CN105680806B - 一种功放管温度保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功放管的温度保护方法和系统，包括：在所述功放管发射脉冲之前，根据脉冲随时间变化的输入功率，依据输入功率热耗关系通过热耗函数计算模块计算热耗函数；根据功放管的热模型和热耗函数，通过温升函数计算模块计算功放管的温升函数；通过补偿模块根据温升函数对功放管进行温度补偿。其中，输入功率热耗关系是通过标定模块在发射脉冲前对功放管进行测试计算而标定的；热模型是通过测试获得，或从功放管的器件手册获得的；输入功率热耗关系和热模型均被存储在存储模块中。控制模块控制标定模块、热耗函数计算模块、温升函数计算模块、补偿模块和存储模块。本发明在最大程度上对功放管进行温度保护，并且大大提高了温度补偿的准确度。

Description

一种功放管温度保护方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种适用于MR系统的功放管的温度保护方法。

背景技术

在MR(Magnetic Resonance，磁共振)系统中，其射频信号是通过射频功放管放大后输出的。但是功放管在功率放大的过程中，其本身的功率损耗势必会引起结温升高；而结温的升高会导致一系列功放特性的变化，例如，固定偏压下的静态电流升高，功放管的增益、饱和功率和效率的变化等等，这些变化都会导致功放管的非线性输出，直接影响MR系统的成像质量，严重时会导致功放管的烧毁。因此，现在针对功放管的温度特性进行补偿和保护的研究已经成为趋势。

专利CN103296976A公开了一种稳定射频放大器静态工作点的方法和装置，其根据实时采样的漏极电流和实时发射功率计算放大器的热耗散功率；再根据热耗散功率以及射频放大器的等效热阻确定补偿偏置电压，通过补偿偏置电压进行补偿。由于补偿偏置电压是用于消除射频放大器结温升高而引起的静态工作点漂移的，所以通过补偿偏置电压进行补偿能够使射频放大器的静态工作点保持稳定。专利CN103296976A所公开的技术是通过实时采样的电流来进行功率的判断，这样必然受到采样和偏置补偿等电路延时的限制，而且在具体实际使用当中是无法完成实时补偿的，补偿值只是前一时刻的情况。功放管在实际工作时，脉冲时间很短，热耗很大，温度变化非常快，前一时刻的温度不能反映当前时刻的温度。并且，通过脉冲宽度对应等效热阻来计算温升，反映的是一个脉冲结束后整体的温升，不能反映脉冲内的实际温升情况。也无法进行结温的保护。故该技术实际存在较大的局限性。

专利US6888469B2也公开了一种估计半导体结温的装置和方法，该方法是检测实时电流，计算器件的热耗和温度，来实现结温的保护。该方法通过热耗和热阻计算结温，用低通滤波器来模拟一阶RC滤波，得到实时的温升曲线，根据温度曲线判断温度是否超过门限，从而进行温度保护。但是，该温升曲线仅仅是一阶近似曲线，并不能真实反映短时间内温度的高阶变化情况，而且使用低通滤波器来模拟也存在一定误差。此外，受器件速度限制，实时采样判断有一定的延时，用来做温度保护存在一定风险。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种功放管的温度保护方法和系统，适用于MR系统，用于解决现有技术中无法对功放管的温度进行准确保护的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种功放管的温度保护方法，其特征在于，包括：在所述功放管发射脉冲之前，根据所述脉冲随时间变化的输入功率，依据输入功率热耗关系计算热耗函数；根据所述功放管的热模型和所述热耗函数，计算所述功放管的温升函数；根据所述温升函数进行温度补偿。

可选地，所述输入功率热耗关系是在发射脉冲前预先对所述功放管按照不同的输入功率进行测试计算而标定的，反映输入功率与热耗之间的关系。

可选地，所述热耗与所述功放管的输入功率、所述功放管的效率和所述功放管的输出功率有关；其中，所述效率和所述输出功率是通过测试获得的。

可选地，所述热模型具备冲激响应函数，用于反映所述功放管的热耗和温升的关系。

可选地，所述热模型是通过测试或者所述功放管的器件手册而获得。

可选地，所述热模型为Foster热模型。

可选地，所述温升函数反映温度随时间变化的关系，等于所述热耗函数与所述热模型的所述冲激响应函数的卷积。

可选地，所述根据所述温升函数进行温度补偿包括：针对所述温升函数上不同时间点的温度，判断所述温度是否超出所述功放管的限定值：如果所述温度在所述功放管的限定值内，则进行温度补偿；如果所述温度超出了所述功放管的限定值，则不发射所述温度对应的脉冲，并发出报警信号。

