CN113765348B - 一种高压电源以及医疗影像设备 - Google Patents
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Abstract
本说明书实施例公开了一种高压电源以及医疗影像设备。所述高压电源包括：升压电路、补偿电路和滤波电路。其中，升压电路的输入端连接输入电源，升压电路的输出端连接滤波电路；补偿电路的输入端至少与升压电路的输入端连接；补偿电路的输出端至少与升压电路的参考端连接。本说明书通过补偿电路调整升压电路的输出电能以避免输出电能的电压跌落，利用滤波电路过滤纹波，从而可以提供低纹波且稳定的高压输出。
Description
技术领域
本说明书涉及医疗成像领域，特别涉及一种高压电源以及医疗影像设备。
背景技术
在医疗成像领域中，部分电子设备在工作时往往需要高压电源进行供电。例如，能谱探测仪需要高压电源提供的高压场强对需要采集的电子进行加速，以便后续的能谱成像。
高压电源中的开关元件通常需要反复关断和导通，容易产生交流分量，使得副边输出的高压直流信号中带有较高的纹波。并且，随着负载电流的升高，高压电源中的变压器、电容等元器件的损耗也会增加，导致高压直流信号的电压容易发生跌落，影响负载的正常工作。例如，在高压电源的输出电能中带有较高的纹波时，能谱探测仪的成像底噪会增加，导致成像质量下降。在高压电源的输出电能不稳定时，能谱探测仪无法稳定的采集需要的电子，也会影响成像质量。
因此，有必要提出一种兼顾纹波以及输出的稳定性的高压电源。
发明内容
本说明书的目的在于提供一种高压电源以及医疗影像设备，以解决以下技术问题：(1)高压电源的输出电能带有较高的纹波，影响负载的成像底噪。(2)高压电源的输出电能的电压容易发生跌落，输出电能不稳定，负载难以正常工作。
为实现上述目的，本说明书实施例之一提供一种高压电源。所述高压电源包括：升压电路、补偿电路和滤波电路。其中，升压电路的输入端连接输入电源，升压电路的输出端连接滤波电路；补偿电路的输入端至少与升压电路的输入端连接；补偿电路的输出端至少与升压电路的参考端连接。高压电源可以通过补偿电路调整升压电路的输出电能，避免输出电能的电压跌落，利用滤波电路过滤纹波，从而提供低纹波且稳定的高压输出电能。
在一些实施例中，升压电路的输出电能受升压电路的参考端的输入电能的控制。
在一些实施例中，升压电路的参考端输入包括参考电压，参考电压的对地等效电阻与输入电源的电流对应，参考电压与所述升压电路输出的电压对应。
在一些实施例中，补偿电路包括电流采集子电路和补偿电阻，电流采集子电路的输入端至少与升压电路的输入端连接，电流采集子电路的输出端至少与补偿电阻的一端连接，补偿电阻的另一端至少与升压电路的参考端连接。
在一些实施例中，补偿电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻。其中，第一分压电阻的输入端至少与升压电路的输出端连接，第一分压电阻和第二分压电阻的连接点至少与升压电路的参考端连接。
在一些实施例中，升压电路的工作状态受第一分压电阻和第二分压电阻的控制，在升压电路处于静态工作点时，输入电源的电流与升压电路输出的电流对应。
在一些实施例中，电流采集子电路包括运算放大器和采集电阻。其中，采集电阻设置在升压电路的输入端，运算放大器的第一输入端和第二输入端分别连接采集电阻的两端，运算放大器的输出端至少与补偿电阻连接。
在一些实施例中，滤波电路允许预设频率范围内的升压电路的输出电能通过，预设频率范围与升压电路的切换频率对应。
在一些实施例中，滤波电路包括依次串联的滤波电阻、滤波电感和滤波电容，滤波电阻的一端至少与升压电路的输出端连接。
在一些实施例中，高压电源还包括异常检测电路和处理器。其中，异常检测电路的电流输入端至少与升压电路的输入端连接，异常检测电路的电压输入端至少与滤波电路的输出端连接。处理器的输入端分别连接异常检测电路的电流输出端和异常检测电路的电压输出端，处理器的输出端至少与升压电路的使能端连接。
本说明书实施例之一提供一种医疗影像设备。该医疗影像设备包括负载和上述的高压电源，高压电源与负载连接，高压电源为负载提供电能。
附图说明
本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本说明书一些实施例所示的医疗影像设备的结构示意图；
图2是根据本说明书一些实施例所示的高压电源的电路结构示意图；
