DE19837439A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Ansteuersignalen für eine Leistungsendstufe und Leistungsendstufe - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erzeugen je eines Ansteuersignals (S1, S2, S3, S4) für vier Schaltventile einer Leistungsendstufe werden ein Start- und ein Stopsignal (Start, Stop) in Abhängigkeit von einem Einschaltdauerwert (Data) erzeugt; ein erstes und ein zweites Umschaltsignal (Tg1, Tg2) zur Ansteuerung von je zwei Schaltelementen in Abhängigkeit von dem Start- und dem Stopsignal (Start, Stop) werden erzeugt; und die Ansteuersignale (S1, S2, S3, S4) werden in Abhängigkeit von dem ersten und dem zweiten Umschaltsignal (Tg1, Tg2) erzeugt. Eine Ansteuervorrichtung und eine Leistungsendstufe weisen entsprechende Merkmale auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen je eines Ansteuersignals für vier in Brückenschal­ tung angeordnete Schaltelemente einer Leistungsendstufe sowie eine Leistungsendstufe. Insbesondere ist die Erfindung zum Einsatz bei einer Leistungsendstufe vorgesehen, die hohe Aus­ gangsspannungen und -ströme mit großer Genauigkeit zu erzeu­ gen vermag. Dies kann beispielsweise eine Endstufe eines Gra­ dientenverstärkers in einem Kernspintomographen sein. Die Er­ findung ist jedoch auch für andere Anwendungsgebiete einsetz­ bar, z. B. bei Vorrichtungen zur induktiven Erwärmung.

Ein Gradientenverstärker eines Kernspintomographen muß wäh­ rend eines Meßvorgangs Spannungen in der Größenordnung von mehreren hundert bis mehreren tausend Volt bereitstellen, um einen genau geregelten Strom in einer Gradientenspule zu er­ zeugen. Die Stromverlaufskurve weist Maxima bis zu mehreren hundert Ampere auf. Der vorgegebene Stromfluß muß auf wenige mA genau eingehalten werden.

Um diese hohen Anforderungen zu erfüllen, werden im Regelfall Schaltendstufen eingesetzt. Die DE 40 24 160 A1 zeigt eine derartige Endstufe eines Gradientenverstärkers, bei der vier Schaltelemente in einer H-Brückenschaltung angeordnet sind. Je zwei der Schaltelemente sind in Reihe geschaltet und mit einer Versorgungsspannung verbunden. Ein Modulator erzeugt je ein Ansteuersignal für jedes der Schaltelemente.

In der DE 43 04 517 A1 ist ein Modulator eines Gradientenver­ stärkers offenbart, der je ein Ansteuersignal für vier in Brückenschaltung angeordnete Schaltelemente durch einen Ver­ gleich eines Stellwertsignals mit einer Dreiecksspannung er­ zeugt.

Die schaltungstechnische Realisierung von Modulatoren, wie sie in der DE 40 24 160 A1 und der DE 43 04 517 A1 gezeigt sind, ist mit hohem Aufwand verbunden. Eine Analogschaltung, die die erforderlichen Ansteuersignale erzeugt, benötigt eng tolerierte Bauelemente und eine große Leiterplattenfläche. Überdies ist bei der Herstellung und bei Wartungsarbeiten ein aufwendiger Abgleich erforderlich. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf das Erzeugen und Einhalten von Totzeiten beim Schalterwechsel innerhalb eines Brückenzweiges.

Die Erfindung hat demgemäß die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ansteuersignalen für eine Leistungsendstufe sowie eine Leistungsendstufe bereitzustel­ len, die bei möglichst geringem Herstellungs- und Wartungs­ aufwand hohe Leistungs- und Qualitätsansprüche erfüllen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merk­ malen des Anspruchs 7 und eine Leistungsendstufe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung. Unter einem "Signal" im Sinne der Ansprüche ist insbesondere jedes Mittel zur Kommunikation zwischen und innerhalb von Komponen­ ten einer Schaltung oder eines Programms zu verstehen.

