核磁共振成像系统及其梯度放大器驱动电路、测试系统的制作方法

本申请涉及医疗影像领域，尤其涉及核磁共振成像系统及其梯度放大器驱动电路、测试系统。

背景技术：

梯度放大器是核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）系统核心设备之一，它主要是负责给梯度线圈供电，使得梯度线圈在成像空间产生一个线性变换的梯度磁场，使成像区域内各处不相同，实现磁场空间编码，为了获得高质量的图像，要求梯度放大器能对电感负载提供精度高且变换的电流脉冲。

MRI在运行和使用过程中梯度放大器等大功率设备是故障率最高设备之一，由于它负责给梯度线圈供电，长期工作在高压高温大电流高频开关状态下，运行出现各种故障的风险相对较高，而且从故障现象看，90%以上都是由信号放大驱动电路引起，烧毁电源击穿大功率器件而短路，致使控制模块损坏直接造成磁共振系统系列问题，即使有梯度放大器设计了保护电路，但是在纳秒级情况下也不能完全避免梯度放大器出现重大故障。梯度放大器设备昂贵，它的故障将造成无法挽回的经济损失。

目前，所有梯度放大器的信号放大驱动电路全部集成在一个整体PCB板上不可分割和拆卸，也没有信号及电源接口来连接外部的电源、信号发生器及负载进行模拟测试，维修时无从下手。 很多情况下都是需要带电源和外加信号作在线测试。由于上下级或前后级电路不可分离，这时往往对其他电路产生感应和造成干扰，不利于故障判断和故障定位，总之这种一体化结构不利于测试和维修。

技术实现要素：

本申请旨在一定程度上解决上述磁共振梯度放大器检测及维修技术难题。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种梯度放大器驱动电路，包括：

用于产生工作电源的直流-直流转换电路；以及，

与所述直流-直流转换电路相连的、用于在所述工作电源供电下对外部输入的梯度回波脉冲进行放大处理并输出处理所得次级信号的信号放大驱动电路，

所述信号放大驱动电路包括：用于输入所述梯度回波脉冲的输入接口以及输出所述次级信号的输出接口。

进一步的，所述直流-直流转换电路包括：

用于产生第一开关振荡波及第二开关振荡波的推挽脉冲宽度调制芯片，所述第一开关振荡波与所述第二开关振荡波反相；

与所述推挽脉冲宽度调制芯片相连的、用于对所述第一开关振荡波进行放大的第一高速驱动管；

与所述推挽脉冲宽度调制芯片相连的、用于对所述第二开关振荡波进行放大的第二高速驱动管；

具有第一输入端、第二输入端及第一输出端的高频变压器，所述第一高速驱动管同时与所述第一输入端对接，所述第二高速驱动管同时与所述第二输入端对接；

与所述第一输出端相连的整流滤波电路；以及，

所述整流滤波电路同时连接到的一电压调整电路。

进一步的，所述直流-直流转换电路还包括：

所述第一高速驱动管与所述第一输入端之间还设置有耦合电容；以及，

所述第二高速驱动管与所述第二输入端之间还设置有激励电感。

进一步的，所述直流-直流转换电路还包括：

所述第二高速驱动管与所述第二输入端之间还设置有耦合电容；以及，

所述第一高速驱动管与所述第一输入端之间还设置有激励电感。

进一步的，所述信号放大驱动电路包括：

用于将所述梯度回波脉冲转换为纹波的光电耦合器；

与所述光电耦合器相连的、用于对所述纹波进行放大的第三高速驱动管；

与所述光电耦合器相连的、用于对所述纹波进行放大的第四高速驱动管；以及，

具有第三输入端、第四输入端及第二输出端的合成器，所述第三高速驱动管同时通过一电阻与二极管并联支路与所述第三输入端对接，所述第四高速驱动管同时与所述第四输入端对接。

进一步的，所述二极管为肖特基二极管。

进一步的，所述输入接口及所述输出接口共同形成单排单列直插接口。

进一步的，所述直流-直流转换电路及所述信号放大驱动电路分设于不同印制线路板或同一印制线路板上。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种核磁共振成像系统，包括：如上述的梯度放大器驱动电路。

根据本申请的第三方面，本申请提供一种测试系统，包括：如上述的梯度放大器驱动电路、用于产生所述梯度回波脉冲的信号发生器，以及，用于接收所述次级信号的负载。

本申请的有益效果是：

通过提供一种核磁共振成像系统及其梯度放大器驱动电路、测试系统，其中，梯度放大器驱动电路包括：直流-直流转换电路；以及，与直流-直流转换电路相连的信号放大驱动电路，信号放大驱动电路包括：用于输入梯度回波脉冲的输入接口以及输出处理所得次级信号的输出接口。这样，当梯度放大器出现故障时，一般情况下，故障为大功率器件爆裂并击穿相对应的驱动电路导致烧坏等，这时可以单独把信号放大驱动电路对应从机箱中通过接口接出，在工装上外加电源、信号发生器和负载作维修测试，实现对故障度放大器电路准确的判断和检测，极大的提高了故障梯度放大器维修效率。该方法既方便又快捷，节约了人力缩短了维修时间。

