[發(fā)明專利]用于驅(qū)動負(fù)載的功率設(shè)備和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580068093.4
• 申請日: 2015-12-15
• 公開（公告）號: CN107005150B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林應(yīng)鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;G01R33/385
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 孟杰雄;王英

本發(fā)明的實施例提供了一種功率設(shè)備。所述功率設(shè)備包括：開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換電路，其具有功率半導(dǎo)體，用于響應(yīng)于控制信號而驅(qū)動負(fù)載；控制器，其被耦合到所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換電路，以基于要被提供到所述負(fù)載的預(yù)定的電流分布以及所述功率半導(dǎo)體的最大接合點溫度來生成所述控制信號；以及電流注入器，其被耦合到所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換電路和所述控制器，用于生成偏移電流。所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換電路被控制為響應(yīng)于所述控制信號而輸出所述預(yù)定的電流分布或經(jīng)調(diào)節(jié)的電流分布，并且所述經(jīng)調(diào)節(jié)的電流分布具有相對于所述預(yù)定的電流分布的偏移。所述偏移電流等于所述經(jīng)調(diào)節(jié)的電流分布與所述預(yù)定的電流分布之間的所述偏移，并且還在所述控制信號控制所述開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換電路以輸出所述經(jīng)調(diào)節(jié)的電流分布的情況下與所述經(jīng)調(diào)節(jié)的電流分布相加，以生成所述預(yù)定的電流分布來流動通過所述負(fù)載。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于驅(qū)動負(fù)載的功率設(shè)備和方法，并且更具體地涉及用于利用梯度放大器系統(tǒng)來驅(qū)動梯度線圈和磁共振成像設(shè)備的梯度放大器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體設(shè)備是被用作功率電子器件中的開關(guān)或整流器的半導(dǎo)體。隨著金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的發(fā)展，功率半導(dǎo)體更廣泛地用于功率設(shè)備，例如，開關(guān)模式電源、功率放大器、以及功率轉(zhuǎn)換器。對于功率設(shè)備而言，由功率半導(dǎo)體所耗散的功率是作為熱來耗散的，其引起功率半導(dǎo)體的溫度上升。當(dāng)功率半導(dǎo)體的接合點溫度達(dá)到預(yù)定的最大接合點溫度T_JMAX時，功率設(shè)備過熱而出現(xiàn)故障。所述接合點溫度是晶體管的屏蔽層溫度。在一些情景中，功率耗散在功率設(shè)備的功率半導(dǎo)體之中是不均勻分布的。為了防止故障，功率設(shè)備的最大功率容量必須是過度保守的，以考慮在功率半導(dǎo)體之中的功率耗散的不均勻分布。

這樣的功率設(shè)備的一個范例是在磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中的梯度功率放大器，其生成在X、Y和Z三個軸上的磁場，以便提供必要的空間分辨率，以用于接收由檢查目標(biāo)的氫質(zhì)子所發(fā)出的磁共振信號。已經(jīng)提出了針對梯度放大器的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以將指定的電流分布遞送至梯度線圈，例如具有以堆棧配置的多個全橋電路的級聯(lián)式全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，或者具有在其輸入部/輸出部處并聯(lián)連接的多個全橋電路的多個橋功率轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖1A圖示了常規(guī)的全橋電路110的示意圖。圖1B圖示了流動通過梯度線圈的示范性電流分布110。用在各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的梯度放大器中的全橋電路100的調(diào)制方案控制流動通過梯度線圈的電流分布110。出于簡潔的目的，在圖IA中僅示出了全橋電路100，以圖示全橋電路的調(diào)制方案與電流分布之間的關(guān)系。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，梯度放大器可以包括如上所述的多個全橋電路。

參考圖1A，全橋電路100包括高壓側(cè)功率半導(dǎo)體101和103，以及低壓側(cè)功率半導(dǎo)體105和107，例如，IGBT。所述高壓側(cè)功率半導(dǎo)體101和所述低壓側(cè)功率半導(dǎo)體105在節(jié)點A處串聯(lián)連接以形成第一橋臂(bridge leg)。類似地，所述高壓側(cè)功率半導(dǎo)體103和所述低壓側(cè)功率半導(dǎo)體107在節(jié)點B處串聯(lián)連接以形成第二橋臂。梯度線圈109被連接在節(jié)點A與B之間。在圖1B中圖示了流動通過梯度線圈109的電流分布110。如圖1B所示，電流分布110表示周期性波形。在周期時間的T1的持續(xù)時間期間，所述調(diào)制方案開啟高壓側(cè)功率半導(dǎo)體101和低壓側(cè)功率半導(dǎo)體107，并且關(guān)閉高壓側(cè)功率半導(dǎo)體103和低壓側(cè)功率半導(dǎo)體105。歸因于對全橋電路100的調(diào)制方案，電流分布110在T1的持續(xù)時間期間以電流水平I1流動通過高壓側(cè)功率半導(dǎo)體101、梯度線圈109和低壓側(cè)功率半導(dǎo)體107。在周期時間的T2的持續(xù)時間期間，所述調(diào)制方案關(guān)閉高壓側(cè)功率半導(dǎo)體101和低壓側(cè)功率半導(dǎo)體，并且開啟高壓側(cè)功率半導(dǎo)體103和低壓側(cè)功率半導(dǎo)體105。歸因于對全橋電路100的調(diào)制方案，電流分布110以電流水平I2流動通過高壓側(cè)功率半導(dǎo)體103、梯度線圈109和低壓側(cè)功率半導(dǎo)體105。這樣，跨功率半導(dǎo)體101到107中的每個功率半導(dǎo)體的功率耗散是由流動通過每個功率半導(dǎo)體的電流的電流水平和持續(xù)時間來確定的。更具體地，通過等式(1)給出了跨功率半導(dǎo)體101和107中的每個功率半導(dǎo)體的平均功率耗散：