图3是根据本说明书一些实施例所示的高压电源的结构示意图；
图4是根据本说明书一些实施例所示的高压电源的电路结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
本说明书一个或多个实施例的高压电源可以提供电压较高的电能，以便应用于各种需要高压电能的业务场景，如利用高压电源提供的高压场强采集信号、粒子等探测场景，又如利用高压场强进行气体净化、液体回收、杂质去除等分类场景。在一些实施例中，高压电源可以为医疗成像领域的电子设备供电。进一步地，高压电源可以为医疗影像设备的能谱探测仪提供高压场强，以便能谱探测仪采集需要的电子。在一些实施例中，高压电源的输入电能可以为直流信号，也可以为交流信号，高压电源的输入电能可以根据高压电源的类型进行选择。
在一些实施例中，高压电源可以包括升压电路，升压电路包括变压器、设置在变压器原边的开关元件以及设置在变压器副边的电容。升压电路可以通过控制反激变压器中原边的开关元件，对副边的电容进行充放电，以便变压器和电容共同为负载提供高压直流信号。
本说明书实施例提供的高压电源，包括升压电路、补偿电路和滤波电路。其中，升压电路的输入端连接输入电源，升压电路的输出端连接滤波电路。补偿电路的输入端至少与升压电路的输入端连接。补偿电路的输出端至少与升压电路的参考端连接，升压电路的输出电能受升压电路的参考端输入的控制，以使升压电路的输出电能稳定。如此，高压电源可以通过补偿电路调整升压电路的输出电能以避免输出电能的电压跌落，利用滤波电路过滤纹波，从而提供低纹波且稳定的高压输出。
图1是根据本说明书一些实施例所示的医疗影像设备的结构示意图。在一些实施例中，所述医疗影像设备可以包括高压电源100和负载200。其中，高压电源100的输入端与输入电源连接，高压电源100的输出端与负载200连接。在一些实施例中，高压电源可以将供电信号转换为高压信号并输送给负载200，以便为负载200进行供能。
在一些实施例中，负载200可以是利用高压信号进行工作的电子设备。例如，负载200可以为需要高压场强进行采集的探测器(如医疗领域的能谱探测仪等)，或者为需要高压场强进行物质分离的分离器(如煤气回收器、焦炉气净化器等)。在一些实施例中，负载200可以为医疗成像领域的电子设备。进一步地，负载200可以为医疗成像领域的能谱探测仪。
在一些实施例中，输入电源可以为高压电源100提供电能。例如，输入电源可以为交流电源，为高压电源100提供交流供电信号。又例如，输入电源也可以为直流电源，为高压电源100提供直流供电信号，输入电源的电能性质可以根据高压电源100的结构进行选择。
在一些实施例中，高压电源可以包括：升压电路110、补偿电路120和滤波电路130。其中，升压电路110的输入端连接输入电源，升压电路110的输出端连接滤波电路130；补偿电路120的输入端至少与升压电路110的输入端连接；补偿电路120的输出端至少与升压电路110的参考端连接，升压电路110的输出电能受升压电路110的参考端的输入电能的控制。
在一些实施例中，升压电路110是一种提高电压的电路结构，升压电路110的输出电能的电压高于输入电能的电压。例如，升压电路110可以将输入电源的供电信号转换为高压信号，高压信号的电压高于供电信号的电压。在一些实施例中，升压电路110可以为Boost升压电路、Sepic升压电路、倍压电路、LC谐振电路或反激电路中的一种或多种的组合。在一些实施例中，升压电路110还可以转换电能的性质。例如，反激电路将输入的直流信号转换为交流信号，又将交流信号转换为直流信号进行输出。下面以升压电路110为反激电路为例，详细说明升压电路110的工作原理。
图2是根据本说明书一些实施例所示的高压电源的电路结构示意图。在一些实施例中，升压电路110包括控制器U1、变压器T1、开关件Q1、二极管D1和滤波电容C2、C3。其中，控制器U1的输入端IN至少与输入电源连接，控制器U1的电能输出端OUT与变压器T1的原边输入端连接，控制器U1的驱动输出端G_CON与开关件Q1的控制端连接。开关件Q1的输入端与变压器T1的原边输出端连接，开关件Q1的输出端接地。变压器T1的副边输入端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极接地，变压器T1的副边输出端与滤波电容C2、C3的第一端连接，滤波电容C2、C3的第二端接地，滤波电容C2、C3的第一端与滤波电路130连接。
