CN110752831A - 梯度功率放大器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种梯度功率放大器，包括控制电路、功率变换电路、采样反馈电路、数模转换电路、数据处理电路、第一模数转换电路。控制电路的输出端用于输出控制信号。功率变换电路与控制电路连接。采样反馈电路与所述功率变换电路连接。数模转换电路的输入端用于输入第一参考信号，并输出第二参考信号。数据处理电路与数模转换电路连接。数据处理电路与采样反馈电路连接，用于计算反馈信号与第二参考信号之间的差值，并输出差值信号。运算放大电路与数据处理电路连接。第一模数转换电路与运算放大电路连接，并输出数字差值信号。控制电路与第一模数转换电路连接，并生成用于调整功率变换电路输出电流的控制信号。

Description

梯度功率放大器

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及梯度功率放大器。

背景技术

电力电子技术是21世纪应用最广泛的技术之一，随着电力电子技术在国民经济中的作用不断增强，电力电子技术的发展也非常迅速。因此，对电力电子系统性能、可靠性等要求愈来愈高。

而在磁共振成像系统中，梯度功率放大器的输出功率能力及控制精度直接影响到梯度磁场强度、爬升率和准确性，从而直接影响图像分辨率和成像速度。梯度功率放大器输出电流通常在几百安培到上千安培，mA级别的电流差值也会影响到成像质量，这要求功放的控制精度在ppm量级；同时电流波形可能是任意波形，这要求功放的带宽较高，在波形动态变化的过程中保持很好跟踪。

目前，针对梯度功率放大器的控制电路很难做到功放的控制精度在ppm量级，同时普适性也较差。

发明内容

基于此，有必要针对现有梯度功率放大器的控制电路很难做到功放的控制精度在ppm量级、普适性较差的问题，提供一种梯度功率放大器。

一种梯度功率放大器，包括：

控制电路，所述控制电路的输出端用于输出控制信号；

功率变换电路，所述功率变换电路的输入端与所述控制电路的输出端连接，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号调整输出电流；

采样反馈电路，所述采样反馈电路的输入端与所述功率变换电路连接，用于对所述功率变换电路输出电流采样并输出反馈信号；

数模转换电路，所述数模转换电路的输入端用于输入第一参考信号，用于将所述第一参考信号由数字信号转换为模拟信号，并输出第二参考信号；

数据处理电路，所述数据处理电路的第一输入端与所述数模转换电路的输出端连接，所述数据处理电路的第二输入端与所述采样反馈电路的输出端连接，所述数据处理电路用于计算所述反馈信号与所述第二参考信号之间的差值，并输出差值信号；

第一模数转换电路，所述第一模数转换电路的输入端与所述数据处理电路的输出端连接，用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号；以及

所述控制电路的第一输入端与所述第一模数转换电路的输出端连接，并基于所述数字差值信号和所述第一参考信号生成用于调整所述功率变换电路输出电流的控制信号。

在其中一个实施例中，所述控制电路的第二输入端用于输入所述第一参考信号，并基于所述数字差值信号和所述第一参考信号生成用于调整所述功率变换电路输出电流的控制信号。

在其中一个实施例中，所述控制电路包括：

数字控制器，所述数字控制器的第一输入端与所述第一模数转换电路的输出端连接，所述数字控制器的第二输入端用于输入第一参考信号，所述数字控制器基于所述数字差值信号和所述第一参考信号生成用于调整所述功率变换电路输出电流的控制信号。

在其中一个实施例中，所述数模转换电路包括：

数模转换器，所述数模转换器的输入端用于输入所述第一参考信号，用于将所述第一参考信号由数字信号转换为模拟信号，并输出第二参考信号至所述数据处理电路；其中，

所述数模转换器的分辨率不低于16bit，所述数模转换器的更新率不低于100kSPS。

在其中一个实施例中，所述数据处理电路包括：

减法器，所述减法器的第一输入端用于输入所述第一参考信号，所述减法器的第二输入端与所述采样反馈电路的输出端连接，所述减法器用于计算所述反馈信号与所述第一参考信号之间的差值，并输出差值信号至所述第一模数转换电路。

在其中一个实施例中，所述数据处理电路还包括：

运算放大电路，串联于所述数据处理电路的输出端与所述第一模数转换电路的输入端之间，用于对所述差值信号进行放大处理，所述运算放大电路包括运算放大器，所述运算放大电路的精度不低于0.1％。