Die Erfindung beruht auf der Grundüberlegung, die gesamte Er­ zeugung der Ansteuersignale so zu modularisieren und in ein­ zelne Funktionsgruppen zu gliedern, daß sich ein besonders geringer Schaltungsaufwand für diese Funktionsgruppen sowie für die zwischen den Funktionsgruppen verlaufenden Kommunika­ tionswege ergibt. Dadurch wird ein besonders einfacher Schal­ tungsaufbau erzielt, insbesondere auch in digitaler Schal­ tungstechnik.

Besonders bevorzugt wird die Erfindung in digitaler Schal­ tungstechnik, zum Beispiel mittels eines programmierbaren Digitalbausteins und/oder eines Digitalprozessors und/oder einer festverdrahteten Digitalschaltung, ausgeführt. Dies schließt einzelne analoge Komponenten nicht aus. Die Schal­ tung ist dann gleichzeitig kostengünstig, genau und flexibel. Abgleichsarbeiten sind nicht erforderlich. Auch die Totzeit zur Verhinderung eines Brückenkurzschlusses kann digital erzeugt werden, was im Vergleich mit einer herkömmlichen, analogen Schaltung viel weniger aufwendig ist.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind alle Vor­ gänge mit einem gemeinsamen Takt synchronisiert. Insbesondere fallen alle Signalflanken im wesentlichen mit den Taktimpul­ sen zusammen. Durch diese zeitscheibenorientierte Arbeitswei­ se wird die Einbindung in eine volldigitale Steuerung der Leistungsendstufe und/oder des Gradientenverstärkers verein­ facht.

Vorzugsweise wird der Beginn und das Ende jedes Spannungs­ impulses der Ausgangsspannung im wesentlichen durch ein akti­ ves Start- bzw. Stopsignal bestimmt. Unter "im wesentlichen" ist hierbei zu verstehen, daß eine eventuelle Totzeit beim Umschalten innerhalb eines Brückenzweiges nicht berücksich­ tigt werden soll. Die Umschaltsignale lösen vorzugsweise je einen Wechsel im Schaltzustand der beiden Schaltelemente je eines Brückenzweiges aus. Während dieses Wechsels wird bevor­ zugt eine Totzeit eingehalten, während der beide Schaltele­ mente des Brückenzweiges sperren.

Durch die Erfindung wird vorzugsweise ein Ansteuerverfahren implementiert, wie es aus der DE 40 24 160 A1 im Kontext ei­ ner analogen Ansteuerschaltung bekannt ist. Im Hinblick auf dieses Ansteuerverfahren wird der Inhalt der genannten Offen­ legungsschrift in die vorliegende Beschreibung einbezogen.

Die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung sowie der Leistungs­ verstärker sind vorzugsweise ebenfalls mit Merkmalen weiter­ gebildet, die den oben beschriebenen und/oder in den abhängi­ gen Ansprüchen genannten entsprechen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Hinweis auf die schematischen Zeichnungen genauer erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer an eine Last angeschlossenen Leistungsendstufe,

Fig. 2 Signalverlaufskurven bei einer Leistungsendstufe nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 Signalverlaufskurven bei einer erfindungsgemäßen Lei­ stungsendstufe,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ansteuer­ vorrichtung,

Fig. 5 ein Zustands-/Übergangsdiagramm eines Umschaltmoduls, und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Ausführungsalternative der Leistungsendstufe von Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Leistungsendstufe eines Gradientenver­ stärkers in einem Kernspintomographen weist vier in Brücken­ schaltung angeordnete Schaltelemente 1, 2, 3, 4 auf. Ein er­ ster Brückenzweig ist von den beiden in Reihe geschalteten Schaltelementen 1, 2 gebildet, und ein zweiter Brückenzweig weist die beiden ebenfalls in Reihe geschalteten Schaltele­ mente 3, 4 auf. Die beiden Brückenzweige sind parallel an eine Spannungsquelle 5 angeschlossen, die eine Versorgungs­ spannung U_V bereitstellt. Die vier Schaltelemente 1, 2, 3, 4, die beispielsweise als Feldeffekttransistoren ausgebildet sein können, werden von einer gemeinsamen Ansteuervorrichtung 6 mit Ansteuersignalen S1, S2, S3, S4 versorgt.