控制器U1可以为改变电能性质的集成电路。在一些实施例中，控制器U1的输入端IN可以接收来自输入电源的供电信号，并提高供电信号的电压通过电能输出端输出第一电压信号，第一电压信号的电压大于供电信号的电压。在一些实施例中，控制器U1的驱动端输出驱动信号以控制开关件Q1周期性的导通和关断，使得变压器T1的原边磁场发生变化，从而实现直流信号到交流信号的变化。在一些实施例中，驱动信号可以为脉冲宽度调制信号。控制器U1可以通过调整脉冲宽度调制信号的占空比，可以调整升压电路110的输出电能的电压。在一些实施例中，电能为使用电以各种形式做功的能源形态，电流、电压和功率等均为电能的参数。下面电能的参数可以进行简化。例如，升压电路110的输出电能的电压，可以简化为升压电路110输出的电压。
在一些实施例中，控制器U1的参考端FB可以接收来自补偿电路120的参考电压，根据参考电压与预设电压范围进行比较，根据比较结果调整调整脉冲宽度调制信号的占空比，从而调整升压电路110输出的电压大小。例如，当参考电压大于预设电压范围时，表明升压电路110当前输出的电压较大，则控制器U1可以降低输出的电压大小。反之，当参考电压小于预设电压范围时，表明升压电路110当前输出的电压较小，则控制器U1可以提高输出的电压大小。在一些实施例中，调整参考电压可以等效为调整参考电压的对地等效电阻，从而调整电阻的反馈比例系数，控制升压电路110输出的电压大小。升压电路110输出的电压大小的调整过程可以参考下述补偿电路120的相关描述，此处不再赘述。
在一些实施例中，控制器U1的使能端EN可以接收来自异常检测电路140的使能信号，根据使能信号控制升压电路110的工作状态。升压电路110的工作状态的具体控制过程可以参考下述异常检测电路140的相关描述，此处不再赘述。
在一些实施例中，升压电路110还可以包括：电阻R2、电阻R3和电容C1。其中，控制器U1的电流检测引脚I_MON可以通过电阻R2与开关件Q1的输出端连接，开关件Q1的输出端通过电阻R3接地，电流检测引脚I_MON还通过电容C1接地。在一些实施例中，控制器U1的电流检测引脚I_MON通过电容C1的滤波，以及电阻R2和电阻R3检测开关件Q1上的电流，控制器U1将开关件Q1上的电流与预设电流阈值进行比较，根据比较结果调整控制器U1的输出电能。例如，当开关件Q1上的电流超过预设电流阈值时，控制器U1可以限制升压电路110的输出电能的功率，从而实现负载200的过流保护。
变压器T1可以为将交流电压变成频率相同的另一种数值不同的交流电压的设备。在一些实施例中，通过开关件Q1导通状态和关断状态的切换，变压器T1可以将第一电压信号转换为第二电压信号，第二电压信号的电压大于第一电压信号的电压。例如，在开关件Q1导通时，变压器T1副边的二极管D1导通，从而变压器T1可以输出第二电压信号，并且为滤波电容C2、C3进行充电；在开关件Q1导通时，变压器T1副边的二极管D1反向截止，从而滤波电容C2、C3输出第二电压信号。需要说明的是，开关件Q1的导通和关断的切换导致升压电路110中产生了交流分量，使得升压电路110的输出电能带有纹波。纹波的具体滤除过程可以参考下述滤波电路130的相关内容，此处不再赘述。
在一些实施例中，升压电路110的输出电能与变压器T1的绕组参数有关。例如，升压电路110的输出电能的电流方向与变压器T1的绕组绕向有关，绕组绕向相同，输出的电压方向与原边输入电能的电压方向相反(如图2中所示，升压电路110的输出电能为负高压)。又例如，升压电路110的输出电能的电压大小与变压器T1的绕组匝数比相关。
补偿电路120是为了避免设备输出发生变化，预先调整设备的设定参数的电路结构。在一些实施例中，补偿电路120可以控制升压电路110的参考端的输入电能，调整升压电路110的参考电压对应的对地等效电阻，从而调整反馈比例系数，来控制升压电路110的输出电能稳定。例如，在负载电流增大时，为了避免升压电路110的输出电能发生电压跌落，补偿电路120可以减小升压电路110参考电压的对地等效电阻，增大反馈比例系数，从而增大升压电路110输出的电压，与后续发生的电压跌落抵消，从而维持升压电路110的稳定。又例如，在升压电路110输出的电压变化时，为了保持升压电路110的输出电能稳定，补偿电路120可以根据设定的好的反馈比例系数和参考电压进行对应的调整，从而控制升压电路110输出的电压使其稳定在预设电压范围内。
