CN103163495A - 用于磁共振装置的功率放大器装置 - Google Patents

Abstract

一种用于磁共振装置（27）的包括壳体（3）的功率放大器装置（1），其中布置有：第一电路板（6），带有至少一个具有至少一个功率电子部件和至少一个与所述功率电子部件连接的导体结构（25）的放大器模块（2），第二电路板（9），带有至少一个功率电子部件和与所述放大器模块（2）的供电装置（5）相配合的导体结构（21），其中第二电路板（9）的导体结构（21）与第一电路板（6）的至少一个连接点（24）连接以对放大器模块（2）供电，和用于冷却功率电子部件的至少一个冷却通道（8），其中特别地布置在平行的平面内的电路板（6、9）的至少两个功率电子部件被布置为使得其在共同的冷却通道（8）的对置侧上与所述冷却通道（8）热连接。

Description

用于磁共振装置的功率放大器装置

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振装置的包括壳体的功率放大器装置。此外，本发明涉及一种带有此功率放大器装置的磁共振装置。

背景技术

特别地用于临床成像的磁共振装置在现有技术中广泛地已知。在此，在成像过程中通过发送天线激励检查对象的定向的核自旋，且通过接收天线接收磁共振信号，由磁共振信号重构图像数据。为驱动发送天线需要高功率，所述高功率由通常构建在磁共振装置的发送单元内的功率放大器装置提供。

现有技术的功率放大器装置在此通常具有至少一个带有至少一个功率电子部件的放大器模块，其中在共同的电路板上实现尽可能多的部件和/或导体结构。例如，已知具有多个放大器模块的功率放大器装置，例如具有分别可产生5至8kW的输出功率的四个放大器模块，使得通过组合可达到例如30kW的功率。作为末级的放大器模块此外也可称为末级模块。通常使用根据推挽原理以对称输入信号工作的推挽末级。

在以很高的功率工作之后，在放大器模块内作为功率电子部件使用的晶体管需要冷却。在此，可例如设置，在前述电路板内布置铜板，通过所述铜板将冷却剂通道引导直至待冷却的位置。电路板在提供为用于晶体管的位置设有缺口，使得在壳体内所提供的晶体管单元在此插入且与电路板下方所提供的铜板可直接接触。但也建议了用于冷却的另外的可能性，例如在随后公开的德国专利DE 10 2011 006 061.8中使用了特别地由陶瓷制成的整合在冷却通道内的载体结构。

如前所述，例如已知的功率放大器模块可以在推挽运行中因此作为推挽末级工作，其中分别为相同量的晶体管分配了对称的输入信号的一相，这意味着第一组晶体管（也可仅包括一个晶体管）获得0°信号，而另一组晶体管（又可仅包括一个晶体管）获得180°信号。晶体管构件的漏极输出在与第二导体结构感性交互的第一导体结构中汇聚，使得通过感性耦合可产生放大的输出信号。

为进行放大，除了偏置电压外，所述偏置电压的供电装置通常实现在也承载了放大器模块的前述电路板上，还需要必须耦合在导体结构上的高压供电装置。为此，通常提供在另外的电路板（Printed Circuit Board，印刷电路板-PCB）上所实现的分开的高压供电装置（功率供给装置）。高压供电装置通过合适的电缆、特别是扁平电缆与承载了至少一个放大器模块的第一电路板连接，且从该处与放大器模块-具体而言与电路结构-耦合。这形成了长的连接路径，由此从电子效应以及制造的角度而言导致了缺点。例如，缺点是在电子构造方面长连接的电感和防电磁干扰（EMI）的屏蔽。在制造技术上存在许多整体部件，它们必须组装在一起且因此也造成更高的成本。高压供电装置的功率电子部件、特别是晶体管需要自己的冷却装置，至少需要自己的冷却通道。

