(57)【要約】  磁気共鳴検査システムの勾配コイルに給電するための電力変換装置であり、この電力変換装置は、各々が導電状態の配置と本質的に非導通状態の配置とを切り替えるために設けられる複数のスイッチング部材を持ち、及び少なくとも基本スイッチング周波数と所定の相互の時間的関係とで切り替わるために設けられる複数の本質的に同一のスイッチングセル、並びに前記スイッチングセルのスイッチング部材にスイッチングパルスを与えることにより、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係を制御するために設けられるパルス制御ユニットを有し、前記パルス制御ユニットは、前記複数のスイッチングセルの各セルの少なくとも１つの電気量から夫々、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係に対する補正を決定するため、及び前記決定した補正に従って、電力変換装置の出力の少なくとも１つの電気量が基本スイッチング周波数でゼロ振幅を本質的に持つように、前記所定の時間的関係を調節するために設けられ、インダクタンスの非対称性を補償するための、特に磁気共鳴検査システムの勾配コイルに給電するための電力変換装置を動作させる方法。
2015509807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が導電状態の配置と本質的に非導電状態の配置とを切り替えるために設けられる複数のスイッチング部材を持ち、及び少なくとも基本スイッチング周波数と所定の相互の時間的関係とで切り替わるために設けられる、複数の本質的に同一のスイッチングセル、並びに
前記スイッチングセルの前記スイッチング部材にスイッチングパルスを与えることにより、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係を制御するために設けられるパルス制御ユニット
を有する、磁気共鳴検査システムの勾配コイルに給電するための電力変換装置において、
前記パルス制御ユニットは、前記複数のスイッチングセルの各セルの少なくとも１つの電気量から夫々、前記複数のスイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係に対する補正を決定し、及び前記決定した補正に従って、電力変換装置の出力の少なくとも１つの電気量が前記基本スイッチング周波数で本質的にゼロ振幅を持つように、前記所定の時間的関係を調節するために設けられる、電力変換装置。
【請求項２】
前記本質的に同一のスイッチングセルは、並列に接続され、及び負荷を接続するための共通の出力ポートを構築する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記本質的に同一のスイッチングセルは、直列に接続され、及び負荷を接続するための共通の出力ポートを構築する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記本質的に同一のスイッチングセルの数は３つである、請求項１乃至３の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記本質的に同一のスイッチングセルはＨブリッジとして設計され、前記セルの各々は、スイッチング部材として半導体スイッチ、及び少なくとも１つのインダクタを有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の少なくとも１つの電力変換装置、及び少なくとも１つの勾配コイルを有する、磁気共鳴検査システムの勾配コイルユニット。
【請求項７】
パルス制御ユニットに存在し、前記パルス制御ユニットにより実行可能であり、及び請求項８に記載の方法を表している、ソフトウェアモジュールをさらに有する、請求項６に記載の勾配コイルユニット。
【請求項８】
各々が導電状態の配置と本質的に非導電状態の配置とを切り替えるために設けられる複数のスイッチング部材を持ち、及び少なくとも基本スイッチング周波数と所定の相互の時間的関係とで切り替わるために設けられる、複数の本質的に同一のスイッチングセル、並びに
前記スイッチングセルの前記スイッチング部材にスイッチングパルスを与えることにより、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係を制御するために設けられるパルス制御ユニット