在一些实施例中，升压电路110的参考端FB输入包括参考电压，参考电压的对地等效电阻与输入电源的电流对应，对地等效电阻还与所述升压电路110的输出电能的电压对应。在一些实施例中，参考电压的对地等效电阻与调整的反馈比例系数对应，调整的反馈比例系数与输入电源的电流对应。
参考电压为根据输出电压进行反馈的电压。在一些实施例中，在升压电路的输出电压稳定的情况下，参考电压也可以处于预设电压范围内。在一些实施例中，对地等效电阻为升压电路110的参考端FB相对于地面的等效电阻，对地等效电阻两端的电压为参考电压。在一些实施例中，可以通过调整对地等效电阻来调整分压效果，从而在参考电压稳定的情况下，调整升压电路的输出电压。反馈比例系数为衡量对地等效电阻分压效果的参数。反馈比例系数与对地等效电阻的大小有关。在一些实施例中，在参考电压稳定的情况下，调整反馈比例系数可以调整分压效果，从而调整升压电路110的输出电压。
在一些实施例中，可以通过调整参考电压的对地等效电阻的大小，调节反馈比例系数来控制升压电路110的输出电能。例如，为了补偿电压跌落，可以降低参考电压的对地等效电阻，增大反馈比例系数，使得升压电路110提高输出电能的电压。
在一些实施例中，对地等效电阻与输入电源的电流对应。需要说明的是，当升压电路110工作在静态工作点时，根据电能转换公式，若输入的电压和输出的电压恒定，输入的电流和输出的电流成正比。也就是说，输入电源的电流与负载电流成正比，对地等效电阻可以根据输入电源的电流的变化而发生变化，从而实现在电压跌落之前进行补偿。例如，在输入电源的电流升高时，可以确定负载电流增大，说明升压电路110的内部损耗变大，会发生电压跌落，所以可以通过控制参考电压的对地等效电阻变小，使得升压电路110增大输出的电压，从而与电压跌落抵消，维持升压电路110的输出电能的稳定。
在一些实施例中，电能转换公式可以参见下述公式(1)：
其中，Vin为输入电源的电压，Iin为输入电源的电流，Vo为升压电路110输出的电压，Io为升压电路110输出的电流，η为常数，与升压电路110的静态工作点有关。在升压电路110工作在静态工作点时，常数η稳定，若输入电源的电压Vin和升压电路110输出的电压Vo恒定，输入电源的电流Iin和升压电路110输出的电流Iin成正比。
在一些实施例中，补偿电路120包括电流采集子电路和补偿电阻，电流采集子电路的输入端至少与升压电路110的输入端连接，电流采集子电路的输出端至少与补偿电阻的一端连接，补偿电阻的另一端至少与升压电路110的参考端连接，补偿电阻根据所述输入电源的电流控制所述对地等效电阻。
电流采集子电路可以为采集电流的电路。在一些实施例中，电流采集子电路可以通过电阻两端的电压获取需要采集的电流。在一些实施例中，如图2所示，电流采集子电路包括运算放大器U2和采集电阻R1，采集电阻R1设置在升压电路110的输入端，运算放大器U2的第一输入端和第二输入端分别连接采集电阻R1的两端，运算放大器U2的输出端至少与补偿电阻连接，运算放大器U2的输出电能的电压受采集电阻R1的电压的控制，采集电阻R1的电压与输入电源的电流对应。
采集电阻R1可以为与需要采集的电流串联的电阻。在一些实施例中，采集电阻R1可以将输入电源的电流转换为该电阻的电压，使得电流采集子电路可以通过采集电阻R1的电压采集输入电源的电流。例如，在输入电源的电流流入采集电阻R1的情况下，由于采集电阻具有阻抗，使得采集电阻R1两端的电势存在差值。运算放大器U2为计算输入信号差值的电路单元，如差分运放。在一些实施例中，运算放大器U2可以根据第一输入端和第二输入端的电势差值，输出采集电阻R1的电流，也即输入电源的电流。
在一些实施例中，采集电阻R1的两端分别设置有储能电容C并接地，储能电容C可以在输入电源的电流较大时为升压电路110提供足够的能量。
在一些实施例中，电流采集子电路还可以包括滤波电阻R9和滤波电容C6，运算放大器U2的输出端通过滤波电阻R9与补偿电阻连接，滤波电容C6与滤波电阻R9和补偿电阻的连接点连接。在一些实施例中，滤波电阻R9和滤波电容C6可以滤除运算放大器U2的输出电能中的高频噪声，提高采集电流的准确性。
在一些实施例中，电流采集子电路还可以包括放大电路U3，运算放大器U2的输出端通过滤波电阻R9和放大电路U3与补偿电阻连接。在一些实施例中，放大电路U3可以用于放大运算放大器U2输出的电压，以便后续进行补偿。
