阅读说明：本技术 电源装置和磁共振成像系统 (Power supply device and magnetic resonance imaging system ) 是由 杜述 李文明 汪坚敏 佟瞳 于 2018-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电源装置和磁共振成像系统,装置包括电源端模块和负载端模块；电源端模块包括电源单元和参考电压拉低单元；负载端模块包括：电压比较器,其输入端与负载供电端连接,用于将负载供电端的实际电压和额定电压进行比较；参考电压拉低单元包括：计数器,其输出端与数模转换器的输入端一一连接,用于在实际电压低于额定电压时进行计数,在实际电压等于额定电压时保持计数结果不变,并输出计数结果对应的数字信号；数模转换器,其输出端与反相器的输入端连接,用于将数字信号转换为正模拟电压；反相器,其输出端与电源单元的输出电压参考端连接,用于将模拟电压反相为负模拟电压。本发明能够补偿电源和负载供电端之间线缆上的压降损失。(The invention discloses a power supply device and a magnetic resonance imaging system, wherein the device comprises a power supply end module and a load end module; the power end module comprises a power unit and a reference voltage pull-down unit; the load end module includes: the input end of the voltage comparator is connected with the load power supply end and is used for comparing the actual voltage of the load power supply end with the rated voltage; the reference voltage pull-down unit includes: the output ends of the counters are connected with the input ends of the digital-to-analog converters one by one and are used for counting when the actual voltage is lower than the rated voltage, keeping the counting result unchanged when the actual voltage is equal to the rated voltage and outputting digital signals corresponding to the counting result; the output end of the digital-to-analog converter is connected with the input end of the inverter and is used for converting the digital signal into positive analog voltage; and the output end of the phase inverter is connected with the output voltage reference end of the power supply unit and is used for inverting the analog voltage into a negative analog voltage. The invention can compensate the voltage drop loss on the cable between the power supply and the power supply end of the load.)

电源装置和磁共振成像系统

技术领域

本发明涉及核磁共振技术领域，特别是涉及一种电源装置和磁共振成像系统。

背景技术

在磁共振成像系统中，一般会有专门的电源单元模块给系统中的各个部件例如接收线圈的前置放大器(简称LNA)供电。通常电源单元模块分布在磁共振检察室外的机柜里，或者分布在设备间的磁体侧边或者其它位置。无论何种分布，给LNA供电的电源单元模块到LNA之间都有一段比较长的线缆。线圈正常工作时，高接收通道线圈的LNA的总电流不能忽视，由于线缆的损耗，LNA的总电流会在线缆上产生压降，导致LNA的供电电压达不到器件的额定电压，进而影响LNA的性能，例如LNA的噪声系数会恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电源装置和磁共振成像系统，能够补偿电源单元和负载供电端之间线缆上的压降损失，保证负载的正常运行。

第一方面，本发明提供一种电源装置，包括：电源单元，与所述负载供电端连接，用于为负载供电；所述电压比较器，其输入端与负载供电端连接，用于将所述负载供电端的实际电压和额定电压进行比较；所述参考电压拉低单元包括计数器、数模转换器和反相器，当所述电压比较器判断为所述实际电压低于所述额定电压时，利用所述计数器进行计数，并利用所述数模转换器将所述计数器得到的表示计数结果的数字信号转换为相应的模拟电压，并利用反相器使所述模拟电压反相，将反相后的模拟电压提供给所述电源单元的参考端。

在一些实施例中，所述电压比较器，其负输入端连接所述负载供电端，其正输入端输入所述额定电压，具体用于将其正输入端和负输入端的电压进行比较，并在其负输入端的电压低于其正输入端的电压时输出第一电平，否则输出第二电平。

在一些实施例中，所述负载端模块还包括：第一可编程逻辑控制器，其输入端与所述电压比较器的输出端连接，其输出端与所述参考电压拉低单元连接，用于在接收到所述第一电平时输出能够控制所述计数器进行计数的第一信号，在接收到所述第二电平时输出能够控制所述计数器保持计数结果不变的第二信号。

