CN107070181B - 适于便携式超声设备的电源装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种适于便携式超声设备的电源装置及其控制方法。在上述电源装置包括DC‑DC电源和低压差线性稳压器LDO电源时，该控制方法包括：在超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时，控制DC‑DC电源输出第一电压；在超声波当前深度大于第一超声波预设深度时，控制LDO电源输出第二电压。本申请实施例能够在保证超声设备性能的基础上降低其功耗。

Description

适于便携式超声设备的电源装置及其控制方法

技术领域

本申请涉及电源管理技术领域，尤其涉及一种适于便携式超声设备的电源装置及其控制方法。

背景技术

超声设备能够在无损情况下获取目标图像而得到广泛应用。目前，随着超声设备尺寸越来越小，为保证其性能和功能没有明显下降，需要对超声设备的电路做出相应的改进。现有技术中有技术文献对超声设备的高压开关电源进行调整，包括：在超声设备发射阶段，高压开关电源工作，在接收阶段高压开关电源停止供电，从而降低高压开关电源对AFE前端电路的影响。本申请的发明人发现：AFE前端电路中发射部分的功耗远低于其接收部分的功耗，例如，数十W台式超声设备中发射部分的功能大约为4～5W左右，即上述方式降低功耗不多。另外，高压开关电源的频繁启动需要占用启动时间，对高压开关电源的要求较高，不利于超声设备的小型化、便携化以及节能降耗。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种适于便携式超声设备的电源装置及其控制方法，用于解决相关技术中为保证超声设备的功能和性能而导致功耗增加的问题，实现超声设备功能和性能不受影响的情况下有效降低功耗。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

一方面，本申请实施例提供了一种适于便携式超声设备的电源装置的控制方法，所述方法包括：

在超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时，控制所述DC-DC电源输出第一电压；

在所述超声波当前深度大于所述第一超声波预设深度时，控制所述LDO电源输出第二电压。

可选地，所述第一超声波预设深度通过以下步骤获取包括：

获取第一预设信号的回波信号并计算所述回波信号对应的超声波深度；

采用预设长度对所述回波信号对应的超声波深度进行分段；

将分段后的所述回波信号进行频谱分析得到所述分段的参考噪声值；

根据所述参考噪声值与其对应的超声波深度获取参考噪声值与超声波深度的关系曲线；

将所述关系曲线上切线斜率为预设斜率值的位置点对应的超声波深度作为第一超声波预设深度。

可选地，所述预设长度大于或者等于所述第一预设信号对应超声波波长的两倍。

可选地，所述第一超声波预设深度通过以下步骤调整包括：

在第一预设场景下，获取一帧第一回波图像并计算所述第一回波图像的参考噪声值；

在第二预设场景下，将所述第一超声波预设深度减少N倍预设长度后得到第二超声波预设深度，并获取一帧第二回波图像并计算所述第二回波图像的实际噪声；N取值为0，1，2，……；

若所述实际噪声与所述参考噪声值两者之差小于预设噪声值，将所述第一超声波预设深度更新为所述第二超声波预设深度；

所述第一预设场景是指控制所述电源装置仅输出第一电压；所述第二预设场景是指，在超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时，控制所述电源装置输出第一电压；在所述超声波当前深度大于所述第一超声波预设深度时，控制所述电源装置输出第二电压。

可选地，所述第一超声波预设深度通过以下步骤调整包括：

根据调整指令获取或者调整所述第一超声波预设深度。

另一方面，本申请实施例提供了一种适于便携式超声设备的电源装置，所述装置包括：DC-DC电源、低压差线性稳压器LDO电源、电源转换模块和控制模块；其中，所述DC-DC电源与所述LDO电源串联，所述电源转换模块串联在所述DC-DC电源的输出端和所述LDO电源的输出端之间；所述控制模块与所述LDO电源连接；

所述控制模块用于在所述超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时控制所述DC-DC电源输出第一电压，以及在所述超声波当前深度大于所述第一超声波预设深度时控制所述LDO电源输出第二电压。