需要说明的是，相较于通过采集升压电路110输出的电流来确定负载电流的方式，利用采集输入电源的电流来确定负载电流的方式，输入电源的共模电压较低，电流采集子电路需求的电路结构简单。
补偿电阻可以是根据输入电能调整电压的电阻。在一些实施例中，补偿电阻可以根据电流采集电路的输出电流，调整升压电路110的参考端FB的对地等效电阻。在一些实施例中，如图2所示，补偿电阻可以包括第一补偿电阻R10和第二补偿电阻R11，第一补偿电阻R10和第二补偿电阻R11可以根据放大电路U3的输出电源，调整控制器U1的参考端FB的对地等效电阻。例如，在输入电源的电流增大时，放大电路U3输出的电流也会随之增大，第一补偿电阻R10和第二补偿电阻R11可以根据增加的电流，调整控制器U1的参考端FB对地等效电阻变小，从而调整升压电路的反馈比例系数，提高升压电路110输出的电压。对地等效电阻的具体调节过程，可以参考下述调节过程的相关描述，此处不再赘还。
在一些实施例中，补偿电路120还可以包括滤波电容C7，滤波电容C7的一端与第一补偿电阻R10和第二补偿电阻R11的连接点连接，滤波电容C7的另一端接地，滤波电容C7可以过滤放大电路U3的输出电能中带有的噪声。
在一些实施例中，参考电压与升压电路110输出的电压对应。在一些实施例中，参考电压可以根据升压电路110输出的电压的变化而发生变化，可以维持升压电路110输出的电能稳定。例如，在升压电路110输出的电压升高的情况下，对应的参考电压变大，使得升压电路110根据变大的参考电压减小输出的电压，从而维持升压电路110输出的电能稳定，使得高压电源的负载可以正常工作。例如，在高压电源的输出电能稳定时，医疗领域的能谱探测器可以利用稳定的高压场强，准确地采集到需要的电子，从而提高成像的质量。
在一些实施例中，补偿电路120包括串联的第一分压电阻R5和第二分压电阻R6。其中，第一分压电阻R5的输入端至少与升压电路110的输出端连接，第一分压电阻R5和第二分压电阻R6的连接点至少与升压电路110的参考端FB连接，所述第一分压电阻R5、所述第二分压电阻R6和所述补偿电阻控制所述参考电压。
分压电阻是与电路串联的电阻，能够在总电压不变的情况下，实现分压的作用。在一些实施例中，第一分压电阻R5和第二分压电阻R6可以将升压电路110输出的电压进行分压，从而将升压电路110输出的电压分为第一分压电阻R5两端的电压以及第二分压电阻R6两端的电压。在一些实施例中，分压效果可以由反馈比例系数确定，反馈比例系数与分压电阻的大小比例相关。在一些实施例中，第一分压电阻R5和第二分压电阻R6以及补偿电阻的阻值可以确定反馈比例系数，确定第一分压电阻R5两端的电压以及第二分压电阻R6两端的电压，从而确定升压电路110的输出电压。例如，当反馈比例系数增大时，第二分压电阻R6两端的电压减小以及补偿电阻的电压减小，从而提升升压电路110输出的电压。
在一些实施例中，第一分压电阻R5和第二分压电阻R6可以根据升压电路110输出的电压，调整控制器U1的参考端FB输入的参考电压。例如，在升压电路110输出的电压增大时，第二分压电阻R6两端的电压也会随之增大，从而控制控制器U1的参考端FB输入的参考电压变大，从而控制器U1可以降低升压电路110输出的电压。
在一些实施例中，在升压电路110工作在静态工作点时，补偿电路120可以通过电流采集子电路获取输入电源的电流，通过补偿电路120微调升压电路110的对地等效电阻，从而调整升压电路110输出的电压。相对应的，根据对地等效电路与第一分压电阻R5的比值可以确定反馈比例系数。由于参考电压基本处于稳定，为了更直观的说明补偿过程，可以假设参考电压不变，仅通过调整升压电路110的对地等效电阻进行补偿。
例如，如图2所示，补偿电路120可以通过运算放大器U2采集采样电阻R1两端的电压，得到输入电源VIN的电流Iin，然后通过滤波电阻R9和滤波电容C6滤除高频噪声，通过放大电路U3、第一补偿电阻R10以及第二补偿电阻R11接入到控制器U1的参考端FB，等效的调整参考端FB的对地等效电阻RFB，从而微调升压电路110输出的电压Vhv。
在一些实施例中，对地等效电阻RFB以及升压电路110输出的电压Vhv的调整可以参见下述公式(2)和(3)：
