線圈（32)中生成信號(hào)； 根據(jù)所述線圈（32)的所述信號(hào)確定電流信號(hào)，所述電流信號(hào)指示所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān) (26)中的電流。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法， 其中，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)被切換為使得所述AC電壓的頻率高于10kHz ;并且/或者 其中，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)（26)被切換為使得所述逆變器（12)以諧振模式工作。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，還包括以下步驟： 通過(guò)對(duì)來(lái)自所述線圈（32)的所述信號(hào)進(jìn)行積分來(lái)確定所述電流信號(hào)； 通過(guò)將經(jīng)積分的信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)過(guò)電流。
【文檔編號(hào)】H05G1/20GK104221270SQ201380016466
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月26日
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