を有する、特に磁気共鳴検査システムの勾配コイルに給電するための電力変換装置を動作させる方法において、
前記複数のスイッチングセルの各セルの少なくとも１つの電気量を夫々決定するステップ、
前記複数のスイッチングセルの各セルの前記電気量から、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係に対する補正を決定するステップであり、前記電気量は、前記スイッチングセルに個別に割り当て可能である、前記決定するステップ、並びに
前記決定した補正に従って、電力変換装置の出力の少なくとも１つの電気量は、前記基本スイッチング周波数でゼロ振幅を本質的に持つように、前記スイッチングセルの前記スイッチング部材に与えられる前記スイッチングパルスの前記時間的関係を調節するステップ
を有する方法。
【請求項９】
磁気共鳴検査システムの勾配コイルに給電するために特に設けられる電力変換装置のスイッチングセルの切り替えの所定の時間的関係を制御するために設けられるソフトウェアモジュールにおいて、
前記電力変換装置は、前記スイッチングセルのスイッチング部材にスイッチングパルスを与えることにより、前記スイッチングセルの切り替えの所定の時間的関係を制御するために設けられるパルス制御ユニットを有し、及び
前記スイッチングセルは、
−複数の前記スイッチングセルの各セルの少なくとも１つの電気量を夫々決定するステップ、
−前記複数のスイッチングセルの各セルの前記電気量から、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係に対する補正を決定するステップであり、前記電気量は前記スイッチングセルに個別に割り当て可能である、前記決定するステップ、並びに
−前記決定した補正に従って、電力変換装置の出力の少なくとも１つの電気量は、基本スイッチング周波数でゼロ振幅を本質的に持つように、前記スイッチングセルの前記スイッチング部材に与えられる前記スイッチングパルスの前記時間的関係を調節するステップ、
を実行するために、少なくとも前記基本スイッチング周波数で切り替わるために設けられ、
前記ステップは、前記電力変換器の前記パルス制御ユニットに実装可能であり、前記ユニットにより実行可能であるプログラムコードに変換される、ソフトウェアモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴（ＭＲ）検査システムの勾配コイルに給電するための電力変換装置、及びインダクタンスの非対称性を補償するために電力変換装置を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置の分野において、異なる向きの電流を可能にさせるスイッチングセルに配置される半導体スイッチを用いることが知られている。これら半導体スイッチは、可変デューティサイクルでパルス幅変調した基本スイッチング周波数のスイッチングパルスにより制御される。
【０００３】
電力変換装置の多くの型において、有効パルス幅変調（ＰＷＭ）の周波数をできるだけ高くすることが望ましい。このような高い周波数は一般的に、高い反応速度（高い帯域幅）及び正確な信号構造を達成するのに有利である。その上、このようは高い周波数は、誘導性及び容量性記憶素子をより小さくすることになり、これにより、システムのサイズ、質量及びコストを減らすことができる。
【０００４】
実用的な半導体電力スイッチは、切り替え事象毎の一定のエネルギー損失を特徴としている。このエネルギー損失は、使用される技術及び材料（金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）、バイポーラ接合、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ））、装置の定格電圧並びに回路の状態、すなわち前記切り替え事象の直前及び直後に印加される電圧及び電流に依存している。このエネルギー損失により、半導体電力スイッチは、ある一定のスイッチング周波数までしか上手く使われない。ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）にとって、この周波数は通例、数百ヘルツ（Ｈｚ）であり、中電圧の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）にとって、この周波数は数キロヘルツ（ｋＨｚ）であり、及び中電圧のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）にとってこの周波数は数十〜数百キロヘルツ（ｋＨｚ）である。これらは絶対的な数を意味しているのではない。しかしながら、示されるレベルを超える周波数は、装置において散逸を増やすことになり、これにより回路効率の低下、及び極限的には実行不可能な回路となる。