其中，RFB为控制器U1的对地等效电阻，VFB为参考电压，Iin为输入电源VIN的电流，A1为运算放大器U2的放大倍数，A2为放大电路U3的放大倍数，Vhv为升压电路110输出的电压。当升压电路110的负载电流增大，输入电源VIN的电流Iin增大，由于电路的损耗，升压电路110的输出电压发生跌落，由于补偿电路的存在，对地等效电阻RFB会随之减小，升压电路110输出的电压Vhv也会相应的提高，从而与跌落的电压进行补偿。如此，补偿电路120可以避免升压电路110从空载到满负载时发生的电源跌落，进一步提高了负载200工作的稳定性。
在一些实施例中，升压电路110的工作状态还受到补偿电路120的控制。在一些实施例中，升压电路110的工作状态受第一分压电阻R5和第二分压电阻R6的控制。例如，通过调整第一分压电阻和第二分压电阻的阻值，可以使升压电路110处于静态工作点，从而根据电能转换公式，在输入电源的电压和升压电路110输出的电压均稳定时，输入电源的电流与升压电路110输出的电流对应。输入电源的电流与升压电路110输出的电流的具体对应关系，可以参考上述公式(1)的相关描述，此处不再赘述。
由于升压电路110中开关件Q1的开启和关断，产生了交流分量，使得升压电路110输出中带有的纹波。也就是说，开关件Q1的切换频率也就是主要的纹波频率点。为了去除升压电路110输出中带有的纹波，可以根据升压电路110中的开关件Q1设计滤波电路130。
在一些实施例中，滤波电路130允许预设频率范围内的升压电路110的输出电能通过，预设频率范围与升压电路110的切换频率。
预设频率范围为滤波电路130允许信号通过的范围。在一些实施例中，预设频率范围与升压电路110的切换频率对应。升压电路110的切换频率为需要过滤的频率。在一些实施例中，升压电路110的切换频率可以为开关件Q1的切换频率，也即主要的纹波频率点。在一些实施例中，预设频率范围在升压电路110的切换频率范围之外。例如，(0，20MHz]为纹波的频率范围，对于升压电路110的输出电能来说，纹波频率范围内的信号均为纹波和噪声，需要进行滤除，因此，滤波电路可以滤除升压电路110的输出电能的频率包含切换频率范围及其之外所带有的纹波。
在一些实施例中，滤波电路130可以滤除升压电路110的输出电能中超过预设频率范围的部分。继续以上述例子进行说明，切换频率及其之外的范围20MHz以内的信号可以衰减1000倍以上，也即在切换频率处衰减-60dB，从而滤除纹波。
在一些实施例中，滤波电路130可以包括依次串联的滤波电阻(如图2中的电阻R4)、滤波电感(如图2中的电感L1)和滤波电容(如图2中的电容C5、C6)，滤波电阻的一端至少与升压电路110的输出端连接，预设频率范围受滤波电阻、滤波电感和滤波电容的控制。
在一些实施例中，滤波电阻、滤波电感和滤波电容可以构成的RLC低通滤波器。低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。截止频率可以受到滤波电阻、滤波电感和滤波电容的控制。在一些实施例中，截止频率可以为预设频率范围的上门限频率。如此，通过调整滤波电阻、滤波电感和滤波电容，可以控制滤波电路130的预设频率范围。
在一些实施例中，电感L1的电感值可以在[1uH，10mH]之内。在一些实施例中，电容C4可以为电解电容，电容C4的电容值可以在[100nF，10uF]之内。在一些实施例中，电容C5可以为陶瓷电容，电容C5的电容值可以在在[1nF，100nF]之内。在一些实施例中，电阻R4可以选择[10Ω，1000Ω]。在一些实施例中，电阻R4可以为0R电阻。上述元器件的参数仅仅为一个示例，本说明书实施例不限定上述元器件的参数。
需要说明的是，相较于其他滤波器，RLC低通滤波器进行滤波时，滤波电阻的阻值较小，甚至可以采用0R电阻作为滤波电阻，使得在负载电流增大时元器件的内部损耗较小，从而减小电压跌落。
如此，滤波电路130的输出端可以与负载200连接，为负载200提供稳定且纹波较低的高压电能，使得高压电源的负载可以正常工作。例如，在高压电源的输出电能中带有的纹波较低时，医疗领域的能谱探测器的成像底噪可以降低，从而提高成像的质量。
图3是根据本说明书一些实施例所示的高压电源的结构示意图。在一些实施例中，如图3所示，高压电源还包括异常检测电路140和处理器150。其中，异常检测电路140的电流输入端至少与升压电路110的输入端连接，异常检测电路140的电压输入端至少与滤波电路130的输出端连接。处理器150的输入端分别连接异常检测电路140的电流输出端和异常检测电路140的电压输出端，处理器150的输出端至少与升压电路110的使能端连接，处理器150的输出电能受输入电源的电流和滤波电路130输出的电压的控制。