Je ein Ausgangsanschluß 7, 8 ist mit den Schaltelementen 1, 2 bzw. 3, 4 der beiden Brückenzweige verbunden. An den Aus­ gangsanschlüssen 7, 8 liegt eine Ausgangsspannung U_A der Lei­ stungsendstufe an. Eine als Gradientenspule ausgebildete Last 9 ist mit den Ausgangsanschlüssen 7, 8 verbunden und somit in den Brückenquerzweig geschaltet.

In Fig. 2 und Fig. 3 sind jeweils beispielhafte Signalver­ laufskurven der Ansteuersignale S1, S2, S3, S4 sowie der daraus resultierenden Ausgangsspannung U_A bei einem allmäh­ lich zunehmenden Aussteuerungsgrad der Leistungsendstufe ge­ zeigt. In dem dargestellten Zeitabschnitt werden insgesamt acht Ausgangsspannungsimpulse nach dem Prinzip der Pulswei­ tenmodulation (PWN) zu den Taktzeitpunkten T = 1 bis T = 8 er­ zeugt, wobei die Pulsweite der Ausgangsspannung U_A proportio­ nal zum Aussteuerungsgrad zunimmt. Die Taktzeit, d. h. der Zeitraum zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Taktzeitpunk­ ten T, kann beispielsweise 10 s betragen.

Die in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Signalverlaufskurven ent­ sprechen einem PWM-Ansteuerverfahren, wie es beispielsweise aus der DE 40 24 160 A1 bekannt ist. In diesem Verfahren wer­ den bei jeder Richtung des Laststroms je zwei in der Brücken­ schaltung diagonal gegenüberliegende Schaltelemente 1, 4 bzw. 3, 2 periodisch getaktet, wobei sich die Ausgangsspannungs­ impulse durch die Überlappung der Einschaltzeiten dieser Schaltelemente 1, 4 bzw. 3, 2 bestimmen. Zusätzlich werden jeweils die beiden anderen Schaltelemente 2, 3 bzw. 4, 1 in Gegenphase getaktet. Die Darstellung in Fig. 2 und Fig. 3 ist insofern schematisch, als die Totzeiten zwischen den Ein­ schaltphasen je zwei in Reihe angeordneter Schaltelemente 1, 2 bzw. 3, 4 nicht berücksichtigt sind.

Die Ansteuersignale S1-S4 in Fig. 2 werden von einem an sich bekannten, analogen Modulator erzeugt, wie er beispiels­ weise in der DE 43 04 517 A1 gezeigt ist. Der Modulator wird von einer Stellwertspannung U_st angesteuert, die proportional zur gewünschten Pulsbreite der Ausgangsspannung U_A ist. Der Modulator weist analoge Komparatoren zum Vergleichen der Stellwertspannung U_St sowie einer negativen Stellwertspannung -U_St mit einer Dreiecksspannung U_Δ auf. Die Dreiecksspannung U_Δ ist mit dem Anlagentakt synchronisiert, so daß zu jedem Taktzeitpunkt T ein Nulldurchgang der Dreiecksspannung U_Δ stattfindet. Die Schnittpunkte der Dreiecksspannung U_Δ mit den Stellwertspannungen U_St und -U_St, bestimmen (unter Vernach­ lässigung der Totzeit) die Schaltzustandswechsel der Schalt­ elemente 1-4, d. h. die Flanken der Ansteuersignale S1-S4.