在其中一个实施例中，所述采样反馈电路包括：霍尔电流传感器或分流器，所述霍尔电流传感器的线性度误差小于100ppm。在其中一个实施例中，所述第一模数转换电路包括：

模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述数据处理电路的输出端连接，用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号，并输出至所述控制电路；其中，

所述模数转换器分辨率不低于16bit，所述模数转换器更新率不低于100kSPS。

在其中一个实施例中，所述连接为电连接。

一种梯度功率放大器，包括：

控制电路，所述控制电路的输出端用于输出控制信号；

功率变换电路，所述功率变换电路的输入端与所述控制电路的输出端连接，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号调整输出电流；

采样反馈电路，所述采样反馈电路的输入端与所述功率变换电路连接，用于对所述功率变换电路输出电流采样并输出反馈信号；

数据处理电路，所述数据处理电路的第一输入端用于输入第一参考信号，所述数据处理电路的第二输入端与所述采样反馈电路的输出端连接，所述数据处理电路用于计算所述反馈信号与所述第一参考信号之间的差值，并输出差值信号；

第一模数转换电路，所述第一模数转换电路的输入端与所述数据处理电路的输出端连接，用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号；以及

所述控制电路的第一输入端与所述第一模数转换电路的输出端连接，并基于所述数字差值信号生成用于调整所述功率变换电路输出电流的控制信号。

在其中一个实施例中，所述梯度功率放大器还包括：

第二模数转换电路，所述第二模数转换电路的输入端用于输入所述第一参考信号，所述第二模数转换电路的输出端与所述控制电路的第二输入端连接，用于将所述第一参考信号由模拟信号转换为数字信号，并输出第三参考信号至所述控制电路；

所述控制电路基于所述数字差值信号和所述第三参考信号生成用于调整所述功率变换电路输出电流的控制信号。

在其中一个实施例中，所述控制电路包括：

数字控制器，所述数字控制器的第一输入端与所述第一模数转换电路的输出端连接，所述数字控制器的第二输入端与所述第二模数转换电路的输出端连接，所述数字控制器基于所述数字差值信号和所述第三参考信号生成用于调整所述功率变换电路输出电流的控制信号。

在其中一个实施例中，所述数据处理电路包括：

减法器，所述减法器的第一输入端用于输入所述第一参考信号，所述减法器的第二输入端与所述采样反馈电路的输出端连接，所述减法器用于计算所述反馈信号与所述第一参考信号之间的差值，并输出差值信号至所述第一模数转换电路。

在其中一个实施例中，所述数据处理电路还包括：

运算放大电路，串联于所述数据处理电路的输出端与所述第一模数转换电路的输入端之间，用于对所述差值信号进行放大处理，所述运算放大电路包括运算放大器，所述运算放大电路的精度不低于0.1％。

在其中一个实施例中，所述采样反馈电路包括：霍尔电流传感器或分流器，所述霍尔电流传感器的线性度误差小于100ppm。

在其中一个实施例中，所述第一模数转换电路包括：

模数转换器，所述模数转换器的输入端与所述数据处理电路的输出端连接，用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号，并输出至所述控制电路；其中，

所述模数转换器分辨率不低于16bit，所述模数转换器更新率不低于100kSPS。

在其中一个实施例中，所述连接为电连接。

与现有技术相比，上述梯度功率放大器，利用数模转换电路将第一参考信号转换为模拟信号后，与从采样反馈电路反馈得到的反馈信号在数据处理电路中做计算，将得到的差值信号经运算放大电路放大后，由第一模数转换电路将放大的差值信号转换为数字差值信号，并由控制电路生成控制信号，以调整功率变换电路的输出电流，从而最终实现被控量的高精度控制。

本申请通过数据处理电路、运算放大电路以及第一模数转换电路的配合，可使得测量分辨率及控制精度可达ppm量级；同时，本申请将数据处理电路输出的差值信号转换为数字差值信号后，使反馈信号不受限于直流信号，反馈信号为任意波形均可以实现极高的测量分辨率和控制精度，普适性大大提高。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的梯度功率放大器的电路原理框图；

