梯度放大器系统及其控制方法

专利名称：梯度放大器系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及磁共振成像(MRI)系统，特别涉及一种用于MRI系统中的梯度放大器系统及其控制方法。
背景技术：
在仅仅几十年中，磁共振成像(MRI)扫描器的使用已经极大地增长。正在日益增加地使用MRI扫描，以帮助多发性硬化、脑肿瘤、韧带撕裂、肌腱炎、癌症、中风等的诊断。MRI是一种无创伤医疗检验技术，其在各种医疗状况的诊断和治疗中帮助医生。MRI扫描在身体的不同软组织之间提供的增强的对比度允许医生更好地评估身体的各个部分，并且确定某些疾病的存在，所述疾病可能无法利用诸如X射线、超声波、或计算断层照相法(CT)之类的其他单个成像方法来充分地估定。典型地，传统的MRI系统一般沿着经受MRI过程的主体的中心轴而建立均匀磁场(homogenous magnetic field)。此均勻磁场影响主体的陀螺磁性材料，以用于通过校准在形成身体组织的原子和分子中的核自旋来成像。例如，在医学应用中，沿着磁场的方向来对校准核自旋。如果对核自旋的定向进行扰动、使其与磁场不成一直线，则核尝试将它们的自旋与该场重新校准。核自旋的定向的扰动典型地是由被调谐到所关注材料的拉莫尔(Larmor)频率的射频(RF)脉冲的施加所导致的。在重新校准处理期间，核围绕它们的轴而产生进动(precess)，并且发射出可以通过放置在该主体上或周围的一个或多个RF检测器线圈所检测到的电磁信号。给定的正在进动的核所发射的磁共振(MR)信号的频率取决于磁场在该核的位置处的强度。可能使用通过梯度线圈所创建的编码(典型地，相位和频率编码)来对源自于该主体内不同位置的信号进行区分，所述梯度线圈在主磁场上施加梯度场。典型的MRI系统包括用于沿着X、Y、和Z轴来提供相应场的三个梯度线圈。梯度线圈的控制允许用于对该主体内的位置进行编码的轴的定向，并且允许用于成像的期望“切片(slice)”的选择。此外，这些梯度线圈典型地产生附加的磁场，所述附加磁场被叠加在主磁场上，以许可图像切片的定位，并且还提供相位编码和频率编码。此编码许可在图像重构期间标识共振信号的起源。图像品质和分辨率在相当程度上取决于可以如何控制所施加的场。为了实现更快的成像速率，典型地以几千赫兹(kHz)的频率来修改梯度场。一般地，根据预先建立的协议或序列(或称脉冲序列描述)来执行梯度线圈的控制，其许可在医学环境中对许多类型的组织进行成像并将所述组织与其他组织进行区分，或用于对在其他应用中所关注的各种特征进行成像。典型地，梯度线圈在高电流水平和高电压范围处进行操作。因此，期望提供一种梯度放大器，其被配置为向梯度线圈供应期望的电流和电压。在某些实施方式中，梯度放大器是功率放大器。梯度放大器的较早实现使用了用于提供高保真度的线性放大器。然而，在给定目前的功率电平需求的情况下，由于对于更高电压和电流的需要，所以使用这些放大器变得不切实际。当今的技术使用用于组合线性放大器与切换功率级的混合系统。这种系统使用并行的桥(bridge)或者堆栈的桥，以满足系统需求，并且典型地采用功率半导体器件。然而，在传统的梯度放大器系统中，所述桥中的每一个桥都具有不同的直流电(DC)链路电压和不同的电压命令，其导致每个桥应用不同的切换频率。由于每个桥利用不同的DC链路电压而操作在不同的切换频率处，所以在梯度放大器系统中存在相当大的功率损耗。而且，当期望的低电压跨越该梯度线圈时，功率损耗增加。另外，功率损耗跨越桥时不均衡地分布，并且每个桥上的负载也是不同的，这导致了在梯度放大器上产生很大的热应力。因此，期望开发出用于减少功率损耗的梯度放大器系统的设计。具体地，期望开发出一种梯度放大器系统中的控制器级和功率级的架构，其通过电路拓扑和控制机制来在减少的功率损耗和成本的情况下，提供高功率并且呈现高保真度。

发明内容
现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。本发明的一个方面在于提供了一种梯度放大器系统。该梯度放大器系统包括:功率级，包括多个桥式放大器，所述多个桥式放大器中的每一个以第一切换频率进行操作；梯度线圈，耦接到该功率级，并且被配置为产生与由该功率级供应的线圈电流信号成比例的磁场；及控制器级，耦接到该功率级的输入端，并且被配置为:基于该线圈电流信号和参考电流信号来生成脉冲宽度调制的选通信号，当出现在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率时，以第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号；以及将所生成的脉冲宽度调制的选通信号施加到该功率级，以用于将所述多个桥式放大器中的每一个的工作频率从该第一切换频率改变到该第二切换频率。本发明的另一个方面在于提供一种用于控制梯度放大器系统的方法。该方法包括:从功率级接收线圈电流信号，该功率级包括以第一切换频率进行操作的多个桥式放大器；接收参考电流信号，以用于控制跨越梯度线圈的磁场；基于该线圈电流信号和该参考电流信号来生成脉冲宽度调制的选通信号，当在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率时，以第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号；以及将该脉冲宽度调制的选通信号施加到该功率级，以用于将所述多个桥式放大器中的每一个的工作频率从该第一切换频率改变到该第二切换频率。本发明的再一个方面在于提供一种用于控制梯度放大器系统的控制器级。该控制器级包括:命令发生器，被配置为基于线圈电流信号和参考电流信号来生成电压命令信号；分析器，被配置为确定在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率；以及脉冲宽度调制器，耦接到该命令发生器和该分析器，被配置为基于与该参考电流信号相关联的转换速率来调制该电压命令信号。本发明的又一个方面在于提供一种用于磁共振成像的系统。该系统包括:扫描器控制电路，被配置为获取图像数据；和系统控制电路，在操作上与该扫描器控制电路相关联，并且被配置为处理所获取的图像数据。该扫描器控制电路包括:梯度线圈，被配置为产生用于定位该图像数据的磁场；梯度放大器系统，耦接到该梯度线圈，并且被配置为向该梯度线圈供应线圈电流信号。该梯度放大器系统包括:功率级，包括多个桥式放大器，所述多个桥式放大器中的每一个以第一切换频率进行操作；控制器级，耦接到该功率级的输入端，并且被配置为:基于该线圈电流信号和参考电流信号来生成脉冲宽度调制的选通信号，当在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率时，以第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号；及将所生成的脉冲宽度调制的选通信号施加到该功率级，以用于将所述多个桥式放大器中的每一个的工作频率从该第一切换频率改变到该第二切换频率。相较于现有技术，本发明用于MRI系统中的梯度放大器系统及其控制方法通过感测与该参考电流信号相关联的转换速率，并当在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率时，以第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号，从而可有效减少系统中的功率损耗和热应力。


当参考附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面以及优点将变得更好理解，其中，贯穿附图始终，同样的字符代表同样的部分，其中:图1是本发明梯度放大器系统的较佳实施方式的示意图。图2是图1的梯度放大器系统中的控制器级和功率级的较佳实施方式的示意图。图3是图2的控制器级的较佳实施方式的框图。图4是图2的功率级的较佳实施方式的示意图。图5是图4的功率级的输出电压的波形图。图6是在不同切换频率和变化的参考电流信号下图4的功率级的输出电压的波形图。图7是本发明用于控制梯度放大器系统的方法的较佳实施方式的流程图。图8是一个参考电流信号的波形图。图9是另一个参考电流信号的波形图。图10是另一个参考电流信号的波形图。图11是另一个参考电流信号的波形图。图12是另一个参考电流信号的波形图。图13是本发明耦接到梯度线圈的滤波器单元的较佳实施方式的示意图。图14是应用了图1的梯度放大器系统的磁共振成像(MRI)系统的较佳实施方式的框图。
具体实施例方式以下将描述本发明的具体实施方式