可选地，所述温度补偿包括静态工作点补偿和基带信号补偿。

一种功放管的温度保护系统，包括标定模块、热耗函数计算模块、温升函数计算模块、补偿模块、存储模块和控制模块；所述标定模块用于标定所述功放管的输入功率热耗关系；所述热耗函数计算模块用于根据所述输入功率热耗关系来计算热耗函数；所述温升函数模块用于根据所述功放管的热模型和所述热耗函数计算温升函数；所述补偿模块用于根据所述温升函数对所述功放管进行温度补偿；所述存储模块用于存储所述输入功率热耗关系和所述热模型；所述控制模块用于控制所述标定模块、所述热耗函数计算模块、所述温升函数计算模块、所述补偿模块和所述存储模块。

如上所述，本发明的一种功放管的温度保护方法和系统，特别适用于MR系统，其是根据温升函数对功放管进行温度补偿的。本发明的温度补偿既可以是针对某些点，例如最高功率点，进行补偿，也可以是针对整个温升函数进行补偿。并且，本发明的温度函数是通过实际的热模型和热耗函数计算出的，其准确度更加高，对功放管的温度保护在实际脉冲发射前就已完成，最大程度的保护了功放管不会过热烧毁。

附图说明

图1显示为本发明实施例公开的一种功放管的温度保护方法的流程示意图。

图2显示为本发明实施例公开的一种功放管的温度保护方法和系统的Foster热模型的结构示意图。

图3显示为本发明实施例公开的一种功放管的温度保护系统的结构示意图。

元件标号说明

S11～S13 步骤

300 功放管的温度保护系统

310 标定模块

320 热耗函数计算模块

330 温升函数计算模块

340 补偿模块

350 存储模块

360 控制模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅附图。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

本实施例公开了一种功放管的温度保护方法，如图1所示，包括：在发射脉冲之前

步骤S11，根据功放管的输入功率，依据输入功率热耗关系计算热耗函数：

功放管的输入功率和热耗之间满足输入功率热耗关系。其中，输入功率热耗关系是依据功放管进行标定的：在不同的输入功率Pin下，测试功放管的效率η和输出功率Pout；根据输入功率Pin、效率η和输出功率Pout，计算热耗Pdiss：输入功率Pin与热耗Pdiss之间的关系即为输入功率热耗关系：

功放管发射的脉冲的输入功率为Pin(t)，不难看出，功放管发射脉冲的输入功率是随时间变化的，在依据输入功率热耗关系计算出功放管的热耗随时间变化的热耗函数Pdiss(t)。

步骤S12，根据热耗函数和功放管的热模型，计算温升函数：

每一个功放管都有其对应的反映功放管的热耗Pdiss与温升关系的热模型。其中，热模型一般由热阻和热容构成；且不同的热模型都对应不同的冲激响应函数H(Pdiss,t)。通常情况下，热模型是可以通过查找功放管的器件手册获得。当然，功放管的热模型也可通过直接对功放管进行测试而获得。

温升函数T(t)反映温度随时间变化的关系，其等于热耗函数Pdiss(t)与热模型的 冲激响应函数H(Pdiss,t)的卷积值：。

在本实施例中，功放管的热模型采用Foster热模型，具体如图2所示，包括多个热 阻R1,R2,…,Ri和多个热容C1,C2,…,Ci，其中，i表示热阻或热容的数量。热阻和热容是配 套使用的，配套的热阻和热容之间相互并联，并联的热阻和热容之间相互串联。Foster热模 型的单位阶跃响应函数A(t)为：冲激响应函数

那么，功放管的温升函数T(t)为：

步骤S13，根据温升函数对功放管进行温度补偿：

不同的功放管都有其能够承受的温度的限定值。将温升函数T(t)上不同时间点的温度与功放管的限定值进行比较：如果温度超出限定值，则不予发送该时间点对应的脉冲，并发出报警；如果温度在限定值范围内，那么根据温度调整偏压进行温度补偿。

并且，在本实施例中，为了方便温升函数T(t)与功放管的限定值之间的比较，将温升函数T(t)在坐标中以曲线的形式予以表示，并且，在温升函数T(t)的曲线图中增加一条T＝限定值的直线。这样，通过坐标图，对温升函数T(t)和限定值的判定就一目了然了：温升函数T(t)的曲线位于T＝限定值的直线之上的部分，就是温度超出限定值的部分，这部分的时间点对应的脉冲不予发送；温升函数T(t)的曲线位于T＝限定值的直线之下的部分，表示温度没有超出限定值，对这一部分，予以温度补偿。

温度补偿的方案有很多中，可以根据实际情况进行选择，例如，可以通过查表的方式进行补偿：根据功放管在不同温度下的偏流和性能建立查找表，查找表中预先写入的功放管在不同温度下需要补偿的栅压和基带信号预失真参数，根据温升函数T(t)的曲线内未超出限定值的部分，通过查找表确定补偿方案。

本实施例的温升函数曲线是通过实际的热模型和热耗函数计算得出的，其准确度大大提高。并且，其温度补偿既可以是针对某些点，例如最高功率点，进行补偿，也可以是针对整个温升函数进行补偿，本实施例还可以通过查表的方式进行温度补偿，同时补偿静态工作点和基带信号，最大程度的降低了温升对功放管的非线性影响。