在一些实施例中，所述第一信号包括触发信号和第一控制信号，所述第二信号包括第二控制信号；所述第一可编程逻辑控制器包括一个用于输出所述触发信号的第一输出端以及一个用于输出所述第一控制信号和所述第二控制信号的第二输出端；所述第一输出端与所述计数器的输入端连接；所述参考电压拉低单元还包括：第二可编程逻辑控制器，包括与所述第二输出端连接的第一输入端，其输出端连接所述计数器的使能端和所述数模转换器的使能端，用于在接收到所述第一控制信号时使所述计数器的使能端和所述数模转换器的使能端处于使能状态，在接收到所述第二控制信号时使所述计数器的使能端和所述数模转换器的使能端处于锁定状态。

在一些实施例中，所述第一可编程逻辑控制器还包括一个用于输出同步信号的第三输出端，所述第二可编程逻辑控制器还包括与所述第三输出端连接的第二输入端。

在一些实施例中，所述数模转换器用于根据第一公式进行数模转换，所述第一公式包括：

V_o＝0.01X(D₀+2D₁+4D₂+…+2^(n-1)D_n-1)

式中，D₀～D_n-1为所述计数器输出的数字信号，V_o为所述数模转换器输出的正模拟电压，n为所述数模转换器的输入端的个数。

在一些实施例中，所述反相器包括运算放大器、反馈电阻和接地电阻，其中：所述运算放大器，其正输入端通过所述接地电阻连接接地端，其负输入端连接所述数模转换器的输出端，所述运算放大器的负输入端和输出端之间连接所述反馈电阻，所述运算放大器的输出端与所述输出电压参考端耦接。

在一些实施例中，所述电源单元的输出电压参考端和所述电源单元的输出端之间连接有第一电阻；所述反相器还包括第二电阻和/或第三电阻，所述第二电阻设置在所述输出电压参考端和所述运算放大器的输出端之间；所述第三电阻设置在所述运算放大器的负输入端和所述数模转换器的输出端之间。

在一些实施例中，所述负载供电端为磁共振成像系统中前置放大器的电源输入端。

第二方面，本发明提供一种磁共振成像系统，包括前置放大器和为所述前置放大器供电的电源装置，所述电源装置为以上电源装置。

综上，当负载供电端的电压低于其额定电压时，负载端模块会向参考电压拉低单元输出触发信号和第一控制信号，当参考电压拉低单元接收到触发信号和第一控制信号时会输出逐渐降低的负电压，从而使得参考端电压逐渐降低，进而使得负载供电端的电压逐渐抬高，从而补偿电源装置和负载供电端之间线缆上的压降损失，避免负载供电端的电压达不到额定电压的情况发生，进而保证负载的正常运行。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1是本发明一实施例中电源装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例中触发信号和数模转换器的输出电压的波形图。

其中，附图标记如下：

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

本发明提供一种电源装置，也可以称为电源单元处理装置，该装置可以用于磁共振成像系统中为各个部件例如线圈中的前置放大器(简称LNA)供电，当然还可以应用在其他领域或系统中进行供电。

如图1所示，该装置包括电源端模块1和负载端模块2；所述电源端模块1包括电源单元和参考电压拉低单元12，所述参考电压拉低单元12包括计数器1222、数模转换器1221和反相器，反相器即反相子单元121，计数器1222和数模转换器1221构成电压生成子单元122；所述负载端模块2包括电压比较器21，其中：

所述电压比较器21，其输入端与负载供电端G1连接，用于将所述负载供电端G1的实际电压和额定电压进行比较；

所述计数器1222，其输出端与所述数模转换器1221的输入端d1～dn一一连接，用于在所述实际电压低于所述额定电压时进行计数，在所述实际电压等于所述额定电压时保持计数结果不变，并输出与计数结果对应的数字信号；