发明内容

本发明要解决的基本技术问题在于，提供一种更紧凑的、简单的且制造中零件少的功率放大器装置。

为解决此技术问题，根据本发明提供了用于磁共振装置的包括壳体的功率放大器装置，其中布置有：

-第一电路板，所述第一电路板带有至少一个放大器模块，所述放大器模块具有具有至少一个功率电子部件、特别是晶体管，和至少一个与功率电子部件连接的导体结构，

-第二电路板，所述第二电路板带有至少一个功率电子部件、特别是晶体管，和导体结构，所述导体结构与放大器模块的供电装置相配合，其中第二电路板的导体结构与第一电路板的至少一个连接点连接以用于为放大器模块供电，和

-用于冷却功率电子部件的至少一个冷却通道，

-其中特别地布置在平行的平面内的电路板的至少两个功率电子部件这样被布置，使得其在共同的冷却通道的对置侧上与冷却通道热连接。

此外，建议了很紧凑的结构，其中第一电路板和第二电路板这样相邻地布置，使得共同的冷却通道可用于第一电路板和第二电路板的功率电子部件。在此，两个电路板的功率电子部件优选地构造为晶体管。

现在这样选择布置，使得对于第一电路板和第二电路板的至少一对功率电子部件可共同使用一个冷却通道，其中特别地功率电子部件最终重叠地布置。

以此方式因此实现以紧凑的布置将高压供电装置实现在带有至少一个功率放大器模块的第一电路板上，使得实现了更短的连接路径。也降低了为组装所需零件的数量，使得由于特别地将第二电路板的所有功率电子部件在与第一电路板的功率电子部件所分配的冷却通道上进行冷却，所以除节约空间的紧凑结构形式外也可节约成本。

最后，两个电路板因此形成了集成结构单元的形式，其中供电装置-功率电子部件布置在被功率放大器模块的功率电子部件所使用的冷却通道“上”。

在本发明的特别有利的构造中设置了，第二电路板的朝向第一电路板的至少一个导电的特别地金属化的接地面形成用于对第一电路板的导体结构进行屏蔽的高频屏蔽的部分。由于放大器模块的区域内以高频技术工作，所以需要屏蔽，所述屏蔽根据现有技术通常设置为壳体的内层。本发明现在实现通过第二电路板-具体而言其朝向第一电路板的下侧接地面实现高频屏蔽的至少一个部分，使得最后可以说将高压供电装置整合在功率放大器装置的屏蔽平面上。通过合适地利用另外的可金属化的或提供以导电面的结构，可因此实现特别地至少部分地、特别是大部分地封闭的高频屏蔽腔，所述腔支持了更紧凑的、结构小的构造形式，但仍提供了足够好的屏蔽。

因此，可特别具有优点地设置，冷却通道的至少一侧和/或至少一个功率电子部件的至少一侧、特别是第一电路板的功率电子部件的至少一侧至少部分地提供有形成高频屏蔽的部分的、与接地面连接的导电面。合适地布置的处在接地上的在冷却通道和/或功率电子部件上的导电面可因此例如形成高频屏蔽腔的“侧壁”形式，使得可实现导体结构的、特别是在感性传输部分内的良好的屏蔽。除作为“盖”的接地面之外，此类“侧面”可与例如第一电路板的接地面一起形成至少部分地在四周封闭的腔，其中当如在下文中详细解释的那样在第一电路板的双侧上为第二电路板提供以分别在此处形成高频屏蔽的部分的接地面时，则特别有利地给出了紧凑的构造。

如果高频屏蔽应向外封闭，则可建议使得高频屏蔽的至少一个部分通过壳体的导电的内面形成，特别是通过在第一电路板和第二电路板之间延伸的内面形成。例如，可建议在壳体的在电路板内壳体的固定位置之间的内面上提供导电层，以在此将高频屏蔽向外封闭。既然第一电路板的接地面至少单侧地已经提供有作为高频屏蔽的部分的导电面，现在不再需要壳体的内面的完全导电的设计。

