CN113126684A - 高压负压线性稳压器及具备其的磁共振成像设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及高压负压线性稳压器。该高压负压线性稳压器包括：启动电路，具有输入端和输出端，其中，输入电压施加至启动电路的输入端，在启动电路的输出端输出输出电压，并且，启动电路包括第一晶体管和第一电阻器，所述第一电阻器的一端连接至所述第一晶体管的集电极，所述第一电阻器的另一端连接至所述第一晶体管的基极，其中，输出电压的电压值为第一晶体管的基极处的对地电压与第一晶体管的基极‑发射极的电压之和；稳压电路，连接于所述启动电路的第一晶体管的基极，并且，稳压电路被配置为调节启动电路的基极电压。根据实际需要灵活地选择第一晶体管和保护元件的规格，从而实现具有大动态范围的输入负电压和/或输出负电压的高压负压线性稳压器。

Description

高压负压线性稳压器及具备其的磁共振成像设备

技术领域

本申请稳压电源技术领域。具体地，本申请涉及射频功率放大器的高压负压线性稳压器及具备其的磁共振成像设备。

背景技术

直流稳压电源是医疗、科研和电子产品的检修等领域中常用的仪器。稳压电源大体可分为开关稳压电源和线性稳压电源两大类。开关稳压电源效率高，噪声大，且电路复杂。线性稳压电源由于其具有稳压性能好，电路简单等优点，因此，得到广泛应用。

在MR(磁阻)线圈电源架构中，相同的电源RFPA(射频功率放大器)需要同时提供正电压和负电压。随着正极部分功率的增加，RFPA的输出需要增加，因此RFPA输出的负电压在经过整流器之后也将减小。例如，可能会发生以下结果，在经过整流器之后的负电压可能会从-40V减小到-60V。目前，传统的负集成线性稳压器的最大输入电压仅仅为-40V。因此，倘若达到-60V的负电压直接输入至当前的线性稳压器，并可能会导致负集成线性稳压器故障。因此，需要找到一种方法来解决此问题。

为了解决上述问题，已经提出了如图1中所示的降压系统10。在该解决方案中，在负直流电路102的输出电压的绝对值高于-40V的绝对值的情况下，在集成稳压器106之前放置一个预降压电路104。预降压电路104将输入电压转换为集成稳压器106的可接受的输入电压的范围(例如，将-50V输入电压转换为集成稳压器106的可接受的输入电压-40V)。然而，上述方案的不足之处在于：预降压电路104由电阻器和齐纳二极管组成，由此导致预降压电路104具有以下损耗：

Ploss＝Iout×|Vin_1-Vin|+Vin×Iz

其中，Ploss代表预降压电路104的损耗，Iout代表集成稳压器106的输出电流值，Vin_1代表预降压电路104的输入电压，Vin代表预降压电路104的输出电压。

因此，为了在实现负电压线性稳压器的大动态范围的输入电压和输出电压的同时，降低负电压线性稳压器的功率损耗，需要一种改进的高压负压线性稳压器。

发明内容

根据本申请实施例的一个方面，提供了高压负压线性稳压器，包括：启动电路，启动电路具有输入端和输出端，其中，输入电压施加至启动电路的输入端，在启动电路的输出端输出输出电压，并且，启动电路包括第一晶体管和第一电阻器，第一电阻器的一端连接至第一晶体管的集电极，第一电阻器的另一端连接至第一晶体管的基极，其中，输出电压的电压值为第一晶体管的基极处的对地电压与第一晶体管的基极-发射极的电压之和；稳压电路，连接于所述启动电路的第一晶体管的基极，并且，稳压电路被配置为调节所述启动电路的基极电压。

通过如此配置的高压负压线性稳压器，用户能够根据实际需要来灵活地选择第一晶体管和保护元件的规格，从而轻松应对绝对值较高的输入负电压和/或输出负电压。以这样的方式，能够很方便地从电源获得稳定的参考电压。

所述稳压电路包括三端可编程稳压器，第二电阻器，第三电阻器，其中，第二电阻器的一端连接至三端可编程稳压器的参考端子，第二电阻器的另一端接地，第三电阻器的一端连接至三端可编程稳压器的所述参考端子，第三电阻器的另一端连接至三端可编程稳压器的阳极端子。

高压负压线性稳压器还包括保护元件，保护元件连接在启动电路的第一晶体管的基极与稳压电路的三端可编程稳压器的阳极端子之间，保护元件被配置为将三端可编程稳压器的工作电压限制在最大电压范围内。