所述数模转换器1221，其输出端与所述反相器的输入端连接，用于将所述数字信号转换为对应的正模拟电压，所述数字信号越大，所述正模拟电压越大；

所述反相器121，其输出端与所述电源单元的输出电压参考端Ref1连接，用于将所述模拟电压反相为负模拟电压；

所述电源单元，其输出端与所述负载供电端G1连接，用于为负载供电。

可理解的是，电源单元可以包括DC-DC转换器11，电源单元的输出端即DC-DC转换器11的输出端Out11，电源单元的输出电压参考端即DC-DC转换器11的输出电压参考端Ref1。

可理解的是，DC-DC转换器11对自身输入端接收到的直流电压进行转换，例如对接收到的高压转换为可以使用的低压，然后通过自身输出端输出。在一般情况下，DC-DC转换器11的输出电压的输出电压参考端Ref1接地，即参考电压为0，而本申请中输出电压参考端Ref1连接参考电压拉低单元12，当参考电压拉低单元12在负载供电端G1的实际电压低于额定电压时，输出负模拟电压且负模拟电压逐渐降低，因此输出电压参考端Ref1的电压为负值且逐渐降低，这样负载供电端G1的电压值会逐渐被拉高。而当参考电压拉低单元12在负载供电端的实际电压等于额定电压时可以保持输出的负模拟电压保持不变，因此保持输出电压负载端的电压不变，从而将负载供电端G1的电压保持在较高的电压值。

可理解的是，在没有专门提到参考电压的装置或者端口，其参考电压为0，例如，负载供电端G1的参考电压为0。由于DC-DC转换器11的输出端Out11、负载供电端G1和电压比较器21的实际电压输入端相连接，因此可以将连接点记为第一节点J1。由于负载供电端G1(其参考电压为0)与第一节点J1连接，因此负载供电端G1的电压即第一节点J1的电压，同时由于第一节点J1与DC-DC转换器11的输出端，因此第一节点J1的电压为DC-DC转换器11的输出端相对于其输出电压参考端Ref1的电压，也就是说，负载供电端G1的电压为DC-DC转换器11的输出端相对于其输出电压参考端Ref1的电压。

下面对上述电源装置的工作原理进行简要说明：

当负载供电端G1中电压比较器21将负载供电端G1的实际电压与额定电压进行比较，当参考电压拉低单元12得知实际电压低于额定电压时，其中的计数器1222会开始进行计数，产生数字信号，然后数模转换器1221会将数字信号转换为负模拟电压，反相器121将负模拟电压反向为正模拟电压，由于计数越大，数字信号越大，正模拟电压越大，负模拟电压越小，由于反相器121的输出端与电源单元的输出端连接，因此电源单元的参考电压越小，进而使得负载供电端G1的电压逐渐增大。当负载供电端G1的实际电压增大到额定电压时，计数器1222停止计数，因此数字信号保持不变，因此数模转换器1221得到的正模拟电压不变，反相器121得到的负模拟电压保持不变，因此输出电压参考端Ref1的参考电压保持不变，进而将负载供电端G1的电压保持在额定电压。

本发明提供的电压装置，电压比较器21对负载供电端G1的实际电压和额定电压进行比较，然后当实际电压低于额定电压时，计数器1222开始计数，生成数字信号，数模转换器1221将数字信号转换为正模拟电压，反相器121将正模拟电压反相为负模拟电压，从而减少输出电压参考端的参考电压，进而将负载供电端G1的电压抬升。当实际电压等于额定电压时，计数器1222、数模转换器1221和反相器121的结果都保持不变，因此负载供电端G1的电压保持在额定电压。可见本发明可以补偿电源单元和负载供电端G1之间线缆上的压降损失，避免负载供电端G1的电压达不到额定电压的情况发生，进而保证负载的正常运行。

