一种磁共振超导磁体电源及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种磁共振超导磁体电源及其控制方法，该磁共振超导磁体电源包括第一变换器即PWM整流器(单元)，第二变换器即双有源桥DC‑DC变换器单元，第三变换器即H桥单元以及超导磁体升降场及闭环控制模块。本发明专利技术可完成电网向(磁共振)超导磁体正向传输能量，超导磁体向电网反向回馈能量以及超导磁体励磁完成后可靠的切入超导开关。本发明专利技术所述的一种磁共振超导磁体电源，第二变换器采用高频变压器完成电气隔离，省去了第一变换器的工频变压器，大大减小电源整机体积；第三变换器不仅实现了励磁退磁过程中输出电压极性切换，而且励磁完成后超导磁体电流在第三变换器开关管和超导磁体中流动，提高了之后超导磁体闭环的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种磁共振超导磁体电源及其控制方法
本专利技术涉及超导磁体领域，特别涉及到一种磁共振超导磁体电源及其控制方法。
技术介绍
磁共振成像(NuclearMagneticResonanceImaging,MRI)是利用核磁共振原理，检测目标核素能级跳跃所释放的能量从而检测目标核素在生物体内的分布，广泛的应用于临床医用和科学研究领域，是重要的影像学设备。超导磁体是MRI的重要部件，在目标区域内产生高均匀度磁场分布。超导磁体的升降场由磁体电源控制完成，要求电源具有双向能量传输的能力，电源可靠性高。一方面，超导磁体经常励磁和退磁，举例来说，磁共振在运输过程中通常无磁场，到达现场时再升场调试，故而要求磁体电源体积小，便于运输。早期的超导磁体电源采用基于工频变压器隔离的可控硅整流电路，如论文“双反星型整流电路并联运行分析”所述结构，电源体积大且响应速度慢，纹波较大。工频变压器隔离的PWM整流器方案是后期发展的拓扑结构，如论文“高昌磁共振超导磁体电源的拓扑设计与分析”，虽然其动态响应速度有所提高，但还需采用工频变压器，整机体积仍较大。另一方面，现有文献和专利较少有针对磁共振超导磁体切入超导开关所做的特殊控制电路。超导开关是磁共振超导磁体稳态运行的必不可少的部件，并联在超导磁体两端，保证了目标区域的磁场高均匀度。当(磁共振)超导磁体电流达到设定值后，超导开关通过控制转变为超导态，超导磁体电流逐渐流过超导开关，电源输出电流逐渐降为0，电源断开；该过程负载突变，输出电流突变，电源处于暂态运行工况中，会出现变压器偏磁等问题，影响了电源的可靠运行。此外，小型化、高可靠性是电能变换装置发展的一个重要趋势，也是磁共振超导磁体系统对磁体电源的要求。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种小型化、高可靠性的磁共振超导磁体电源及控制方法。具体的，本专利技术提出的一种PWM整流器+双有源桥+H桥的拓扑结构，将高频变压器用于电气隔离和能量传输，可省略工频变压器，降低了电源的体积；控制电路双有源桥模块不仅可改变输出电压的极性，进一步的，通过控制，超导磁体闭环电流仅在双有源桥模块和超导磁体中流动，提高了电源在负载突变瞬间运行的可靠性。为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种磁共振超导磁体电源，包括依次布置的第一变换器、第二变换器、第三变换器以及电源负载超导磁体单元，所述的第一变换器为PWM整流器单元，所述的第二变换器为双有源桥的隔离DC/DC变换器单元，所述的第三变换器为H桥单元；所述的电源负载超导磁体单元包括超导磁体、超导开关以及磁体电源，所述的超导开关并联在超导磁体端部；所述的第二变换器包括两个全桥H1和H2、高频变压器TF、电感L、稳压电容C1和C2，通过控制H1桥和H2桥的开关管S1、S2、S3、S4以及Q1、Q2、Q3、Q4驱动脉冲信号，调整H1桥输出电压VAB和H2桥输入电压VCD交流输出移相角；所述的第三变换器包括第一开关管K1、第二开关管K2、第三开关管K3和第四开关管K4，所有开关管均处于导通或截止状态，第三变换器的输入电压为第二变换器的输出电压V2，输出电压为电源负载超导磁体单元端电压VO。进一步的，所述的第一变换器在拓扑上包括两电平PWM整流器、三电平PWM整流器。一种磁共振超导磁体电源的控制方法，第一变换器完成电网侧AC交流电压Vgrid到第二变换器输入侧DC直流电压V1的变换，其中V1侧电压通过控制上保持恒定；当电网向超导磁体传输能量时，第一变换器工作在整流模态，电网电压和电网电流相位夹角小于90度；当超导磁体能量回馈到电网时，第一变换器工作在有源逆变模态，电网电压和电网电流相位夹角大于90度；第二变换器完成直流侧输入V1到直流侧输出V2的变换，电压V2通过第二变换器模块调整；当电网向超导磁体传输能量时，H1桥输出电压VAB相位超前H2桥输入电压VCD；当超导磁体向电网回馈能量时，H1桥输出电压VAB相位滞后H2桥输入电压VCD；当电网向超导磁体传输能量即超导磁体处于励磁状态，第一开关管K1导通，第四开关管K4的反向二极管D4续流，第二开关管K2和第三开关管K3截止，超导磁体端电压为正；当电网向超导磁体传输能量即超导磁体处于退磁状态，第二开关管K2导通，第三开关管K3的反向二极管D3续流，第一开关管K1和第四开关管K4截止，超导磁体端电压为负；当超导磁体电流达到设定值后，第一开关管K1导通，第三开关管K3的反向二极管D3续流，第二开关管K2和第四开关管K4截止，这时将超导开关变为超导态。本专利技术的技术效果在于：本专利技术提出的一种PWM整流器+双有源桥+H桥的拓扑结构，将高频变压器用于电气隔离和能量传输，可省略工频变压器，降低了电源的体积；控制电路双有源桥模块不仅可改变输出电压的极性，进一步的，通过控制，超导磁体闭环电流仅在双有源桥模块和超导磁体中流动，提高了电源在负载突变瞬间运行的可靠性。附图说明图1是本专利技术的一种磁共振超导磁体电源结构示意简图；图2是本专利技术的第二变换器的拓扑结构示意图；图3是本专利技术的第三变换器的拓扑结构示意图；图4是本专利技术的电源负载超导磁体单元的(磁共振)超导磁体、磁体电源以及超导开关接线示意简图；图5是本专利技术的超导磁体励磁时第三变换器电路运行示意图；图6是本专利技术的超导磁体退磁时第三变换器电路运行示意图；图7是本专利技术的超导磁体励磁完成后第三变换器电路运行示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参照附图，本专利技术公开了一种磁共振超导磁体电源及其控制方法，该磁共振超导磁体电源包括第一变换器100即PWM整流器(单元)，第二变换器200即双有源桥DC-DC变换器单元，第三变换器300即H桥单元以及超导磁体升降场及闭环控制模块。本专利技术可完成电网向(磁共振)超导磁体正向传输能量，超导磁体向电网反向回馈能量以及超导磁体励磁完成后可靠的切入超导开关。本专利技术所述的一种磁共振超导磁体电源，第二变换器200采用高频变压器完成电气隔离，省去了第一变换器100的工频变压器，大大减小电源整机体积；第三变换器300不仅实现了励磁退磁过程中输出电压极性切换，而且励磁完成后超导磁体电流在第三变换器300开关管和超导磁体410中流动，提高了之后超导磁体闭环的可靠性。结合附图，第一变换器100是PWM整流器，完成电网侧交流电压到第二变换器200输入侧直流电压的变换，其中第二变换器200输入侧直流电压通过控制上保持恒定；第二变换器200是双有源桥，又称直流变压器，完成直流侧输入到直流侧输出的变换，直流侧输出电压由第二变换器200调整；第三变换器300是H桥，完成输出电压极性切换和闭环高可靠性运行。励磁时，通过控制，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁共振超导磁体电源，其特征在于，包括依次布置的第一变换器(100)、第二变换器(200)、第三变换器(300)以及电源负载超导磁体单元(400)，所述的第一变换器(100)为PWM整流器单元，所述的第二变换器(200)为双有源桥的隔离DC/DC变换器单元，所述的第三变换器(300)为H桥单元；/n所述的电源负载超导磁体单元(400)包括超导磁体(410)、超导开关(420)以及磁体电源(440)，所述的超导开关(420)并联在超导磁体(410)端部；/n所述的第二变换器(200)包括两个全桥H1(110)和H2(120)、高频变压器TF、电感L、稳压电容C1和C2，通过控制H1桥和H2桥的开关管S1、S2、S3、S4以及Q1、Q2、Q3、Q4驱动脉冲信号，调整H1桥输出电压VAB和H2桥输入电压VCD交流输出移相角；/n所述的第三变换器(300)包括第一开关管K1、第二开关管K2、第三开关管K3和第四开关管K4，所有开关管均处于导通或截止状态，第三变换器(300)的输入电压为第二变换器(200)的输出电压V