如前所述，特别合适的是，高频屏蔽的至少部分封闭的腔通过相邻布置的功率电子部件的导电面和至少一个冷却通道的导电面以及通过接地面形成。根据待屏蔽的导体结构的位置，在此可最后形成高频屏蔽的不同的腔，所述腔在一定程度上也相互屏蔽。因此，例如可构思的是，将例如在感性耦合的情况中放大例如处于不同晶体管的漏极输出上的信号的实际进行放大的导体结构封闭在双侧通过相邻布置的功率电子部件的导电面和至少一个冷却通道的导电面所形成的腔内，而在向晶体管的另外的输入的提供供给的导体结构中，腔的侧边界通过壳体的侧壁的内面形成。

优选地，第二电路板的功率电子部件布置在第二电路板的缺口开口内。以此实现了使得所述功率电子部件也从第二电路板的接地面侧起与冷却通道可热接触。电路板的此类设计和在缺口开口内所提供的此功率电子部件到电路板的导体结构上的连接在现有技术中已知。

在本发明的特别有利的构造中可以建议，使得第一电路板双侧装配且两个第二电路板分别提供在第一电路板的对置的侧上。以此方式此外产生了改进的总体空间利用，这仅通过“夹层”结构形式来得到，其中在第一电路板的上方和下方分别布置了第二电路板，所述第二电路板被分配给了供电装置。特别地，可设置对称的结构，例如相对于第一电路板的装配对称，但也相对于第二电路板的构造对称。特别有利的是两个第二电路板的接地面朝向第一电路板而使其形成高频屏蔽的双侧部分，使得此外不必在第一电路板自身上提供高频屏蔽的部件，在任何情况下通道开口用于对第一电路板双侧上所提供的导电面进行连接，所述导电面例如如上所述可形成腔。

进一步合适的是，将无壳体的功率电子部件至少部分地以倒装芯片技术进行连接。这特别地用于第一电路板的功率电子部件。

在一个实施形式中可建议，第一电路板和第二电路板具有相同的功率电子部件。这此外简化了结构和不同零件的数量，使得特别有利地可实现对称结构。特别地，无壳体部件适合于作为功率电子部件。

为制造此功率放大器装置可例如建议，首先将功率电子部件、特别是晶体管双侧粘合在冷却管上，所述冷却管例如可实现为带有特别地矩形横截面的由金属化的塑料制成的铜管或管。因此实现了特别地通过倒装芯片技术的与电路板的连接。

除功率放大器装置之外，本发明也涉及一种磁共振装置，其包含带有根据本发明的功率放大器装置的至少一个发送单元。关于功率放大器装置的全部阐述可类似地转移到根据本发明的磁共振装置，使得在此也获得特别的构造的优点。在磁共振装置的范围内可有利地且此外带来收益地使用特别紧凑且结构小的装置。

附图说明

从如下图示的实施例中以及根据附图给出了本发明更多的优点和细节。在此，各图为：

图1示出了根据本发明的功率放大器装置的原理草图，

图2示出了在放大器模块的区域内的通过功率放大器装置的部分截面，

图3示出了第一电路板的示意性俯视图，

图4示出了第二电路板的示意性俯视图，

图5示出了根据本发明的磁共振装置。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的功率放大器装置1的原理草图。所述功率放大器装置1在此包括四个在此示意性地示为功能块的功率放大器模块2，所述功率放大器模块2分别产生总功率的部分且布置在壳体3内。放大器模块2的输出信号例如通过平衡不平衡转换器4汇集为总输出信号。

为了运行，放大器模块2需要供电装置5，所述供电装置5与功率放大器模块2一起整合在壳体3内，且处在屏蔽级上，就像在下文中进一步解释的那样。

对于放大器模块2的具体构造存在多种可能性，这在现有技术中很大程度上是已知的且在此不详细阐述。例如，可构思末级放大器模块，其中使用晶体管、例如16个晶体管作为功率电子部件，所述晶体管的漏极输出信号通过导体结构组合为总输出信号。但当然也可构思另外的构造，其中在本发明中不涉及放大器模块2的具体构造和布线。