可选地，在所述电源转换模块的输入端与其输出端的电压之差即第一压差大于或者等于预设电压值时，所述电源转换模块能够单向导通以使电流从其输入端流向其输出端；

所述第一压差大于所述LDO电源的输入输出电压差即第二压差；

所述第一压差和所述第二压差两者的差值小于获取电能的AFE前端电路的工作电压最大值与工作电压最小值两者的差值。

可选地，所述电源转换模块包括二极管；所述二极管的阳极连接所述电源转换模块的输入端，所述二极管的阴极连接所述电源转换模块的输出端。

再一方面，本申请实施例提供了一种适于便携式超声设备的电源装置，所述装置包括：DC-DC电源、低压差线性稳压器LDO电源、电源转换模块和控制模块；其中，所述DC-DC电源与所述LDO电源串联，所述电源转换模块串联在所述DC-DC电源的输出端和所述LDO电源的输出端之间；所述控制模块分别与所述电源转换模块和所述LDO电源连接；

所述控制模块用于在所述超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时控制所述DC-DC电源输出第一电压，以及在所述超声波当前深度大于所述第一超声波预设深度时控制所述LDO电源输出第二电压。

可选地，所述电源转换模块包括双极结型晶体管BJT、可控硅SCR、门极可判断晶闸管GTO、金氧半场效晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT、场控晶闸管MCT和静电感应晶体管SIT中的一种或者多种构成的组合电路。

由上述技术方案可知，在DC-DC电源与LDO电源串联电路(DC-DC电源的效率要高于LDO电源的效率且噪声大于LDO电源的噪声)的基础上，本申请实施例通过在DC-DC电源的输出端和LDO电源的输出端串联电源转换模块。这样，在超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时，控制模块控制DC-DC电源经过电源转换模块输出第一电压，适用于在对噪声不敏感的近场环境，提高电能使用效率降低功率。在上述超声波当前深度大于第一超声波预设深度时，控制DC-DC电源经过LDO电源输出第二电压，适用于对噪声敏感的远场环境，保证超声设备的性能以及参考噪声值。与现有技术相比较，本申请实施例能够在保证超声设备性能的基础上降低其功率。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的适于便携式超声设备的电源装置的控制方法的流程图

图2是根据一示例性实施例示出的适于便携式超声设备的电源装置的框图；

图3是根据另一示例性实施例示出的适于便携式超声设备的电源装置的框图；

图4是根据一示例性实施例示出的适于便携式超声设备的电源装置的电路原理框图；

图5是根据一示例性实施例得到的参考噪声值与超声波深度的关系曲线图；

图6是根据一示例性实施例示出的用于图2所述电源装置的控制方法的流程图；

图7是根据一示例性实施例示出的超声设备的工作流程图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

超声设备能够在无损情况下获取目标图像而得到广泛应用。目前，超声设备的尺寸越来越小，如由台式超声设备朝着平板、手机形式的手持便携式超声设备发展，在功率、性能没有明显下降的情况下便携式超声设备的散热和功耗成存在问题。

便携式超声设备中AFE(Active Front End，整流/回馈单元)前端电路功耗较大。例如，常规超声设备中AFE前端电路的功耗在150mW/CH(CH即channel，通道)左右，若该AFE前端电路具有128CH(通道)，则上述便携式超声设备需要提供约20W的功率。为此，有些超声设备会选择减少通道数量或者部分耗能电路从而降低设备整体功耗。例如尺寸更小的掌上超声设备采用32个通道CH，每个通道CH的功率为80mW，则AFE前端电路功耗约为2.56W，该掌上超声设备的总功耗小于8W。