在一些实施例中，电压比较器21，其负输入端连接所述负载供电端G1，其正输入端输入所述额定电压，具体用于将其正输入端和负输入端的电压进行比较，并在其负输入端的电压低于其正输入端的电压时输出第一电平，否则输出第二电平。举例来说，通过电压比较器21对负输入端接收到的负载供电端G1的实际电压值和正输入端接收到的额定电压值进行比较，当实际电压值低于额定电压值时，电压比较器21会输出第一点平(例如，1)，而当实际电压值等于额定电压值时，电压比较器21会输出第二电平(例如，0)。

在一些实施例中，所述负载端模块2还包括：

第一可编程逻辑控制器22，其输入端与所述电压比较器21的输出端连接，其输出端与所述参考电压拉低单元12连接，用于在接收到所述第一电平时输出能够控制所述计数器1222进行计数的第一信号，在接收到所述第二电平时输出能够控制所述计数器1222保持计数结果不变的第二信号。

在实际应用时，可以对第一可编程逻辑控制器22中的逻辑进行预先编程设置，使其在接收到第一电平时输出第一信号，以及在接收到第二电平时输出第二信号。这里，负载端模块2中包括电压比较器21和第一可编程逻辑控制器22，由于第一可编程逻辑控制器22中的逻辑可以预先编程设置，可以节省器件数量，简化电路。

其中，所述第一信号可以包括触发信号和第一控制信号，所述第二信号可以包括第二控制信号；其中，触发信号用于触发计数器1222进行计数，第一控制信号用于控制计数器1222和数模转换器1221的使能端处于使能状态，而第二控制信号可以用来控制计数器1222和数模转换器1221的使能端处于禁用状态。

对应的，所述第一可编程逻辑控制器22包括一个用于输出所述触发信号的第一输出端Out22-1以及一个用于输出所述第一控制信号和所述第二控制信号的第二输出端Out22-2；所述第一输出端Out22-1与所述计数器1222的输入端连接；第一可编程逻辑控制器22的第一输出端Out22-1用于输出触发信号，第二输出端Out22-2用于输出第一控制信号和第二控制信号。

所述参考电压拉低单元12还包括第二可编程逻辑控制器1223，第二可编程逻辑控制器1223包括与所述第二输出端Out22-2连接的第一输入端In1223-1，其输出端连接所述计数器的使能端EN2和所述数模转换器的使能端EN1，用于在接收到所述第一控制信号时使所述计数器1222的使能端EN2和所述数模转换器1221的使能端EN1处于使能状态，在接收到所述第二控制信号时使所述计数器1222的使能端EN2和所述数模转换器1221的使能端EN1处于锁定状态。

可理解的是，当计数器1222的使能端EN2处于使能状态时，计数器1222才能进行计数，而处于禁用状态时，停止计数，计数结果不变。数模转换器1221的使能端EN1处于使能状态时，才能进行数模转换，而处于禁用状态时，停止进行数模转换。

可理解的是，计数器1222、第二可编程逻辑控制器1223和数模转换器1221构成电压生成子单元122，而反相器构成反相子单元121。电压生成子单元122和反相子单元121依次连接构成参考电压拉低单元12，其中电压生成子单元122负责生成逐渐升高的正电压，而反相子单元121负责对逐渐升高的正电压进行反向，从而得到逐渐降低的负电压。

实际应用中，计数器1222可以采用4位计数器，在一个计数周期内可以有16种计数结果，数模转换器1221可以根据这16种计数结果生成16个正的模拟电压。当计数器1222采用4位计数器时，其输出端的个数可以为4个，也可以为4个以上，由于数模转换器1221的输入端d1～dn与计数器1222的输出端一一连接，因此数模转换器1221的输入端的个数可以为4个，也可以为4个以上，例如8个。

实际应用中，数模转换器1221可以根据第一公式进行数模转换，所述第一公式包括：

V_o＝0.01X(D₀+2D₁+4D₂+…+2^(n-1)D_n-1)

