諧振電源、磁共振成像系統及控制方法技術方案

本發明專利技術揭示一種諧振電源，其包括串聯諧振變換器以及變換器控制器。串聯諧振變換器運作時將輸入直流電壓轉換成輸出直流電壓。變換器控制器接收在串聯諧振變換器輸出端檢測到的直流電壓反饋信號。變換器控制器根據該直流電壓反饋信號和預設的電壓閾值信號產生作用到該串聯諧振變換器的控制信號，該串聯諧振變換器在該控制信號的作用下對輸出直流電壓作限制。本發明專利技術還揭示控制串聯諧振變換器運行的方法以及磁共振成像系統。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及諧振電源和開關型變換器，特別涉及一種對串聯諧振變換器的控制機制進行改進的系統以及相關的控制方法，還涉及基于該諧振電源的磁共振成像系統。
技術介紹
作為開關型變換器的一種，串聯諧振變換器已在諸如通信，醫療，焊接等工業場合取得一定程度的應用。通常，串聯諧振變換器在運作時，可以對從電源輸入的電能進行調節轉換，并將調節好的電能作用到負載，以供負載使用。該串聯諧振變換器一般包括多個配置成半橋型或者全橋型架構的開關器件，該等開關器件在開關信號的作用下被開通或者關斷，以執行能量調節變換。傳統上，作為控制方式的一種，串聯諧振變換器采用頻率控制機制來控制串聯諧振變換器的運行。也即，作用到開關器件的開關信號的頻率相對串聯諧振變換器中的振蕩電路而言可以調節，以在串聯諧振變換器的輸出端獲得期望的輸出電壓。然而，變動的開關信號頻率會給與串聯諧振變換器相關的磁性器件例如變壓器以及濾波器等器件的設計帶來困難。此外，當輸入能量發生波動或者輸出負載發生變化時，通過傳統的控制機制可能很難獲得理想的輸出電壓。因此，有必要提供一種系統和方法運用改進的控制機制或者算法來解決上述技術問題。
技術實現思路
有鑒于上述提及之技術問題，在一些實施方式中，本專利技術提供一種諧振電源。該諧振電源包括串聯諧振變換器以及變換器控制器。該串聯諧振變換器運作時將輸入直流電壓轉換成輸出直流電壓。該串聯諧振變換器包括開關級，諧振電感，諧振電容以及隔離變壓器。該變換器控制器連接于該串聯諧振變換器。該變換器控制器被配置成根據諧振電感處檢測到的諧振電感電流，諧振電容處檢測到的諧振電容電壓，以及與該隔離變壓器相關的電壓獲取實際軌跡半徑信號，其中，該實際軌跡半徑信號代表通過該串聯諧振變換器實際傳輸的能量。該變換器控制器還被配置成根據直流電壓指令信號和在串聯諧振變換器輸出處檢測到的直流電壓反饋信號產生軌跡半徑指令信號，其中，該直流電壓指令信號指示期望在串聯諧振變換器輸出處獲得的直流電壓，該軌跡半徑指令信號代表期望通過該串聯諧振變換器傳輸的能量。該變換器控制器進一步被配置根據該實際軌跡半徑信號和該軌跡半徑指令信號產生作用到該串聯諧振變換器的開關級的控制信號。在一些實施方式中，上述提供的諧振電源中，平均值計算單元被用來計算諧振電感電流平均值，諧振電容電壓平均值以及與該隔離變壓器相關的電壓平均值。軌跡半徑計算單元被用來根據諧振電感電流平均值，諧振電容電壓平均值以及與該隔離變壓器相關的電壓平均值計算該實際軌跡半徑信號的平均值。在一些實施方式中，上述提供的諧振電源中，低通濾波器被用來濾除諧振電感電流，諧振電容電壓以及與該隔離變壓器相關的電壓中的高頻信號，以進一步獲得該實際軌跡半徑信號的平均值。在一些實施方式中，上述提供的諧振電源中，隔離變壓器的初級側電壓被作為狀態變量之一來計算實際軌跡半徑信號的平均值。在一些實施方式中，上述提供的諧振電源中，隔離變壓器的次級側電壓或者串聯諧振變換器的輸出電壓被作為狀態變量之一來計算實際軌跡半徑信號的平均值。在一些實施方式中，上述提供的諧振電源中，變換器控制器被配置成產生固定頻率的控制信號，以用于將該控制信號作用到該串聯諧振變換器的開關級。在一些實施方式中，上述提供的諧振電源中，該變換器控制器在被配置成運行在電流斷續模式。在一些實施方式中，上述提供的諧振電源中，該變換器控制器結合電壓限制單元來檢測該串聯諧振變換器的輸出電壓，并在該檢測到的輸出電壓幅值超過預定的電壓閾值時，提供指令信號，以限制該串聯諧振變換器的輸出電壓。在一些實施方式中，上述提供的諧振電源中，該變換器控制器結合電流限制單元來檢測流過諧振電感的諧振電感電流，并在該檢測到的諧振電感電流的數值超過預定的電流閾值時，提供指令信號，以限制該諧振電感電流。