实际应用中，相关技术中采用DC-DC电源或者LDO(Low Dropout，低压差线性稳压器)电源为AFE前端电路，亦或DC-DC电源与LDO电源串联的形式为上述AFE前端电路提供电能。然而，在实现本申请方案的过程中，发明人发现：若采用常规电源LDO(Low Dropout，低压差线性稳压器)为AFE前端电路供电，可以确保该AFE前端电路具有足够的信噪比，且不受到干扰。但是LDO效率约为80％，按照AFE前端电路功率2.56W计算，AFE前端电路和电源功耗可达3.2W。若采用效率为90％的DC-DC(直流-直流)电源供电，则AFE前端电路和电源功耗为2.84W，较LDO电源降低了360mV(几乎满足发射控制部分的功耗)，但是DC-DC(直流-直流)电源含有10mV级的噪声会影响AFE前端电路性能，尤其是需要高信噪比和低噪声的远场回波信号。

为解决上述问题，本申请发明人分析超声波进入人体内的衰减情况，发现超声波越深时回波信号越弱此时需要噪声较小。基于上述分析，本申请人发明人进行如下构思：

在超声波设备正式检测之前的初始化阶段，根据初始化阶段内回波信号的信噪比值与超声波深度值建立关系曲线；根据上述关系曲线计算能够表征噪声影响大小的超声波预设深度作为转换电源的参考值。在超声波设备正式检测时，实时获取超声波深度，在该超声波深度小于或者等于上述超声波预设深度即在噪声对回波信号影响较小时，采用电源转换效率高但是噪声相对较大的供能方案；以及在上述超声波深度大于上述超声波预设深度值即在噪声对回波信号影响较大时，采用电源转换效率低但噪声相对较小的供能方案。

在上述构思的基础上，本申请示例性实施例提供了一种适于便携式超声设备的电源装置，包括：第一电源模块、第二电源模块、控制模块和电源转换模块。第一电源模块与第二电源模块串联，电源转换模块串联在第一电源模块的输出端和第二电源模块的输出端之间。如图2所示，第一电源模块101的输出端连接第二电源模块102的输入端；电源转换模块104的输入端连接第二电源模块102的输入端于第二节点B，上述电源转换模块104的输出端连接第二电源模块102的输出端于第一节点A；控制模块103连接第二电源模块102的使能端。

控制模块103用于根据超声设备的回波信号获取超声波当前深度，并在超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时生成第二控制信号，在超声波当前深度大于第一超声波预设深度时生成第一控制信号；所述第一控制信号和所述第二控制信号均发送给所述第二电源模块；

第二控制信号能够使能第二电源模块102以使第一电源模块101经过第二电源模块102输出电能，第一控制信号能够关闭第二电源模块102以使第一电源模块101经过电源转换模块104输出电能。

实际应用中，上述示例性实施例提供的电源装置，可以通过第一节点A向AFE前端电路105提供电能。当然，本领域技术人员也可以采用上述电源装置的设计思想应用到其他电路中，同样落入本申请的保护范围。

需要说明的是，在电源转换模块需要控制的情况下，控制模块103与电源转换模块104之间可以存在通信连接，如图1中虚线所示。该虚线表示连接可以根据电源转换模块的实际需求设置，该虚线表示的通信连接存在时，电源转换模块与上述第二电源模块可以由控制模块进行控制。例如，控制模块103输出第二控制信号，此时电源转换模块104被触发关闭，第二电源模块102被触发使能。又如，控制模块103输出第一控制信号，此时电源转换模块104被触发使能，第二电源模块102被触发关闭。若该虚线表示的通信连接不存在，此时控制模块仅能控制上述第二电源模块102关闭与使能。本申请不作限定。

本申请中第一电源模块与第二电源模块可以独自提供电能。如图3所示，此时第一电源模块201通过电源转换模块204为AFE前端电路提供电能。第二电源模块202可以将接收的电能进行处理，例如逆变、变频、整流、滤波，最后输出AFE前端电路所需要的电能。这样，第一电源模块201和第二电源模块202需要设置两个电源接口，并且控制模块203需要同时与第二电源模块202和电源转换模块204通信连接。该方案在台式超声设备中比较适合，在便携式超声设备中则会增加超声设备电路的复杂性以及体积。不过，同样可以解决相关技术中的问题，同样落入本申请的保护范围。