以这样的方式，能够避免超过三端可编程稳压器的最大电压范围，确保三端可编程稳压器稳定且可靠的运行。

根据本申请的示例性实施例，保护元件包括齐纳二极管。

以这样的方式，能够通过齐纳二极管将三端可编程稳压器输出电压限制在最大电压范围。

根据本申请的示例性实施例，高压负压线性稳压器还包括过电流保护电路和过温保护电路。

以这样的方式，通过构建带有分离组件的线性稳压器，能够根据实际需要轻松地添加额外的保护功能。

根据本申请的示例性实施例，过电流保护电路对于从第一晶体管的发射极流向集电极的电流进行检测，并且在电流大于一阈值时，使高压负压线性稳压器的电路断开。

以这样的方式，能够对稳压器进行精确可靠的过流保护。

根据本申请实施例的一个方面，过温保护电路对于第一晶体管的温度进行检测，并且在温度大于一阈值时，使高压负压线性稳压器的电路断开。

以这样的方式，能够对稳压器进行精确可靠的过温保护。

在本申请实施例中，利用第一晶体管和保护元件，能够在实现负电压线性稳压器的大动态范围的输入电压和输出电压的同时，降低负电压线性稳压器的功率损耗。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是示出根据现有技术的线性稳压系统的示意图；

图2是示出了根据本申请实施例的电源系统的示意图；

图3是根据本申请实施例的高压负压线性稳压器的示意图。

附图标记说明

10 降压系统

102 负直流电路

104 预降压电路

106 集成稳压器

20 电源系统

202 射频功率放大器

204 负整流器

206 线性稳压器

208 正整流器

210 DC-DC转换器

212 线圈

30 高压负压线性稳压器

302 启动电路

304 过电流保护元件

306 稳压电路

308 过温保护电路

310 保护元件

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块或单元。

图2是示出了根据本申请实施例的电源系统的示意图。电源系统20包括：射频功率放大器202，负整流器204，线性稳压器206，正整流器208，DC-DC转换器210，线圈212。具体地，射频功率放大器202输出sine波形的电压，其中，sine波形电压中的负电压被输入至负整流器204，sine波形电压中的正电压被输入至正整流器208。接下来，负整流器204将高负电压DC输出至线性稳压器206，正整流器208将正DC输出至DC-DC转换器210。最后，线性稳压器206将电压V-输出至线圈212，DC-DC转换器210电压V+输出至线圈212。在实际的应用场景中，可能由于电源系统20所连接的负载(未示出)的变化(例如，负载移除，负载增加，负载降低)，而导致负整流器204输出至线性稳压器206的负电压具有很大的动态范围。然而，倘若线性稳压器206是最大输入电压为-40V的常规线性稳压器，则可能无法应对具有如此大的动态范围的输入负电压(例如，输入负电压为-60V)。

为了解决上述问题，本发明提出了如图3所示的高压负压线性稳压器。高压负压线性稳压器30包括：启动电路302，过电流保护元件304，稳压电路306，过温保护电路308，保护元件310。

如图3所示，输入电压Vin输入启动电路302的输入端，在启动电路302的输出端输出电压Vout。启动电路302包括第一晶体管T1和第一电阻器R1。在启动电路302接通电源时，电流路径为图3中的黑色粗线所示。第一晶体管T1导通，电流从第一晶体管T1的发射极流向第一晶体管T1的集电极。具体地，第一电阻器R1的一端连接至第一晶体管T1的集电极，第一电阻器R1的另一端连接至第一晶体管T1的基极，其中，输出电压Vout的电压值为第一晶体管T1的基极处的对地电压Vb与第一晶体管T1的基极-发射极的电压Vbe之和。即，Vout＝Vb+Vbe。第一电阻器R1可以设置稳压电路306中的三端可编程稳压器的阴极电流。即，I_阴极电流＝(Vb-Vin)/R1。稳压电路306中的三端可编程稳压器是可控精密稳压源，其可以在很大范围内输出质量良好的基准电压。三端可编程稳压器例如是三端可编程并联稳压器二极管，其用作低温系数齐纳二极管，可通过两个外部电阻将三端可编程稳压器的输出电压Vd在参考电压Vref至36V的范围内调节。三端可编程稳压器具有1.0mA至100mA的宽工作电流范围，典型动态阻抗为0.22Ω。2.5V参考电压使从电源获得稳定的参考电压变得很方便。由于参考输入电流范围很小且可以忽略不计，因此可以通过以下公式计算三端可编程稳压器的输出电压Vd。

(0V-Vref)/R2＝(Vref-Vd)/R5；

Vref-Vd＝2.5V

在以上公式中，Vref代表施加至三端可编程稳压器的参考端子的参考电压，R2代表一端连接至三端可编程稳压器的参考端子并且另一端接地的第二电阻器的电阻值，R3代表一端连接至三端可编程稳压器的参考端子并且另一端连接至三端可编程稳压器的阳极端子的第三电阻器的电阻值。