【０００５】
インターリーブ型及びマルチレベル型の回路は、この設計の問題を脱する方法を提案している。このような回路において、複数の本質的に同一のスイッチングセルは、並行して及び／又は連続して動作する。個々のスイッチングセルは、互いにＴＳＷ／Ｎの時間オフセットを用いて動作し、ＴＳＷは、個々のスイッチングセルのスイッチングサイクル時間であり、Ｎはセルの数である。これにより、見かけのスイッチング周波数は、Ｎ倍ずつ増大する。個々のスイッチングセルの各々は、適度なスイッチング周波数で動作し、総電力の１／Ｎを処理し、これがモジュール設計を可能にする。
【０００６】
"インターリーブ"という言葉は、一般的に並行して動作するスイッチングセルに使用される、すなわちシステムの出力電流は個々のスイッチングセルの電流のＮ倍であるのに対し、システム及びスイッチングセルの電圧は同じである。"マルチレベル"は、セル電圧の合計を使用するシステムに用いられる、すなわちシステムの出力電圧は個々のセルの出力電圧よりもＮ倍大きいが、スイッチングセルの電流は等しい。両方の回路形態の例が図１に示される。
【０００７】
インターリーブ型の電力変換装置の正しい動作は、スイッチングセルの対称性に大きく依存している。それで、１セル当たりのインダクタンスは、理論的に可能な機能を実現するのに決定的に重要である。このインダクタンスは、ディスクリートインダクタの電気特性に依存し、これらの特性は通例、インダクタの公称値辺りの５から１０％の許容誤差を示している。加えて、回路の形状により、例えば接続ワイヤ及び母線のような余計なインダクタンスが生じ、これは、殆どの場合、経済的に合理的な取り組みではセルの間で完全に均等にはならない。
【０００８】
インターリーブの概念の全潜在能力を利用することは故に、合理的なコストで高いＮの値に対してはできない。従って、回路の許容誤差により生じる非対称性を克服する方法が必要とされる。従来技術、O. Garcia, A de Castro, P. Zumelis, J.A. Cobios著、"Digital-Control-Based Solution to the effect of non-idealities of the inductors in multiphase converters" IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 22. no. 6, Nov. 2007, pp. 2155-2163において、スイッチングセルがリップル電流の振幅に基づいて動作する命令を選択することが示唆されている。この方法は、基本スイッチング周波数を幾分抑制するが、一般に完全な消滅には至らない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
故に、本発明の目的は、電力変換装置に固有の許容誤差から生じる電力変換器の出力の基本スイッチング周波数成分の補償を改善した電力変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様において、前記目的は、磁気共鳴（ＭＲ）検査システムの勾配コイルに給電するための電力変換装置により達成され、この電力変換装置は、
各々が導電状態の配置と本質的に非導電状態の配置とを切り替えるために設けられる複数のスイッチング部材を持ち、及び少なくとも基本スイッチング周波数と、所定の相互の時間的関係とで切り替わるために設けられる複数の本質的に同一のスイッチングセル、並びに
前記スイッチングセルのスイッチング部材にスイッチングパルスを与えることにより、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係を制御するために設けられるパルス制御ユニット
を有し、前記パルス制御ユニットは、前記複数のスイッチングセルの各セルの少なくとも１つの電気量から夫々、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係に対する補正を決定し、及び前記決定した補正に従って、電力変換装置の出力の少なくとも１つの電気量が基本スイッチング周波数で本質的にゼロ振幅を持つように、前記所定の時間的関係を調節するために設けられる。