本申请中第一电源模块与第二电源模块之间电连接，由第一电源模块提供电能，第二电源模块作为电能的处理电源。即第一电源模块作为电路所有电能的来源，第二电源模块仅能对来自第一电源模块的电能进行处理。如图2所示，一方面，第一电源模块101可以通过电源转换模块104为AFE前端电路提供电能，此时第二电源模块102关闭。另一方面，第二电源模块102将来自第一电源模块101的电能进行处理，例如逆变、变频、整流、滤波，最后输出AFE前端电路所需要的电能。这样，第一电源模块201和第二电源模块202仅需要设置一个电源接口，并且电源转换模块104与控制模块103之间也可以不设置通信连接，从而降低电路的复杂度，有利于减小超声设备的体积。

需要说明的是，为保证第二电源模块102可靠的输出电能，电源转换模块104需要满足以下条件：

1、电源转换模块104输入端与其输出端的电压之差即第一压差(图1中第二节点B和第一节点A之间的电压之差)，在该第一压差大于或者等于预设电压值时，该电源转换模块104能够单向导通以使电流从其输入端流向其输出端即从第二节点B流向第一节点A。

2、在第二电源模块102被使能时，该第二电源模块102的输入端与输出端之间的输入输出电压差为第二压差，且该第二压差小于或者等于上述第一压差。这样可以使第二电源模块102被使能时，由于第二压差小于第一压差，从而使电源转换模块104关闭，这样电流依次经过第一电源模块101、第二节点B和第二电源模块102到达第一节点A。

3、为保证从第一节点获取电路的AFE前端电路105可靠工作，上述第一压差与第二压差两者的差值需要小于上述AFE前端电路105的工作电压最大值与工作电压最小值两者的差值。

本申请一示例性实施例中，第一电源模块(101，201)采用DC-DC电源，第二电源模块(102，202)采用低压差线性稳压器LDO电源。电源转换模块(104，204)包括二极管，此时该电源转换模块即二极管与控制模块之间无通信连接，得到如图4所示的电路框图。参见图4，DC-DC电源301的输出端与LDO电源302的输入端连接于第二节点B，该LDO电源302的输出端与AFE前端电路305的输入端连接于第一节点A，该LDO电源302的使能端与控制模块303连接。二极管304的阳极连接第二节点B，其阴极连接第一节点A。并且，保证LDO电源302的输入输出电压差即第二压差小于二极管304的开启电压即第一压差，第一压差和第二压差两者的差值小于AFE前端电路的工作电压最大值和工作电压最小值两者的差值。控制模块303接收超声设备的回波信号进行处理后生成第一控制信号或者第二控制信号，若是第二控制信号则该LDO电源302被使能，二极管304被截止，此时DC-DC电源301提供的电能经过上述LDO电源302处理后由第一节点A提供给AFE前端电路305，即达到了由LDO电源302输出第一电压的效果。若是第一控制信号则该LDO电源302被关闭，其两端电压即第二压差小于或者等于第一压差的条件不成立，二极管304被导通，此时DC-DC电源301提供的电能经过上述二极管304和第一节点A提供给AFE前端电路305，即达到了由LDO电源302输出第一电压的效果。

需要说明的是，本申请中控制模块303是结合超声波的回波信号生成第一控制信号和第二控制信号的，包括以下步骤：

控制模块303获取超声设备接收的回波信号即AFE前端电路接收的回波信号；

控制模块303根据上述回波信号计算超声波当前深度；

若超声波当前深度大于第一超声波预设深度，控制模块303生成能够使能LDO电源302以使DC-DC电源301经过上述LDO电源302向第一节点A输出电能的第二控制信号；若超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度，控制模块303生成能够关闭LDO电源302以使DC-DC电源301经过二极管304向第一节点A输出电能的第一控制信号。