，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。请参考图1，为本发明用于MRI系统中的梯度放大器系统100的较佳实施方式的示意图。本实施方式中，该梯度放大器系统100包括控制器级102、功率级104及梯度线圈(gradient coil) 112，后续将更加详细地描述每个组件的功能。在本文中，术语“功率级”用于指代一种功率放大器，该功率放大器用于生成电流，例如生成具有大约从O安培到大约500安培的范围中的值的电流、和具有从大约O伏特到大约2000伏特的范围中的值的电压，以驱动梯度线圈112位于期望的范围。在一个实施方式中，该功率级104可以生成具有比500安培更大的值的电流、和具有比2000伏特更大的值的电压。相似地，术语“控制器级”用于指代一种控制器或处理器，其被配置为控制或调节向梯度线圈112提供的电压信号的幅度电平(amplitude level)和频率。MRI系统典型地包括一个或多个梯度线圈，诸如梯度线圈112，其中每个梯度线圈112由对应的功率级104来驱动。梯度线圈112典型地用于通过以诸如几千赫兹以上的频率创建梯度场来变更MRI系统的主磁场，以促进快速成像。在一个实施方式中，梯度线圈112中的典型电感等级可以处于从大约几百微亨(μΗ)到大约I毫亨(mH)的范围中。此夕卜，在一个实施方式中，梯度线圈112中的典型电压等级可以处于从大约1000伏特到大约2000伏特的范围中，而梯度线圈112中的电流等级可以处于从大约O安培到大约500安培的范围中。尽管在下文中描述的实施方式应用在MRI系统中，但是也可以将本技术应用在其他系统中，所述其他系统可在高保真度(high fidelity)状态下使用高电压和高电流。在图1的实施方式中，该梯度线圈112耦接到功率级104的输出端。另外，将梯度线圈112配置为产生与从功率级104接收到的线圈电流信号成比例的磁场。如在这里所使用的，术语“线圈电流信号”用于指代在滤波器单元130的输出处获得的电流。在一个实施方式中，可以将滤波器单元130布置在功率级104与梯度线圈112之间。具体地，在一个实施方式中，可以将滤波器单元130耦接到功率级104的输出端，以使得与功率级104所供应的线圈电流信号114相关联的纹波电流(ripple current)最小化。在使得纹波电流最小化时，滤波器单元130向梯度线圈112提供滤波后的线圈电流信号114。后续将参考图13来更加详细地描述滤波器单元130对线圈电流信号114进行滤波的技术。此外，功率级104包括多个桥式放大器(bridge amplifier)。具体地，该功率级104包括第一桥式放大器(HVl) 106、第二桥式放大器(HV2) 108及第三桥式放大器(HV3) 110，它们串联地彼此耦接。尽管图示仅给出三个桥式放大器106、108、110来描述功率级104的目前实施方式，但是该功率级104还可以包括其他数目的桥式放大器。而且，在一个实施方式中，每个桥式放大器可以是具有如图4所描绘的左臂(left leg)和右臂(right leg)的全桥式放大器。另外，每个桥式放大器可以包括直流电(DC)电压源和晶体管模块(未示出)，并且后续将参考图4来更加详细地进行描述。此外，功率级104可以包括热传感器132。可以采用热传感器132来确定功率级104的热值(thermal value)。热值可以表示出功率级104中的温度或热量。可以向控制器级102提供所预设的功率级104的热值。在一个实施方式中，可以替换地将热传感器132布置在控制器级102中，并且将它配置为确定功率级104的热值。此外，在图1的所描绘实施方式中的功率级104的输入端被耦接到控制器级102的输出端。控制器级102通过向功率级104传输必要的控制信号来控制功率级104的操作。具体地，控制器级102向功率级104传送脉冲宽度调制的选通信号116、118、120，以用于控制桥式放大器106、108、110中每一个的工作频率。如在这里所使用的，术语“工作频率”用于指代被采用来切换桥式放大器的通(ON)与断(OFF)状态的频率。在一个实施方式中，可以使用单一的切换工作频率。通过适当地切换桥式放大器106、108、110的通断状态，在功率级104的输出处可获得各种组合的电压。根据一个实施方式，在某些条件(诸如、热、转换速率、和/或幅值的改变)下，控制器级102可以改变脉冲宽度调制的频率，以便调节系统性能。在图1所图示的实施方式中，控制器级102作为输入来接收参考电流信号124和线圈电流信号114。具体地，参考电流信号124可以从诸如主计算机(在图1中未示出)之类的外部源接收。采用参考电流信号124，以生成脉冲宽度调制的选通信号。其后，所生成的脉冲宽度调制的选通信号用于控制跨越梯度线圈112的梯度磁场。具体地，在一个实施方式中，基于与参考电流信号124相关联的转换速率(slew rate)和幅度电平(amplitudelevel)来控制梯度磁场。术语“转换速率”用于指代相对于时间来变更参考电流信号124的幅度的速率。在一个实施方式中，基于功率级104的热值来控制梯度磁场。另外，将线圈电流信号114提供为从功率级104的输出端到控制器级102的反馈信号，以促进梯度放大器系统100的稳定操作。具体地，采用反馈信号(线圈电流信号)114来使得向梯度线圈112传递的功率稳定化。为此，在一个实施方式中，将电流传感器122布置在用于将滤波器单元130的输出端连接到梯度线圈112的节点处。电流传感器122感测线圈电流信号114，并且将所感测的线圈电流信号114传输到控制器级102，作为反馈信号。图2是图1的梯度放大器系统100的一个较佳实施方式200的示意图。具体地，该梯度放大器系统200包括控制器级202和功率级(诸如图1的功率级104)。在一个实施方式中，控制器级202包括比较器222，该比较器222耦接到比例积分(PD控制单元224的输入端。比较器222通过比较反馈线圈电流信号114与参考电流信号124来得到误差电流信号246。误差电流信号246可以指示出线圈电流信号114与参考电流信号124之间的偏差。期望减少线圈电流信号114的偏差，以维持梯度放大器系统200的稳定性或稳定操作。该生成的误差电流信号将提供到PI控制单元224的输入端。此外，PI控制单元224生成与误差电流信号246对应的PI电压236。另外，PI控制单元224还可以帮助逐渐地使误差电流信号246最小化，由此增强系统200的瞬态响应。该控制器级202还包括第一前馈子系统226。第一前馈子系统226确定跨越梯度线圈112的电感压降(inductance voltage drop)238。控制器级202还包括第二前馈子系统228。第二前馈子系统228确定跨越梯度线圈112的电阻压降(resistive voltagedrop) 240。在一个实施方式中，可以将第一前馈子系统226和第二前馈子系统228的组合表示为线圈模型单元。可以将此线圈模型单元应用在控制器级202中，以确定跨越梯度线圈112的电感和电阻压降238,240ο另外，在一个实施方式中，控制器级202包括求和单元230，该求和单元230对在输入端处接收到的PI电压236、电感电压238及电阻电压240进行求和，并且在求和单元230的输出端处提供电压命令信号Vemd 242。此外，向划分单元232提供电压命令信号Vemd242，该划分单元232基于在功率级104中桥式放大器的数目来对电压命令信号Vemd 242进行划分。例如，如果功率级104包括诸如桥式放大器106、108、110之类的三个桥式放大器，则将电压命令信号Vemd 242划分为三个相等的部分。相应地，向功率级104中的桥式放大器106、108、110中的每一个施加电压命令信号Vemd 242的三分之一。此外，在一个实施方式中，根据脉冲宽度调制方案来对所划分的电压命令信号Vaild242的一个单位进行调制，以生成脉冲宽度调制的选通信号248。以基于参考电流信号124的转换速率和/或幅度电平、以及功率级104的热值的频率，来生成脉冲宽度调制的选通信号248。具体地，在一个实施方式中，如果参考电流信号124的转换速率高于所预设的阈值速率，则以第一切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号248。在一些实施方式中，参考电流信号124的转换速率可以降低为低于所预设的阈值速率，但是参考电流信号124的幅度电平可以继续地低于所预设的电平。在一些实施方式中，即使参考电流信号124的转换速率低于所预设的阈值速率，也以第一切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号248。