【００１１】
本出願に用いられるような"電気量"という言葉は、特に電流、電圧及び電気抵抗を含むと理解される。電気量は、特定の周波数若しくは様々な周波数での電流の成分、電圧の成分又は抵抗も含み、"周波数"は、ある周波数帯域内における中心周波数並びに離散周波数を包含してもよい。本出願に用いられるような"本質的にゼロ振幅"という言葉は、特に異なる周波数での前記電気量の最大振幅と比較して、少なくとも２０倍、好ましくは少なくとも５０倍小さな振幅と理解される。
【００１２】
本発明の利点を説明するために、磁気共鳴（ＭＲ）検査システムの勾配コイルに給電するための電力変換装置の応用が例として挙げられる。このようなシステムにおいて、特に勾配電流リップルの積分は、画像品質に最も重要である。積分基準は、低い周波数、例えば上述した基本スイッチング周波数に非常に敏感である。ＭＲ勾配コイルのための最新式の電力変換装置において、スイッチング電力変換装置の出力電圧は、図１に示されるように、この出力電圧が前記勾配コイルに印加される前に、非散逸のＬＣフィルタを通過する。ＬＣフィルタと勾配コイルとの組み合わせは、３次フィルタとして働く。前記スイッチングセルの電流の合計におけるリップルに対し、フィルタリングアクションの有効な次元は、それよりも少ない次元、すなわちネットフィルタは２次である。前記積分基準は、追加のフィルタリングアクションと見なされる。組み合わせた動作は故に、３次フィルタとして働き、これは高次高調波を効果的に抑制するが、低次高調波はあまり有効ではない。
【００１３】
例として、５ｋＨｚの出力フィルタのカットオフ周波数は、１０ｋＨｚの電力半導体の基本スイッチング周波数よりも十分下にある場合を考える。ここで、この基本スイッチング周波数を含む全てのスペクトル成分は、図５に示されるように、ボード線図において−３の傾きを持つフィルタ特性の一部により処理される。
【００１４】
基本周波数の減衰がＡとラベルが付けられる（例においてＡは0.24254に等しい）場合、２次高調波の減衰はこのときＡ／２３＝Ａ／８である。３次高調波に対しては、前記減衰はＡ／３３＝Ａ／２７である。言い換えると、この３次高調波の振幅の２７分の１しかない振幅を持つ基本周波数は、画像品質に関してかなりの影響を持っている。別のフィルタ設定に対し、数値結果は多少異なるが、殆どの実際的事例において、前記基本周波数のほんのわずかな削除が画像品質にかなり有益な効果がある。
【００１５】
本発明のもう１つの態様において、本質的に同一のスイッチングセルは、並列に接続され、及び負荷を接続するための共通の出力ポートを構築する。インターリーブ型のスイッチングセルを備える電力変換装置は、負荷に給電するための電流源として有利に使用されてもよい。
【００１６】
本発明のさらにもう１つの態様において、本質的に同一のスイッチングセルは、直列に接続され、及び負荷を接続するための共通の出力ポートを構築する。直列接続したスイッチングセルを備える電力変換装置は、負荷に給電するための電圧源として有利に使用されてもよい。
【００１７】
好ましい実施例において、本質的に同一のスイッチングセルの数は３である。これらスイッチングセルの切り替えの所定の時間的関係のための補正は、この場合数学的に閉じた解決法で表されるので、パルス制御ユニットによる計算において簡単に得られる。
【００１８】
本発明のもう１つの態様において、本質的に同一のスイッチングセルは、Ｈブリッジとして設計され、これらセルの各々は、半導体スイッチをスイッチング部材及び少なくとも１つのインダクタとして有する。従って、電力変換装置は、電力変換装置の出力に与えられる電流が何れかの所望する方向に流れるように、負荷に、特に勾配コイルのような誘導負荷に給電する。
【００１９】
本発明のもう１つの目的は、磁気共鳴（ＭＲ）検査システムの勾配コイルユニットを提供することであり、このユニットは、ここに開示されるような電力変換装置の少なくとも１つの実施例及び少なくとも１つの勾配コイルを有する。それにより、低い信号対ノイズ比によって符号化エラー及び故に画像のアーチファクトを避ける勾配コイルが達成され、従ってＭＲ検査システムの磁気共鳴信号の信頼できる及び完璧な空間符号化を提供する。
【００２０】