由于稳压电路306的最大阴极-阳极电压为一固定值(例如，通常为36V)，因此当输出电压Vd小于最大阴极-阳极电压时，需要添加保护元件310以避免超过三端可编程稳压器的最大电压范围。例如，可以使用齐纳二极管作为保护元件310。保护元件310的一端连接在第一晶体管T1的基极，保护元件310的另一端连接至三端可编程稳压器的阳极端子。因此，第一晶体管T1的基极处的对地电压Vb＝Vd-Vz。其中，Vz是齐纳二极管上的电压降，从而可以利用该稳压电路306来调节启动电路的基极电压。

当构建具有如图3中所示的分离组件的高压负压线性稳压器30时，很容易添加一些保护功能。最简单的过电流保护是使用恒流源电路，无论在过载还是短路输出的情况下，过电流保护元件304的最大电流均等于Vbe/R4。根据实际需要，还可以使用其他复杂电路，例如使用运算放大器来设置更精确的过流保护功能。

由于第一晶体管T1的输入电压Vin和输出电压Vout之间的电压差大，所以功率损耗也大。第一晶体管T1的温度可以通过过温保护电路308进行温度检测。当第一晶体管T1的温度上升到设定的阈值时，过温保护电路308使高压负压线性稳压器30的电路断开。当第一晶体管T1的温度降低时，过温保护电路308使高压负压线性稳压器30的电路功能将恢复。

与目前的负电压线性稳压器相比，本发明填补了输入电压和输出电压均低于-40V的应用场景。通过调节第一晶体管T1和作为保护元件的齐纳二极管，可以轻松涵盖各种应用环境，例如低于-100V的输出电压。同时，该电路便于添加各种保护功能。

尤其对于在磁共振领域中的无线线圈，经过负电压整流后的电压可能达到-60V。在这种情况下，不能使用传统的线性稳压器。本发明可以很好地使用。

通过采用本发明中所提出的高压负压线性稳压器，可以实现以下优点：

1)可以在负参考输出以下的任何情况下使用。

2)易于添加各种保护功能。

3)易于添加散热器等。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元或模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元或模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元或模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元或模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元或模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元或模块可以集成在一个处理单元或模块中，也可以是各个单元或模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元或模块集成在一个单元或模块中。上述集成的单元或模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元或模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.高压负压线性稳压器(30)，其特征在于，所述高压负压线性稳压器包括：

启动电路(302)，所述启动电路具有输入端和输出端，其中，输入电压施加至所述启动电路的输入端，在所述启动电路的输出端输出输出电压，并且，所述启动电路包括第一晶体管和第一电阻器，所述第一电阻器的一端连接至所述第一晶体管的集电极，所述第一电阻器的另一端连接至所述第一晶体管的基极，其中，所述输出电压的电压值为所述第一晶体管的基极处的对地电压与所述第一晶体管的基极-发射极的电压之和；

稳压电路(306)，连接于所述启动电路的第一晶体管的基极，并且，所述稳压电路被配置为调节所述启动电路的基极电压。

2.根据权利要求1所述的高压负压线性稳压器，其特征在于，所述稳压电路包括三端可编程稳压器，第二电阻器，第三电阻器，其中，所述第二电阻器的一端连接至所述三端可编程稳压器的参考端子，所述第二电阻器的另一端接地，所述第三电阻器的一端连接至所述三端可编程稳压器的所述参考端子，所述第三电阻器的另一端连接至所述三端可编程稳压器的所述阳极端子。

3.根据权利要求2所述的高压负压线性稳压器，其特征在于，所述高压负压线性稳压器还包括：

保护元件(310)，所述保护元件连接在所述启动电路的第一晶体管的基极与所述稳压电路的所述三端可编程稳压器的阳极端子之间，所述保护元件被配置为将所述三端可编程稳压器的工作电压限制在最大电压范围内。

4.根据权利要求3所述的高压负压线性稳压器，其特征在于，所述保护元件包括齐纳二极管。

5.根据权利要求1所述的高压负压线性稳压器，其特征在于，所述高压负压线性稳压器还包括过电流保护电路(304)和过温保护电路(308)。

6.根据权利要求5所述的高压负压线性稳压器，其特征在于，所述过电流保护电路对于从所述第一晶体管的发射极流向所述集电极的电流进行检测，并且在所述电流大于一阈值时，使所述高压负压线性稳压器的电路断开。

7.根据权利要求5所述的高压负压线性稳压器，其特征在于，所述过温保护电路对于所述第一晶体管的温度进行检测，并且在所述温度大于一阈值时，使所述高压负压线性稳压器的电路断开。

8.一种磁共振成像设备，其具备权利要求1～7中任一项所述的高压负压线性稳压器。

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