【技术特征摘要】
1.一种磁共振超导磁体电源，其特征在于，包括依次布置的第一变换器(100)、第二变换器(200)、第三变换器(300)以及电源负载超导磁体单元(400)，所述的第一变换器(100)为PWM整流器单元，所述的第二变换器(200)为双有源桥的隔离DC/DC变换器单元，所述的第三变换器(300)为H桥单元；
所述的电源负载超导磁体单元(400)包括超导磁体(410)、超导开关(420)以及磁体电源(440)，所述的超导开关(420)并联在超导磁体(410)端部；
所述的第二变换器(200)包括两个全桥H1(110)和H2(120)、高频变压器TF、电感L、稳压电容C1和C2，通过控制H1桥和H2桥的开关管S1、S2、S3、S4以及Q1、Q2、Q3、Q4驱动脉冲信号，调整H1桥输出电压VAB和H2桥输入电压VCD交流输出移相角；
所述的第三变换器(300)包括第一开关管K1、第二开关管K2、第三开关管K3和第四开关管K4，所有开关管均处于导通或截止状态，第三变换器(300)的输入电压为第二变换器(200)的输出电压V2，输出电压为电源负载超导磁体单元(400)端电压VO。


2.根据权利要求1所述的一种磁共振超导磁体电源，其特征在于，所述的第一变换器(100)在拓扑上包括两电平PWM整流器、三电平PWM整流器。


3.一种根据权利要求1或2所述的一种磁共振超导磁体电源的控制方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，
申请(专利权)人：合肥博鳌电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34