もう１つの態様において、本発明は、特に磁気共鳴（ＭＲ）検査システムの勾配コイルに給電するための電力変換装置を動作させる方法に関し、この変換装置は、各々が導電状態の配置と本質的に非導電の絶縁状態の配置とを切り替えるために設けられる複数のスイッチング部材を持ち、及び少なくとも基本スイッチング周波数と所定の相互の時間的関係とで切り替わるために設けられる複数の本質的に同一のスイッチングセル、並びに前記スイッチングセルのスイッチング部材にスイッチングパルスを与えることにより、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の相互の時間的関係を制御するために設けられるパルス制御ユニットを有し、前記方法は、
−前記複数のスイッチングセルの各セルの少なくとも１つの電気量を夫々決定するステップ、
−前記複数のスイッチングセルの各セルの前記電気量から、前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係に対する補正を決定するステップであり、前記電気量は前記スイッチングセルに個別に割り当て可能である、前記決定するステップ、並びに
−前記決定した補正に従って、電力変換装置の出力の少なくとも１つの電気量は、前記基本スイッチング周波数で本質的にゼロ振幅を持つように、前記スイッチングセルの前記スイッチング部材に与えられるスイッチングパルスの時間的関係を調節するステップ
を有する。
【００２１】
さらにもう１つの態様において、本発明は、特に磁気共鳴検査システムの勾配コイルに給電するために設けられる電力変換装置のスイッチングセルの切り替えの所定の時間的関係を制御するために設けられるソフトウェアモジュールに関する。この電力変換装置は、前記スイッチングセルの前記スイッチング部材にスイッチングパルスを与えることにより、導電状態の配置と本質的に非導電状態の配置との間において前記スイッチングセルの切り替えの前記所定の時間的関係を制御するために設けられるパルス制御ユニットを有し、前記スイッチングセルは、上述した方法を実行するために、少なくとも基本スイッチング周波数ｆＳＷで切り替わるために設けられ、前記方法のステップは、前記電力変換装置のパルス制御ユニットに実装可能及びこのユニットにより実施可能であるプログラムコードに変換される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】インターリーブ型の電力変換装置の配置の本発明による勾配コイルユニットの実施例を示す。
【図１ｂ】マルチレベル型の電力変換装置の配置の本発明による勾配コイルユニットの実施例を示す。
【図２】理想的な対称的配置の、図１のインターリーブ型の電力変換装置の出力量を説明する。
【図３】補正を加えていない非対称的配置に対する図２のような出力量を説明する。
【図４】図２及び図３のインターリーブ型の電力変換装置の出力量の周波数スペクトルを説明する。
【図５】ＭＲＩ検査システムの勾配コイルユニットに一般的に用いられる電気フィルタの周波数応答を表す。
【図６】本発明による補正を加えた後の非対照的配置に対する図３のような出力量を示す。
【図７】図６のインターリーブ型の電力変換装置の出力の周波数スペクトルを示す。
【図８】３段のインターリーブ型の電力変換装置の配置に対する本発明による補正をベクトル図で説明する。
【図９】４段のインターリーブ型の電力変換装置の配置に対する本発明によるもう１つの補正をベクトル図で説明する。
【図１０】図９の４段のインターリーブ型の電力変換装置の出力量の周波数スペクトルを説明する。
【図１１】本発明による方法を適用する前後の電力変換装置の総電流を時間領域で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施例から明らかであり、この実施例を参照して説明される。しかしながら、このような実施例が必ずしも本発明の全範囲を示すことはなく、本発明の範囲を説明するために請求項が参照される。
【００２４】
図１ａ及び１ｂは、本発明による勾配コイルユニットの実施例を示す。これら勾配コイルユニットは、インターリーブ型の配置１０の電力変換装置（図１ａ）及びマルチレベル型の配置１２のもう１つの電力変換装置（図１ｂ）を夫々有する。以後、本実施例の説明においてインターリーブ型の配置１０が用いられるが、本発明はマルチレベル型の配置１２の電力変換装置にも応用可能である。
【００２５】