实际应用中，上述第一超声波预设深度在超声设备正式检测前即初始化阶段确定，包括：

控制模块303生成第二控制信号使能LDO电源302，并且该超声设备的AFE前端电路输入第一预设信号。例如该第一预设信号可以为预设电平GND信号(实现时可以将该AFE前端电路的输入端接地GND)。为获取一条聚焦线，此时超声设备的时间增益控制TGC模块会对上述第一预设信号进行补偿，从而得到上述TGC模块对AFE前端电路的补偿信号增益曲线。即，随着超声波深度的增加，上述TGC模块对第一预设信号的补偿也越来越大。以超声波深度d0为例，在超声波深度小于d0时，TGC模块对第一预设信号的补偿信号增益越来越大，在超声波深度大于d0时，TGC模块对第一预设信号的补偿信号增益陡然增加，表面噪声对回波信号的影响已经非常大需要进行考虑。此时第一超声波预设深度可以初步设置在d0处。

进一步地，控制模块可以将AFE前端电路的补偿信号增益曲线按照超声波的深度进行分段，每一分段的长度设置为Δd。可理解的是，上述分段长度Δd越小在此基础上所获取的第一超声波预设深度越精确，本领域技术人员可以在分段长度与第一超声波预设深度之间寻找一个平衡点，使分段长度与第一超声波预设深度准确度同时满足所设计方案的需求。

本申请中，为确保补偿信号增益信号的完整性，该分段长度Δd大于或者等于所发射超声波波长的2倍。例如超声设备发射3.5MHz超声波，超声波波长为0.44mm，其在人体内传播速度为1540m/s，因此分段长度选择采用0.88mm。如果超声波扫描深度为100mm，则最多可以分为113段。

分段后，对每一分段进行频谱分析得到每一分段的参考噪声值，从而得到如图5所示的参考噪声值与超声波深度之间的关系曲线。图5中，横坐标为超声波深度，纵坐标为参考噪声值。对图5所示的关系曲线进行平滑处理，计算关系曲线上每一点处的切线斜率。若某一点处的切线斜率为预设斜率值时，将该点对应的超声波深度作为第一超声波预设深度，作为控制模块303生成第一控制信号或者第二控制信号的切换点。即在超声波当前深度小于或者等于上述第一超声波预设深度时控制模块303生成第一控制信号采用DC-DC电源301提供电能(无需要通过LDO电源302)，在超声波当前深度大于上述第一超声波预设深度时控制模块303生成第二控制信号采用LDO电源302提供电能(即由LDO电源302输出端处输出电能)。

实际应用中，本申请还可以对上述第一超声波预设深度进行调整，包括：

在第一预设场景下，控制模块203生成第二控制信号使能LDO电源302，在AFE前端电路输入信号为第一预设信号(预设电平GND信号)，接收一帧回波图像，计算该回波图像的参考噪声值N0；

在第二预设场景下，控制模块303还可以根据上文中所确定的第一超声波预设深度d0切换电源，即在超声波深度小于或者等于d0时由DC-DC电源为AFE前端电路供电，大于d0时由LDO电源为AFE前端电路供电。这样控制模块303还可以获取一帧回波图像。计算该回波图像的实际噪声N1。

若上述实际噪声N1与参考噪声值N0两者之差小于或者等于预设噪声值，例如该预设噪声值可以为10dB，此时第一超声波预设深度无需调整。

若上述实际噪声N1与参考噪声值N0两者之差大于预设噪声值，则将上述第一超声波预设深度依次减少N(N取值为0，1，2，……)倍的分段长度Δd得到第二超声波预设深度。根据上述第二超声波预设深度重新切换电源得到回波图像以及该回波图像的实际噪声N2。直至实际噪声N2与参考噪声值N0两者之差小于或者等于预设噪声值时为止，最后将第一超声波预设深度更新为第二超声波预设深度d1。