按照相似的方式，如果与参考电流信号124相关联的转换速率低于所预设的阈值速率，则可以以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号248。具体地，如果参考电流信号124的转换速率在至少第一时间段中低于所预设的阈值速率，则以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号248。在一个实施方式中，如果功率级104的热值高于所预设的热值，则也可以以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号248。在一些实施方式中，参考信号124的转换速率可以高于阈值速率，但是功率级104的热值也可以高于阈值热值。在这些实施方式中，以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号248，以防止功率级104的过热。在另一实施方式中，如果参考信号124的转换速率在至少第一时间段中低于阈值速率、并且参考电流信号124的幅度电平高于所预设的电平，则可以以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号248。将第二切换频率维持在比第一切换频率小的某一值处，以减少系统200中的功率损耗和热应力。根据一个实施方式，可以采用具有预先编程的指令/代码的控制逻辑模块(在图2中未示出)，以根据脉冲宽度调制方案来生成脉冲宽度调制的选通信号248。继续参考图2，所生成的脉冲宽度调制的选通信号248经由它们对应的路径216、218,220而被单独地施加到每个桥式放大器。采用脉冲宽度调制的选通信号248，以控制桥式放大器106、108、110中每一个的工作频率。由于将实际上相似(或相同)的脉冲宽度调制的选通信号248施加到每个桥式放大器,所以桥式放大器106、108、110中的每一个都在任何时刻处以实际上相似的频率操作。作为示例，初始地如果桥式放大器106、108、110以较高的第一切换频率操作、并且将具有较低第二切换频率的脉冲宽度调制的选通信号施加到功率级104，则桥式放大器106、108、110中每一个的工作频率从较高的第一切换频率改变到较低的第二切换频率。切换频率的这个改变帮助显著地减少系统200中的传导损耗(conduction loss)和切换损耗(switching loss)。除了以实际上相似的切换频率操作桥式放大器之外，还将耦接到桥式放大器的DC电压源(参见图4)配置为向对应的桥式放大器供应实际上相似的DC电压。实际上相似电压提供到桥式放大器的这种供应可使功率损耗在系统200中实现均衡分布。此外，由于采用了实际上相似的桥式放大器和DC电压源，所以减少了设计和制造约束。结果，还显著地减少了设计和制造系统200的成本。再次参考图1，将滤波器单元130耦接到功率级104的输出端，以使得与由功率级104供应的线圈电流信号114相关联的纹波电流最小化。在使纹波电流最小化时，滤波器单元130向梯度线圈112提供滤波后的线圈电流信号。现在参考图3，为图2的控制器级202的一个实施方式300的框图。该控制器级300包括命令发生器304、分析器306及脉冲宽度调制器308。在一个实施方式中，命令发生器304可以包括诸如图2的比较器单元222、PI控制单元224、第一前馈子系统226、第二前馈子系统228及求和单元230之类的子单元的组合。在图3的实施方式中，该命令发生器304在输入端处接收线圈电流信号310和参考电流信号312。此外，命令发生器304在输出端处生成电压命令信号314。具体地，命令发生器304基于所接收到的线圈电流信号310和参考电流信号312来生成电压命令信号314。根据另一实施方式，命令发生器304可以包括处理器(在图3中未示出)，该处理器存储用于帮助基于线圈电流信号310和参考电流信号312来生成电压命令信号314的指令。而且，可以向脉冲宽度调制器308供应所生成的电压命令信号314。将脉冲宽度调制器308配置为根据所预设的脉冲宽度调制方案来调制电压命令信号314。该分析器306接收参考电流信号312，并且确定与参考电流信号312相关联的转换速率和幅度电平。根据另一实施方式，分析器306可以包括处理器(在图3中未示出)，该处理器存储用于帮助确定与参考电流信号312相关联的转换速率和幅度电平信息316的指令。此外，在某些实施方式中，可以与电压命令信号314的生成同时地确定参考电流信号312的转换速率和幅度电平信息316。替换地，还可以在电压命令信号314的生成之前或之后确定参考电流信号312的转换速率和幅度电平信息316。同样，向脉冲宽度调制器308传输这个转换速率和幅度电平信息316。另外，还将电压命令信号314提供为到脉冲宽度调制器308的输入。此外，脉冲宽度调制器308生成脉冲宽度调制的选通信号318。具体地，将脉冲宽度调制器308配置为在基于参考电流信号312的转换速率和幅度电平信息316的频率处生成脉冲宽度调制的选通信号318。具体地，如果参考电流信号312的转换速率高于所预设的阈值速率，则可以以第一切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号318。另外，如果参考信号的转换速率低于阈值速率、并且参考电流信号312的幅度电平低于所预设的电平，则也可以以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号318。在一个实施方式中，如果与参考信号312相关联的转换速率高于所预设的阈值速率、并且与功率级104相关联的热值低于阈值热值，则可以以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号318。在另一实施方式中，如果脉冲宽度调制器308确定出与参考电流信号312相关联的转换速率在第二时间段内上升为高于所预设的阈值速率，则可以以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号318。第二时间段可以处于从大约O到200 μ s的范围中。替换地，如果参考电流信号312的转换速率在至少第一时间段中低于阈值速率，则可以以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号318。具体地，如果参考电流信号312的转换速率在至少第一时间段中低于所预设的阈值速率，则以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号318。在一个实施方式中，如果功率级104的热值高于所预设的热值，则可以以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号318。在一些实施方式中，参考信号312的转换速率可以高于阈值速率，但是功率级104的热值也可以高于阈值热值。在这些实施方式中，以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号318，以防止功率级104的过热。在另一实施方式中，如果参考电流信号312的转换速率在至少第一时间段中低于阈值速率、并且参考电流信号312的幅度电平高于所预设的电平，则可以以第二切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号318。在某些实施方式中，第二切换频率小于第一切换频率，从而减少梯度放大器系统200 (参见图2)中的功率损耗和热应力。例如，当期望低电压跨越诸如梯度线圈112(参见图2)之类的梯度线圈时，将诸如桥式放大器106、108、110(参见图2)之类的每个桥式放大器的工作频率从较高的第一切换频率改变到较低的第二切换频率。每个桥式放大器的工作频率上的这个改变促进了在梯度放大器系统200中切换损耗和传导损耗上的显著减少。参考图4，为诸如功率级104 (参见图1)之类的功率级440的一个实施方式400的示意图。该功率级440被配置为驱动诸如梯度线圈112 (参见图1)之类的梯度线圈408。在图4的实施方式中，该功率级440包括串联地耦接的三个桥式放大器402、404、406。在一个实施方式中，这些桥式放大器402、404、406可以表不图1的桥式放大器106、108、110。还将桥式放大器402、404、406与梯度线圈408串联地耦接。而且，在一个实施方式中，桥式放大器402、404、406具有实际上相似的拓扑。