Die in Fig. 3 gezeigten Signale werden durch eine erfindungs­ gemäße Ansteuervorrichtung 6 erzeugt. Die Ansteuersignale S1-S4 und die Ausgangsspannungskurve U_A sind im wesentlichen identisch mit den in Fig. 2 dargestellten. Daher ist die er­ findungsgemäße Ansteuervorrichtung 6 ein vollwertiger Ersatz für den bekannten Modulator in analoger Schaltungstechnik. Als Hauptunterschied zu Fig. 2 ist je eine Flanke jedes Im­ pulses in Fig. 3 mit je einem Taktzeitpunkt T synchronisiert. Dies erleichtert ein vollsynchrones Arbeiten der einzelnen Module der Ansteuervorrichtung 6 und weiterer Komponenten des Leistungsverstärkers.

Fig. 4 zeigt den Aufbau der Ansteuervorrichtung 6 in einer funktionalen Blockdarstellung. Ein Start/Stop-Modul 10 erhält ein Taktsignal Clk und einen Einschaltdauerwert Data. Das Start/Stop-Modul 10 erzeugt daraus ein Startsignal Start und ein Stopsignal Stop. Diese beiden Signale sowie ein Vorzei­ chensignal Sgn und zwei den gegenwärtigen Schaltzustand an­ zeigende Ansteuersignale (hier S2 und S4) werden von einem Zweigwahlmodul 11 verarbeitet, um zwei Umschaltsignale Tg1, Tg2 zu generieren. Ein erstes Umschaltmodul 12 erhält das er­ ste Umschaltsignal Tg1 und erzeugt daraus die beiden An­ steuersignale S1 und S2, während die Ansteuersignale S3 und S4 von einem zweiten Umschaltmodul 13 aus dem zweiten Umschaltsignal Tg2 abgeleitet werden.

Im Betrieb der Schaltung nach Fig. 4 entspricht die Frequenz des Taktsignals Clk den Taktzeitpunkten T und beträgt bei­ spielsweise 100 kHz. Der Einschaltdauerwert Data gibt, zum Beispiel als binäres Datenwort, die gewünschte Impulsdauer der Ausgangsspannung U_A an. Zu den durch das Taktsignal Clk angegebenen Taktzeitpunkten T liest das Start/Stop-Modul 10 den Einschaltdauerwert Data ein und gibt gleichzeitig ein ak­ tives Startsignal Start (zum Beispiel einen Startimpuls) aus. Nach dem Ende der durch den Einschaltdauerwert Data bestimm­ ten Dauer des Ausgangsspannungsimpulses erzeugt das Start/­ Stop-Modul 10 ein aktives Stopsignal Stop (zum Beispiel einen Stopimpuls). In Ausführungsalternativen wird das Startsignal Start mit einer zum Einschaltdauerwert Data reziproken Verzö­ gerung aktiviert, so daß das Stopsignal Stop immer zum Ende einer Zeitscheibe (synchron mit einem Taktzeitpunkt T) er­ zeugt werden kann. Dadurch ergibt sich ein gegenüber der Dar­ stellung von Fig. 3 gespiegeltes Zeitverhalten.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Start/­ Stop-Modul 10 als Zähler ausgebildet, der mit einem schnellen Zähltakt von beispielsweise 32 MHz betrieben wird und somit eine hohe zeitliche Auflösung der Impulsdauer zwischen dem Start- und dem Stopsignal bereitstellt. Der Zähler kann ein Abwärtszähler sein, der mit dem Einschaltdauerwert Data gela­ den wird und beim Erreichen des Zählerstandes "Null" das Stopsignal Stop generiert. Als Alternative kann ein Aufwärts­ zähler eingesetzt werden, dessen Zählerstand mit dem Ein­ schaltdauerwert Data verglichen wird. Der Einschaltdauerwert Data kann als Binärzahl oder als Komplement einer Binärzahl oder auf andere Weise kodiert sein. Allgemein kann der Werte­ bereich des Einschaltdauerwerts Data so gewählt sein, daß die maximale Einschaltdauer länger als das Intervall zwischen zwei Taktzeitpunkten T ist. Damit lassen sich Übergänge von einer zur nächsten Zeitscheibe ohne Schalterwechsel realisie­ ren.