これら電力変換装置は、当業者により一般的に知られるような、半導体スイッチにより形成される４つのスイッチング部材５２、逆並列ダイオード、インダクタ３２及びフィルタを用いて、Ｈブリッジとして設計される３つの本質的に同一のスイッチングセル１４、１６、１８を有する。スイッチング部材５２は、導電状態の配置と本質的に非導電状態の配置とを切り替えるために設けられ、前記スイッチングセル１４、１６、１８は、少なくとも基本スイッチング周波数ｆＳＷと所定の相互の時間的関係とで切り替わるために設けられる。前記電力変換装置は、前記スイッチングセル１４、１６、１８のスイッチング部材５２にスイッチングパルスを与えることにより、これらスイッチングセル１４、１６、１８の切り替えの前記所定の時間的関係を制御するために設けられるパルス制御ユニット２０を有する。明瞭性のために、パルス制御ユニット２０から前記半導体スイッチに前記スイッチングパルスを送るのに必要な配線は図１にのみ示される。
【００２６】
前記半導体スイッチは、図１においてＩＧＢＴと示されているが、一般的にＭＯＳＦＥＴ又は当業者には適切であると思われる他の如何なる半導体スイッチとして設計されることができる。
【００２７】
電力変換装置は、さらに詳細には示されない磁気共鳴（ＭＲ）検査システムの一部である勾配コイルユニットの勾配コイル２２に給電するために設けられる。この勾配コイル２２は、このコイルの両端の各々を用いて、個々の出力線電流３４を各々搬送するＨブリッジの３つの出力線２８を接続する２つのノードにより構成される電力変換装置の出力ポート２４、２６に接続されるので、勾配コイル２２を流れる総電流３６は、このＨブリッジの出力線電流３４のローパスフィルタリングされた重ね合わせである。
【００２８】
従来の電圧変換装置において、スイッチングセル１４、１６、１８の切り替えの前記所定の時間的関係は、Ｈブリッジの出力線２８にある出力線電流３４により与えられる、前記スイッチングセル１４、１６、１８の各セルの電気量間に位相シフトが存在するように設計され、この位相シフトは３６０度の整数分の１である。図１に示されるような３段のインターリーブ型の変換装置の配置にとって、位相シフトは、３６０／３°＝１２０°である。
【００２９】
電力変換装置のインターリーブ型の配置１０において、３つの本質的に同一のスイッチングセル１４、１６、１８は並列に接続され、勾配コイル２２を接続するための共通の出力ポート２４、２６として出力端子を構築する。
【００３０】
電力変換装置のマルチレベル型の配置１２において、３つの本質的に同一のスイッチングセル４４、４６、４８は直列に接続され、この直列配置の両端においてＨブリッジの出力線３０を用いることにより負荷を接続するための共通の出力ポート２４'、２６'として出力端子を構築する。
【００３１】
図２は、理想的な対称的配置、すなわち３つのスイッチングセル１４、１６、１８が同一の電気特性を持つ、及び特にインダクタ３２が同じインダクタンス値を持つと仮定する場合、図１のインターリーブ型の電力変換装置のＨブリッジの出力線電流３４により与えられるスイッチングセル１４、１６、１８の各々の出力量を説明する。図２の上側は、同一の振幅を持つ個々の出力線電流３４を示し、図２の下側は、３つの出力線電流３４の重ね合わせとして合計電流５０を示す。スイッチングセル１４、１６、１８は、２０％のデューティサイクル及び１２０°の位相シフトを持つ、０．１ｍｓの１サイクル期間と同等である１０ｋＨｚの基本スイッチング周波数ｆＳＷで切り替わる。合計電流５０は故に、３０ｋＨｚの最も低い周波数成分を示す。
【００３２】
図３は、インダクタ３２のインダクタンス値の間で±１０％の変動を除けば、同一のスイッチングセル１４、１６、１８を備えた電力変換装置の配置を示す。スイッチングセルのインダクタ３２の不均等は、スイッチングセル１４、１６、１８毎に異なる電流リップルの振幅となり、それにより合計電流５０'の基本スイッチング周波数ｆＳＷ（一次高調波）の不完全な相殺となる。スイッチングセルの出力線電流３４'間の違いが図３にはっきりと見ることができる。
【００３３】
対称的配置と非対称的配置との間の違いに関して、時間領域での表示よりも有益なのは、図４に示されるように、２つの配置に対する電力変換装置の合計電流５０、５０'の周波数スペクトルである。
【００３４】
１０ｋＨｚの基本スイッチング周波数ｆＳＷでの合計電流５０の成分は、（図４の上側の）理想的な対称的配置には見られない一方、（図４の下側の）不等のインダクタ３２の場合、合計電流５０'のスペクトルにおいて前記成分ははっきりと見ることができる。一般的な電力変換装置において、基本スイッチング周波数ｆＳＷは、幾つかの場合、増幅され、さらに悪い信号品質及び電位不安定となる。これを防ぐために、電力変換装置の従来の動作によれば、制御する帯域幅を減らして及び／又はシステムの品質を下げてこの電力変換装置が動作する必要があり、前記インターリーブ型を最初に利用するとき、求められる利点を自ら破壊してしまう。