第一 DC电压源410跨越第一桥式放大器402而耦接，第二 DC电压源412跨越第二桥式放大器404而耦接，并且第三DC电压源414跨越第三桥式放大器406而耦接。将DC电压源410、412、414中的每一个配置为跨越对应的桥式放大器而供应实际上相似的DC电压。作为示例，如果期望供应大约800伏特的DC电压，则DC电压源410、412、414中的每一个向对应的桥式放大器供应大约800伏特的DC电压。在一个实施方式中，该第一桥式放大器402包括晶体管模块416、418、420、422。这些晶体管模块可以是任何合适类型的固态切换装置，诸如绝缘栅双极型结型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等。具体地，将晶体管模块416和418彼此连接，以形成第一桥式放大器402的第一臂或左臂。相似地，将晶体管模块420和422彼此连接，以形成桥式放大器402的第二臂或右臂。并行地连接第一桥式放大器402的第一和第二臂。可以将所述臂中的任一个配置为输入端，而可以将另一臂配置为第一桥式放大器402的输出端。同样，任何两个晶体管模块的汇合点可以是输入或输出端。按照相似的方式，第二桥式放大器404包括具有晶体管模块424和426的第一臂或左臂、以及具有晶体管模块428和430的第二臂或右臂。此外，第三桥式放大器406包括具有晶体管模块432和434的第一臂或左臂、以及具有晶体管模块436和438的第二臂或右臂。此外，将桥式放大器402、404、406中每一个中的晶体管模块配置为基于如图2所描绘的由控制器级提供的脉冲宽度调制的选通信号来切换为通(导通)或断(截止)。作为示例，在第一桥式放大器402中，在时间段Tx(参见图5)期间，将脉冲宽度调制的选通信号施加到晶体管模块416、418、420、422的基极端。具体地，在时间段Tx的一部分期间，将脉冲宽度调制(PWM)的选通信号(诸如，图5的PWM选通信号504)施加到晶体管模块416、418，其中将晶体管模块416转变到通状态，而将晶体管模块418转变到断状态。相似地，在时间段Tx的另一部分期间，将脉冲宽度调制的选通信号(诸如，图5的PWM选通信号506)施加到晶体管模块420、422，其中将晶体管模块420转变到通状态，而将晶体管模块422转变到断状态。由于在相应的时间段/占空比期间、第一桥式放大器402的晶体管模块切换通和断，所以第一桥式放大器402的诸如电压508(参见图5)之类的输出电压是调制后的输出电压信号。另外，由于每个桥式放大器包括至少两个臂、并且每个臂在相应时间段/占空比期间正在导通，所以在每个桥式放大器处调制后的输出电压信号的频率是所施加的脉冲宽度调制的选通信号的频率的至少两倍。结果，在功率级440的输出处的总输出电压信号的频率是脉冲宽度调制的选通信号的频率与在功率级440中桥式放大器的数目的至少两倍的乘积。作为示例，在图4所描绘的实施方式中，功率级440包括三个桥式放大器。相应地，在功率级440的输出处的总输出电压信号的频率是脉冲宽度调制的选通信号的频率与桥式放大器的数目的两倍(其在本示例中是六)的乘积。为了易于理解，在图5和6中图形化地表示了输出电压信号的频率。而且，由于串联地连接桥式放大器402、404、406，所以功率级440的总输出电压是由DC电压源410、412、414中每一个所供应的DC电压之和。作为示例，如果期望每个DC电压源向相应的桥式放大器供应大约800伏特的DC电压，则功率级440的总输出电压可以跨越功率级440而从大约-2400伏特到大约+2400伏特。由于将所有的桥式放大器402、404、406都配置为使用在实际上相似的DC电压处操作的、实际上相似的晶体管模块，所以可以在没有损害系统100的性能的情况下显著地减少梯度放大器系统100 (参见图1)的设计和制造成本。请参考图5，图示了诸如功率级440 (参见图4)之类的功率级的输出电压500的波形图。具体地，图5图形化地图示了载波信号与跨越图4的三个桥式放大器402 (HVl)、404(HV2)、406(HV3)的输出电压之间的关系。曲线502表示了在用于生成脉冲宽度调制的选通信号的脉冲宽度调制方案中采用的载波波形/信号。此外，曲线504表示了向第一桥式放大器402的左臂施加的脉冲宽度调制的选通信号。相似地，曲线506表不了向第一桥式放大器402的右臂施加的脉冲宽度调制的选通信号。而且，曲线508指示出第一桥式放大器402的输出电压。第一桥式放大器402的输出电压是调制后的输出电压，如曲线508所描绘的。具体地，将脉冲宽度调制的选通信号施加到第一桥式放大器402的左臂和右臂，从而在第一桥式放大器402的输出端处获得调制后的输出电压508。按照相似的方式，曲线510和518分别表不了与第二桥式放大器404 (HV2)和第三桥式放大器406 (HV3)对应的载波波形/信号。此外，曲线512和520分别表不了向第二桥式放大器404和第三桥式放大器406的左臂施加的脉冲宽度调制的选通信号。曲线514和522分别表示了向第二桥式放大器404和第三桥式放大器406的右臂施加的脉冲宽度调制的选通信号。而且，曲线516和524分别表示了跨越第二桥式放大器404和第三桥式放大器406的输出电压。另外，由于串联地连接桥式放大器402、404、406，所以通过对通过曲线508、516、524所表不的、跨越桥式放大器402、404、406中每一个的单个输出电压进行相加来获得通过曲线526表示的、功率级440 (参见图4)的总输出电压。按照功率级中的仅仅一个桥式放大器在给定时刻处生成输出电压的这种方式来向桥式放大器402、404、406施加脉冲宽度调制的选通信号。通过在诸如控制器级202 (参见图2)之类的控制器级中实现的控制逻辑来控制脉冲宽度调制的选通信号到每个桥式放大器的时间控制。 另外，如先前参考图4所注意到的，每个桥式放大器包括至少两个臂。此外，在时间段Tx中，桥式放大器中的每个臂基于对应的脉冲宽度调制的选通信号来导通。由于每个桥式放大器中的全部两个臂都在时间段Tx中导通，所以每个桥式放大器的输出处的频率是脉冲宽度调制的选通信号的频率的两倍。因而，在功率级的输出处的总输出电压的频率是脉冲宽度调制的选通信号的频率的倍数，并且是在功率级中包括的桥式放大器402、404、406的数目的至少两倍，如曲线526所描绘的。作为示例，如果脉冲宽度调制的频率是f_、并且在功率级中采用三个桥式放大器，则可以将总输出电压信号的频率ftotal表示为:ftotal = 6*fpwm(I)图6是在不同切换频率和变化的参考电流信号处的诸如功率级440 (参见图4)之类的功率级的输出电压600的波形图。曲线602、612、622表示了具有不同时间延迟的载波波形/信号。此外，曲线606表不了向第一桥式放大器402的左臂施加的脉冲宽度调制的选通信号(参见图4),而曲线608表不了向第一桥式放大器402的右臂施加的脉冲宽度调制的选通信号。在不同的时间段处向第一桥式放大器402的每个臂施加脉冲宽度调制的选通信号，使得只有当两个脉冲宽度调制的选通信号606、608之一处于高状态或通状态中时，才获得跨越第一桥式放大器402的输出电压。一般通过曲线610来表不跨越第一桥式放大器402的输出电压。此外，曲线614和624分别表不了向第二桥式放大器404和第三桥式放大器406的左臂施加的脉冲宽度调制的选通信号。同样，曲线616和626分别表不了向第二桥式放大器404和第三桥式放大器406的右臂施加的脉冲宽度调制的选通信号。此外，曲线620和630分别表示了跨越第二 桥式放大器404和第三桥式放大器406的输出电压。如先前参考图5所示意的，由于串联地连接所述桥式放大器，所以通过对跨越桥式放大器402、404、和406中每一个的单个输出电压610、620、630进行相加来获得功率级的总输出电压632。继续参考图6，在时间段1；638期间，参考电流信号634的幅度电平低于所预设的电平636，并且转换速率也低于所预设的阈值速率。因而，在时间段Ta期间，桥式放大器402,404,406中的每一个可以以第一切换频率操作。在一个实施方式中，与参考电流信号634的幅度电平无关地，如果参考电流信号634的转换速率高于所预设的阈值速率，则桥式放大器402、404、406中的每一个也可以以第一切换频率操作。同样，如图6所描绘的，在时间段Tb 640期间，参考电流信号634到达平顶部分。可以注意到，对于参考电流信号634的此平顶部分的持续时间，参考电流信号634的转换速率低于所预设的阈值速率，并且参考电流信号634的幅度电平高于或等于所预设的电平636。因而，在此时间段Tb 640期间，脉冲宽度调制的选通信号将桥式放大器402、404、406中每一个的工作频率从第一切换频率切换到第二切换频率f2。