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    一种具有恒定的开关频率的变流器电路(1)，其具有用于获得输入信号的输入电路(2)，以及用于输出输出信号的输出电路(3)。主开关元件(4)被布置并配置为用于将输入电路(2)与能量源(5)连接或者将输入电路从能量源分离。辅助电路(6)与输入电路(2)以及与输出电路(3)连接。辅助开关元件(7)被布置并配置为用于可选地将辅助电路(6)与能量源(5)连接或者将其从能量源分离。控制单元(8)被配置为用于以预先给定的独立于负载的频率来无电流地开关主开关元件(4)，并且以该频率以及以取决于负载的占空比来无电流地开关辅助开关元件(7)。此外，本实用新型涉及一种具有这种变流器电路的磁共振断层成像设备。
    公开号:CN214337770U
    申请号:CN202022095248.4U
    申请日:2020-09-22
    公开日:2021-10-01
    发明作者:G.西格勒
    申请人:Siemens Healthineers AG；
    IPC主号:H02M1-00
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及一种具有恒定的开关频率的变流器电路，其具有输入电路，用于获得输入信号；输出电路，用于输出取决于输入信号的输出信号；以及主开关元件，该主开关元件被布置并配置为用于可选地将输入电路与电气能量源连接或者将输入电路从该电气能量源分离。此外，本实用新型涉及一种具有这种变流器电路的磁共振断层成像设备。
    [n0002] 在使用利用了特定的特有频率的装置时，可能需要该频率不受装置周围中的电气电路、例如变流器电路的干扰。
    [n0003] 例如，在用于借助磁共振断层成像MRI来执行检查的屏蔽室(所谓的磁体室)中，使用变流器、特别是直流电压变换器(即，DC/DC变换器)，以便为MRI设备或其他电气设备提供供电电压或供电电流。在此，在MRI 设备的接收频率的范围内，即，在拉莫尔频率范围内不引起干扰或仅引起轻微干扰可能特别重要，因为这些干扰可能对检查产生负面影响。
    [n0004] 例如，与几MHz范围内的预先给定的基本频率对应或与基本频率的倍数对应的频率可以保持未占用对应的MRI接收频率，使得可以在没有干扰 MRI信号的接收的条件下使用具有该频率的来自CPU、FPGA或开关变换器的时钟信号。
    [n0005] 因此，在此类应用中必须使用具有恒定的、不变的开关频率的开关变换器或其他变流器。
    [n0006] 从现有技术中已知进行硬开关的开关变换器，即，在电流流经开关元件期间对这些开关元件进行操作的这种开关变换器。可以以恒定的频率运行这种开关变换器，并且可以通过对开关元件或开关晶体管的脉冲宽度调制来调整负载波动。
    [n0007] 然而，这些进行硬开关的开关变换器具有开关损耗大的缺点，该开关损耗可以占据总损耗的很大一部分。在几MHz的相对高的开关频率下尤其如此。此外，进行硬开关的开关变换器(例如，降压变换器)具有在其上电压快速变化(即，出现高的dU/dt值)的电路节点，这可能导致干扰，随着频率变得更大该干扰仅缓慢地降低，即，在典型的63MHz(1.5T)或123MHz (3T)的拉莫尔频率下，仍然可能引起显著的干扰。
    [n0008] 除了进行硬开关的开关变换器，从现有技术中还已知具有谐振开关元件的开关变换器，在该开关变换器中可以柔性地、即既无电压也无电流地对开关元件进行开关。在低的负载电流的情况下，已知的进行无电压开关的开关变换器具有高损耗。为了调整负载波动，以可变的频率运行已知的进行无电流开关的开关变换器，然而，这在上面所概述的应用领域中不可接受。此外，这种谐振开关变换器通常仅提供非常受限的用于负载调节的范围。
    [n0009] 因此，在这种背景下，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种用于变换电信号的改进的设计，在该电信号中不必改变开关频率以补偿负载波动，并且该设计同时引起低的开关损耗，因此克服了现有技术中已知的开关变换器的缺点。
    [n0010] 根据本实用新型，上述技术问题通过本实用新型的相应的主题来解决。有利的扩展方案和优选的实施方式是本实用新型的主题。
    [n0011] 改进的设计基于以下思路：除了以预先给定的独立于负载的频率来无电流地开关的主开关元件，还以相同的频率、但以取决于负载的占空比来同样无电流地开关辅助开关元件，以便能够补偿负载变化。