实施例2

本实施例公开了一种功放管的温度保护系统300，如图3所示，包括标定模块310、热耗函数计算模块320、温升函数计算模块330、补偿模块340、存储模块350和控制模块360。其中，

标定模块310用于标定功放管的输入功率热耗关系。输入功率热耗关系是依据功放管进行标定的：在不同的输入功率下，测试功放管的效率和输出功率，并根据输入功率、输出功率和效率计算热耗，以获得输入功率热耗关系。

热耗函数计算模块320是依据输入功率热耗关系，计算随时间变化的功放管的输入功率下的热耗函数。

温升函数模块330是根据功放管的热模型以及热耗函数计算温升函数，即，温升函数为热模型的冲激响应函数与热耗函数的卷积。

补偿模块340是根据温升函数对所述功放管进行温度补偿，具体为：判断温升函数中是否有超出功放管限定值的部分，对于超出的部分，则不发送对应的脉冲，并发出报警；对限定值范围内的部分，则根据温度调整偏压进行温度补偿。

存储模块350用于存储标定模块310所标定的输入功率热耗关系，以及功放管所对应的热模型。

控制模块360用于控制标定模块310、热耗函数计算模块320、温升函数计算模块330、补偿模块340和存储模块350。

综上所述，本发明的一种功放管的温度保护方法和系统，特别适用于MR系统，其是根据温升函数对功放管进行温度补偿的。本发明的温度补偿既可以是针对某些点，例如最高功率点，进行补偿，也可以是针对整个温升函数进行补偿。并且，本发明的温度函数是通过实际的热模型和热耗函数计算出的，其准确度更加高，对功放管的温度保护在实际脉冲发射前就已完成，最大程度的保护了功放管不会过热烧毁。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种功放管的温度保护方法，其特征在于，包括：在所述功放管发射脉冲之前，

根据所述脉冲随时间变化的输入功率，依据输入功率热耗关系计算热耗函数；在不同的输入功率下，测试功放管的效率和输出功率；根据输入功率、效率和输出功率，计算热耗，所述热耗＝(输出功率/效率)-输入功率-输出功率；其中，输入功率与热耗之间的关系即为输入功率热耗关系；

根据所述功放管的热模型和所述热耗函数，计算所述功放管的温升函数；

根据所述温升函数进行温度补偿。

2.根据权利要求1所述的功放管的温度保护方法，其特征在于，所述输入功率热耗关系是在发射脉冲前预先对所述功放管按照不同的输入功率进行测试计算而标定的，反映输入功率与热耗之间的关系。

3.根据权利要求2所述的功放管的温度保护方法，其特征在于，所述热耗与所述功放管的输入功率、所述功放管的效率和所述功放管的输出功率有关；其中，所述效率和所述输出功率是通过测试获得的。

4.根据权利要求1所述的功放管的温度保护方法，其特征在于，所述热模型具备冲激响应函数，用于反映所述功放管的热耗和温升的关系。

5.根据权利要求1所述的功放管的温度保护方法，其特征在于，所述热模型是通过测试或者所述功放管的器件手册而获得。

6.根据权利要求5所述的功放管的温度保护方法，其特征在于，所述热模型为Foster热模型。

7.根据权利要求4所述的功放管的温度保护方法，其特征在于，所述温升函数反映温度随时间变化的关系，等于所述热耗函数与所述热模型的所述冲激响应函数的卷积。

8.根据权利要求1所述的功放管的温度保护方法，其特征在于，所述根据所述温升函数进行温度补偿包括：针对所述温升函数上不同时间点的温度，

判断所述温度是否超出所述功放管的限定值：如果所述温度在所述功放管的限定值内，则进行温度补偿；如果所述温度超出了所述功放管的限定值，则不发射所述温度对应的脉冲，并发出报警信号。

9.根据权利要求8所述的功放管的温度保护方法，其特征在于，所述温度补偿包括静态工作点和基带信号补偿。

10.一种功放管的温度保护系统，其特征在于，包括标定模块、热耗函数计算模块、温升函数计算模块、补偿模块、存储模块和控制模块；

所述标定模块用于标定所述功放管的输入功率热耗关系；

所述热耗函数计算模块用于根据所述输入功率热耗关系来计算热耗函数；在不同的输入功率下，测试功放管的效率和输出功率；根据输入功率、效率和输出功率，计算热耗，所述热耗＝(输出功率/效率)-输入功率-输出功率；其中，输入功率与热耗之间的关系即为输入功率热耗关系；

所述温升函数模块用于根据所述功放管的热模型和所述热耗函数计算温升函数；

所述补偿模块用于根据所述温升函数对所述功放管进行温度补偿；

所述存储模块用于存储所述输入功率热耗关系和所述热模型；

所述控制模块用于控制所述标定模块、所述热耗函数计算模块、所述温升函数计算模块、所述补偿模块和所述存储模块。