在一些實施方式中，本專利技術還提供一種諧振電源，該諧振電源包括串聯諧振變換器以及變換器控制器，該串聯諧振變換器運作時將輸入直流電壓轉換成輸出直流電壓，該變換器控制器連接于該串聯諧振變換器。該變換器控制器被配置成接收在該串聯諧振變換器輸出端檢測到的直流電壓反饋信號，該變換器控制器還被配置成根據該直流電壓反饋信號和預設的電壓閾值信號產生作用到該串聯諧振變換器的控制信號，該串聯諧振變換器在該控制信號的作用下對該輸出直流電壓作限制。在一些實施方式中，本專利技術還提供一種諧振電源，該諧振電源包括串聯諧振變換器以及變換器控制器，該串聯諧振變換器運作時將輸入直流電壓轉換成輸出直流電壓，該變換器控制器連接于該串聯諧振變換器。該變換器控制器被配置成接收代表流過該串聯諧振變換器的諧振電流反饋信號，該變換器控制器還被配置成根據該諧振電流反饋信號和預設的電流閾值信號產生作用到該串聯諧振變換器的控制信號，該串聯諧振變換器在該控制信號的作用下將流過該串聯諧振變換器的諧振電流限制在該預設的電流閾值以下。在一些實施方式中，本專利技術還提供第一種變換器控制器，以用于控制串聯諧振變換器的運作，其中，該串聯諧振變換器包括開關級，諧振電感，諧振電容以及隔離變壓器。該變換器控制器被設置成根據諧振電感處檢測到的諧振電感電流，諧振電容處檢測到的諧振電容電壓，以及與該隔離變壓器相關的電壓獲取實際軌跡半徑信號，其中，該實際軌跡半徑信號代表通過該串聯諧振變換器實際傳輸的能量。該變換器控制器還被配置成根據直流電壓指令信號和在串聯諧振變換器輸出處檢測到的直流電壓反饋信號產生軌跡半徑指令信號，其中，該直流電壓指令信號指示期望在串聯諧振變換器輸出處獲得的直流電壓，該軌跡半徑指令信號代表期望通過該串聯諧振變換器傳輸的能量。該變換器控制器進一步被配置根據該實際軌跡半徑信號和該軌跡半徑指令信號產生作用到該串聯諧振變換器的開關級的控制信號。在一些實施方式中，本專利技術還提供第二種變換器控制器，其用于控制串聯諧振變換器的運行，其中，該串聯諧振變換器包括開關級，諧振電感，諧振電容以及隔離變壓器。該變換器控制器包括處理模塊，其通過檢測諧振電感，諧振電容以及隔離變壓器的相關狀態變量來控制通過串聯諧振變換器傳遞給負載的能量。該串聯諧振變換器結合電壓限制單元調節串聯諧振變換器的輸出電壓，以抑制輸出電壓在瞬態事件發生時所產生的電壓波動。在一些實施方式中，本專利技術還提供第三種變換器控制器，其用于控制串聯諧振變換器的運行，其中，該串聯諧振變換器包括開關級，諧振電感，諧振電容以及隔離變壓器。該變換器控制器包括處理模塊，其通過檢測諧振電感，諧振電容以及隔離變壓器的相關狀態變量來控制通過串聯諧振變換器傳遞給負載的能量。該串聯諧振變換器結合電流限制單元調節流過串聯諧振變換器中的振蕩電路的電流，以避免大電流問題。在一些實施方式中，本專利技術還提供一種控制串聯諧振變換器運行的方法，該串聯諧振變換器運作時將輸入直流電壓轉換成輸出直流電壓，該串聯諧振變換器包括開關級，諧振電感，諧振電容以及隔離變壓器。該方法至少包括如下步驟根據諧振電感處檢測到的諧振電感電流，諧振電容處檢測到的諧振電容電壓，以及與該隔離變壓器相關的電壓獲取實際軌跡半徑信號，該實際軌跡半徑信號代表通過該串聯諧振變換器實際傳輸的能量；根據直流電壓指令信號和在串聯諧振變換器輸出處檢測到的直流電壓反饋信號產生軌跡半徑指令信號，該直流電壓指令信號指示期望在串聯諧振變換器輸出處獲得的直流電壓，該軌跡半徑本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種諧振電源，其特征在于：該諧振電源包括：串聯諧振變換器以及變換器控制器，該串聯諧振變換器運作時將輸入直流電壓轉換成輸出直流電壓，該變換器控制器連接于該串聯諧振變換器，該變換器控制器被配置成接收在該串聯諧振變換器輸出端檢測到的直流電壓反饋信號，該變換器控制器還被配置成根據該直流電壓反饋信號和預設的電壓閾值信號產生作用到該串聯諧振變換器的控制信號，該串聯諧振變換器在該控制信號的作用下對該輸出直流電壓作限制。

【技術特征摘要】