    [n0012] 根据改进的设计的一个独立方面，提出了一种具有恒定的开关频率的变流器电路、特别是直流电压变换器。变流器电路具有输入电路，以便尤其是从电气能量源获得输入信号。变流器电路具有输出电路，用于输出取决于输入信号的输出信号。变流器电路具有主开关元件，该主开关元件被布置并配置为用于可选地将输入电路、并且特别地因此还将输出电路与电气能量源连接或者将其从电气能量源分离，以便特别地生成输出信号。变流器电路具有辅助电路以及辅助开关元件，该辅助电路在变流器电路的节点处与输入电路以及与输出电路连接，该辅助开关元件被布置并配置为用于可选地将辅助电路与能量源连接或者将其从能量源分离。变流器电路具有控制单元，该控制单元被配置为用于以预先给定的、特别是恒定的、独立于负载的频率来无电流地开关主开关元件，并且以相同的预先给定的独立于负载的频率以及以取决于负载的占空比来无电流地开关辅助开关元件。
    [n0013] 在此特别地，名称“变流器”可以被理解为其中包括用于将馈入的电压或馈入的电流从一种类型转换为另外的类型，即，从直流电流或直流电压转换为交流电流或交流电压或分别相反的电气设备或电子电路。变流器还包括用于改变特征电气参数(诸如电压或者馈入的电压或馈入的电流的频率)的电气设备或电子电路。
    [n0014] 特别地，可以将变流器设计为转换器、整流器、逆变器或者设计为开关调节器或开关变换器，特别是设计为直流电压变换器。
    [n0015] 相应地，输入信号可以是直流电压信号或直流电流信号(如在直流电压变换器、开关调节器、开关变换器或逆变器的情况下)或者是交流电压信号或交流电流信号(如在转换器和整流器的情况下)。相应地，输出信号可以是直流电压信号或直流电流信号(如在直流电压变换器、开关调节器、开关变换器或整流器的情况下)或者是交流电压信号或交流电流信号(如在转换器或逆变器的情况下)。
    [n0016] 在此和以下，可以将电路，即输入电路、输出电路以及辅助电路，理解为对应的电气或电子电路。
    [n0017] 特别地，节点是变流器电路的节点，在该变流器电路的节点处输出电路和输入电路彼此连接。
    [n0018] 特别地，可以将(例如输入电路或辅助电路)从能量源的分离理解为分离能量源的极与相应的电路(即输入电路或辅助电路)之间的至少一个电连接。
    [n0019] 特别地，能量源可以被设计为电流源或电压源。
    [n0020] 在此和以下，可以将“无电流地开关”理解为操作对应的开关元件，以便将该开关元件从截止状态切换至导通状态，反之亦然，其中，在切换过程期间、特别是在开始切换过程时，流过开关元件的电流等于零或基本上为零。例如在电流过零时或者在流过相应的开关元件的电流等于零或基本为零的时间段期间，可以是这种情况。
    [n0021] 无电流地开关也可以被称为零电流开关(Zero Current Switching，ZCS)。
    [n0022] 特别地，变流器电路可以基于谐振电路或者基于电气振荡器，即包含这种谐振电路或电气振荡器。
    [n0023] 可以将“以频率进行开关”理解为周期性地进行相应开关元件的接通过程和关断过程，其中，通过频率给出针对接通的周期持续时间和/或针对关断的周期持续时间。
    [n0024] 在此，接通对应于将相应的开关元件切换为导通状态，并且关断对应于将开关元件切换为截止状态。
    [n0025] 通过借助控制单元开关主开关元件，特别地将输入电路与能量源连接或与该能量源分离。对应地，通过开关辅助开关元件，将辅助电路从能量源分离或与该能量源连接。
    [n0026] 在此和以下，可以将“独立于负载”或“取决于负载”理解为独立于或取决于输出信号和/或另外的输出信号和/或负载的量。例如可以将负载的电阻值或阻抗值理解为负载的量，该负载位于输出电路的输出端，在该输出端上输出输出信号。
    [n0027] 变流器电路例如可以具有主电路，该主电路包含输入电路和输出电路，或者该主电路由输入电路和输出电路构成。
    [n0028] 根据改进的设计，主电路或输入电路产生必要的电流走向和电压走向，因此可以无电流地开关主开关元件以及也可以无电流地开关辅助开关元件。
    [n0029] 通过辅助电路的取决于负载的运行，即，通过用以开关辅助开关元件的取决于负载的占空比，可以尤其以更高的功率或输出功率提供输出信号，由此，可以在不必改变开关元件的开关频率的条件下补偿负载中或负载电流中的波动。
    [n0030] 由于用以开关主开关元件和辅助开关元件的频率是独立于负载的并且是恒定的，即，特别地提出了具有恒定的开关频率的变流器电路，因此可以避免在变流器电路周围中另外的频率的干扰。