每个桥式放大器的工作频率从第一切换频率到第二切换频率f2的这个改变实际上减少了诸如梯度放大器系统100(参见图1)之类的梯度放大器系统中的功率损耗。具体地，在时间段Tb 640期间减少了功率损耗，这是由于跨越梯度线圈而需要低电压，以产生期望的磁场。现在参考图7，为用于控制诸如图1的梯度放大器系统100之类的梯度放大器系统的方法的较佳实施方式700的流程图。为了易于理解本技术，参考图3的组件来描绘该方法。该方法开始于步骤702，其中梯度放大器系统接收诸如线圈电流信号310 (参见图3)之类的线圈电流信号和诸如参考电流信号312(参见图3)之类的参考电流信号。具体地，控制器级300中的命令发生器304 (参见图3)接收参考电流信号312和线圈电流信号310。从用于将功率级的输出端连接到梯度线圈的节点(参见图2)接收线圈电流信号310，作为反馈电流信号。此外，如先前所提到的，参考电流信号312可以从外部源接收，并且被采用来控制跨越梯度线圈312的磁场(参见图2)。随后，在步骤704中，命令发生器304基于所接收到的线圈电流信号310和参考电流信号312来生成电压命令信号314。此外，在步骤706中，控制器级300中的分析器306接收参考电流信号312，并且确定与该参考电流信号312相关联的转换速率和幅度电平。参考电流信号312的转换速率和幅度电平可以取决于跨越梯度线圈112所期望的电压或磁场而随机地改变。同样，如先前所提到到的，参考电流信号312的转换速率和幅度电平可以与脉冲宽度调制的选通信号的生成同时地确定。替换地，还可以在电压命令信号314的生成之前或之后确定参考电流信号312的转换速率和幅度电平。同样，在步骤708中，脉冲宽度调制器308验证转换速率是否低于所预设的阈值速率。具体地，在步骤708中，如果确定出参考电流信号312的转换速率在至少第一时间段中低于所预设的阈值速率，则进行进一步的查验，以验证参考电流信号312的幅度电平是否大于所预设的电平。在步骤710中，如果确定出参考电流信号312的幅度电平大于所预设的电平，则生成在第二切换频率处的脉冲宽度调制的选通信号318，如步骤712所描绘的。在一个实施方式中，在步骤712中，即使参考信号的转换速率高于阈值速率、并且参考信号的幅度电平高于或低于所预设的电平，如果功率级104的热值高于阈值热值，则也可以以第二频率生成脉冲宽度调制的信号318。然而，在步骤710中，如果确定出参考电流信号312的幅度电平小于所预设的电平，则生成在第一切换频率处的脉冲宽度调制的选通信号，如步骤714所指示的。返回参考步骤708，如果确定出参考电流信号312的转换速率大于所预设的阈值速率，则以第一切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号，如步骤714所描绘的。在一个实施方式中，在步骤714处，如果与参考信号312相关联的转换速率高于所预设的阈值速率、并且热值低于阈值热值，则也可以在第一频率处生成脉冲宽度调制的信号318。在另一实施方式中，在步骤708中，如果确定出与参考电流信号相关联的转换速率在第二时间段内上升为高于所预设的阈值速率，则以第一切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号318，如步骤714所描绘的。随着脉冲宽度调制的选通信号在第一切换频率(步骤714)处或第二切换频率(步骤712)处的生成而发生的，控制器级300将脉冲宽度调制的选通信号施加到桥式放大器中的每一个，如步骤716中所描绘的。同样，在某些实施方式中，可以将控制器级300中的脉冲宽度调制器308配置为执行步骤708-716。基于参考电流信号312的转换速率和幅度电平、以及功率级104的热值，所施加的脉冲宽度调制的选通信号可以改变每个桥式放大器的工作频率。通过根据参考电流信号312的转换速率和幅度电平、以及功率级104的热值来改变工作频率，可以充分地减少梯度放大器系统中的功率损耗和热应力。图8是为诸如参考电流信号312(参见图3)之类的参考电流信号800的波形图，该参考电流信号被采用来生成诸如脉冲宽度调制的信号318 (参见图3)之类的脉冲宽度调制的信号。为了易于理解本技术，参考图3的组件来描述图8。曲线802表示了向分析器306 (参见图3)施加的参考电流信号。在曲线802中的参考电流信号示出了在时间段Tb期间的平底部分804和平顶部分806，其中参考电流信号的转换速率低于所预设的阈值速率。相似地，参考电流信号802示出了在时间段Ta期间的上升部分808和下降部分810，其中参考电流信号312的转换速率高于所预设的阈值速率。根据示范的实施方式，该分析器306确定由曲线802描绘的参考电流信号312的转换速率信息。此外，向脉冲宽度调制器308 (参见图3)发送所预设的转换速率信息。如果参考电流信号802的转换速率高于所预设的阈值速率，则脉冲宽度调制器308以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。例如，在时间段Ta期间，参考电流信号802的转换速率高于所预设的阈值速率，并因而，以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。按照相似的方式，如果参考电流信号802的转换速率低于该阈值速率，则脉冲宽度调制器308以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号。例如，在时间段Tb期间，参考电流信号的转换速率低于该阈值速率，并因而以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号。因而，在示范的实施方式中，仅仅基于参考电流信号的转换速率信息来选择脉冲宽度调制的信号的频率。参考图9，为诸如参考电流信号312 (参见图3)之类的参考电流信号900的波形图，该参考电流信号被采用来生成诸如脉冲宽度调制的信号318(参见图3)之类的脉冲宽度调制的信号。为了易于理解本技术，参考图3的组件来描述图9。曲线902表示了向分析器306(参见图3)施加的参考电流信号。在曲线902中，参考电流信号示出了平底部分904和平顶部分906，其中转换速率低于所预设的阈值速率。相似地，参考电流信号示出了上升部分908和下降部分910，其中参考电流信号的转换速率高于阈值速率。另外，虚线912表示阈值幅度电平或所预设的电平。此虚线912可以用于确定参考电流信号的幅度电平或幅度电平高于还是低于所预设的电平。在一个实施方式中，阈值电平可以是系统配置的阈值。根据示范的实施方式，分析器306确定由曲线902描绘的参考电流信号312的转换速率和幅度电平信息。此外，向脉冲宽度调制器308 (参见图3)传递所预设的转换速率和幅度电平信息。脉冲宽度调制器308以基于参考电流信号的转换速率和幅度电平信息的频率来生成脉冲宽度调制的信号。具体地，如果参考电流信号的转换速率高于阈值速率，则以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。可以注意到，如果参考电流信号的转换速率高于阈值速率，则忽略幅度电平信息。例如，在参考电流信号的上升部分908和下降部分910中，转换速率高于该阈值速率，并因而，以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。另外，如果参考电流信号的转换速率低于阈值速率、并且参考电流信号的幅度电平低于所预设的电平912，则也可以以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。例如，在参考电流信号的平底部分904中，转换速率低于阈值速率。另外，在这些平底部分904中参考电流信号的幅度电平也低于所预设的电平912。因而，以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。相应地，在时间段Ta期间，以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。此外，如果参考电流信号的转换速率低于阈值速率、并且参考电流信号的幅度电平高于所预设的电平912，则以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号。例如，在时间段Tb期间，参考电流信号的转换速率低于阈值速率。同样，在此时间段Tb期间，参考电流信号的幅度电平或幅度电平高于所预设的电平912，并因而，以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号。