MRI梯度功率放大器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、隨著醫(yī)療水平的不斷提高，核磁共振成像設(shè)備已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)醫(yī)療事業(yè)正在蓬勃發(fā)展，核磁共振成像設(shè)備一直依賴進(jìn)口的狀況依然沒有改變。我國磁共振設(shè)技術(shù)水平跟發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距，研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)磁共振設(shè)備對我國醫(yī)療設(shè)備技術(shù)提高具有重要作用。
　　梯度功率放大器是磁共振成像系統(tǒng)核心部件之一。隨著磁共振成像技術(shù)的不斷提高，系統(tǒng)對梯度功放的性能提出了更高的要求。梯度功放研究已經(jīng)進(jìn)行了多年，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。但是同其

2、他磁共振成像設(shè)備部件一樣，國內(nèi)梯度功放設(shè)備發(fā)展還相對落后。
　　本文根據(jù)需要進(jìn)行了梯度功率放大器總體方案和關(guān)鍵模塊的硬件電路設(shè)計(jì)、調(diào)試。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：
　　1、本文根據(jù)梯度功率放大器在磁共振成像系統(tǒng)中的作用和主要結(jié)構(gòu)，完成了梯度功率放大器電路設(shè)計(jì)方案。闡述IGBT門極電容、門極電荷、門極電阻的相關(guān)概念與設(shè)計(jì)要求，IGBT中大功率IGBT驅(qū)動(dòng)模塊2SD315A的應(yīng)用。本文對梯度功率放大器主要執(zhí)行部件單元（電壓源逆變電路）數(shù)

3、字控制相關(guān)原理和基本算法進(jìn)行了闡述。
　　2、本文完成梯度功率放大器電路的數(shù)學(xué)模型。以電路狀態(tài)空間表達(dá)式為基礎(chǔ)，給出帶參考輸入的線性二次最優(yōu)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)過程，并使用 Simulink對整個(gè)梯度功率放大器功能模塊進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了梯度功率放大器設(shè)計(jì)方案合理性與可行性。使用前饋控制算法消除了輸出線性穩(wěn)態(tài)誤差。使用死區(qū)補(bǔ)償算法消除了死區(qū)時(shí)間帶來的非線性誤差。
　　3、根據(jù)IGBT全橋雙并聯(lián)電路和系統(tǒng)控制所需測量信號(hào)，給出了梯度功率放大

4、器的控制部分功能框圖。詳細(xì)介紹了TMS320F28335、FPGA和AD7760芯片外圍電路設(shè)計(jì)。同時(shí)根據(jù)各個(gè)模塊接口特點(diǎn)完成信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)。使用VHDL語言對 AD7760采樣控制時(shí)序進(jìn)行描述和邏輯設(shè)計(jì)。同時(shí)給出了對四路模數(shù)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行浮點(diǎn)預(yù)處理的設(shè)計(jì)方案，可以充分利用 FPGA的資源分擔(dān)數(shù)字信號(hào)處理器的工作。本文分析了控制硬件電路印制電路板布局布線和電磁兼容設(shè)計(jì)方法。
　　4、硬件調(diào)試部分以實(shí)際完成硬件電路為平臺(tái)，對主要的信