    [n0031] 此外，在按照改进的设计的变流器电路中，仅积累了非常低的开关损耗或没有开关损耗，因为分别无电流地、即特别是柔性地对辅助开关元件和主开关元件进行开关。
    [n0032] 因此，利用按照改进的设计的变流器，可以结合已知的进行硬开关的装置和已知的取决于开关频率的装置的优点，而不会出现它们各自的缺点。
    [n0033] 特别地，控制单元被配置为以独立于负载的占空比来对主开关元件进行开关。
    [n0034] 在此和以下，可以将接通时间与对对应的开关元件进行开关的周期持续时间之比理解为占空比。占空比也可以被称为调制度(Aussteuergrad)或占空度(Duty Cycle)。
    [n0035] 相应地，占空比原则上可以取从零到一的值。
    [n0036] 然而，用以开关主开关元件的独立于负载的占空比特别地大于零。用以开关辅助开关元件的取决于负载的占空比可以等于零或大于零。
    [n0037] 根据按照改进的设计的变流器电路的至少一个实施方式，输入电路被设计为谐振电路或具有谐振开关元件的电路，和/或具有振荡电路。
    [n0038] 相应地，通过流过输入电路的对应的电流自动地归零，能够实现在无电流的状态下的开关。
    [n0039] 根据至少一个实施方式，主开关元件和/或辅助开关元件分别包含晶体管、特别是功率晶体管，例如具有绝缘栅电极的双极晶体管IGBT。这也对应地适用于必要时在下面引入的另外的辅助开关元件。
    [n0040] 特别地，控制单元与晶体管的控制接头、例如栅极接头连接，以便将相应的控制信号施加到晶体管。根据控制信号，可以将晶体管切换为导通状态或截止状态。
    [n0041] 根据至少一个实施方式，输入电路和输出电路电流地耦合或连接。换言之，输入电路和输出电路没有在电流上彼此分离。特别地，变流器电路没有设计有变压器，该变压器将输入电路与输出电路感性地耦合并且该输入电路和输出电路在电流上彼此分离。
    [n0042] 这具有以下优点：不必设置带有磁芯或铁磁芯的变压器，必要时该磁芯或铁磁芯在MRI设备的周围中由于高的杂散场强度可能进入到饱和中，并且由此可能限制了变流器电路的功能。
    [n0043] 根据至少一个实施方式，特别地为了对主开关元件和辅助开关元件进行开关，控制单元被配置为将主开关元件和辅助开关元件同时从能量源分离。
    [n0044] 换言之，控制单元分别周期性地接通和关断辅助开关元件和主开关元件，其中，对辅助开关元件的关断与对主开关元件的关断同时进行。
    [n0045] 这可以简化通过控制单元的对开关元件的控制。
    [n0046] 特别地，可以使用于控制主开关元件和辅助开关元件的对应的控制信号同步，使得所提到的关断时间点或对应的下降信号沿分别一致。
    [n0047] 输入电路例如通过谐振条件预先给定了，流过主开关元件的电流何时等于零。如果是这种情况，则控制单元例如可以关断主开关元件。在该时间点，流过辅助开关元件的电流于是也等于零，使得同时开关两个开关元件是有利的。
    [n0048] 由此，有利地，不需要单独调节辅助开关元件的关断时间点。
    [n0049] 根据至少一个实施方式，控制单元被配置为用于取决于负载地控制或调节辅助开关元件的接通时间点(即，辅助开关元件与能量源连接的时间点)，以便以取决于负载的占空比来开关辅助开关元件。
    [n0050] 在此特别地，可以将脉冲宽度调制用于对辅助开关元件的取决于负载的控制或调节。
    [n0051] 特别地，可以依据输出信号或另外的输出信号来进行对辅助开关元件的控制或调节。
    [n0052] 通过调节辅助开关元件的接通时间点，可以补偿出现的负载变化，而不必改变频率。
    [n0053] 根据至少一个实施方式，输入电路包含感性元件(特别是线圈)以及容性元件(特别是电容器)。节点布置在感性元件与容性元件之间。辅助电路布置在节点与能量源之间。
    [n0054] 特别地，输入电路具有带有感性元件和容性元件的振荡电路。
    [n0055] 特别地，电路的谐振频率大于或等于用以开关主开关元件的频率。由此，例如在电流过零时或者例如在输入电路中使用二极管的情况下，也可以在过零之后或者在达到为零的电流值之后对主开关元件的开关进行切换。特别地，将辅助电路布置在节点与能量源之间可以被理解为辅助电路与节点连接，并且特别地可经由辅助开关元件与能量源连接。
    [n0056] 谐振电路负责将流过主开关元件并且因此还流过辅助开关元件的电流变为零，以便实现针对无电流地开关的条件。
    [n0057] 根据至少一个实施方式，感性元件包含空心线圈。