图2为本申请一实施例提供的梯度功率放大器的电路示意图；

图3为本申请一实施例提供的梯度功率放大器的电路框图；

图4为本申请另一实施例提供的梯度功率放大器的电路原理框图；

图5为本申请另一实施例提供的梯度功率放大器的电路示意图。

10 梯度功率放大器

100 控制电路

101 第一参考信号

102 数字域

103 模拟域

110 数字控制器

200 功率变换电路

300 采样反馈电路

400 数模转换电路

410 数模转换器

500 数据处理电路

510 减法器

600 运算放大电路

610 运算放大器

700 第一模数转换电路

710 模数转换器

800 第二模数转换电路

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本申请一实施例提供一种梯度功率放大器10，包括：控制电路100、功率变换电路200、采样反馈电路300、数模转换电路400、数据处理电路500、第一模数转换电路700。所述控制电路100的输出端用于输出控制信号。所述功率变换电路200的输入端与所述控制电路100的输出端连接。所述功率变换电路200用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号调整输出电流。所述采样反馈电路300的输入端与所述功率变换电路200连接。所述采样反馈电路300用于对所述功率变换电路200输出电流采样并输出反馈信号。

所述数模转换电路400的输入端用于输入第一参考信号101。所述数模转换电路400用于将所述第一参考信号101由数字信号转换为模拟信号，并输出第二参考信号。所述数据处理电路500的第一输入端与所述数模转换电路400的输出端连接。所述数据处理电路500的第二输入端与所述采样反馈电路300的输出端连接。所述数据处理电路500用于计算所述反馈信号与所述第二参考信号之间的差值，并输出差值信号。

所述第一模数转换电路700的输入端与所述数据处理电路500的输出端连接。所述第一模数转换电路700用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号。所述控制电路100的第一输入端与所述第一模数转换电路700的输出端连接，并基于所述数字差值信号生成用于调整所述功率变换电路200输出电流的控制信号。

可以理解，所述控制电路100的具体结构不做具体的限定，只要具有基于所述数字差值信号生成用于调整所述功率变换电路200输出电流的控制信号的功能即可。所述控制电路100的具体结构，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述控制电路100可由MCU(微控制单元)组成。在一个实施例中，所述控制电路100也可由FPGA(Field－Programmable Gate Array)，现场可编程门阵列)、DSP(Digital Signal Processor)或ASIC(Application Specific Integrated Circuits)芯片，或是任意两者的组合构成。利用所述控制电路100生成用于调整所述功率变换电路200输出电流的控制信号，以调整所述功率变换电路200的输出电流，从而最终实现被控量的高精度控制。

可以理解，所述功率变换电路200的具体电路结构不做具体的限定，只要具有受所述控制电路100输出的控制信号控制，调整所述功率变换电路200输出电流，以使所述输出电流满足后续电路的使用需求的功能即可。在一个实施例中，所述功率变换电路200可以是普通功率变换器。在一个实施例中，所述控制电路100输出的控制信号可以是电流控制信号，也可以是电压控制信号。

可以理解，所述采样反馈电路300的具体电路结构不做具体的限定，只要具有采集所述功率变换电路200的输出电流并输出反馈信号的功能即可。所述采样反馈电路300的具体电路结构，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述采样反馈电路300可以是线性度误差小于100ppm的高精度电流传感器。在一个实施例中，所述采样反馈电路300也可以是由多个高精度电阻组成的反馈电路。利用所述采样反馈电路300将所述功率变换电路200的输出电流精确采集，并输出对应的反馈信号至所述数据处理电路500。

在一个实施例中，所述第一参考信号101可以是数字信号。在一个实施例中，可将所述第一参考信号101提前设置在所述控制电路100内，由所述控制电路100将所述第一参考信号101发送至所述数模转换电路400。

可以理解，所述数模转换电路400的具体电路结构不做具体的限定，只要具有将所述第一参考信号101由数字信号转换为模拟信号，并输出第二参考信号的功能即可。在一个实施例中，所述数模转换电路400可以是高精度数模转换器。在一个实施例中，所述高精度数模转换器的分辨率不低于16bit，所述高精度数模转换器的更新率不低于100kSPS。所述数模转换电路400的转换精度越高，所述第二参考信号的精度越高，越能真实地反应所述第一参考信号101，该所述第一参考信号101经处理后反应的误差更准确，最终实现控制信号控制所述功率变换电路200的输出电流的高精度控制。