图2现在详细示出了在放大器模块2的区域内的通过功率放大器装置1的内部的部分截面。图中可见，在中心提供了第一电路板6，在其上实现了放大器模块2，所述放大器模块具有其线路和其构造为晶体管部件的晶体管7，其中为清晰起见在此未详细示出线路。第一电路板6可见以对称方式在双侧装配，且可具有多个层，在所述层上提供了线路。

由于图示为功率电子部件的晶体管7需要冷却，所以分别在上侧和下侧上与该晶体管7热接触地引导了至少一个冷却通道8，该冷却通道8例如可由铜制成且具有矩形横截面。

在第一电路板6上方和下方布置了第二电路板9，在该第二电路板9上实现了用于放大器模块2的供电装置5。从图中可见，供电装置5也具有构造为晶体管10的功率电子部件，所述功率电子部件布置在第二电路板9的缺口开口11内，使得该功率电子部件仅直接与冷却通道8相邻且可通过热耦合也被冷却通道8有效地冷却。这意味着，冷却通道8既用于冷却晶体管7又用于冷却晶体管10。

如从图2中进一步可见，第二电路板9的下侧提供有导电的接地面14。此接地面14现在形成了用于放大器模块2的、包括多个高频腔12、13的高频屏蔽的部分，其中附加地仍可由冷却通道8和晶体管7对此提供贡献。因此，目前在冷却通道8的侧上也提供了导电面15，所述导电面15与第二电路板9的各接地面14连接在一起。此外，晶体管7也具有朝向腔12、13的导电层，所述导电层形成了导电面16。上侧和下侧导电面之间的连接可通过相应的通道开口17实现。

在此，腔13在一侧上通过壳体3封闭，所述壳体在用于第二电路板9的相应的保持设备18之间具有导电的内面19，例如又具有层。与接地面14连接的导电的内面19总体上环绕地构造，这意味着所述内面19沿整个壳体在两个第二电路板19之间延伸，使得在此在每个情况中给出了高频屏蔽的封闭的外侧边界。

此外，所示的紧凑结构形式不仅实现了将冷却通道8用于冷却晶体管7和晶体管10，而且也实现了高频屏蔽在整体结构中的整合。在此，应注意的是，如果从第二电路板9侧提供的导体结构21发出的连接线22通过缺口开口23被引导到第一电路板6上的连接点24，则所示的整体结构也允许将耦合电容器20简单地连接在接地上，该耦合电容器20可由于靠近接地面14而容易地实现。

图3示意性地示出了第一电路板6的俯视图。从图中可见，对于每个放大器模块2分别在电路板6的两侧上双侧布置了八个相互对称布置的晶体管7，其中一侧上分别对置地布置四个晶体管7。在此仅示出了在晶体管7上经过的冷却通道8，同样仅部分地且例如对于两个晶体管7示出了导体结构25。

图4示出了第二电路板9的从外部的相应的俯视图，其中在此可见，在此仅需四个晶体管10，但所述晶体管10相应地这样布置在缺口开口11内，使得晶体管10置于冷却通道8上且也可通过冷却通道8被冷却。

在此应注意的是，用于在此未详细示出的晶体管7的偏置电压在电路板6上实现，此外所述电路板6不需要附加的冷却。

为制造功率放大器装置1可例如建议，首先将电容器7、10在对置的侧上与冷却通道8热连接，例如通过相应的导热粘合剂热连接。通过使用倒装芯片技术，可形成与第一电路板6的连接，而相应的连接可能性可在安放电路板9之后使用，其中在此特别地也可构思通过焊线26将电容器10耦合在导体结构21上，如在图2中示例地图示。