    [n0058] 空心线圈的使用是有利的，因为因此可以省去铁磁芯。这种铁磁芯例如可能在MRI杂散场中进入到饱和中，并且不再如所需要的正常工作。
    [n0059] 根据至少一个实施方式，辅助电路具有整流元件、例如二极管，其与辅助开关元件串联连接。
    [n0060] 由此，流过辅助开关元件的电流只能呈现一个符号或等于零。相应地，增大了可以无电流地开关辅助开关元件的可用持续时间。
    [n0061] 根据至少一个实施方式，输入电路具有整流元件、例如二极管，其与主开关元件串联连接。
    [n0062] 根据至少一个实施方式，辅助电路具有感性辅助元件，特别是通过控制单元，该感性辅助元件可以借助辅助开关元件与输入电路的感性元件并行地开关。
    [n0063] 由此，在用于开关辅助开关元件的占空比大于零时，通过感性辅助元件可以提供进一步的功率，以便能够在输出电路的输出端服务更高的负载。
    [n0064] 根据至少一个实施方式，感性辅助元件包含线圈、特别是空心线圈。
    [n0065] 根据至少一个实施方式，感性辅助元件的电感与输入电路的感性元件的电感不同，并且例如小于该输入电路的感性元件的电感。
    [n0066] 根据至少一个实施方式，变流器电路具有与输入电路和输出电路连接的另外的辅助电路，以及另外的辅助开关元件，该另外的辅助开关元件被布置并配置为用于可选地将另外的辅助电路与能量源连接或者将其从能量源分离。控制单元被配置为用于以所述频率以及以另外的取决于负载的占空比来无电流地开关另外的辅助开关元件。
    [n0067] 通过使用另外的辅助电路，可以补偿或调节更大的负载范围，或者可以实现粗略调节和精细调节。
    [n0068] 根据至少一个实施方式，控制单元被配置为用于将主开关元件和另外的辅助开关元件同时从能量源分离。
    [n0069] 根据至少一个实施方式，控制单元被配置为用于取决于负载地控制或调节另外的辅助开关元件的接通时间点，以便以另外的取决于负载的占空比来开关另外的辅助开关元件。
    [n0070] 根据至少一个实施方式，另外的辅助电路具有另外的感性辅助元件，该另外的感性辅助元件可以借助另外的辅助开关元件与输入电路的感性开关元件并行地开关。
    [n0071] 特别地，所述另外的感性辅助元件包含线圈、例如空心线圈。
    [n0072] 通过类似于辅助电路和另外的辅助电路地布置在能量源与节点之间的其它辅助电路，得出变流器电路的另外的实施方式。
    [n0073] 根据至少一个实施方式，变流器电路被设计为直流电压变换器，特别是被设计为降压变换器。
    [n0074] 这种实施方式尤其适合于应用在其中运行MRI设备的磁体室中。这种磁体室通常具有屏蔽装置或过滤装置，该屏蔽装置或过滤装置用于磁性地或电磁地从周围屏蔽磁体室。如果在磁体室内部需要相对小的电压并且将会直接穿过屏蔽装置或过滤装置来提供该电压，则将会由此形成相对大的损耗。因此，有利的是，将较大的电压传导到磁体室中，并且在磁体室内部借助降压变换器变换到所需的较小的电压。
    [n0075] 根据改进的设计的另外的独立的方面，提出了一种具有能量供应装置的 MRI设备，其中，能量供应装置包含按照改进的设计的变流器电路。
    [n0076] 由此，可以有利地避免为了执行MRI所使用的频率、即MRI接收线圈的接收频率的干扰。为此特别地，用于开关变流器电路的主开关元件和辅助开关元件的开关频率被选择为与磁共振断层成像设备的接收频率不同。
    [n0077] 根据至少一个实施方式，用以开关主开关元件和辅助开关元件的频率大约为几MHz的数量级，例如位于1MH与5MHz之间。
    [n0078] 根据改进的设计的另外的独立的方面，提出了将按照改进的设计的变流器电路用于对屏蔽室、特别是电磁屏蔽室内部的装置进行电气能量供应。
    [n0079] 改进的设计可以被应用在用于将电输入信号转换为电输出信号的方法中。在此，由电气能量源提供输入信号。特别地，借助控制单元，以预先给定的独立于负载的频率将输入电路、特别是变流器电路的输入电路无电流地与能量源连接或者从该能量源分离。特别地，借助控制单元，以预先给定的频率并且以取决于负载的占空比将辅助电路、特别是变流器电路的辅助电路无电流地与能量源连接或者从该能量源分离。借助输出电路、特别是变流器电路的输出电路，依据输入信号输出(特别是生成并输出)输出信号。
    [n0080] 特别地，通过对主开关元件进行无电流地开关，实现输入电路与能量源无电流地连接或输入电路从能量源无电流地分离。
    [n0081] 特别地，通过对辅助开关元件进行无电流地开关，实现辅助电路与能量源无电流地连接或辅助电路从能量源无电流地分离。