异常检测电路140为检测高压电源的工作状态的电路。在一些实施例中，异常检测电路140可以检测负载电流和负载电压是否发生异常。在一些实施例中，异常检测电路140通过检测输入电源的电流，得到负载电流，也即滤波电路130输出的电流。需要说明的是，当升压电路110工作在静态工作点时，负载电流与输入电源的电流对应。负载电流与输入电源的对应关系，与升压电路110输出的电流和输入电源的电流的对应关系类似，可以参考上述输入电源的电流的相关描述内容，此处不再赘述。
图4是根据本说明书一些实施例所示的高压电源的电路结构示意图。在一些实施例中，异常检测电路140通过检测输入电源的电流，检测升压电路110输出的电流是否异常。在一些实施例中，异常检测电路140可以包括电流采集子电路，电流采集子电路的输入端与升压电路110的输入端连接，电流采集子电路的电流输出端与处理器150连接。异常检测电路140中的电流采集子电路的电路结构可以与上述补偿电路120的电流采集子电路的电路结构类似，此处不再赘述。
在一些实施例中，异常检测电路140中的电流采集子电路和上述补偿电路120的电流采集子电路可以为同一电路结构，即电流采集子电路的输出端可以在与补偿电阻连接的同时，与处理器150连接。在一些实施例中，如图4所示，异常检测电路140还可以包括串联的放大电路U4、滤波电阻R12和滤波电容C8，电流采集子电路的输出端通过串联的放大电路U4、滤波电阻R12和滤波电容C8与处理器150的输入端连接。放大电路U4、滤波电阻R12和滤波电容C8的具体实现方式，可以参考上述补偿电路120中的电流采集子电路中的相关描述，此处不再赘述。下面以图4为例，详细说明电流采集子电路的电流采集过程。
在一些实施例中，可以根据电流采集子电路的输出电能的电压Vi，利用电流换算公式换算得到负载电流Iload。在一些实施例中，电流换算公式可以为下述公式(4)：
其中，Iload为负载电流，Vi为电流采集子电路的输出电能的电压，A1为运算放大器U2的放大倍数，A3为放大电路U4的放大倍数，Vin为输入电源的电压，η为常数，与升压电路110的静态工作点有关，Vo为滤波电路130输出的电压，Iq为升压电路110处于静态工作点时的电流。常数η和升压电路110处于静态工作点时的电流Iq，可以根据升压电路110处于静态工作点时的效率曲线确定，另外选取的静态工作点也保证了后续输出负载变化时，η基本不变，即可以认为在整个工作过程中数，η为常数。
在一些实施例中，异常检测电路140还可以包括电压采集子电路，所述电压采集子电路的输入端与滤波电路130的输出端连接，所述电压采集子电路的输出端与处理器150连接。在一些实施例中，如图4所示，电压采集子电路可以包括分压电阻R7、分压电阻R8以及反向放大器，分压电阻R7和分压电阻R8串联，分压电阻R7的一端与滤波电路130的输出端连接，分压电阻R7和分压电阻R8的连接点与反向放大器的输入端连接，反向放大器的输出端与处理器150连接。
在一些实施例中，分压电阻R7和分压电阻R8可以将滤波电路130输出的电压进行分压。当反馈比例系数较高时，分压电阻R8两端的电压较小，便于处理器150根据分压电阻R8两端的电压，对滤波电路130输出的电压进行分析处理。分压电阻R7和分压电阻R8的具体实现方式，可以参考上述分压电阻R5和R6的相关描述，此处不再赘述。
反向放大器可以为改变输入方向且放大输入信号的电子设备。在一些实施例中，反向放大器可以放大分压电阻R8两端的电压，并将分压电阻R8两端的负电压变为正电压，便于后续处理器150进行处理。
在一些实施例中，异常检测电路140还可以包括模数转换器ADC，电压采集子电路的输出端和电流采集子电路的输出端可以通过模数转换器ADC与处理器150的输入端连接。模数转换器ADC为将输入的模拟信号转换为数字信号的电子设备。在一些实施例分钟，模数转换器ADC可以将电压采集子电路的输出转换为电压值，将电流采集子电路的输出电能转换为电流值，以便处理器150进行处理。
处理器150可以为具有数据处理的电子设备。在一些实施例中，处理器150可以根据输入电能的参数(如输入电源的电流、滤波电路130输出的电压等)判断负载200是否工作在异常状态。在一些实施例中，处理器150可以根据升压电路110的异常状态(如升压电路110输出的电压过高、升压电路110输出的电流过大等)，判断负载200是否工作在异常状态。例如，若处理器150判定升压电路110发生异常，则处理器150的输出端可以向控制器U1的使能端EN输出高电平，使得控制器U1停止工作，以避免升压电路110的异常工作导致高压电源的负载200损坏。