参考图10，为诸如参考电流信号312 (参见图3)之类的参考电流信号1000的波形图，该参考电流信号被采用来生成诸如脉冲宽度调制的信号318 (参见图3)之类的脉冲宽度调制的信号。曲线1002与图9的曲线902实际上是相似的，并且所预设的电平1012与图9的所预设的电平912实际上是相似的。在一个实施方式中，只有参考电流信号的转换速率在至少第一时间段AT1中低于阈值速率、并且参考电流信号的幅度电平高于所预设的电平1012，才以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号。例如，在平顶部分1014中的第一时间段AT1的开始处，参考电流 信号的转换速率低于阈值速率，并且幅度电平高于所预设的电平。然而，脉冲宽度调制器308 (参见图4)确定贯穿第一时间段AT1始终，转换速率是否低于阈值速率。一旦第一时间段AT1已经过去、并且转换速率继续低于阈值速率，脉冲宽度调制器308以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号。可以注意到，如果在第一时间段AT1内转换速率增加为高于阈值速率，则脉冲宽度调制器308以第一切换频率、而不是以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号。例如，当转换速率跌落为低于阈值速率时，将脉冲宽度调制器308配置为对以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号进行延迟。脉冲宽度调制器308确定在时间段AT1中转换速率是否低于阈值速率，以防止脉冲宽度调制的信号的频率的不必要切换/改变。继而，这减少了系统中的切换损耗。此外，如果脉冲宽度调制器308确定与参考电流信号相关联的转换速率在第二时间段AT2内上升为高于所预设的阈值速率，则以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。具体地，脉冲宽度调制器308从分析器306接收转换速率和幅度电平信息。使用所接收到的转换速率和幅度电平信息，脉冲宽度调制器308确定在第二时间段AT2内参考电流信号的转换速率是否将增加到高于阈值速率。执行这个操作，以防止在改变脉冲宽度调制的信号的频率时的任何延迟。在一个实施方式中，第二时间段Δ T2可以处于从大约64到大约128微秒的范围中。如果脉冲宽度调制器308确定在第二时间段AT2内转换速率可以增加为高于阈值速率，则在第二时间段Λ T2之前或在第二时间段AT2内，脉冲宽度调制器308将脉冲宽度调制的信号的频率从第二切换频率切换到第一切换频率。参考图11，为诸如参考电流信号312 (参见图3)之类的参考电流信号1100的波形图，该参考电流信号被采用来生成诸如脉冲宽度调制的信号318(参见图3)之类的脉冲宽度调制的信号。曲线1102表示向分析器306(参见图4)施加的参考电流信号。在曲线1102中的参考电流信号示出了平底部分1104和平顶部分1106，其中参考电流信号的转换速率低于阈值速率。相似地，参考电流信号示出了上升部分1108和下降部分1110，其中参考电流信号的转换速率高于阈值速率。只有参考电流信号的转换速率在至少第一时间段AT1中低于阈值速率，才以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号。否则，以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。例如，在平顶部分1106中的第一时间段AT1的起始处，参考电流信号的转换速率跌落为低于阈值速率。然而，脉冲宽度调制器308(参见图3)在以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号以前，确定整个第一时间段^T1内转换速率低于阈值速率。例如，如果在第一时间段AT1内转换速率增加为高于阈值速率，则脉冲宽度调制器308继续以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。此外，如果脉冲宽度调制器308确定与参考电流信号相关联的转换速率在第二时间段AT2内上升为高于所预设的阈值速率，则以第一切换频率生成脉冲宽度调制的信号。具体地，脉冲宽度调制器308从分析器306接收转换速率信息。使用所接收到的转换速率信息，脉冲宽度调制器308确定在第二时间段AT2内参考电流信号的转换速率是否上升为高于阈值速率。如果脉冲宽度调制器308确定在第二时间段AT2内转换速率将增加为高于阈值速率，则在第二时间段Λ T2之前或在第二时间段AT2内，脉冲宽度调制器308将脉冲宽度调制的信号的频率从第二切换频率切换到第一切换频率。参考图12，为诸如参考电流信号312 (参见图3)之类的参考电流信号1200的波形图，该参考电流信号被采用来生成诸如脉冲宽度调制的信号318 (参见图3)之类的脉冲宽度调制的信号。在此实施方式中，基于参考电流信号的转换速率、和诸如功率级104(参见图1)之类的功率级的热值，来选择脉冲宽度调制的信号的频率。在一个示例中，热值可以表示与功率级104 (参见图1)相关联的温度或热量。曲线1202表示了向分析器306 (参见图3)施加的参考电流信号。在曲线1202中的参考电流信号示出了平底部分1204和平顶部分1206，其中参考电流信号的转换速率低于阈值速率。相似地，参考电流信号示出了上升部分1208和下降部分1210，其中参考电流信号的转换速率高于阈值速率。该脉冲宽度调制器308从分析器306接收转换速率信息。另外，脉冲宽度调制器308从在功率级104中布置的热传感器132 (参见图1)接收功率级104的热值。如果功率级104的热值高于阈值热值，则脉冲宽度调制器308以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号，而与转换速率的值无关。例如，在时间段Tb的开始处，当转换速率低于阈值速率时，以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号。然而，在时间段Tbl之后，转换速率还是上升为高于阈值速率，功率级104的热值可以高于阈值热值。在这种情形中，为了防止梯度放大器的过热，脉冲宽度调制器308继续以第二切换频率生成脉冲宽度调制的信号，直到热值跌落为低于阈值热值为止。在时间段Tb之后，热值跌落为低于阈值热值。结果，脉冲宽度调制器308将脉冲宽度调制的信号的频率从第二切换频率切换到图12的时间段Ta中描绘的第一切换频率。参考图13，为该滤波器单元(诸如，图1的滤波器单元130)和梯度线圈(诸如，图1的梯度线圈112)的较佳实施方式1300的电路图。将滤波器单元130布置在功率级104(参见图1)的输出端处，以在将线圈电流信号提供到梯度线圈112之前对线圈电流信号进行滤波。更具体地，将滤波器单元130配置为使与线圈电流信号相关联的纹波电流最小化。术语纹波电流可以用于指代在线圈电流信号上叠加的非期望的高频电流。在一个示范实施方式中，纹波电流可以处于一个或多个频率。典型地，线圈电流信号处于在从大约O到IKHz的范围中的低频率处。然而，具有谐波含量的线圈电流信号可以处于从大约O到20ΚΗΖ的频率范围中。按照相似的方式，纹波电流可以处于从125ΚΗζ到250ΚΗζ的范围中的高频率处。该滤波器单元130可以包括第一电流注入支路1302、第二电流注入支路1304、滤波电感器1306、滤波电容器1308。可以注意到，不需要将电流注入支路的数目限制为二，并且滤波器单元可以具有任何数目的电流注入支路。例如，如果线圈电流信号包括第一频率、第二频率、和第三频率的纹波电流，则采用三个电流注入支路(诸如，第一电流注入支路1302、第二电流注入支路1304、和第三电流注入支路(在图13中未示出))，以最小化或消除来自线圈电流信号的纹波电流。此外，将第一电流注入支路1302配置为最小化在线圈电流信号上叠加的具有第一频率(f\)的纹波电流，而将第二电流注入支路1304配置为去除在线圈电流信号上叠加的具有第二频率(f2)的纹波电流。具体地，第一电流注入支路1302确定与线圈电流信号相关联的纹波电流是否处于第一频率(f\)。此外，对纹波电流进行采样，以确定纹波电流的幅度和相位。结果，将具有第一频率(f\)的第一电流信号注入到线圈电流信号中，以最小化或消除纹波电流。更具体地，将第一电流信号注入到线圈电流信号中，以消除在线圈电流信号上叠加的纹波电流，该第一电流信号具有与纹波电流的幅度实际上相似的幅度、和与纹波电流的相位相反的相位。