    [n0082] 在此，可以同时从能量源分离辅助电路和输入电路。
    [n0083] 特别地，这周期性地以预先给定的频率来进行。
    [n0084] 在此可以想到，特别地借助控制单元，取决于负载地控制或调节将辅助电路与能量源连接的接通时间点，以便以取决于负载的占空比来将辅助电路与能量源连接或者从该能量源分离。
    [n0085] 根据至少一个设计方式，将输入信号提供为输入直流电压，并且将输出信号输出为输出直流电压，其中特别地，输出直流电压具有小于输入直流电压的绝对值。
    [n0086] 先前在描述中所提到的特征和特征组合以及随后在附图说明中所提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以分别说明的组合来使用，而且还可以以另外的组合来使用，而不脱离本实用新型的范围。不具有最初制定的本实用新型的所有特征和/或超出或偏离本实用新型的后续引用中所陈述的特征组合的实施方案和特征组合也被认为是公开的。
    [n0087] 下面根据具体的实施例和相关的示意图更详细地阐述本实用新型。在附图中，相同或功能上相同的元件可以具有相同的附图标记。对相同或功能上相同的元件的描述必要时不必相对于不同的附图重复。
    [n0088] 附图中：
    [n0089] 图1示出了按照改进的设计的变流器电路的示例性实施方式的框图；
    [n0090] 图2示出了按照改进的设计的变流器电路的另外的示例性实施方式的示意图；
    [n0091] 图3示出了按照改进的设计的变流器电路的另外的示例性实施方式中信号走向的示意图；以及
    [n0092] 图4示出了对按照改进的设计的变流器电路以及对按照改进的设计的 MRI设备的使用的示意图。
    [n0093] 图1中示出了按照改进的设计的变流器电路1的示例性实施方式的框图。变流器电路1例如可以被设计为直流电压变换器、尤其是被设计为降压变换器。
    [n0094] 变流器电路1具有两个输入触点26、26'，在两个输入触点之间可以连接电压源5，该电压源可以提供输入信号、特别是变流器电路1的输入电压 VE。此外，变流器电路1具有两个输出触点27、27'，在两个输出触点之间可以连接负载9、特别是负载电阻。在运行中，在输出触头27、27'之间存在在负载9上降落的输出电压VA。输出电压VA代表变流器电路1的输出信号。
    [n0095] 变流器电路1被配置为用于将输入电压VE变换为输出电压VA。
    [n0096] 特别地，变流器电路1被设计为开关变换器，也被称为开关调节器。
    [n0097] 变流器电路1具有布置在输入触点26、26'之间的输入电路2。此外，变流器电路1具有布置在输出触点27、27'之间的输出电路3。输入电路2与输出电路3连接、特别是电流地连接。
    [n0098] 相应地，输入电路2可以获得输入信号、即输入电压VE，并且输出电路3可以输出输出信号、即输出电压VA。
    [n0099] 此外，变流器电路1具有主开关元件4，该主开关元件布置在输入电路 2与第一输入触点26之间，使得在开关元件4打开时、即在开关元件4关断时，输入电路2与电压源5分离，并且在主开关元件4闭合时、即在主开关元件4接通时，输入电路2与电压源5连接。
    [n0100] 在此特别地，主开关元件4可以被设计为晶体管，例如被设计为IGBT。然后，通过向主开关元件4的控制接头或栅极接头施加对应的控制电压或对应的控制信号，进行对主开关元件4的打开和闭合，或者对主开关元件的关断和接通。
    [n0101] 此外，变流器电路1具有控制单元8，该控制单元被配置为用于控制主开关元件4，即特别是用于打开和闭合主开关元件也即关断和接通主开关元件。为此，控制单元8与主开关元件4的控制接头连接，以便施加对应的控制信号。
    [n0102] 此外，变流器电路1具有与节点14连接的辅助电路6，其中，输入电路2与输出电路3同样在节点14处彼此连接。此外，变流器电路1具有辅助开关元件7，该辅助开关元件布置在辅助电路6与输入触点26之间。
    [n0103] 辅助开关元件7也可以被设计为晶体管、特别是IGBT，并且如关于主开关元件所描述的那样，可以由控制单元8控制该辅助开关元件。
    [n0104] 根据改进的设计，控制单元8被配置为用于以预先给定的、特别是独立于负载9和输出电压VA的频率来接通和关断主开关元件4，并且以相同的频率来接通和关断辅助开关元件7。
    [n0105] 在此，由控制单元8选择接通时间点和关断时间点，使得分别无电流地 (即，在没有电流流经主开关元件4或辅助开关元件7的时间点)既进行了对主开关元件4的接通和关断又进行了对辅助开关元件7的接通和关断。
