CN110794916B - 电源调整装置、供电装置及彩超设备 - Google Patents

电源调整装置、供电装置及彩超设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种电源调整装置、供电装置及彩超设备，属于彩超设备技术领域，该电源调整装置包括：输入端与开关电源相连的数模转换器、用于与负载相连的供电输出端、以及在数模转换器的输出端和供电输出端之间并联的第一放大器和恒功率负载；该恒功率负载的功耗不随数模转换器的输出电压的变化而变化；可以解决在彩超设备使用现有的供电装置供电时开关电源的频率不固定导致图像输出效果不佳的问题；可以消除彩超设备由于电源开关频率不固定导致的图像的噪声；同时，恒功率负载的功率不会随着开关电源的输出电压的变化而变化，可以降低开关电源的输出电压较高时负载的消耗，节省电力资源。

Description

电源调整装置、供电装置及彩超设备
技术领域
本申请涉及一种电源调整装置、供电装置及彩超设备，属于彩超设备技术领域。
背景技术
彩超设备是指用于超声成像、测量与血流运动信息采集供临床超声诊断检查使用的设备。彩超设备通过供电装置为设备中的负载供电。
一种典型的供电装置通常包括开关电源。在低功率发射模式时，开关电源由于负载太小会自动降低开关频率以实现电源供电和负载能量消耗的平衡。由于此时开关电源的频率不固定，此时容易导致彩色模式下图像会有噪声，导致图像输出效果不佳的问题。
发明内容
本申请提供了一种电源调整装置、供电装置及彩超设备，可以解决在彩超设备使用现有的供电装置供电时开关电源的频率不固定会导致图像输出效果不佳的问题。本申请提供如下技术方案：
第一方面，提供了一种电源调整装置，所述电源调整装置包括：输入端与开关电源相连的数模转换器、用于与负载相连的供电输出端、以及在所述数模转换器的输出端和所述供电输出端之间并联的第一放大器和恒功率负载；
所述恒功率负载的功耗不随所述数模转换器的输出电压的变化而变化。
可选地，所述恒功率负载包括：电压调整组件、与所述电压调整组件相连第二放大器、与所述第二放大器相连的功耗管、一端与所述功耗管相连的电流取样电阻，所述电流取样电阻的另一端接地；
所述第二放大器的正向输入端与所述电压调整组件的输出端相连、所述第二放大器的反向输入端与所述电流取样电阻的一端相连；
所述功耗管的第一端与所述第二放大器的输出端相连、第二端与所述供电输出端相连、第三端与所述电流取样电阻的一端相连。
可选地，所述电压调整组件用于将所述数模转换器输出的第一电压调整为所述第一电压的倒数的n倍，得到第二电压，所述n为预设的正数。
可选地，所述功耗管为三极管或者金属-氧化物半导体场效应晶体MOS管。
可选地，所述电压调整组件为倒数型运算电路；或者，为设置有倒数运算算法的处理芯片。
可选地，所述第二放大器的正向输入端的电压值与所述反向输入端的电压值相等。
第二方面，提供了一种供电装置，所述供电装置包括：开关电源，以及第一方面提供的电源调整装置，所述电源调整装置与所述开关电源的输出端相连。
可选地，所述开关电源的电源开关频率与所述开关电源的负载大小呈正相关关系。
可选地，所述开关电源包括与电压输入端相连的交流振荡电路、与所述交流振荡电路相连的整流电路、与所述整流电路的输出端相连的电压采样电路、以及与所述电压采样电路相连的开关电源芯片；
所述开关电源芯片的输出端与所述交流振荡电路相连，所述整流电路的输出端为所述开关电源的输出端。
第三方面，提供一种彩超设备，所述彩超设备包括第二方面提供的供电装置。
本申请的有益效果在于：通过在数模转换器的输出端和供电输出端之间并联设置的第一放大器和恒功率负载；恒功率负载的功耗不随数模转换器的输出电压的变化而变化；可以解决在彩超设备使用现有的供电装置供电时开关电源的频率不固定导致图像输出效果不佳的问题；在负载较小的情况下，由于恒功率负载的存在可以使总体负载的功率消耗大于或等于供电装置中开关电源的最小输出功率，从而保证开关电源的电源开关频率稳定，可以消除彩超设备由于电源开关频率不固定导致的图像的噪声。同时，由于恒功率负载消耗的功率恒定，不会随着开关电源的输出电压的变化而变化，可以降低开关电源的输出电压较高时负载的消耗，节省电力资源。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本申请一个实施例提供的开关电源1的结构示意图；
图2是本申请一个实施例提供的电源调整装置2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
图1是本申请一个实施例提供的开关电源1的结构示意图，如图1所示，该开关电源1至少包括：与开关电源1的电压输入端相连的交流振荡电路11、与交流振荡电路11相连的整流电路12、与整流电路12的输出端相连的电压采样电路13、以及与电压采样电路13相连的开关电源芯片14。