实际应用中，本申请还可以对上述第一超声波预设深度进行调整，包括：

控制模块303获取调整指令并根据上述调整指令获取第一超声波预设深度。上述调整指令可以由超声设备使用人员手动调整该设备生成。

可见，本申请上实施例中在控制模块303生成第二控制信号时，由LDO电源302参与供电，由于LDO电源的噪声较小对回波信号的影响较小，保证回波信号具有较高的信噪比，非常适于超声波深度较大的场景；在控制模块303生成第一控制信号时，由二极管304参与供电，由于DC-DC电源的转换效率高，可以节能，非常适合超声波衰减小噪声大即超声波深度较小的场景。通过控制模块303的控制，本申请实施例提供的电源装置能够回波信号信噪比的情况下具有较高的转换效率，节省能量，延长工作时长。

与前述适于便携式超声设备的电源装置的实施例相对应，本申请还提供了适于便携式超声设备的电源装置的控制方法的实施例。参见图1和图6，适于便携式超声设备的电源装置的控制方法包括：

S1、在第二电源模块提供电能且向所述超声设备的AFE前端电路输入第一预设信号时，控制模块根据所述第一预设信号的回波信号获取第一超声波预设深度；

S2、所述控制模块根据所述超声设备输出第二预设信号的回波信号获取超声波当前深度；

S3、若所述超声波当前深度小于或者等于所述第一超声波预设深度，所述控制模块生成能够使能所述第二电源模块以使所述第一电源模块经过所述第二电源模块向所述第一节点输出电能的第二控制信号；若所述超声波当前深度大于所述第一超声波预设深度，所述控制模块生成能够关闭所述第二电源模块以使所述第一电源模块经过所述电源转换模块向所述第一节点输出电能的第一控制信号。

参考上文说明，第一电源模块采用DC-DC电源，第二电源模块采用LDO电源。或者，第一电源模块与第二电源模块相比较，第一电源模块采用转换效率高但噪声较大的电路实现，第二电耗模块采用转换低但是噪声较小的电路实现。

步骤S1中，控制模块303生成第二控制信号使能LDO电源302，并且，该超声设备的AFE前端电路输入第一预设信号，例如该第一预设信号可以为预设电平GND信号(实现时可以将该AFE前端电路的输入端接地GND)。为获取一条聚焦线，此时超声设备的时间增益控制TGC模块会对上述第一预设信号进行补偿，从而得到上述TGC模块对AFE前端电路的补偿信号增益曲线。即，随着超声波深度的增加，上述TGC模块对第一预设信号的补偿也越来越大。以超声波深度d0为例，在超声波深度小于d0时，TGC模块对第一预设信号的补偿信号增益越来越大，在超声波深度大于d0时，TGC模块对第一预设信号的补偿信号增益陡然增加，表面噪声对回波信号的影响已经非常大需要进行考虑。此时第一超声波预设深度可以初步设置在d0处。

进一步地，本申请中，控制模块可以对上述补偿信号增益进行分段获取如图5所示的参考噪声值与超声波深度之间的关系曲线。然后，控制模块计算该关系曲线上每点的切线斜率，将切线斜率为预设斜率值处对应的超声波深度作为第一超声波预设深度。然后再利用上述第一超声波预设深度切换电源，利用回波图像的参考噪声值和实际噪声，对上述第一超声波预设深度进行更新。详细说明请参考上文叙述，在此不再赘述。

当然，控制模块可以根据获取的调整指令得到第一超声波预设深度。上述调整指令可以由超声设备使用人员手动调整该设备生成。

本申请一实施例中，超声设备采用上述控制方法后，如图7所示，工作过程包括：

在超声设备开启扫描时，控制模块(采用FPGA电路实现)使能LDO电源供电。发射阶段，令AFE前端电路的输入信号是预设电平GND信号。例如可以直接关闭该超声设备的发射/接收开关(T/R开关)，此时AFE前端电路的输入信号即是预设电平GND信号。接收阶段，该超声设备启动TGC模块即根据接收开启时间调节TGC电压，从而控制AFE前端电路的补偿信号增益以抵消回波信号中的底噪，这样可以接收到一条聚焦线。