1.一種諧振電源，其特征在于:該諧振電源包括:串聯諧振變換器以及變換器控制器，該串聯諧振變換器運作時將輸入直流電壓轉換成輸出直流電壓，該變換器控制器連接于該串聯諧振變換器，該變換器控制器被配置成接收在該串聯諧振變換器輸出端檢測到的直流電壓反饋信號，該變換器控制器還被配置成根據該直流電壓反饋信號和預設的電壓閾值信號產生作用到該串聯諧振變換器的控制信號，該串聯諧振變換器在該控制信號的作用下對該輸出直流電壓作限制。2.如權利要求1所述的諧振電源，其特征在于:該變換器控制器包括電壓限制模塊，該電壓限制模塊被配置成接收該直流電壓反饋信號，該電壓限制模塊還被配置成在該直流電壓反饋信號被判定成超過該預設的電壓閾值信號時提供指令信號，以用于修正該作用到該串聯諧振變換器的控制信號，該串聯諧振變換器根據該修正后的控制信號將該串聯諧振變換器的輸出直流電壓的幅值限制在該預設的電壓閾值之下。3.如權利要求2所述的諧振電源，其特征在于:該電壓限制模塊包括:電壓參考單元，第一求和元件以及限幅元件；該電壓參考單元被配置成用于產生該預設的電壓閾值信號；該第一求和元件被配置成接收該直流電壓反饋信號和該預設的電壓閾值信號，并產生代表該直流電壓反饋信號和該預設的電壓閾值信號之間差值的第一電壓偏差信號；該限幅元件被配置成將由該第一求和元件提供的第一電壓偏差信號限制在上限值和下限值以內。4.如權利要求3所述的諧振電源，其特征在于:該電壓限制模塊還包括:第二求和元件，該第二求和元件被配置成接收第二電壓偏差信號，該第二電壓偏差信號代表期望在該串聯諧振變換器輸出端獲得的直流電壓指令信號和該直流電壓反饋信號之間的差值，該第二求和元件還被配置成接收由 該限幅元件提供的限制的第一電壓偏差信號，該第二求和元件還被配置成產生代表該第二電壓偏差信號和該限制的第一電壓偏差信號之間差值的第二電壓偏差號。5.如權利要求3所述的諧振電源，其特征在于:該變換器控制器進一步包括電壓調節器，該電壓調節器被配置成接收該第三電壓偏差信號，并根據該第三電壓偏差信號產生軌跡半徑指令信號，該軌跡半徑指令信號代表期望通過該串聯諧振變換器傳輸的能量。6.如權利要求5所述的諧振電源，其特征在于:該串聯諧振變換器包括開關級，諧振電感，諧振電容以及隔離變壓器；該變換器控制器進一步包括處理模組，該處理模組被配置成根據諧振電感處檢測到的諧振電感電流，諧振電容處檢測到的諧振電容電壓，以及與該隔離變壓器相關的電壓產生實際軌跡半徑信號，該實際軌跡半徑信號代表通過該串聯諧振變換器實際傳輸的能量；該變換器控制器進一步被配置根據該實際軌跡半徑信號和該電壓調節器提供的軌跡半徑指令信號產生作用到該串聯諧振變換器的控制信號。7.如權利要求6所述的諧振電源，其特征在于:該變換器控制器包括平均值計算單元以及軌跡半徑計算單元，該平均值計算單元被配置成接收該諧振電感電流，該諧振電容電壓以及與該隔離變壓器相關的電壓，并被配置成計算諧振電感電流平均值，諧振電容電壓平均值以及與該隔離變壓器相關的電壓平均值；該軌跡半徑計算單元連接于該平均值計算單元，該軌跡半徑計算單元被配置成根據諧振電感電流平均值，諧振電容電壓平均值以及與該隔離變壓器相關的電壓平均值計算該實際軌跡半徑信號的平均值。8.如權利要求7所述的諧振電源，其特征在于:該與該隔離變壓器相關的電壓包括該隔離變壓器的初級側電壓，該軌跡半徑計算單元被配置成依據下面的公式計算該實際軌跡半徑信號的平均值=RADIUS2 = (Z0*ILr)2+ (V&+VpH)2，其中，Z0是該諧振電感和該諧振電容的特性阻抗，ILr是該諧振電感電流平均值，Vra是該諧振電容電壓平均值，Vph是該隔離變壓器的初級側電壓平均值，RADIUS是狀態軌跡的平均半徑。9.如權利要求7中所述的諧振電源，其特征在于:該與該隔離變壓器相關的電壓包括輸出電壓，該軌跡半徑計算單元被配置成依據下面的公式計算該實際軌跡半徑信號的平均值:10.一種諧振電源，其特征在于:該諧振電源包括:串聯諧振變換器以及變換器控制器，該串聯諧振變換器運作時將輸入直流電壓轉換成輸出直流電壓，該變換器控制器連接于該串聯諧振變換器，該變換器控制器被配置成接收代表流過該串聯諧振變換器的諧振電流反饋信號，該變換器控制器還被配置成根據該諧振電流反饋信號和預設的電流閾值信號產生作用到該串聯諧振變換器的控制信號，該串聯諧振變換器在該控制信號的作用下將...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸熙，馬濤，施貽蒙，朱鵬程，加倫莫里斯，胡安薩貝德，杰弗里斯勞尼克，韋斯利史格芬頓，瑪格利特韋扎，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：