开关电源1的电源开关频率与开关电源1的负载大小呈正相关关系。
其中，开关电源芯片14的输出端与交流振荡电路11相连，整流电路12的输出端为开关电源1的输出端。
可选地，交流振荡电路11包括金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)(MOS管)、变压器等功率元件。
开关电源1的工作原理包括：输入电压通过交流振荡电路11得到交流电，整流电路12将交流振荡电路11得到的交流电转变为直流电；电压采样电路13将输出电压(即整流电路12的输出电压)反馈至开关电源芯片14；开关电源芯片14根据输出电压调节交流电的占空比。假设开关电源1正常工作时的电源开关频率为f0，从电压采样电路13到开关电源芯片14调整的延时为t0，且交流振荡电路11传输的能量为E0；则满足开关电源1的电源开关频率保持不变的最小输出功率为P＝f0×E0。也即，负载消耗的最小的功率为P＝f0×E0。示意性地，最小输出功率的范围为[0.3W-0.7W]。
在负载较小，也即负载消耗的功率小于最小输出功率时，开关电源1的电源开关频率也会减小，此时，开关电源1的频率不固定，若将开关电源1用于彩超设备中会导致彩色模式下的彩超图像存在噪声。
基于上述技术问题，本申请中，通过在开关电源1的输出端并联恒功率负载，使得负载较小的情况下，由于恒功率负载的存在也可以使总体负载(实际负载+恒功率负载)的功率消耗大于或等于开关电源1的最小输出功率，从而保证开关电源1的电源开关频率稳定，从而消除彩超设备输出的图像的噪声。同时，由于恒功率负载消耗的功率恒定，不会随着开关电源1的输出电压的变化而变化，可以降低开关电源1的输出电压较高时负载的消耗，节省电力资源。
下面对本申请提供的电源调整装置进行介绍。
图2是本申请一个实施例提供的电源调整装置2的结构示意图，如图2所示，该电源调整装置2至少包括：输入端与开关电源相连的数模转换器21、用于与负载相连的供电输出端22、以及在数模转换器21的输出端和供电输出端22之间并联的第一放大器23和恒功率负载24。其中，恒功率负载24的功耗不随数模转换器11的输出电压的变化而变化。
假设数模转换器(DAC)21的输出的第一电压为Vdac、第一放大器23的放大倍率为K，则供电输出端22的输出电压Vout＝K×Vdac。假设恒功率负载24上的电流为Id，则恒功率负载24的功耗P＝K×Vdac×Id。为保持P恒定(即保证恒功率负载24的恒功率)，则保证Id＝P/(K×Vdac)即可。令Id＝D/Vdac，其中D＝P/K，则控制电流的电路只要为VDAC的倒数倍率运算电路即可。
基于上述原理，在一个示例中，恒功率负载24包括：电压调整组件241、与电压调整组件241相连第二放大器242、与第二放大器242相连的功耗管243、一端与功耗管243相连的电流取样电阻244，电流取样电阻244的另一端接地；第二放大器242的正向输入端与电压调整组件241的输出端相连、第二放大器242的反向输入端与电流取样电阻244的一端相连；功耗管243的第一端与第二放大器242的输出端相连、第二端与供电输出端22相连、第三端与电流取样电阻244的一端相连。
可选地，功耗管243为三极管或者MOS管。在功耗管243为MOS管时，第一端为栅极(或称门极)、第二端为漏极、第三端为源极；在功耗管243为三极管时，第一端为基极、第二端为发射极、第三端为集电极；也即，功耗管243的类型不同时，第一端、第二端和第三端的名称不同，本实施例在此不再一一列举。
可选地，电压调整组件241用于将数模转换器21输出的第一电压调整为第一电压的倒数的n倍，得到第二电压，n为预设的正数。可选地，电压调整组件241为倒数型运算电路；或者，为设置有倒数运算算法的处理芯片。
其中，基于负反馈原理第二放大器242的正向输入端的电压值与反向输入端的电压值相等。也即，在第二放大器242的正向输入端的电压高于第二放大器242的反向输入端的电压值时功耗管243导通，电流通过电流取样电阻244，电流取样电阻244电压逐渐升高，直至第二放大器242的正向输入端的电压等于第二放大器242的反向输入端的电压值时功耗管243停止导通，此时，第二放大器242的反向输入端的电压值不再改变，第二放大器242的正向输入端的电压值与反向输入端的电压值相等。
假设第一放大器23的放大倍率为K、数模转换器(DAC)21的输出的第一电压为Vdac、电压调整组件241的第二电压V1＝n/VDAC、Id为功耗管243和电流取样电阻244上通过的电流，Id＝V2/R2＝V1/R2(其中V1＝V2)。功耗管243上的功耗PQ1＝(VOUT-V1)×Id。由于VOUT>>V1，即VOUT-V1约等于VOUT，此时，PQ1≈VOUT×Id＝K×VDAC×V1/R2＝K×VDAC×n/(VDAC×R2)＝K×n/R2。由于K、n和R2均为常数，则功耗管243上的功耗PQ1为常数，满足恒功率条件。
