CN113311900A - 高精度正负对称电源系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电源技术领域，具体涉及高精度正负对称电源系统及其工作方法。包括正电源闭环反馈电路、负电源闭环反馈电路和耦合控制器；所述耦合控制器的输入端分别与正电源闭环反馈电路的输出路径和负电源闭环反馈电路的输出路径连接；所述耦合控制器的输出端分别与正电源闭环反馈电路的反馈端和负电源闭环反馈电路的反馈端连接；所述反馈端均为比较器。本发明能够实现正负电源联动模式和独立模式的切换，能够保证正负电压各自独立精度的同时，也能够保证输出正负电压的对称度，具有结构简单，节约硬件成本，以及能够提高正反谐波成像模式下的图像质量的特点。
Description
技术领域
本发明属于电源技术领域，具体涉及高精度正负对称电源系统及其工作方法。
背景技术
在超声成像系统中，程控正负高压电源(以下简称±HV)为高压脉冲发射电路供电，不同模式下的电源电压受系统调控。在正反谐波成像模式下，要求HV的正负电源对称度越高越好，能够提升谐波成像的图像质量。所述对称度的定义为：正负电压是输出的绝对值相减3，除以设定目标值。即对称度
＝(|+HV|-|-HV|)/|Vset|*100％。
目前，市面上的±HV设计，在考虑降低成本的情况下，往往采用+HV单路闭环控制、而-HV靠变压器匝比保证电压，但当负载不均衡时±HV对称度较差。稍好一些的设计，会使用±HV各自独立闭环控制来达到较好的独立电压精度，但正负两路电源不能联动，对称度未必能得到保证。例如，设定目标值为100V，+HV闭环控制实际输出+101V，-HV闭环控制实际输出-98V，其各自的绝对精度均在2％以内，但对称度(101-98)/100＝3％，距离1％的对称度目标还有一定差距。
因此，设计一种能够保证正负电压各自独立精度的同时，也能够保证输出正负电压的对称度的正负对称电源系统，就显得十分必要。
例如，申请号为CN201510036888.9的中国发明专利所述的一种正负对称输出电源及其医疗设备，包括第一固定反馈单元、第二固定反馈单元和第二动态反馈单元；所述第一固定反馈单元通过对所述第一电压输出端的电压值采样并反馈到所述第一反馈调节端；所述第二固定反馈单元对所述第二电压输出端的电压值采样并反馈到所述第二反馈调节端；所述第二动态反馈单元通过取得叠加的所述第一电压输出端和第二电压输出端的电压值和地电位的差值，并将该差值反馈到所述第二反馈调节端，使得所述第一电压输出端和第二电压输出端上的电压值对称。虽然能够自动地、准确地调节输出电压对称性，但是其缺点在于，整体结构改动较大，需要较高的硬件成本，无法高精度的确保输出正负电压的对称度。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中，现有的程控正负高压电源，无法保证正负电压各自独立精度的同时，也能够保证输出正负电压的对称度的问题，提供了一种能够提升正负高压电源的输出电压对称度，且能够提升谐波成像图像质量的高精度正负对称电源系统及其工作方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
高精度正负对称电源系统，包括正电源闭环反馈电路、负电源闭环反馈电路和耦合控制器；所述耦合控制器的输入端分别与正电源闭环反馈电路的输出路径和负电源闭环反馈电路的输出路径连接；所述耦合控制器的输出端分别与正电源闭环反馈电路的反馈端和负电源闭环反馈电路的反馈端连接；所述反馈端均为比较器。
作为优选，所述耦合控制器的输入端与正电源闭环反馈电路输出路径的连接点为第一电压采样节点；所述耦合控制器的输入端与负电源闭环反馈电路输出路径的连接点为第二电压采样节点；所述第一电压采样节点处和第二电压采样节点处均设有用于切换电压反馈回路的一切二开关选择电路。
作为优选，所述正电源闭环反馈电路和负电源闭环反馈电路均包括用于调节电源电压输出值的PI调节器；所述PI调节器与比较器连接。
作为优选，所述耦合控制器内部为模拟电路；所述模拟电路包括运算放大器。
作为优选，所述耦合控制器内部为数字电路；所述数字电路包括带有AD/DA功能的单片机。