    [n0106] 在此，控制单元8例如以恒定的、特别是是独立于负载的占空比来对主开关元件4进行开关。反之，控制单元8以取决于负载的占空比来对辅助开关元件7进行开关。在此，取决于负载的占空比可以具有从0到1的值。
    [n0107] 通过对主开关元件4进行周期性地开关，提供了对应的电流走向和电压走向，该电流走向和电压走向是必要的，以便也能够无电流地对辅助开关元件7进行开关。然后，辅助开关元件7依据负载9接通辅助电路6，以便在输出端27、27'处提供附加的功率。
    [n0108] 由此可以使用以对开关元件4、7进行开关的频率保持恒定，并且尽管如此却仍然在始终无电流地开关时补偿负载波动、特别是负载电阻的波动。
    [n0109] 图2中示出了按照改进的设计的变流器电路1的另外的示例性实施方式的示意图，该变流器电路基于图1的变流器电路1。
    [n0110] 图2的变流器电路1被设计为降压变换器。
    [n0111] 特别地，图2的变流器电路1被设计为谐振电路或谐振开关变换器，也被称为具有谐振部件的开关变换器。
    [n0112] 这尤其意味着，输入电路2具有振荡电路也即线圈10和电容器15。在此，线圈10布置在第一输入触点26与节点14之间，并且电容器15例如布置在节点14与第二输入触点26'之间。在此特别地，第二输入触点26'可以直接与第二输出触点27'连接。
    [n0113] 此外，输入电路2可以具有二极管12，该二极管例如在第一输入触点 26与节点14之间与线圈10串联连接。例如，二极管12的阳极与第一输入触点26耦合，并且二极管12的阴极与线圈10耦合。
    [n0114] 特别地，输出电路3具有布置在节点14与第一输出触点27之间的线圈 17以及电容器18和二极管16。二极管16和电容器18彼此并联连接并且与输出触点27、27'并联连接。例如，二极管16的阳极与第二输入触点26'耦合并且与第二输出触点27'耦合，并且二极管16的阴极与第一输入触点27耦合。输出电路3的线圈17布置在二极管16与电容器18之间，特别是布置在电容器18的第一触点与二极管16的阴极之间。
    [n0115] 图3中示出了涉及来自图2的变流器电路1的信号图。
    [n0116] 在此，在图a)中示出了用于控制主开关元件4的控制信号S4的时间走向。例如，在主接通时间点t0接通主开关元件4，并且在关断时间点t2关断主开关元件。
    [n0117] 在图3的图d)中示出了流过输入电路2的线圈10的电流i10的对应的电流走向。输入电路2的谐振电路的谐振，即，特别是线圈10和电容器15 的谐振导致电流i10在关断时间点t2时或关断时间点t2之前从自身归0，该电流i10还相应于流过主开关元件4的电流。通过二极管12可以确保流过主开关元件4的电流在关断时间点t2同样保持为零。
    [n0118] 在图c)中示出了在节点14处形成的电压U14，即，特别是在节点14与第二输出触点27'或第二输入触点26'之间的电压，即，特别是在输入电路2 的电容器15上降落的电压。
    [n0119] 电压U14从时间点t1(该时间点例如位于时间点t0之后)起上升，特别地直至该电压已经呈现与输入电压VE的两倍对应的值。
    [n0120] 如图2中所示，辅助电路6同样具有线圈11，该线圈布置在节点14与辅助开关元件7之间。例如，辅助电路6还具有与线圈11串联连接的二极管13，并且该二极管例如具有与第一输入触点26耦合的阳极以及与线圈11 耦合的阴极。
    [n0121] 在图3的图b)中示出了用于控制辅助开关元件7的控制信号S7。由控制单元8特别是在辅助接通时间点t0'接通辅助开关元件7。特别地，由于负载9、特别是负载电阻或输出电压VA或相关的输出电流，在主接通时间点 t0与辅助接通时间点t0'之间存在接通时间差Δt。
    [n0122] 特别地，根据辅助开关元件7的占空比，辅助接通时间点t0'可以位于主接通时间点t0之前或之后。
    [n0123] 如在图3的示例中所示出的，例如可以在与主开关元件4相同的关断时间点t2关断辅助开关元件7。可以通过同时关断来简化控制。
    [n0124] 然而，主开关元件4和辅助开关元件7的关断时间点不用强制一致。特别地，对于两个开关元件4、7分别提供时间窗，在该时间窗期间能够无电流地关断开关元件。用于主开关元件4的时间窗例如在流过线圈10的电流 i10变为零的时间点t4开始，并且在U14低于输入电压VE的时间点t5结束。对应地，用于辅助开关元件7的时间窗在流过线圈11的电流i11变为零的时间点t4'开始，并且同样在时间点t5结束。