【００３５】
しかしながら、本発明によれば、パルス制御ユニット２０は、スイッチングセル１４、１６、１８の各セルの少なくとも１つの電気量から夫々、１２０°の位相シフトにより与えられる所定のスイッチングセル１４、１６、１８の切り替えの所定の時間的関係に対する補正を決定するために設けられる。これらの電気量は例えば、個々のスイッチングセル１４、１６、１８のインダクタ３２のインダクタンス値又は利用可能な何れかの手段を用いて測定される３つのスイッチングセルの出力線電流３４のリップル振幅の何れか一方とすることができる。
【００３６】
本発明によれば、パルス制御ユニット２０はさらに、電力変換装置の出力の少なくとも１つの電気量、例えば本実施例では合計電流５０"は、基本スイッチング周波数ｆＳＷで本質的にゼロ振幅を持つように、前記決定した補正に従って前記所定の時間的関係を調節するために設けられる。
【００３７】
この目的のために、パルス制御ユニット２０は、ソフトウェアモジュール３８（図１）を有し、本発明による前記方法は、パルス制御ユニット２０に実装可能であり、このユニットにより実行可能であるプログラムコードに変換される。ソフトウェアモジュール３８は、パルス制御ユニット２０内にある。一般的に、ソフトウェアモジュール３８は、ＭＲＩ検査システムの一部である他の何れかの制御ユニットに存在し、この制御ユニットによって実施可能でもある、及びデータ通信手段は、パルス制御ユニット２０と、ソフトウェアモジュール３８がある制御ユニットとの間に構築されてもよい。
【００３８】
図３に示した非対称的配置に適用される方法の結果が図６に示される。再び、図７のスペクトル図は、特に図４の下側に比べ、基本スイッチング周波数ｆＳＷでの合計電流５０"の成分が本質的にゼロの値に調節されたことをよりはっきりと示している。図７は、基本スイッチング周波数ｆＳＷでの成分は、本実施例においては他の高調波の僅かな増大を犠牲にして、完全に消滅していることをはっきりと示している。勾配コイルの利用に対し上述したように、高調波が周波数で重み付けられる場合、ネット信号品質(net signal quality)は大きく改善される。これを説明するために、補正あり（図７）及び補正なし（図４）の高調波の中身は、２つの重み付け方法、つまり１７.２２Ａから１７．０５Ａへの減少を示している共通の二乗平均平方根(RMS: root-mean-square)電流リップルレベルと、０．２９６から０．１１２への減少、すなわち殆ど３倍の減少を示している、ＭＲＩ検査システムに応用可能であるような周波数重み付け測定基準とに用いられる。
【００３９】
合計電流５０'において基本スイッチング周波数ｆＳＷでの電気量を無くすために、個々のスイッチングセルの出力線電流３４の振幅のベクトル加法がゼロになるまで加える必要がある。個々のスイッチングセルの出力線電流３４の相対振幅が与えられる場合、これは、閉じた三角形を構築することにより達成されることができ、この三角形の辺の長さは、前記個々のスイッチングセルの出力線電流３４の振幅に等しい。
【００４０】
３つ全てのスイッチングセル１４、１６、１８に対し等しいと仮定される、パルス幅変調したスイッチングパルスのデューティサイクルに対し、基本スイッチング周波数ｆＳＷでの前記セルの出力線電流３４の振幅と、基本スイッチング周波数ｆＳＷでの前記セルのピーク値間電流リップルとの比率は一定数である。この一定比率のために、前記ベクトル加法により結果生じる三角形は、リップルの振幅から構成される、従ってフーリエ解析を避ける、故に実施がより簡単であるもう１つの三角形４０と同じ形状を持つ。
【００４１】
従って正比例で構築される三角形４０の外角は、３つのスイッチングセル１４、１６，１８間の相対的な位相シフトを示している（図８）。図８の左側は、対照的配置の三角形４０の構造、つまり得られる三角形４０は、正三角形であり、全ての外角は１２０°、すなわち２π／３ラジアンに等しい構造を実証している。１つの出力線電流３４は平均よりも１０％大きく、残りの出力線電流３４は平均よりも５％小さい振幅を用いた配置に対しては、１２５．３８、１０９．２５及び１２５．３８°の外角を持つ二等辺三角形４０'（図８の真ん中であり、角度の値は整数に四捨五入される）が生じる。１つの出力線電流３４は平均よりも５％小さい振幅と、もう１つの出力線電流３４は平均よりも５％高い振幅とを備えるさらにもう１つの場合に対しては、１２０．２５、１１４．９０及び１２４．８５°の外角を持つ三角形４０"（図８の右側）が生じる。三角形は、全ての辺の長さにより一義的に決められるので、ベクトル和を三角形に近づける独特の解決法が常に存在している。そうすることにより、基本スイッチング周波数ｆＳＷでの３つのスイッチングセルの電流リップルのベクトル和は、外角、すなわち位相シフトを調節することにより、常にゼロに等しくすることができる。