Bei dem hier beschriebenen Ansteuerverfahren schaltet zum Be­ ginn jedes Ausgangsspannungsimpulses einer und zum Ende des Impulses der andere Brückenzweig um ("toggle"). Das Zweig­ wahlmodul 11 legt die Zuordnung auf den ersten und zweiten Brückenzweig (Schaltelemente 1, 2 bzw. 3, 4) fest, indem es wahlweise das erste und/oder das zweite Umschaltsignal Tg1, Tg2 aktiviert.

In Reaktion auf einen Startimpuls (aktives Startsignal Start) erzeugt das Zweigwahlmodul 11 einen Umschaltimpuls des ersten und/oder zweiten Umschaltsignals Tg1, Tg2 gemäß der folgenden Wahrheitstabelle. Das Vorzeichensignal Sgn gibt an, ob eine positive (Sgn = 0) oder eine negative (Sgn = 1) Ausgangsspan­ nung U_A erzeugt werden soll. Ferner hängt die Reaktion des Zweigwahlmoduls 11 vom aktuellen Schaltzustand der Brücken­ schaltung ab, der hier beispielsweise durch die Ansteuer­ signale S2 und S4 dargestellt wird.

In der obigen Tabelle kennzeichnen die mit "Fehler" bezeich­ neten Fälle einen unmittelbaren Übergang zwischen positiver und negativer Ausgangsspannung U_A. Bei normaler Ansteuerung tritt diese Situation nicht auf. Dennoch ist in Ausführungs­ alternativen auch diese Betriebsart möglich, wobei jedoch die Schaltelemente 1-4 stärker belastet werden.

In Reaktion auf ein aktives Stopsignal Stop wird eine Frei­ laufphase (niederohmige Verbindung der beiden Ausgangsan­ schlüsse 7, 8 über die Schaltbrücke) eingeleitet. Während der Freilaufphase führen entweder die Schaltelemente 1, 3 oder die Schaltelemente 2, 4 den Laststrom. Die Freilaufstrecke wird bei jedem Ausgangsspannungsimpuls umgeschaltet. Dazu weist das Zweigwahlmodul 11 ein Freilauf-Flip-Flop 14 auf, dessen jeweiliger Schaltzustand bestimmt, ob ein oberer (Schaltelemente 1 und 3 leiten) oder unterer (Schaltelemente 2 und 4 leiten) Freilaufbetrieb erfolgen soll.

Die folgende Tabelle zeigt die durch das Zweigwahlmodul 11 implementierte Wahrheitstabelle in Reaktion auf einen Stop­ impuls (aktives Stopsignal Stop). Die Umschaltsignale Tg1, Tg2 sowie der Folgezustand FL' des Freilauf-Flip-Flops 14 hängen ab vom aktuellen Zustand FL des Freilauf-Flip-Flops 14 sowie vom augenblicklichen Schaltzustand der Brücke.

In Ausführungsalternativen kann das Freilauf-Flip-Flop 14 als Speicherelement ausgestaltet sein, in das unter Steuerung des Zweigwahlmoduls 11 geschrieben wird. Bei komplexen Gradien­ tenverstärkern, die mehrere Ansteuervorrichtungen 6 aufwei­ sen, kann ein einziges Freilauf-Flip-Flop 14 gemeinsam ge­ nutzt werden, um ein koordiniertes Verhalten der Ansteuervor­ richtungen 6 zu erhalten. In weiteren Ausführungsalternativen wird ein vorbestimmter, gleichbleibender Schaltzustand im Freilaufbetrieb Verwendet. Das Freilauf-Flip-Flop 14 kann dann ganz entfallen.

Das Zweigwahlmodul 11 ist im hier beschriebenen Ausführungs­ beispiel als festprogrammierter Speicher ausgebildet, in dem die beiden obigen Wahrheitstabellen enthalten sind. Diese Tabellen können auch zu einer einzigen Wahrheitstabelle zu­ sammengefaßt werden. In Ausführungsalternativen ist das Zweigwahlmodul 11 eine Logikschaltung oder ein Programmodul.