控制模块将接收到的AFE前端电路的回波信号(或者补偿信号增益)按照超声波深度进行分段。分段长度为Δd(原则上越小越好)。为确保回波信号完整性，该分段长度至少要大于或者等于超声波波长的2倍。例如发射3.5MHZ超声波，其人体内传播速度假设1540m/s，则波长为0.44mm，因此分段长度适合采用0.88mm左右。如果扫描深度为100mm，回波信号最多可分为113段。

分段后，对每一分段进行频谱分析，可得到每一分段的参考噪声值(即底噪)，这样就得到了参考噪声值与超声波深度的关系曲线，如图5所示，横坐标为超声波深度，纵坐标为参考噪声值。对该关系曲线进行平滑处理，然后对关系曲线上每一点求切线斜率，并将切线斜率为预设斜率r(例如切线斜率为30°)时对应的超声波深度预设为DC-DC电源切换为LDO电源的切换点即第一超声波预设深度：在小于该切换点对应的超声波深度时采用DC-DC电源供电，大于该切换点对应的超声波深度时采用LDO供电。这样就完成了自动预设切换点d0。

控制模块使能LDO电源供电，目的是确保接收过程中电源噪声最小，在关闭T/R开关的情况下接收一帧回波图像，计算该回波图像的参考噪声值N0。

超声设备初步发射接收：基于上述自动预设切换点d0切换DC-DC电源和LDO电源。随着回波信号对应的超声波深度变化，实时切换电源。每获取一帧回波图像计算其实时噪声，同时根据上文调整上述自动预设切换点d0的深度即每次将d0减少Δd，直到找到回波图像的实时噪声与参考噪声值N0之差小于10dB时的超声波实时深度即第二超声波预设深度d1，将第一超声波预设深度更新为第二超声波预设深度d1。

超声设备正式发射接收：基于d1，在接收过程中切换电源，小于d1时采用DC-DC电源供电，大于d1时采用LDO电源供电。

在使用过程中，允许使用人员根据需求手动调整该第一超声波预设深度。当第一超声波预设深度变大时，回波图像远场噪声会变严重但功耗会降低，更适合长时间便携使用。当第一超声波预设深度变小时，回波图像近场噪声会优化但功耗会增加，同时由于近场回波信号较强，可能降低的噪声不会太明显。

本申请一实施例中，假设第一超声波预设深度为2cm，超声设备扫描深度为5cm，DC-DC电源的转换效率为90％，LDO电源的转换效率为80％。超声设备扫描帧率为30帧，聚焦线数为128线，声速为1540m/s，则该方法的电源效率为：(0.05-0.02)/1540*128*30*90％*80％+[1-(0.05-0.02)/1540*128*30]*90％＝88.65％。

若不采用上述控制方法，仅采用LDO电源供电，则转换效率仅有90％*80％＝72％。即本申请中控制方法能够提高电源转换效率约16％。

上述实施例中介绍了控制模块获取第一超声波预设深度的处理过程。实际应用中，为降低控制模块的计算量，可以将上述第一超声波预设深度的处理过程转移到上位机中处理。例如，AFE前端电路将回波图像上传到上位机，该上位机根据上文中的处理过程得到第一超声波预设深度，然后反馈给控制模块。也就是说，上述控制方法的步骤S1由上位机完成，步骤S2和S3由控制模块完成，并且控制模块在完成步骤S2和S3的过程中，上位机可以重新调整第一超声波预设深度，这样极大降低了控制模块的计算量并且提高了电源切换的准确度。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种适于便携式超声设备的电源装置的控制方法，所述电源装置包括DC-DC电源和低压差线性稳压器LDO电源，其特征在于，所述方法包括：