可以理解，所述数据处理电路500的具体电路结构不做具体的限定，只要具有计算所述反馈信号与所述第二参考信号之间的差值，并输出差值信号的功能即可。所述数据处理电路500的具体电路结构，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述数据处理电路500可以是高精度误差计算器。在一个实施例中，所述高精度误差计算器的精度不低于0.1％。在一个实施例中，所述数据处理电路500也可以是模拟控制器。利用所述数据处理电路500将所述反馈信号与所述第二参考信号做计算，并输出所述差值信号至所述第一模数转换电路700。

可以理解，所述第一模数转换电路700的具体电路结构不做具体的限定，只要具有将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，并输出所述数字差值信号的功能即可。在一个实施例中，所述第一模数转换电路700可由高精度模数转换器组成。具体的，该所述高精度模数转换器的分辨率不低于16bit，且更新率不低于100kSPS。

在一个实施例中，所述第一模数转换电路700的精度越高，所述数字差值信号的精度就越高，越能真实地反应所述第一参考信号101，该所述数字差值信号经所述控制电路100处理后，控制所述功率变换电路200的输出电流更加精确。

在一个实施例中，所述第一模数转换电路700通过与所述数据处理电路500配合，可使得所述梯度功率放大器10的测量分辨率及控制精度可达ppm量级。在一个实施例中，所述第一模数转换电路700将所述数据处理电路500输出的所述差值信号转换为所述数字差值信号后，可使得所述反馈信号不受限于直流信号，即所述反馈信号为任意波形均可以实现极高的测量分辨率和控制精度，普适性大大提高。

本实施例中，利用所述数模转换电路400将所述第一参考信号101转换为模拟信号后，与从所述采样反馈电路300反馈得到的所述反馈信号在所述数据处理电路500中做计算，将得到的所述差值信号由所述第一模数转换电路700转换为数字差值信号，并由所述控制电路100生成控制信号，以调整所述功率变换电路200的输出电流，从而最终实现被控量的高精度控制。本实施例可使得测量分辨率及控制精度可达ppm量级；同时，可使反馈信号不受限于直流信号，即反馈信号为任意波形均可以实现极高的测量分辨率和控制精度，普适性大大提高。

请参见图2，在一个实施例中，所述控制电路100的第二输入端用于输入所述第一参考信号101。所述控制电路100基于所述数字差值信号和所述第一参考信号101生成用于调整所述功率变换电路200输出电流的控制信号。通过这种方式调整所述功率变换电路200的输出电流，可实现被控量的高精度控制。

请参见图3，在一个实施例中，所述控制电路100包括数字控制器110。所述数字控制器110的第一输入端与所述第一模数转换电路700的输出端连接。所述数字控制器110的第二输入端用于输入第一参考信号101。所述数字控制器110基于所述数字差值信号和所述第一参考信号101生成用于调整所述功率变换电路200输出电流的控制信号。

在一个实施例中，所述数字控制器110可以是FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)或ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片，或者是任意两者的组合。利用所述数字控制器110在数字域102接收所述数字差值信号和所述第一参考信号101，并基于二者生成用于调整所述功率变换电路200输出电流的控制信号，从而调整所述功率变换电路200的输出电流，最终实现对被控量的高精度控制。

在一个实施例中，所述数模转换电路400包括：数模转换器410。所述数模转换器410的输入端用于输入所述第一参考信号101。所述数模转换器410的输入端用于将所述第一参考信号101由数字信号转换为模拟信号，并输出第二参考信号至所述数据处理电路500。所述数模转换器410的分辨率不低于16bit，所述数模转换器410的更新率不低于100kSPS。利用该所述数模转换器410可将所述第一参考信号101由数字信号转换为模拟信号时，提高信号的转换精度，并使该所述第一参考信号101经处理后反应的误差更加准确，最终实现对所述功率变换电路200的输出电流的高精度控制。

在一个实施例中，所述数据处理电路500包括：减法器510。所述减法器510的第一输入端与所述数模转换电路400的输出端连接。所述减法器510的第二输入端与所述采样反馈电路300的输出端连接。所述减法器510用于计算所述反馈信号与所述第二参考信号之间的差值，并输出差值信号至所述第一模数转换电路700。所述减法器510的精度不低于0.1％。

在一个实施例中，利用精度不低于0.1％的所述减法器510将所述反馈信号与所述第二参考信号在模拟域103做减法，可提高所述差值信号的精确度，使得所述控制电路100控制所述功率变换电路200的输出电流更加精确。