Das erste Umschaltmodul 12 erzeugt aus dem ersten Umschalt­ signal Tg1 die beiden Ansteuersignale S1, S2 für den ersten Brückenzweig. Die Funktion des ersten Umschaltmoduls 12 ent­ spricht der eines Flip-Flops. Zusätzlich wird sichergestellt, daß stets höchstens eines der Schaltelemente 1, 2 leitet, und daß geeignete Totzeiten zwischen den Leitphasen der Schalt­ elemente 1, 2 eingehalten werden, um einen Brückenkurzschluß zu verhindern. Das erste Umschaltmodul 12 kann als Logik­ schaltung ausgebildet sein und ein Flip-Flop sowie einen ge­ eigneten Totzeitzähler (mit beispielsweise 4 bis 8 Bit Brei­ te) aufweisen.

Fig. 5 zeigt das durch das erste Umschaltmodul 12 implemen­ tierte Zustands-/Übergangsdiagramm. In einem ersten Zustand 15, wie er beispielsweise zum Taktzeitpunkt T = 1 in Fig. 3 besteht, leitet das Schaltelement 1, und Schaltelement 2 sperrt. Beim Auftreten eines Umschaltimpulses (aktives erstes Umschaltsignal Tg1) wird das Schaltelement 1 ausgeschaltet, und ein Übergang in einen zweiten Zustand 16 erfolgt. Der Zustand 16 wird während einer vom ersten Umschaltmodul 12 bestimmten Totzeit beibehalten. Nach Ablauf der Wartezeit wird das Schaltelement 2 in einen leitenden Zustand versetzt, um einen dritten Zustand 17 zu erreichen. Der Wechsel in einen vierten Zustand 18 wird durch einen weiteren Umschalt­ impuls ausgelöst (Tg1 = 1), und nach Ablauf der Totzeit ist wieder der erste Zustand 15 erreicht.

Das zweite Umschaltmodul 13 ist identisch mit dem ersten Um­ schaltmodul 12. Jedoch erhält das zweite Umschaltmodul 13 das zweite Umschaltsignal Tg2 und erzeugt die beiden Ansteuer- Signale S3, S4 für die beiden Schaltelemente 3, 4 des zweiten Brückenzweiges. Das für das zweite Umschaltmodul 13 geltende Zustands-/Übergangsdiagramm entspricht dem in Fig. 5 gezeig­ ten mit den sich aus der unterschiedlichen Beschaltung erge­ benden Änderungen.

Insgesamt werden durch die beschriebene Ansteuerschaltung 6 die Ansteuersignale S1-S4 wie in Fig. 3 erzeugt. Die bei­ spielhafte Darstellung von Fig. 3 beruht auf einer positiven Ausgangsspannung U_A (Sgn = 0). Das Freilauf-Flip-Flop 14 hat anfangs einen Zustand FL = 1. Mit jeder fallenden Flanke der Ausgangsspannung U_A wechselt dieser Zustand; zum Beispiel er­ folgt im Zeitintervall zwischen T = 1 und T = 2 ein Wechsel auf FL = 0. Die Übergang vom ersten Zustand 15 zum zweiten Zustand 16 in Fig. 5 findet ebenfalls in diesem Zeitintervall (zwischen T = 1 und T = 2) statt, und der Übergang vom vier­ ten Zustand 18 zurück in den ersten Zustand 15 erfolgt zum Taktzeitpunkt T = 2.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsalternative der Lei­ stungsendstufe sind die Schaltelemente 1-4 als IGBTs (IGBT = insulated gate bipolar transistor) mit integrierten Freilaufdioden ausgebildet. Hier ist es wünschenswert, die Schaltelemente 1-4 bei einem Stromfluß durch die jeweilige Freilaufdiode nicht anzusteuern, um die Schaltverzögerungs­ zeit beim nächsten Schaltvorgang zu verringern. Dies wird durch vier UND-Gatter 19, 20, 21, 22 erreicht. Je ein An­ steuersignal S1-S4 ist an je einen nicht-invertierenden Eingang der UND-Gatter 19-22 angelegt. Ein von der Ansteu­ ervorrichtung 6 erzeugtes Stromrichtungssignal I+, das einen positiven Stromfluß durch die Last 9 anzeigt, liegt an inver­ tierenden Eingängen der UND-Gatter 20, 21 an. Ein einen nega­ tiven Stromfluß durch die Last 9 anzeigendes Stromrichtungs­ signal I-ist mit invertierenden Eingängen der UND-Gatter 19, 22 verbunden. Die UND-Gatter 19-22 erzeugen modifizierte Ansteuersignale S1' - S4' zur Ansteuerung der IGBTs 1-4.

In unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung ist die Schaltung nach Fig. 4 allgemein als digitale Schaltung ausge­ bildet. Beispielsweise können gebräuchliche Bausteine wie Zähler, Register, Gatter etc. verwendet werden. Vorzugsweise werden programmierbare Digitalbausteine eingesetzt, um ein­ zelne oder alle Funktionen der Ansteuervorrichtung 6 bereit­ zustellen. Ein solcher programmierbarer Digitalbaustein kann beispielsweise ein EPLD-Baustein (EPLD = electrically pro­ grammable logic device) sein. Auch ist eine teilweise oder vollständige Implementierung der Ansteuervorrichtung 6 durch einen geeignet programmierten Prozessor, insbesondere einen digitalen Signalprozessor, vorgesehen. Die einzelnen oben be­ schriebenen Module können hierbei Programmodule des von die­ sem Prozessor ausgeführten Programms sein. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff Signal nicht nur eine sich zeitlich verändernde Größe zu verstehen, sondern auch jedes Kommunikationsmittel bei der Programmausführung, zum Beispiel Interrupts, Datenwerte in gemeinsam zugänglichen Speicherbereichen, Betriebssystem-Signale oder Daten, die durch eine Parameterübergabe oder einen Prozeßkommunikations­ mechanismus übermittelt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erzeugen je eines Ansteuersignals (S1, S2, S3, S4) für vier in Brückenschaltung angeordnete Schaltele­ mente (1, 2, 3, 4) einer Leistungsendstufe, insbesondere bei einer Leistungsendstufe eines Gradientenverstärkers für einen Kernspintomographen, wobei die Schaltelemente (1, 2, 3, 4) paarweise (1, 2 bzw. 3, 4) in Reihe geschaltet sind, um einen ersten und einen zweiten Brückenzweig der Brückenschaltung zu bilden, mit den Schritten:

• 1. Erzeugen eines Startsignals (Start) und eines Stopsignals (Stop) für einen Spannungsimpuls einer Ausgangsspannung (U_A) der Leistungsendstufe in Abhängigkeit von einem Ein­ schaltdauerwert (Data),
• 2. Erzeugen eines ersten und eines zweiten Umschaltsignals (Tg1, Tg2) zur Ansteuerung je eines der Brückenzweige in Abhängigkeit von dem Startsignal (Start) und dem Stopsignal (Stop),
• 3. Erzeugen von Ansteuersignalen (S1, S2) für die Schalt­ elemente (1, 2) des ersten Brückenzweigs in Abhängigkeit von dem ersten Umschaltsignal (Tg1), und
• 4. Erzeugen von Ansteuersignalen (S3, S4) für die Schalt­ elemente (3, 4) des zweiten Brückenzweigs in Abhängigkeit von dem zweiten Umschaltsignal (Tg2)