在超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时，控制所述DC-DC电源输出第一电压；

在所述超声波当前深度大于所述第一超声波预设深度时，控制所述LDO电源输出第二电压；

所述DC-DC电源和所述LDO电源独自提供电能；

所述第一超声波预设深度通过以下步骤调整包括：

在第一预设场景下，获取一帧第一回波图像并计算所述第一回波图像的参考噪声值；

在第二预设场景下，将所述第一超声波预设深度减少N倍预设长度后得到第二超声波预设深度，并获取一帧第二回波图像并计算所述第二回波图像的实际噪声；N取值为0，1，2，……；

若所述实际噪声与所述参考噪声值两者之差小于预设噪声值，将所述第一超声波预设深度更新为所述第二超声波预设深度；

所述第一预设场景是指控制所述电源装置仅输出第一电压；所述第二预设场景是指，在超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时，控制所述电源装置输出第一电压；在所述超声波当前深度大于所述第一超声波预设深度时，控制所述电源装置输出第二电压。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一超声波预设深度通过以下步骤获取包括：

获取第一预设信号的回波信号并计算所述回波信号对应的超声波深度；

采用预设长度对所述回波信号对应的超声波深度进行分段；

将分段后的所述回波信号进行频谱分析得到所述分段的参考噪声值；

根据所述参考噪声值与其对应的超声波深度获取参考噪声值与超声波深度的关系曲线；

将所述关系曲线上切线斜率为预设斜率值的位置点对应的超声波深度作为第一超声波预设深度。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述预设长度大于或者等于所述第一预设信号对应超声波波长的两倍。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一超声波预设深度通过以下步骤调整包括：

根据调整指令获取或者调整所述第一超声波预设深度。

5.一种适于便携式超声设备的电源装置，其特征在于，所述装置包括：DC-DC电源、低压差线性稳压器LDO电源、电源转换模块和控制模块；其中，所述DC-DC电源与所述LDO电源串联，所述电源转换模块串联在所述DC-DC电源的输出端和所述LDO电源的输出端之间；所述控制模块与所述LDO电源连接；

所述控制模块用于在超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时控制所述DC-DC电源输出第一电压，以及在所述超声波当前深度大于所述第一超声波预设深度时控制所述LDO电源输出第二电压；

在所述电源转换模块的输入端与其输出端的电压之差即第一压差大于或者等于预设电压值时，所述电源转换模块能够单向导通以使电流从其输入端流向其输出端；

所述第一压差大于所述LDO电源的输入输出电压差即第二压差；

所述第一压差和所述第二压差两者的差值小于获取电能的AFE前端电路的工作电压最大值与工作电压最小值两者的差值。

6.根据权利要求5所述的电源装置，其特征在于，所述电源转换模块包括二极管；所述二极管的阳极连接所述电源转换模块的输入端，所述二极管的阴极连接所述电源转换模块的输出端。

7.一种适于便携式超声设备的电源装置，其特征在于，所述装置包括：DC-DC电源、低压差线性稳压器LDO电源、电源转换模块和控制模块；其中，所述DC-DC电源与所述LDO电源串联，所述电源转换模块串联在所述DC-DC电源的输出端和所述LDO电源的输出端之间；所述控制模块分别与所述电源转换模块和所述LDO电源连接；

所述控制模块用于在超声波当前深度小于或者等于第一超声波预设深度时控制所述DC-DC电源输出第一电压，以及在所述超声波当前深度大于所述第一超声波预设深度时控制所述LDO电源输出第二电压；

在所述电源转换模块的输入端与其输出端的电压之差即第一压差大于或者等于预设电压值时，所述电源转换模块能够单向导通以使电流从其输入端流向其输出端；

所述第一压差大于所述LDO电源的输入输出电压差即第二压差；

所述第一压差和所述第二压差两者的差值小于获取电能的AFE前端电路的工作电压最大值与工作电压最小值两者的差值。

8.根据权利要求7所述的电源装置，其特征在于，所述电源转换模块包括双极结型晶体管BJT、可控硅SCR、门极可判断晶闸管GTO、金氧半场效晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT、场控晶闸管MCT和静电感应晶体管SIT中的一种或者多种构成的组合电路。

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