附图说明

图1为本申请实施例中直流-直流转换电路的电路结构图。

图2为本申请实施例中信号放大驱动电路的电路结构图。

图3为本申请实施例的梯度放大器驱动电路的PCB布局图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

本实施例提供一种梯度放大器驱动电路，包括：

用于产生工作电源的直流-直流转换电路；以及，

与直流-直流转换电路相连的、用于在工作电源供电下对外部输入的梯度回波脉冲进行放大处理并输出处理所得次级信号的信号放大驱动电路。

其中，信号放大驱动电路包括：用于输入梯度回波脉冲的输入接口以及输出次级信号的输出接口。

参考图1，直流-直流转换电路包括：

用于产生第一开关振荡波及第二开关振荡波的推挽脉冲宽度调制芯片1，第一开关振荡波与第二开关振荡波反相；

与推挽脉冲宽度调制芯片U1相连的、用于对第一开关振荡波进行放大的第一高速驱动管U2；

与推挽脉冲宽度调制芯片1相连的、用于对第二开关振荡波进行放大的第二高速驱动管U3；

具有第一输入端、第二输入端及第一输出端的高频变压器T1，第一高速驱动管U2同时与第一输入端对接，第二高速驱动管U3同时与第二输入端对接；

与第一输出端相连的整流滤波电路D1；以及，

整流滤波电路D1同时连接到的一电压调整电路VR2。

在本实施例中，直流-直流转换电路还包括：

第一高速驱动管U2与第一输入端之间还设置有耦合电容C1；以及，

第二高速驱动管U3与第二输入端之间还设置有激励电感L1。

在其他实施例中，直流-直流转换电路还包括：

第二高速驱动管U3与第二输入端之间还设置有耦合电容C1；以及，

第一高速驱动管U2与第一输入端之间还设置有激励电感L1。

而信号放大驱动电路包括：

用于将梯度回波脉冲转换为纹波的光电耦合器PH2；

与光电耦合PH2相连的、用于对纹波进行放大的第三高速驱动管U10；

与光电耦合器PH2相连的、用于对纹波进行放大的第四高速驱动管U11；以及，

具有第三输入端、第四输入端及第二输出端的合成器OUT WF，第三高速驱动管U10同时通过一电阻R3与二极管D3并联支路与第三输入端对接，第四高速驱动管U11同时与第四输入端对接。

二极管D3可采用肖特基二极管。

输入接口及输出接口共同形成单排单列直插接口J，如图3所示。

直流-直流转换电路及信号放大驱动电路可分设于不同印制线路板或同一印制线路板上。

本实施例还提供一种核磁共振成像系统，包括：如上述的梯度放大器驱动电路，以及梯度线圈等。

本实施例还提供一种测试系统，包括：如上述的梯度放大器驱动电路、用于产生梯度回波脉冲的信号发生器，以及，用于接收次级信号的负载。

下面通过一个具体实例说明本实施例的应用。

梯度放大器驱动电路可包括直流-直流转换（DC-DC CONVERTER）电路和GATE信号放大驱动信号电路，以及相应的接插件等。简单明了既方便安装又方便维修。

第一部分 DC-DC CONVERTER电路：

使用+15V直流电源提供电源，经三端稳压后转换为为+12V给整个电路供电，电路核心部件是推挽脉冲宽度调制（Push-pull Pulse Width Modulation，PPPWM）集成电路。PPPWM是一块BICMOS结构芯片，包含所需的驱动控制电路，其外围元件极少，能输出高速推挽脉冲宽度调制波形。

其工作原理见图1，PPPWM中的RC振荡产生锯齿波，OUTA和OUTB 分别输出反转的轮流交替的1/2开关振荡频率波形，其两者波形占空比＜50%。OUTA和OUTB波形分别经U2～U3、U3～U4高速驱动管增强放大、耦合电容、激励电感、高频变压器，最终经整流滤波电路产生+12V，+12V通过VR2～VR3电压调整输出+5V（VCC），以上电路构成了DC-DC CONVERTER电路。

第二部分 GATE信号放大驱动信号电路：

其是各种梯度序列波形经光电耦合集成电路、高速驱动芯片、肖特基二极管、电阻等PCB板和接插件组成。

其工作原理见图2，各种序列经计算机控制的谱仪产生脉冲信号，通过相关电路转换成（3.5Vpp）TTL数字电平，再经PH1～PH2光电耦合器后得到几乎为零电流的纹波波形经U6～U7、U8～U9、U10～U11、U12～U13高速驱动管放大提升到25Vpp再送到MOS管的G极给末级放大器提供波形。

相关调试仪器、信号发生器、示波器及相关专业测试探针组成测试系统。

如图3所示，把电路图转换成元器件图并且生成PCB，可把图1和图2两部分电路结合集成在一块PCB上就是我们常见的PCB实物。

整个PCB上元器件使用表面封装元器件 ，整体布局上节约了空间缩小PCB体积，J1～J6是信号输入和输出接口 ，由她们实现 GATE DRIVER PCB和GRADIENT POWER PCB之间通讯，结构上采用了单排单列直插接口件。

使用塑料卡扣通过H1～H3把GATE DRIVER PCB固定在机架上，避免金属螺丝和其它部件接触带来干扰信号，同时也方便拆卸，这样方便测试和维修，整体PCB使用几个塑料卡扣固定安装在机架上避免使用金属螺丝感应接地问题，使用塑料卡扣也可以自由调节PCB和接插件之间的距离而且还可以避震等等。

最主要的是方便维修，这样，当梯度放大器出现故障时，一般情况下，故障为大功率器件爆裂并击穿相对应的驱动电路导致烧坏等，这时可以单独把信号放大驱动电路对应从机箱中通过接口接出，在工装上外加电源、信号发生器和负载作维修测试，既方便又快捷，节约了人力缩短了维修时间。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。