本发明还提供了高精度正负对称电源系统的工作方法，包括以下步骤：
联动模式：
S1，分别输入正电源和负电源的指令电压值；
S2，耦合控制器从第一电压采样节点处和第二电压采样节点处采集正电源和负电源实际电压的输出值；
S3，耦合控制器对比正电源和负电源实际电压输出值相对于输入指令电压值的偏差程度，并根据偏差程度输出补偿到比较器，使正负电源电压输出值的偏差范围逐渐减小。
作为优选，所述正电源和负电源实际电压输出值相对于输入指令电压值的偏差程度均包括电压正负偏离方向和数值大小；所述偏差程度越大，耦合控制器输出补偿到比较器的权重越大。
作为优选，高精度正负对称电源系统的工作方法，还包括如下步骤：
独立模式：
S4，分别输入正电源和负电源的指令电压值；
S5，在正电源闭环反馈电路中PI调节器的作用下，正电源进行独立的反馈调节；在负电源闭环反馈电路中PI调节器的作用下，负电源进行独立的反馈调节。
作为优选，所述高精度正负对称电源系统的联动模式和独立模式的切换，由一切二开关选择电路进行切换控制。
本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明能够保证正负电压各自独立精度的同时，也能够保证输出正负电压的对称度，从而提高正反谐波成像模式下的图像质量；(2)本发明结构简单，节约硬件成本。
附图说明
图1为本发明中高精度正负对称电源系统的一种原理框图。
图中：耦合控制器1、比较器2、第一电压采样节点3、第二电压采样节点4、PI调节器5。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例1：
如图1所示的高精度正负对称电源系统，包括正电源闭环反馈电路、负电源闭环反馈电路和耦合控制器1；所述耦合控制器的输入端分别与正电源闭环反馈电路的输出路径和负电源闭环反馈电路的输出路径连接；所述耦合控制器的输出端分别与正电源闭环反馈电路的反馈端和负电源闭环反馈电路的反馈端连接；所述反馈端均为比较器2。
其中，所述正电源闭环反馈电路包括正高压电源(+HV)和比较器，正高压电源的输出端与比较器连接；所述负电源闭环反馈电路包括负高压电源(-HV)和比较器，负高压电源的输出端与比较器连接。
进一步的，所述耦合控制器的输入端与正电源闭环反馈电路输出路径的连接点为第一电压采样节点3；所述耦合控制器的输入端与负电源闭环反馈电路输出路径的连接点为第二电压采样节点4；所述第一电压采样节点处和第二电压采样节点处均设有用于切换电压反馈回路的一切二开关选择电路。
所述一切二开关选择电路由上层控制系统控制何时切换。所述一切二开关选择电路可采用切换开关或继电器，来对电压反馈回路进行选择控制切换。
进一步的，所述正电源闭环反馈电路和负电源闭环反馈电路均包括用于调节电源电压输出值的PI调节器5；所述PI调节器与比较器连接。所述PI调节器用于调节电源电压输出值，确保电源电压输出的精度和稳定。
所述高压电源(+HV或-HV)、比较器和PI调节器构成了电源闭环反馈电路。
进一步的，所述耦合控制器内部为模拟电路；所述模拟电路包括运算放大器。所述耦合控制器本质上是一个误差分析和加权再分配(补偿)测量、控制控系统。采用模拟电路实现，可使用运算放大器实现反馈电压值的求和(求差)、比例放大、正负变换、加权输出等环节。
实施例2：
与实施例1的不同之处在于，所述耦合控制器内部采用数字电路；所述数字电路包括带有AD/DA功能的单片机。采用数字电路实现，可使用单片机自带的AD采集反馈电压，利用软件计算反馈电压的偏差和补偿值输出的权重，再由单片机自带的DA进行输出。
基于实施例1或实施例2，本发明还提供了高精度正负对称电源系统的工作方法，包括以下步骤：
联动模式：
S1，分别输入正电源和负电源的指令电压值；
S2，耦合控制器从第一电压采样节点处和第二电压采样节点处采集正电源和负电源实际电压的输出值；
S3，耦合控制器对比正电源和负电源实际电压输出值相对于输入指令电压值的偏差程度，并根据偏差程度输出补偿到比较器，使正负电源电压输出值的偏差范围逐渐减小。