在一个实施例中，所述数据处理电路500还包括：运算放大电路600。所述运算放大电路600串联于所述数据处理电路500的输出端与所述第一模数转换电路700的输入端之间。所述运算放大电路600用于对所述差值信号进行放大处理。

可以理解，所述运算放大电路600的具体电路结构不做具体的限定，只要具有将所述差值信号进行放大处理的功能即可。所述运算放大电路600的具体电路结构，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述运算放大电路600可以由高精度放大器组成。具体的，所述高精度放大器的精度不低于0.1％。在一个实施例中，所述运算放大电路600也可以由高精度运算放大器配合电阻组成。利用所述运算放大电路600可将所述数据处理电路500输出的微弱的所述差值信号进行放大处理，使所述第一模数转换电路700能够精确读出所述差值信号的变化，便于后续的精确控制。

在一个实施例中，所述运算放大电路600包括：运算放大器610。所述运算放大器610连接于所述数据处理电路500和所述第一模数转换电路700之间。所述运算放大器610用于对所述差值信号进行放大处理。所述运算放大电路600的精度不低于0.1％。利用精度不低于0.1％的所述运算放大电路600对所述差值信号进行放大处理，可使所述第一模数转换电路700能够精确读出所述差值信号的变化，便于后续的精确控制。

在一个实施例中，所述采样反馈电路300包括：霍尔电流传感器或分流器，所述霍尔电流传感器的线性度误差小于100ppm。在一个实施例中，利用线性度误差小于100ppm的所述霍尔电流传感器对所述功率变换电路200输出电流采样，并输出所述反馈信号至所述数据处理电路500。利用线性度误差小于100ppm的所述霍尔电流传感器能精确测量所述功率变换电路200的输出电流，并精确的输出所述反馈信号至所述数据处理电路500。在一个实施例中，所述反馈信号可以是直流信号或交流信号，也可以是任意波形的信号，普适性大大的增加。

在一个实施例中，所述分流器的精度不低于0.1％。在一个实施例中，利用精度均不低于0.1％的所述分流器可精确的采集所述功率变换电路200的输出电流，并输出所述反馈信号(电压信号)至所述数据处理电路500；同时可使得输出的所述反馈信号经过处理后能够更加准确的反应出误差，从而与所述运算放大电路600以及所述第一模数转换电路700配合，使得控制精度可达ppm量级。

在一个实施例中，所述第一模数转换电路700包括：模数转换器710。所述模数转换器710的输入端与所述数据处理电路500的输出端连接。所述模数转换器710用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号，并输出至所述控制电路100。所述模数转换器710分辨率不低于16bit。所述模数转换器710更新率不低于100kSPS。利用所述分辨率不低于16bit和更新率不低于100kSPS的所述模数转换器710将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，可以大幅减少控制延迟，以实现更好的跟踪精度。

请参见图4，本申请另一实施例提供一种梯度功率放大器10，包括：控制电路100、功率变换电路200、采样反馈电路300、数据处理电路500、第一模数转换电路700。所述控制电路100的输出端用于输出控制信号。所述功率变换电路200的输入端与所述控制电路100的输出端连接。所述功率变换电路200用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号调整输出电流。所述采样反馈电路300的输入端与所述功率变换电路200连接。所述采样反馈电路300用于对所述功率变换电路200输出电流采样并输出反馈信号。

所述数据处理电路500的第一输入端用于输入第一参考信号101。所述数据处理电路500的第二输入端与所述采样反馈电路300的输出端连接。所述数据处理电路500用于计算所述反馈信号与所述第一参考信号101之间的差值，并输出差值信号。所述第一模数转换电路700的输入端与所述数据处理电路500的输出端连接。所述第一模数转换电路700用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号。所述控制电路100的第一输入端与所述第一模数转换电路700的输出端连接，并基于所述数字差值信号生成用于调整所述功率变换电路200输出电流的控制信号。

在一个实施例中，所述控制电路100、所述功率变换电路200、所述采样反馈电路300、所述数据处理电路500以及所述第一模数转换电路700均可采用上述实施例所述的结构，这里就不重复描述。在一个实施例中，所述第一参考信号101为模拟信号。通过所述数据处理电路500将所述第一参考信号101与所述反馈信号做计算，将得到的所述差值信号输出至所述控制电路100。通过所述第一模数转换电路700将差值信号由模拟差值信号转为数字差值信号，所述控制电路100基于所述数字差值信号生成用于调整所述功率变换电路200输出电流的控制信号以调整所述功率变换电路200的输出电流，从而最终实现被控量的高精度控制。