    [n0125] 例如，给出了在线圈11上并且因此在辅助开关元件7上的电流走向i11，如其在图3的图e)中所示的那样。电流i11从辅助接通时间点t0'起上升，并且在关断辅助开关元件7之前返回零。在此特别地，i10是否在i11之前或之后归零取决于线圈10和11的电感，以及取决于接通时间点t0、t0'。
    [n0126] 在例如可以位于关断时间点t2之后的时间点t3，电压U14最终也返回零。
    [n0127] 通过所描述的对开关元件4、7的开关，当没有电流流经开关元件4、7 时，例如在关断时间点t2，关断该开关元件。一方面，所描述的工作原理导致在主开关元件4的每个接通过程中，特定的电荷量流入到输出电路3的电容器18中。通过所描述的辅助开关元件7的电路，可以在不必改变开关频率的条件下调节负载电流的波动。在此特别地，输入电路2预先给定了最小负载电流并且产生了对于无电流地开关所需要的、电压U14的曲线形状。对应地，辅助开关元件7与主开关元件4同时关断，以便得到无电流地开关的好处。
    [n0128] 当负载电流增加时，辅助接通时间点t0'例如进一步向前、即特别是向更早的时间点移动，以便每个开关周期将更高的电荷量通过线圈11传送到电容器18中。因此，可以在不失去在无电流状态下进行开关的优点的条件下，通过改变辅助开关元件7的接通持续时间来调节波动的负载电流。特别地，在无电流状态下进行关断，并且在由于线圈11而限制到适度的值的电流上升速度下进行接通。
    [n0129] 可选地，变流器电路1具有另外的辅助电路6'，该辅助电路包含布置在节点14与第一输入触点26之间的线圈11'。在该情况下，变流器电路1还具有另外的辅助开关元件7'和例如另外的二极管13'，该另外的二极管布置在另外的辅助开关元件7'与另外的线圈11'之间。
    [n0130] 控制单元8可以生成另外的控制信号S7'，以便打开或闭合辅助开关元件7'。
    [n0131] 然后，另外的辅助开关电路6'的工作方式类似于所描述的辅助开关电路 6的工作方式。由此，可以实现对于负载电流的更大的调节范围。利用线圈 11、11'的不同的电感，不同的辅助电路6、6'可以被设计为用于负载电流的精细调节或粗略调节。以类似的方式，还可以设置附加的另外的辅助电路。
    [n0132] 此外，按照改进的设计的变流器电路1具有以下优点：该变流器电路不具有带有快速变化的电流的网孔，并且也不需要带有特别快地上升的电压的节点。这在高频EMC(电磁兼容性)干扰方面特别有利，尤其在MRI设备周围中使用时该高频EMC干扰应当非常小。
    [n0133] 图4中示意性地示出了对按照改进的设计的变流器电路1的使用。
    [n0134] 示出了例如具有控制设备22或其他电子设备22的MRI设备21，该控制设备或其他电子设备与MRI设备21一样被布置在磁体室20中。在此，很大程度上借助屏蔽装置或过滤装置25来对磁体室20进行电磁屏蔽，使得特别地强烈地衰减了通过MRI设备21所产生的交变电磁场。控制室或技术室19位于与磁体室20的紧邻的周围中，由该控制室或技术室出发例如可以操作MRI设备21。
    [n0135] 为了进行运行，设备22和/或MRI设备21需要相对低的直流电压。如果例如在技术室19中提供该相对低的直流电压并且直接穿过屏蔽装置25将其引导进磁体室20中，则这必要时可能导致高损耗。
    [n0136] 因此有利的是，将电压源5设置在技术室中并且将具有按照改进的设计的变流器电路1的能量供应装置23设置在磁体室20中。由此，通过变流器电路1的绝缘套管24等，可以将来自电压源5的相对高的直流电压提供为输入电压VE，由该变流器电路，如上面所描述的，可以将该输入电压变换为较低的输出电压VA，并且然后可以将其提供给设备22和/或MRI设备21。
    [n0137] 通过用以运行变流器电路1的独立于负载的恒定的频率，可以不占用由 MRI设备21所使用的、特别是MRI设备21的线圈的接收频率附近的频率范围。由此，可以避免由于运行变流器电路1而产生的干扰，该干扰必要时可能影响MRI设备21的功能。
    [n0138] 根据改进的设计，如所描述的，实现了为了进行无电流地开关以及对应低的开关损耗，以恒定的、独立于负载的频率来运行变流器电路。为此，变流器电路的输入电路设置有一个或多个另外的相，该另外的相可以被称为辅助电路，以便例如通过在恒定的开关频率下根据PWM改变对应的脉冲宽度来调节负载波动。