进一步的，所述正电源和负电源实际电压输出值相对于输入指令电压值的偏差程度均包括电压正负偏离方向和数值大小；所述偏差程度越大，耦合控制器输出补偿到比较器的权重越大(同时考虑补偿的方向)。
进一步的，高精度正负对称电源系统的工作方法，还包括如下步骤：
独立模式：
S4，分别输入正电源和负电源的指令电压值；
S5，在正电源闭环反馈电路中PI调节器的作用下，正电源进行独立的反馈调节；在负电源闭环反馈电路中PI调节器的作用下，负电源进行独立的反馈调节。
进一步的，所述高精度正负对称电源系统的联动模式和独立模式的切换，由一切二开关选择电路进行切换控制。
图1中，虚线部分为正负电源各自独立闭环工作时的反馈路径，电压输出级为被控对象。本发明新增的耦合控制器，能够将独立的正电源和负电源进行联动，从而保证输出正负电压的对称度。
另外，在输入正电源和负电源的指令电压值环节之后的求和节点，也需要添加一切二开关选择电路。求和节点的选择与联动模式和独立模式相对应。联动模式下，选择与耦合控制器连通的求和节点；独立模式下，选择正电源闭环反馈电路和负电源闭环反馈电路连通的求和节点。
本发明能够保证正负电压各自独立精度的同时，也能够保证输出正负电压的对称度，从而提高正反谐波成像模式下的图像质量；本发明结构简单，节约硬件成本。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.高精度正负对称电源系统，其特征在于，包括正电源闭环反馈电路、负电源闭环反馈电路和耦合控制器；所述耦合控制器的输入端分别与正电源闭环反馈电路的输出路径和负电源闭环反馈电路的输出路径连接；所述耦合控制器的输出端分别与正电源闭环反馈电路的反馈端和负电源闭环反馈电路的反馈端连接；所述反馈端均为比较器。
2.根据权利要求1所述的高精度正负对称电源系统，其特征在于，所述耦合控制器的输入端与正电源闭环反馈电路输出路径的连接点为第一电压采样节点；所述耦合控制器的输入端与负电源闭环反馈电路输出路径的连接点为第二电压采样节点；所述第一电压采样节点处和第二电压采样节点处均设有用于切换电压反馈回路的一切二开关选择电路。
3.根据权利要求2所述的高精度正负对称电源系统，其特征在于，所述正电源闭环反馈电路和负电源闭环反馈电路均包括用于调节电源电压输出值的PI调节器；所述PI调节器与比较器连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高精度正负对称电源系统，其特征在于，所述耦合控制器内部为模拟电路；所述模拟电路包括运算放大器。
5.根据权利要求1-3任一项所述的高精度正负对称电源系统，其特征在于，所述耦合控制器内部为数字电路；所述数字电路包括带有AD/DA功能的单片机。
6.基于权利要求3所述的高精度正负对称电源系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
联动模式：
S1，分别输入正电源和负电源的指令电压值；
S2，耦合控制器从第一电压采样节点处和第二电压采样节点处采集正电源和负电源实际电压的输出值；
S3，耦合控制器对比正电源和负电源实际电压输出值相对于输入指令电压值的偏差程度，并根据偏差程度输出补偿到比较器，使正负电源电压输出值的偏差范围逐渐减小。
7.基于权利要求6所述的高精度正负对称电源系统的工作方法，其特征在于，所述正电源和负电源实际电压输出值相对于输入指令电压值的偏差程度均包括电压正负偏离方向和数值大小；所述偏差程度越大，耦合控制器输出补偿到比较器的权重越大。
8.根据权利要求7所述的高精度正负对称电源系统的工作方法，其特征在于，还包括如下步骤：
独立模式：
S4，分别输入正电源和负电源的指令电压值；
S5，在正电源闭环反馈电路中PI调节器的作用下，正电源进行独立的反馈调节；在负电源闭环反馈电路中PI调节器的作用下，负电源进行独立的反馈调节。
9.根据权利要求8所述的高精度正负对称电源系统的工作方法，其特征在于，所述高精度正负对称电源系统的联动模式和独立模式的切换，由一切二开关选择电路进行切换控制。
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