请参见图5，在一个实施例中，所述梯度功率放大器10还包括：第二模数转换电路800。所述第二模数转换电路800的输入端用于输入所述第一参考信号101。所述第二模数转换电路800的输出端与所述控制电路100的第二输入端连接。所述第二模数转换电路800用于将所述第一参考信号101由模拟信号转换为数字信号，得到第三参考信号，并将所述第三参考信号输出至所述控制电路100。所述控制电路100基于所述数字差值信号和所述第三参考信号生成用于调整所述功率变换电路200输出电流的控制信号。

在一个实施例中，所述第二模数转换电路800可采取与所述第一模数转换电路700相同的结构。在一个实施例中，采用这种方式调整所述功率变换电路200的输出电流，可实现被控量的高精度控制。

在一个实施例中，上述实施例所述的连接可以是电连接，也可以是耦合连接，只要各个器件彼此之间能够传输信号即可。

综上所述，本申请利用所述数模转换电路400将所述第一参考信号101转换为模拟信号后，与从所述采样反馈电路30反馈得到的所述反馈信号在所述数据处理电路500中做计算，将得到的所述差值信号经所述第一模数转换电路700转换为数字差值信号，并由所述控制电路100生成控制信号，以调整所述功率变换电路200的输出电流，从而最终实现被控量的高精度控制。本申请可使得测量分辨率及控制精度可达ppm量级；同时，可使反馈信号不受限于直流信号，即反馈信号为任意波形均可以实现极高的测量分辨率和控制精度，普适性大大提高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种梯度功率放大器，其特征在于，包括：

控制电路(100)，所述控制电路(100)的输出端用于输出控制信号；

功率变换电路(200)，所述功率变换电路(200)的输入端与所述控制电路(100)的输出端连接，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号调整输出电流；

采样反馈电路(300)，所述采样反馈电路(300)的输入端与所述功率变换电路(200)连接，用于对所述功率变换电路(200)输出电流采样并输出反馈信号；

数模转换电路(400)，所述数模转换电路(400)的输入端用于输入第一参考信号(101)，用于将所述第一参考信号(101)由数字信号转换为模拟信号，并输出第二参考信号；

数据处理电路(500)，所述数据处理电路(500)的第一输入端与所述数模转换电路(400)的输出端连接，所述数据处理电路(500)的第二输入端与所述采样反馈电路(300)的输出端连接，所述数据处理电路(500)用于计算所述反馈信号与所述第二参考信号之间的差值，并输出差值信号；

第一模数转换电路(700)，所述第一模数转换电路(700)的输入端与所述数据处理电路(500)的输出端连接，用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号；以及

所述控制电路(100)的第一输入端与所述第一模数转换电路(700)的输出端连接，并基于所述数字差值信号生成用于调整所述功率变换电路(200)输出电流的控制信号。

2.根据权利要求1所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述控制电路(100)的第二输入端用于输入所述第一参考信号(101)，并基于所述数字差值信号和所述第一参考信号(101)生成用于调整所述功率变换电路(200)输出电流的控制信号。

3.根据权利要求2所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述控制电路(100)包括：

数字控制器(110)，所述数字控制器(110)的第一输入端与所述第一模数转换电路(700)的输出端连接，所述数字控制器(110)的第二输入端用于输入第一参考信号(101)，所述数字控制器(110)基于所述数字差值信号和所述第一参考信号(101)生成用于调整所述功率变换电路(200)输出电流的控制信号。

4.根据权利要求1所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述数模转换电路(400)包括：

数模转换器(410)，所述数模转换器(410)的输入端用于输入所述第一参考信号(101)，用于将所述第一参考信号(101)由数字信号转换为模拟信号，并输出第二参考信号至所述数据处理电路(500)；其中，

所述数模转换器(410)的分辨率不低于16bit，所述数模转换器(410)的更新率不低于100kSPS。

5.根据权利要求1所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述数据处理电路(500)包括：

减法器(510)，所述减法器(510)的第一输入端与所述数模转换电路(400)的输出端连接，所述减法器(510)的第二输入端与所述采样反馈电路(300)的输出端连接，所述减法器(510)用于计算所述反馈信号与所述第二参考信号之间的差值，并输出差值信号至所述第一模数转换电路(700)。