    [n0139] 在附加的相或辅助电路中，可以使用对应线圈的不同电感值，以便覆盖不同的功率范围。因此，特别有可能的是，输入电路具有带有相对高的电感的线圈，以便以小的功率、即小的输出电流来主要产生电流和电压的时间走向，另外的相需要该电流和电压的时间走向，以便能够无电流地进行开关。然后，辅助电路具有带有相同或不同的电感的线圈，以便覆盖输出电流调节的特定范围。另外的辅助电路例如可以具有带有电感的线圈，该电感明显小于输入电路的电感，例如为十分之一，以便即使对于高输出电流也可以进行粗略调节。
    权利要求:
    Claims (11)
    [0001] 1.一种具有恒定的开关频率的变流器电路，其具有
    输入电路(2)，用于获得输入信号；
    输出电路(3)，用于输出取决于输入信号的输出信号；以及
    主开关元件(4)，所述主开关元件被布置并配置为用于可选地将所述输入电路(2)与电气能量源(5)连接或者将所述输入电路从所述电气能量源分离，
    其特征在于，
    辅助电路(6)，所述辅助电路在节点(14)处与所述输入电路(2)以及与所述输出电路(3)连接；
    辅助开关元件(7)，所述辅助开关元件被布置并配置为用于可选地将所述辅助电路(6)与所述能量源(5)连接或者将所述辅助电路从所述能量源分离；以及
    控制单元(8)，所述控制单元被配置为用于以预先给定的独立于负载的频率来无电流地开关所述主开关元件(4)，并且以所述频率以及以取决于负载的占空比来无电流地开关所述辅助开关元件(7)。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的具有恒定的开关频率的变流器电路，
    其特征在于，
    所述控制单元(8)被配置为用于将所述主开关元件(4)和所述辅助开关元件(7)同时从所述能量源(5)分离。
    [0003] 3.根据权利要求1所述的具有恒定的开关频率的变流器电路，
    其特征在于，
    所述控制单元(8)被配置为用于取决于负载地控制或调节辅助开关元件(7)的接通时间点，以便以取决于负载的占空比来开关所述辅助开关元件(7)。
    [0004] 4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有恒定的开关频率的变流器电路，
    其特征在于，
    所述输入电路(2)包含感性元件(10)和容性元件(15)；
    所述节点(14)布置在所述感性元件(10)与所述容性元件(15)之间；以及
    所述辅助电路(6)布置在所述节点(14)与所述能量源(5)之间。
    [0005] 5.根据权利要求4所述的具有恒定的开关频率的变流器电路，
    其特征在于，
    所述辅助电路(6)具有感性辅助元件(11)，借助所述辅助开关元件(7)能够与输入电路(2)的感性元件(10)并行地开关所述感性辅助元件。
    [0006] 6.根据权利要求1至3中任一项所述的具有恒定的开关频率的变流器电路，
    其特征在于，
    所述变流器电路(1)具有与所述输入电路(2)和所述输出电路(3)连接的另外的辅助电路(6')，以及另外的辅助开关元件(7')，所述另外的辅助开关元件被布置并配置为用于可选地将所述另外的辅助电路(6')与所述能量源(5)连接或者将所述另外的辅助电路从所述能量源分离；以及
    所述控制单元(8)被配置为用于以所述频率以及以另外的取决于负载的占空比来无电流地开关所述另外的辅助开关元件(7')。
    [0007] 7.根据权利要求6所述的具有恒定的开关频率的变流器电路，
    其特征在于，
    所述另外的辅助电路(6')布置在所述节点(14)与所述能量源(5)之间。
    [0008] 8.根据权利要求7所述的具有恒定的开关频率的变流器电路，
    其特征在于，
    所述另外的辅助电路(6')具有另外的感性辅助元件(11')，借助所述另外的辅助开关元件(7')能够与输入电路(2)的感性元件(10)并行地开关所述另外的感性辅助元件。
    [0009] 9.根据权利要求1至3中任一项所述的具有恒定的开关频率的变流器电路，
    其特征在于，
    所述变流器电路(1)被设计为直流电压变换器。
    [0010] 10.根据权利要求1至3中任一项所述的具有恒定的开关频率的变流器电路，
    其特征在于，
    所述变流器电路(1)被设计为降压变换器。
    [0011] 11.一种磁共振断层成像设备，其具有能量供应装置(23)，
    其特征在于，
    所述能量供应装置包含根据权利要求1至10中任一项所述的具有恒定的开关频率的变流器电路(1)。
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