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ansteuersignale (S1, S2, S3, S4) durch eine Digitalschaltung, insbesondere durch einen programmierbaren Digitalbaustein und/oder einen Digitalpro­ zessor, erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Startsi­ gnal (Start) im wesentlichen den Beginn des Spannungsimpulses der Ausgangsspannung (U_A) und das Stopsignal (Stop) im we­ sentlichen das Ende des Spannungsimpulses der Ausgangsspan­ nung (D_A) angibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Um­ schaltsignale (Tg1, Tg2) je einen Wechsel im Schaltzustand der beiden Ansteuersignale (S1, S2 bzw. S3, S4) für den je­ weils zugeordneten Brückenzweig auslösen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß bei jedem Umschaltvorgang in einem Brückenzweig eine Totzeit einge­ halten wird, in der die beiden diesem Brückenzweig zugeordne­ ten Ansteuersignale (S1, S2 bzw. S3, S4) inaktiv gehalten werden, um einen Brückenkurzschluß zu verhindern.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß bei jeder Polarität der Ausgangsspannung (U_A) je zwei Ansteuersignale (S1, S4 bzw. S3, S2) getaktet werden, die jeweils zwei in der Brückenschaltung diagonal gegenüberliegenden Schaltelementen (1, 4 bzw. 3, 2) entsprechen, um während ihrer Überlappungs­ zeit je einen Spannungsimpuls der Ausgangsspannung (U_A) zu erzeugen, während die beiden anderen Ansteuersignale (S2, S3 bzw. S4, S1) im wesentlichen in Gegenphase getaktet werden.

7. Ansteuervorrichtung (6) zum Erzeugen je eines Ansteuer­ signals (S1, S2, S3, S4) für vier in Brückenschaltung ange­ ordnete Schaltelemente (1, 2, 3, 4) einer Leistungsendstufe, insbesondere einer Leistungsendstufe eines Gradientenverstär­ kers für einen Kernspintomographen, wobei die Schaltelemente (1, 2, 3, 4) paarweise (1, 2 bzw. 3, 4) in Reihe geschaltet sind, um einen ersten und einen zweiten Brückenzweig der Brückenschaltung zu bilden, mit:

• 1. einem Start/Stop-Modul (10) zum Erzeugen eines Start­ signals (Start) und eines Stopsignals (Stop) für einen Spannungsimpuls einer Ausgangsspannung (U_A) der Leistungsendstufe in Abhängigkeit von einem Ein­ schaltdauerwert (Data),
• 2. einem Zweigwahlmodul (11) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Umschaltsignals (Tg1, Tg2) zur Ansteuerung je eines der Brückenzweige in Abhängigkeit von dem Startsignal (Start) und dem Stopsignal (Stop),
• 3. einem ersten Umschaltmodul (12) zum Erzeugen von Ansteu­ ersignalen (S1, S2) für die Schaltelemente (1, 2) des ersten Brückenzweigs in Abhängigkeit von dem ersten Umschaltsignal (Tg1), und
• 4. einem zweiten Umschaltmodul (13) zum Erzeugen von An­ steuersignalen (S3, S4) für die Schaltelemente (3, 4) des zweiten Brückenzweigs in Abhängigkeit von dem zweiten Um­ schaltsignal (Tg2).

8. Ansteuervorrichtung (6) nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ansteu­ ervorrichtung (6) eine Digitalschaltung ist und insbesondere einen programmierbaren Digitalbaustein und/oder einen Digi­ talprozessor aufweist.

9. Ansteuervorrichtung (6) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß die An­ steuervorrichtung (6) zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.

10. Leistungsendstufe, insbesondere in einem Gradientenver­ stärker für einen Kernspintomographen, mit:

• 1. einer Spannungsquelle (5),
• 2. vier in Brückenschaltung angeordneten Schaltelementen (1, 2, 3, 4), die paarweise (1, 2 bzw. 3, 4) in Reihe ge­ schaltet sind, um einen ersten und einen zweiten Brücken­ zweig der Brückenschaltung zu bilden, und
• 3. einer Ansteuervorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 zum Erzeugen je eines Ansteuersignals (S1, S2, S3, S4) für die vier Schaltelemente (1, 2, 3, 4).