最后，图5还示出了根据本发明的磁共振装置27的原理草图，所述磁共振装置27以已知的方式包括主磁体单元28，所述主磁体单元特别包含用于产生主磁场的线圈以及具有患者容纳处29。在主磁体单元28外侧上可见布置了带有壳体31的发送单元30，所述发送单元30含有根据本发明的功率放大器装置1。

磁共振装置27的其他的部件在现有技术中很大程度上是已知的，且在此不必详细阐述。

虽然在细节上通过优选实施例详细图示且描述本发明，但本发明不受所公开的示例限制，且另外的变体可由专业人员导出而不偏离本发明的保护范围。

附图标号列表

1    功率放大器装置

2    放大器模块

3    壳体

4    平衡不平衡转换器

5    供电装置

6    电路板

7    晶体管

8    冷却通道

9    电路板

10   晶体管

11   缺口开口

12   腔

13   腔

14   接地面

15   导电面

16   导电面

17   通道开口

18   保持设备

19   内面

20   耦合电容器

21   导体结构

22   连接线

23   缺口开口

24   连接点

25   导体结构

26   焊线

27   磁共振装置

28   主磁体单元

29   患者容纳处

30   发送单元

31   壳体

Claims (10)

1.一种用于磁共振装置（27）的包括壳体（3）的功率放大器装置（1），其中布置有：

-第一电路板（6），所述第一电路板（6）带有至少一个放大器模块（2），所述放大器模块具有至少一个功率电子部件、特别是晶体管（7），和至少一个与所述功率电子部件连接的导体结构（25），

-第二电路板（9），所述第二电路板（9）带有至少一个功率电子部件、特别是晶体管（10），和导体结构（21），所述导体结构（21）与所述放大器模块（2）的供电装置（5）相配合，其中该第二电路板（9）的导体结构（21）与所述第一电路板（6）的至少一个连接点（24）连接以用于为所述放大器模块（2）供电，和

-用于冷却功率电子部件的至少一个冷却通道（8），

-其中特别地布置在平行的平面内的电路板（6、9）的至少两个功率电子部件这样被布置，使得其在共同的冷却通道（8）的对置侧上与所述冷却通道（8）热连接。

2.根据权利要求1所述的功率放大器装置，其特征在于，所述第二电路板（9）的朝向所述第一电路板（6）的至少一个导电的特别地金属化的接地面（14）形成用于屏蔽该第一电路板（6）的导体结构（25）的高频屏蔽的部分。

3.根据权利要求2所述的功率放大器装置，其特征在于，所述冷却通道（8）的至少一侧和/或至少一个功率电子部件的至少一侧至少部分地提供有形成所述高频屏蔽的部分的、与所述接地面（14）连接的导电面（15、16）。

4.根据权利要求2或3所述的功率放大器装置，其特征在于，所述高频屏蔽的至少一个部分通过所述壳体（3）的导电的内面（19）形成，特别是通过在所述第一电路板（6）和所述第二电路板（9）之间延伸的内面形成。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的功率放大器装置，其特征在于，所述高频屏蔽的至少部分封闭的腔（12、13）通过相邻布置的功率电子部件和至少一个冷却通道（8）的导电面（15、16）以及通过所述接地面（14）形成。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的功率放大器装置，其特征在于，所述第二电路板（9）的功率电子部件被布置在所述第二电路板（9）的缺口开口（11）内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的功率放大器装置，其特征在于，所述第一电路板（6）被双侧装配且两个第二电路板（9）分别被提供在该第一电路板（6）的对置的侧上。

8.根据前述权利要求中一项所述的功率放大器装置，其特征在于，无壳体的功率电子部件至少部分地以倒装芯片技术连接。

9.根据前述权利要求中任一项所述的功率放大器装置，其特征在于，所述第一电路板（6）和所述第二电路板（9）具有相同的功率电子部件。

10.一种磁共振装置（27），所述磁共振装置（27）包括带有根据前述权利要求中任一项所述的功率放大器装置（1）的至少一个发送单元（30）。

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