典型地，第一电流信号的相位与纹波电流的相位相差180度。按照相似的方式，第二电流注入支路1304确定在线圈电流信号上叠加的纹波电流是否处于第二频率(f2)。此外，对纹波电流进行采样，以确定纹波电流的幅度和相位。结果，第二电流注入支路1304将具有第二频率(f2)的第二电流信号注入到线圈电流信号中，以最小化或消除纹波电流。更具体地，将第二电流信号注入到线圈电流信号中，以最小化或消除在线圈电流信号上叠加的纹波电流，该第一电流信号具有与纹波电流的幅度实际上相似的幅度、和与纹波电流的相位相反的相位。典型地，第二电流信号的相位与纹波电流的相位相差180度。在图13的实施方式中，第一电流注入支路1302包括第一电感器1310、第一变压器(T1) 1312、和第一电容器1314。第一变压器(T1) 1312用于感测跨越滤波电感器1306的电压。相似地，第二电流注入支路1304包括第二电感器1316、第二变压器(T2) 1318、和第二电容器1320。第二变压器(T2) 1318用于感测跨越滤波电感器1306的电压。该滤波器单元130从功率级104接收线圈电流信号。所接收到的线圈电流信号至少包括线圈电流信号、第一频率(f\)处的纹波电流、和第二频率(f2)处的纹波电流。所接收到的线圈电流信号流经 滤波电感器1306。此外，包括第一电感器1310、第一变压器(T1) 1312、和第一电容器1314的第一电流注入支路1302用于生成第一频率(f\)的第一电流信号，以消除在线圈电流信号上叠加的第一频率(f\)的纹波电流。按照相似的方式，包括第二电感器1316、第二变压器(T2) 1318、和第二电容器1320的第二电流注入支路1304用于生成第二频率f2处的第二电流信号，以消除在线圈电流信号上叠加的第二频率f2的纹波电流。此外，在一个实施方式中，将第一电流注入支路1302与第二电流注入支路1304彼此解耦。例如，第一注入支路1302仅仅注入第一频率处的第一电流信号并注入第二频率f2处的可忽略的电流，而第二注入支路1304仅仅注入第二频率f2处的第二电流信号并注入第一频率处的可忽略的电流。此外，为了易于理解本技术，考虑了以下示例，其中第一频率4处的纹波电流叠加在线圈电流信号上。在此示例中，可以通过以下等式来表示跨越电感器1306的电压:
权利要求
1.一种梯度放大器系统，其特征在于，该梯度放大器系统包括: 功率级，包括多个桥式放大器，所述多个桥式放大器中的每一个以第一切换频率进行操作； 梯度线圈，耦接到该功率级，并且被配置为产生与由该功率级供应的线圈电流信号成比例的磁场 '及 控制器级，耦接到该功率级的输入端，并且被配置为: 基于该线圈电流信号和参考电流信号来生成脉冲宽度调制的选通信号，当出现在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率时，以第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号；以及 将所生成的脉冲宽度调制的选通信号施加到该功率级，以用于将所述多个桥式放大器中的每一个的工作频率从该第一切换频率改变到该第二切换频率。
2.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中将该控制器级配置为:当与该参考电流信号相关联的转换速率高于所述预设的阈值速率时，以该第一切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号。
3.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中将该控制器级配置为: 确定在第二时间段内与该参考电流信号相关联的转换速率高于所述预设的阈值速率；以及 在该第二时间段内，以该第一切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号。
4.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中该功率级包括热传感器，被配置为确定该功率级的热值。
5.如权利要求4所述的梯度放大器系统，其中将该控制器级配置为:当与该功率级相关联的热值高于阈值热值时，以该第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号。
6.如权利要求5所述的梯度放大器系统，其中将该控制器级配置为:当与该参考信号相关联的转换速率高于所述预设的阈值速率、并且与该功率级相关联的热值低于该阈值热值时，以该第一切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号。
7.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中将该控制器级配置为在以下情况时以该第一切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号: 与该参考电流信号相关联的转换速率低于所述预设的阈值速率；以及 与该参考电流信号相关联的幅度电平低于预设的电平。
8.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中将该控制器级配置为在以下情况时以该第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号: 在至少该第一时间段中，与该参考电流信号相关联的转换速率低于所述预设的阈值速率；以及 与该参考电流信号相关联的幅度电平高于预设的电平。
9.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中该第二切换频率小于该第一切换频率。
10.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中该功率级中的多个桥式放大器至少包括串联地稱接在一起的第一桥式放大器、第二桥式放大器、第三桥式放大器。
11.如权利要求10所述的梯度放大器系统，其中该功率级中的桥式放大器中的每一个在操作上耦接到对应的直流电电压源，以在功率级的输出端处生成电压信号。
12.如权利要求11所述的梯度放大器系统，其中将该功率级配置为:在将该电压信号提供到该梯度线圈之前，通过基于向对应的桥式放大器施加的脉冲宽度调制的选通信号而调制从所述多个桥式放大器中的每一个接收的直流电电压信号，来生成该电压信号。
13.如权利要求12所述的梯度放大器系统，其中以如下的频率对该电压信号进行调制，该频率是该第一切换频率和该第二切换频率之一的倍数、并且是该功率级中的桥式放大器的数目的至少两倍。
14.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中该梯度放大器系统还包括电流传感器，耦接到该梯度线圈，并且被配置为: 感测梯度线圈处的线圈电流信号；以及 将所感测的线圈电流信号传输到该控制器级。
15.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中该控制器级包括: 命令发生器，被配置为基于该线圈电流信号和该参考电流信号来生成电压命令信号； 分析器，被配置为确定与该参考电流信号相关联的转换速率和幅度电平； 热传感器，被配置为确定该功率级的热值；以及 脉冲宽度调制器，耦接到该命令发生器和该分析器，并且被配置为通过基于与该参考电流信号相关联的转换速率和幅度电平、以及该功率级的热值而调制该电压命令信号来生成该脉冲宽度调制的选通信号。
16.如权利要求1所述的梯度放大器系统，其中该梯度放大器系统还包括滤波器单元，耦接在该功率级的输出端与该梯度线圈之间，并且被配置为: 使与该功率级所供应的线圈电流信号相关联的纹波电流最小化；以及 在使该纹波电流最小化之后，将该线圈电流信号传输到该梯度线圈。
17.如权利要求16所述的梯度放大器系统，其中将该滤波器单元配置为: 确定该线圈电流信号处于该第一切换频率处；以及 将具有该第一切换频率的第一电流信号注入到该线圈电流信号中，该第一电流信号具有与该线圈电流信号的幅度相似的幅度、以及与该线圈电流信号的相位相反的相位。
18.如权利要求16所述的梯度放大器系统，其中将该滤波器单元配置为: 确定该线圈电流信号处于该第二切换频率处；以及 将具有该第二切换频率的第二电流信号注入到该线圈电流信号中，该第二电流信号包括与该线圈电流信号的幅度相似的幅度、以及与该线圈电流信号的相位相反的相位。