本说明书实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)通过补偿电路根据升压电路的输入对升压电路进行补偿，避免升压电路发生电源跌落，提高高压电源输出电能的稳定性，使得负载可以正常工作。(2)通过滤波电路滤除升压电路的输出电能中带有的纹波，提高高压电源输出的质量，降低负载的成像底噪，提高负载成像的质量。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。
Claims (10)
1.一种高压电源(100)，其特征在于，包括：升压电路(110)、补偿电路(120)和滤波电路(130)，其中，
所述升压电路(110)的输入端连接输入电源，所述升压电路(110)的输出端连接所述滤波电路(130)；
所述补偿电路(120)的输入端至少与所述升压电路(110)的输入端连接；
所述补偿电路(120)的输出端至少与所述升压电路(110)的参考端连接；
其中，所述补偿电路(120)包括电流采集子电路和补偿电阻，所述电流采集子电路的输入端至少与升压电路(110)的输入端连接，所述电流采集子电路的输出端至少与所述补偿电阻的一端连接，所述补偿电阻的另一端至少与所述升压电路(110)的参考端连接。
2.如权利要求1所述的高压电源(100)，其特征在于，所述升压电路(110)的输出电能受所述升压电路(110)的参考端的输入电能的控制。
3.如权利要求1所述的高压电源(100)，其特征在于，所述升压电路(110)的参考端输入包括参考电压，所述参考电压的对地等效电阻与输入电源的电流对应，所述参考电压与所述升压电路(110)输出的电压对应。
4.如权利要求3所述的高压电源(100)，其特征在于，所述补偿电路(120)包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，其中，
所述第一分压电阻的输入端至少与所述升压电路(110)的输出端连接，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的连接点至少与所述升压电路(110)的参考端连接。
5.如权利要求4所述的高压电源(100)，其特征在于，所述升压电路(110)的工作状态受所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的控制，在所述升压电路(110)处于静态工作点时，所述输入电源的电流与所述升压电路(110)输出的电流对应。
6.如权利要求3所述的高压电源(100)，其特征在于，所述电流采集子电路包括运算放大器和采集电阻，所述采集电阻设置在所述升压电路(110)的输入端，所述运算放大器的第一输入端和第二输入端分别连接所述采集电阻的两端，所述运算放大器的输出端至少与所述补偿电阻连接。
7.如权利要求1所述的高压电源(100)，其特征在于，所述滤波电路(130)允许预设频率范围内的所述升压电路(110)的输出电能通过，所述预设频率范围与所述升压电路(110)的切换频率对应。
8.如权利要求7所述的高压电源(100)，其特征在于，所述滤波电路(130)包括依次串联的滤波电阻、滤波电感和滤波电容，所述滤波电阻的一端至少与所述升压电路(110)的输出端连接。
9.如权利要求7-8任一项所述的高压电源(100)，其特征在于，所述高压电源(100)还包括异常检测电路(140)和处理器(150)，
所述异常检测电路(140)的电流输入端至少与所述升压电路(110)的输入端连接，所述异常检测电路(140)的电压输入端至少与所述滤波电路(130)的输出端连接；
所述处理器(150)的输入端分别连接所述异常检测电路(140)的电流输出端和所述异常检测电路(140)的电压输出端，所述处理器(150)的输出端至少与所述升压电路(110)的使能端连接。
10.一种医疗影像设备，其特征在于，包括：负载(200)和如权利要求1-9中任一项所述的高压电源(100)，所述高压电源(100)与所述负载(200)连接，所述高压电源(100)为所述负载(200)提供电能。
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