综上所述，本实施例提供的电源调整装置，通过在数模转换器的输出端和供电输出端之间并联设置的第一放大器和恒功率负载；恒功率负载的功耗不随数模转换器的输出电压的变化而变化；可以解决在彩超设备使用现有的供电装置供电时开关电源的频率不固定导致图像输出效果不佳的问题；在负载较小的情况下，由于恒功率负载的存在可以使总体负载(实际负载+恒功率负载)的功率消耗大于或等于供电装置中开关电源的最小输出功率，从而保证开关电源的电源开关频率稳定，可以消除彩超设备由于电源开关频率不固定导致的图像的噪声。同时，由于恒功率负载消耗的功率恒定，不会随着开关电源的输出电压的变化而变化，可以降低开关电源的输出电压较高时负载的消耗，节省电力资源。
另外，由于恒功率负载的功率恒定，不会随着开关电源的输出电压变化而导致热量增加，因此，无需配置散热量较大的负载，降低负载配置难度。
可选地，基于上述实施例，本申请还提供一种供电装置，该供电装置包括开关电源以及与开关电源的输出端相连的电源调整装置。
其中，开关电源包括图1所示的开关电源1；电源调整装置包括图2所示的电源调整装置2。
可选地，基于上述实施例，本申请还提供一种彩超设备，该彩超设备包括上述实施例提供的供电装置。
可选地，上述供电装置也可以用于需要保持开关电源1的电源开关频率稳定的其它设备中，本实施例不对供电装置、电源调整装置的应用场景作限定。
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 (7)

1.一种电源调整装置，其特征在于，所述电源调整装置包括：输入端与开关电源相连的数模转换器、用于与负载相连的供电输出端、以及在所述数模转换器的输出端和所述供电输出端之间并联的第一放大器和恒功率负载；
所述恒功率负载的功耗不随所述数模转换器的输出电压的变化而变化；
所述恒功率负载包括：电压调整组件、与所述电压调整组件相连第二放大器、与所述第二放大器相连的功耗管、一端与所述功耗管相连的电流取样电阻，所述电流取样电阻的另一端接地；其中，基于负反馈原理所述第二放大器的正向输入端的电压值与反向输入端的电压值相等；
所述第二放大器的正向输入端与所述电压调整组件的输出端相连、所述第二放大器的反向输入端与所述电流取样电阻的一端相连；
所述功耗管的第一端与所述第二放大器的输出端相连、第二端与所述供电输出端相连、第三端与所述电流取样电阻的一端相连；
其中，所述供电输出端的输出电压VOUT远远大于所述电压调整组件的输出电压V1，以使VOUT-V1约等于VOUT；
所述电压调整组件用于将所述数模转换器输出的第一电压调整为所述第一电压的倒数的n倍，得到第二电压，所述n为预设的正数；
其中，在所述第一放大器的放大倍率为K、所述数模转换器输出的第一电压为VDAC、电压调整组件的第二电压V1＝n/VDAC、Id为功耗管和电流取样电阻上通过的电流时，Id＝V2/R2＝V1/R2，其中V1＝V2；所述功耗管上的功耗PQ1＝(VOUT-V1)×Id；VOUT-V1约等于VOUT，则PQ1≈VOUT×Id＝K×VDAC×V1/R2＝K×VDAC×n/(VDAC ×R2)＝K×n/R2；其中，K、n和R2均为常数，则所述功耗管上的功耗PQ1为常数。
2.根据权利要求1所述的电源调整装置，其特征在于，所述功耗管为三极管或者金属-氧化物半导体场效应晶体MOS管。
3.根据权利要求1所述的电源调整装置，其特征在于，所述电压调整组件为倒数型运算电路；或者，为设置有倒数运算算法的处理芯片。
4.一种供电装置，其特征在于，所述供电装置包括开关电源，以及权利要求1至3任一所述的电源调整装置，所述电源调整装置与所述开关电源的输出端相连。
5.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于，所述开关电源的电源开关频率与所述开关电源的负载能量消耗的大小呈正相关关系。
6.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于，所述开关电源包括与电压输入端相连的交流振荡电路、与所述交流振荡电路相连的整流电路、与所述整流电路的输出端相连的电压采样电路、以及与所述电压采样电路相连的开关电源芯片；
所述开关电源芯片的输出端与所述交流振荡电路相连，所述整流电路的输出端为所述开关电源的输出端。
7.一种彩超设备，其特征在于，所述彩超设备包括权利要求4至6任一所述的供电装置。
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