19.一种用于控制梯度放大器系统的方法，其特征在于，该方法包括: 从功率级接收线圈电流信号，该功率级包括以第一切换频率进行操作的多个桥式放大器； 接收参考电流信号，以用于控制跨越梯度线圈的磁场； 基于该线圈电流信号和该参考电流信号来生成脉冲宽度调制的选通信号，当在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率时，以第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号；以及 将该脉冲宽度调制的选通信号施加到该功率级，以用于将所述多个桥式放大器中的每一个的工作频率从该第一切换频率改变到该第二切换频率。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述接收线圈电流信号的步骤包括:在将该功率级的输出端耦接到该梯度线圈的节点处感测该线圈电流信号。
21.如权利要求19所述的方法，其中在以下情况时以该第一切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号: 与该参考电流信号相关联的转换速率低于所述预设的阈值速率；以及 与该参考电流信号相关联的幅度电平低于预设的电平。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述以第一切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号的步骤还包括: 确定在第二时间段内与该参考电流信号相关联的转换速率上升为高于所述预设的阈值速率；以及 在所预设的第二时间段内，以该第一切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号。
23.如权利要求19所述的方法，其中当与该功率级相关联的热值高于阈值热值时，以该第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号。
24.如权利要求19所述的方法，其中当与该参考信号相关联的转换速率高于所述预设的阈值速率、并且与该功率级相关 联的热值低于阈值热值时，以该第一切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号。
25.如权利要求19所述的方法，其中当与该参考电流信号相关联的转换速率高于所述预设的阈值速率时，以该第一切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号。
26.如权利要求19所述的方法，其中在以下情况时以该第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号: 在至少该第一时间段中，与该参考电流信号相关联的转换速率低于所述预设的阈值速率；以及 与该参考电流信号相关联的幅度电平高于预设的电平。
27.如权利要求19所述的方法，其中所述生成该脉冲宽度调制的选通信号的步骤包括: 通过比较该线圈电流信号与该参考电流信号来标识误差电流信号，该误差电流信号指示该线圈电流信号与该参考电流信号的偏差； 生成与该误差电流信号对应的比例积分电压； 至少确定跨越该梯度线圈的电感电压和电阻电压；以及 至少基于该比例积分电压、跨越该梯度线圈的该电感电压和该电阻电压，来生成该脉冲宽度调制的选通信号。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述生成脉冲宽度调制的选通信号的步骤还包括: 至少对该比例积分电压、该电感电压和该电阻电压进行求和，以生成电压命令信号；基于该功率级中的桥式放大器的数目来划分该电压命令信号；以及基于脉冲宽度调制方案来对所划分的电压命令信号进行调制，以生成脉冲宽度调制的选通信号。
29.如权利要求19所述的方法，其中当以下情况中的至少一个情况时，以该第一切换频率操作所述多个桥式放大器中的每一个: 与该参考电流信号相关联的转换速率高于所述预设的阈值速率；以及与该参考电流信号相关联的转换速率低于所述预设的阈值速率，并且与该参考电流信号相关联的幅度电平低于所预设的电平。
30.如权利要求19所述的方法，其中当以下情况时，以该第二切换频率操作所述多个桥式放大器中的每一个: 与该参考电流信号相关联的转换速率低于该阈值速率；以及 与该参考电流信号相关联的幅度电平高于所预设的电平。
31.一种用于控制梯度放大器系统的控制器级，其特征在于，该控制器级包括: 命令发生器，被配置为基于线圈电流信号和参考电流信号来生成电压命令信号； 分析器，被配置为确定在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率；以及 脉冲宽度调制器，耦接到该命令发生器和该分析器，被配置为基于与该参考电流信号相关联的转换速率来调制该电压命令信号。
32.如权利要求31所述的控制器级，其中该控制器级还被配置为当与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率、并且与该参考电流信号相关联的幅度电平低于预设的电平时，以第一切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号。
33.如权利要求31所述的控制器级，其中该控制器级还被配置为调制该电压命令信号，以当与该参考电流信号相关联的转换速率高于所述预设的阈值速率时，以第一切换频率生成脉冲宽度调制的选通信号。
34.如权利要求31所述的控制器级，其中该控制器级还被配置为调制该电压命令信号，以当与该参考电流信号相关联的转换速率低于所述预设的阈值速率、并且与该参考电流信号相关联的幅度电平高于预设的电平时，以第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号。
35.如权利要求31所述的控制器级，其中该命令发生器还包括: 差分单元，被配置为: 接收该线圈电流信号和该参考电流信号；及 通过比较该线圈电流信号与该参考电流信号来生成误差电流信号； 比例积分控制单元，耦接到该差分单元，并且被配置为生成与该误差电流信号对应的比例积分电压； 线圈模型单元，被配置为基于该参考电流信号来至少确定跨越梯度线圈的电感电压和电阻电压；以及 求和单元，被配置为通过至少组合该比例积分电压、该电感电压和该电阻电压，来生成电压命令信号。
36.如权利要求35所述的控制器级，其中该求和单元还包括划分单元，被配置为基于该梯度放大器系统中的桥式放大器的数目来划分该电压命令信号。
37.一种用于磁共振成像的系统，其特征在于，该磁共振成像的系统包括: 扫描器控制电路，被配置为获取图像数据，该扫描器控制电路包括: 梯度线圈，被配置为产生用于定位该图像数据的磁场 '及 梯度放大器系统，耦接到该梯度线圈，并且被配置为向该梯度线圈供应线圈电流信号，该梯度放大器系统包括:功率级，包括多个桥式放大器，所述多个桥式放大器中的每一个以第一切换频率进行操作；及 控制器级，耦接到该功率级的输入端，并且被配置为: 基于该线圈电流信号和参考电流信号来生成脉冲宽度调制的选通信号，当在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于预设的阈值速率时，以第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号；及 将所生成的脉冲宽度调制的选通信号施加到该功率级，以用于将所述多个桥式放大器中的每一个的工作频率从该第一切换频率改变到该第二切换频率；以及 系统控制电路，在操作上与该扫描器控制电路相关联，并且被配置为处理所获取的图像数据。
全文摘要
一种梯度放大器系统，包括功率级，具有多个桥式放大器，所述多个桥式放大器中的每一个以第一切换频率进行操作；梯度线圈，耦接到该功率级，并且被配置为产生与由该功率级供应的线圈电流信号成比例的磁场；控制器级，耦接到该功率级的输入端，并且被配置为基于该线圈电流信号和参考电流信号来生成脉冲宽度调制的选通信号，当出现在至少第一时间段中与该参考电流信号相关联的转换速率低于所预设的阈值速率时，以第二切换频率生成该脉冲宽度调制的选通信号，将所生成的脉冲宽度调制的选通信号施加到该功率级，以用于将所述多个桥式放大器中的每一个的工作频率从该第一切换频率改变到该第二切换频率。
文档编号G01R33/385GK103176150SQ20111043123
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者J.A.萨巴特, W.M.史格芬顿, 迟颂, 赖日新, 施贻蒙, 张艳军 申请人:通用电气公司