【００４２】
３個を上回る多数の本質的に同一のスイッチングセル１４、１６、１８に対し、本発明による方法は依然として通用するが、これらの場合には、選択した追加の高調波を削除するのに使用される追加の自由度が存在する。
【００４３】
例として、４つのスイッチングセル１４、１６、１８を用いた配置を考えてみる。この配置は、もう１つのスイッチングセル１４、１６、１８が加えられていることを除けば、３つのスイッチングセル１４、１６、１８を用いた配置と同一であるため、この配置の説明は、さらなる情報を与えることはなく、故に簡潔さを理由に省略される。１つのスイッチングセルの出力線電流３４の振幅が他の３つよりも１０％大きい。本発明の方法を適用した後の結果が図９に示される。この特別な事例において、等脚台形４２は明らかに最も対照的な構成である。この構成の検査は、この等脚台形４２の下底にある外角がａｒｃｃｏｓ（０．０５）＝８７．１°により与えられることが明らかとなっている。この方法を用いて分かった外角が全ての外角が９０°に等しい対称的配置の外角と僅かしか異なっていなくても、基本スイッチング周波数ｆＳＷでの合計電流５０の振幅に与える影響は、図１０から得られるように大きい。
【００４４】
例示的な方法の図１０は、０．３のデューティサイクル及び１０ｋＨｚの基本スイッチング周波数ｆＳＷに対するスペクトル図を示す。最上部のグラフは、４の整数倍の番号を持つ高調波だけが存在しているとき、等しいスイッチングセルの出力線電流リップルを用いたスイッチングセル１４、１６、１８の対照的配置に適用している。真ん中のグラフにおいて、出力線電流リップルの振幅の１つが１０％増大し、このスペクトルにおいて、基本スイッチング周波数ｆＳＷでの振幅のかなりの割合の存在となる。下のグラフにおいて、決定した補正に従って所定の時間的関係を調節するための方法が適用されている。故に、３次、５次及びさらに高次の高調波における僅かな増大を犠牲として基本スイッチング周波数ｆＳＷでの振幅は消滅する。最後に、図１１において、上述した３つの配置に対するスイッチングセルの出力線電流３４の合計電流５０、５０'、５０"が時間領域で示されている。
【００４５】
本発明は、図面及び上記説明において詳細に説明及び開示されている一方、このような説明及び開示は、説明的又は例示的であり、限定的ではない、つまり本発明は開示される実施例に限定されないと考えるべきである。これら開示される実施例に対する他の変形例は、図面、明細書及び付随する特許請求の範囲の研究により、請求する本発明を実施する当業者により理解及びもたらされることができる。請求項において、"有する"という言葉は、それ以外の要素又はステップを排除するものではなく、複数形で表現していないことが、それらが複数あることを排除するものでもない。ある方法が互いに異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの方法の組み合わせが有利に用いられることができないことを示しているのではない。請求項における如何なる参照符号もその請求項の範囲を限定するとは考えるべきではない。
【符号の説明】
【００４６】
１０  インターリーブ型の配置
１２  マルチレベル型の配置
１４  スイッチングセル
１６  スイッチングセル
１８  スイッチングセル
２０  パルス制御ユニット
２２  勾配コイル
２４  出力ポート
２６  出力ポート
２８  出力線（インターリーブ）
３０  出力線（マルチレベル）
３２  インダクタ
３４  出力線電流
３６  出力電流
３８  ソフトウェアモジュール
４０  三角形
４２  等脚台形
４４  スイッチングセル
４６  スイッチングセル
４８  スイッチングセル
５０  総電流
５２  スイッチング部材
ｆｓｗ  基本スイッチング周波数
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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