6.根据权利要求5所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述数据处理电路(500)还包括：

运算放大电路(600)，串联于所述数据处理电路(500)的输出端与所述第一模数转换电路(700)的输入端之间，用于对所述差值信号进行放大处理，所述运算放大电路(600)的精度不低于0.1％，所述运算放大电路(600)包括运算放大器(610)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述采样反馈电路(300)包括：霍尔电流传感器或分流器，所述霍尔电流传感器的线性度误差小于100ppm。

8.根据权利要求1所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述第一模数转换电路(700)包括：

模数转换器(710)，所述模数转换器(710)的输入端与所述数据处理电路(500)的输出端连接，用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号，并输出至所述控制电路(100)；其中，

所述模数转换器(710)分辨率不低于16bit，所述模数转换器(710)更新率不低于100kSPS。

9.根据权利要求1-6、8任一项所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述连接为电连接。

10.一种梯度功率放大器，其特征在于，包括：

控制电路(100)，所述控制电路(100)的输出端用于输出控制信号；

功率变换电路(200)，所述功率变换电路(200)的输入端与所述控制电路(100)的输出端连接，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号调整输出电流；

采样反馈电路(300)，所述采样反馈电路(300)的输入端与所述功率变换电路(200)连接，用于对所述功率变换电路(200)输出电流采样并输出反馈信号；

数据处理电路(500)，所述数据处理电路(500)的第一输入端用于输入第一参考信号(101)，所述数据处理电路(500)的第二输入端与所述采样反馈电路(300)的输出端连接，所述数据处理电路(500)用于计算所述反馈信号与所述第一参考信号(101)之间的差值，并输出差值信号；

第一模数转换电路(700)，所述第一模数转换电路(700)的输入端与所述数据处理电路(500)的输出端连接，用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号；以及

所述控制电路(100)的第一输入端与所述第一模数转换电路(700)的输出端连接，并基于所述数字差值信号生成用于调整所述功率变换电路(200)输出电流的控制信号。

11.根据权利要求10所述的梯度功率放大器，其特征在于，还包括：

第二模数转换电路(800)，所述第二模数转换电路(800)的输入端用于输入所述第一参考信号(101)，所述第二模数转换电路(800)的输出端与所述控制电路(100)的第二输入端连接，用于将所述第一参考信号(101)由模拟信号转换为数字信号，并输出第三参考信号至所述控制电路(100)；

所述控制电路(100)基于所述数字差值信号和所述第三参考信号生成用于调整所述功率变换电路(200)输出电流的控制信号。

12.根据权利要求11所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述控制电路(100)包括：

数字控制器(110)，所述数字控制器(110)的第一输入端与所述第一模数转换电路(700)的输出端连接，所述数字控制器(110)的第二输入端与所述第二模数转换电路(800)的输出端连接，所述数字控制器(110)基于所述数字差值信号和所述第三参考信号生成用于调整所述功率变换电路(200)输出电流的控制信号。

13.根据权利要求10所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述数据处理电路(500)包括：

减法器(510)，所述减法器(510)的第一输入端用于输入所述第一参考信号(101)，所述减法器(510)的第二输入端与所述采样反馈电路(300)的输出端连接，所述减法器(510)用于计算所述反馈信号与所述第一参考信号(101)之间的差值，并输出差值信号至所述第一模数转换电路(700)。

14.根据权利要求13所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述数据处理电路(500)还包括：

运算放大电路(600)，串联于所述数据处理电路(500)的输出端与所述第一模数转换电路(700)的输入端之间，用于对所述差值信号进行放大处理，所述运算放大电路(600)的精度不低于0.1％，所述运算放大电路(600)包括运算放大器(610)。

15.根据权利要求10-14任一项所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述采样反馈电路(300)包括：霍尔电流传感器或分流器，所述霍尔电流传感器的线性度误差小于100ppm。

16.根据权利要求10所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述第一模数转换电路(700)包括：

模数转换器(710)，所述模数转换器(710)的输入端与所述数据处理电路(500)的输出端连接，用于将所述差值信号由模拟信号转换为数字信号，得到数字差值信号，并输出至所述控制电路(100)；其中，

所述模数转换器(710)分辨率不低于16bit，所述模数转换器(710)更新率不低于100kSPS。

17.根据权利要求10-14、16任一项所述的梯度功率放大器，其特征在于，所述连接为电连接。

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