式中，D₀～D_n-1为所述计数器1222输出的数字信号，V_o为所述数模转换器1221输出的模拟电压，n为所述数模转换器1221的输入端的个数。

例如，计数结果为0001时，数模转换结果为0.16，计数结果为0010时，数模转换结果为0.32，可见计数越多，数模转换得到的模拟电压越大。

此外，所述第一可编程逻辑控制器22还包括一个用于输出同步信号的第三输出端Out22-3，所述第二可编程逻辑控制器1223还包括与所述第三输出端Out22-3连接的第二输入端In1223-2，第二输入端In1223-2和第三输出端Out22-3连接。当第一可编程逻辑控制器22在接收到第一电平时，还向第二可编程逻辑控制器1223发送同步信号，以使第一可编程逻辑控制器22和第二可编程逻辑控制器1223实现同步。负载端模块2每发出一个触发信号，参考电压拉低单元12中的计数器1222计一次数。

这里，借助程序控制，对负载供电端G1的电压进行抬升直到负载供电端G1的电压达到额定电压的方式，便于与其他数字功能模块整合，避免了复杂的模拟反馈电路，易于实现，而且借助程序控制，使电路的设计更加灵活。

在一些实施例中，所述反相器121包括运算放大器1211、反馈电阻Rf和接地电阻R4，其中：所述运算放大器1211的正输入端通过所述接地电阻R4连接接地端，所述运算放大器1211的负输入端连接数模转换器1221的输出端，所述运算放大器1211的负输入端和输出端之间连接所述反馈电阻Rf，所述运算放大器1211的输出端与所述输出电压参考端Ref1耦接。

这里，反相器121中包括运放1211、反馈电阻Rf和接地电阻R4，为了进一步便于对参考电压进行调节，还可以设置第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，即反相器121还包括第一电阻R1、第二电阻R2和/或第三电阻R3，第一电阻R1设置在所述电源单元的输出电压参考端Ref1和所述电源单元的输出端Out11之间，所述第二电阻R2设置在所述输出电压参考端Ref1和所述运算放大器1211的输出端之间；所述第三电阻R3设置在所述运算放大器1211的负输入端和所述数模转换器1221的输出端之间。

在加入了第二电阻R2和第三电阻R3的基础上，数模转换器1221的输出电压V_o、输出电压参考端Ref1的参考电压V_Ref1和负载供电端G1的电压V_c之间的关系可以表示为：

式中，R1为第一电阻，R2为第二电阻，R2为第三电阻，Rf为反馈电阻。

实际应用中，可以通过调整以上各个电阻，可以使得负载供电端G1的电压V_c和数模转换器1221的输出电压V_o之间满足关系：V_c＝7.2+V_o。

如下表1所示，在一个计数周期内，计数器1222每接收到一个第一可编程逻辑控制器22发送来的上升沿即触发信号后，便计一次数，即计数结果增加1。数模转换器1221的8个输入端接收到的数字信号与计数器1222的计数结果相对应，数模转换器1221根据接收到的数字信号进行数模转换，得到一个模拟电压。如图2所示，随着计数结果的增加，模拟电压的值逐渐增加，而且每计数一次，模拟电压增加0.16，在图2中矩形波为触发信号，阶梯形波为逐渐增加的模拟电压。由于负载供电端G1的电压V_c和数模转换器1221的输出电压V_o之间满足关系：V_c＝7.2+V_o，因此负载供电端G1的电压V_c即V_out从7.2V开始阶梯上升，这个过程也可以从下表1中看到，直到第十六个时钟信号，输出电压一直上升到9.60V。

表1数据对应表

在上表1中，最后一列为对负载供电端G1的电压进行测量得到的实际电压值，实际电压值和理论电压值之间差值很小，可以忽略不计。

可理解的是，当本申请中的电源装置应用在磁共振成像系统的前置放大器中时，负载供电端G1为磁共振成像系统中前置放大器的电源输入端。

本申请还提供一种磁共振成像系统，该系统包括前置放大器和为所述前置放大器供电的电源装置。该电源装置为上述电源装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。