申请/专利权人：无锡海斯凯尔医学技术有限公司

申请日：2019-05-14

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN110401328B

主分类号：H02M1/00(20070101)

分类号：H02M1/00(20070101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2019.11.26#实质审查的生效;2019.11.01#公开

摘要：本发明实施例提供一种供电电源及系统，其中所述供电电源与超声成像模组连接，用于为所述超声成像模组供电，所述供电电源包括用于提供高电压的第一部分和用于提供低电压的第二部分，所述第一部分和所述第二部分分离且独立设置；其中，所述第一部分包括电源控制器和多个双极性电压输出单元，所述电源控制器用于控制所述多个双极性电压输出单元的全部或者部分向所述超声成像模组供电。本发明实施例实现了供电电源的模块化设计，提高了超声成像系统的可扩展性。

主权项：1.一种供电电源，所述供电电源与超声成像模组连接，用于为所述超声成像模组供电，所述供电电源包括用于提供高电压的第一部分和用于提供低电压的第二部分，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分分离且独立设置；其中，所述第一部分包括电源控制器和多个双极性电压输出单元，所述多个双极性电压输出单元均与所述电源控制器连接，所述电源控制器用于控制所述多个双极性电压输出单元中的全部或者部分向所述超声成像模组供电；所述多个双极性电压输出单元构成多个输出分组；其中，每个输出分组中相邻的两个双极性电压输出单元之间通过开关连接，所述多个输出分组并联。

全文数据：供电电源及系统技术领域本发明实施例涉及超声成像技术领域，尤其涉及一种供电电源及系统。背景技术在现有的超声成像系统中用于为成像模组供电的电源系统通常采用的是一体式设计，即供电系统一经设计完成就再也不能改变，当超声成像系统需要扩展新的成像模组时，需要重新对电源系统进行设计，造成超声成像系统的可扩展性较差。另外，电源系统的一体式设计使得电源系统的体积较大，在布设灵活性上受到限制，甚至当超声成像系统中包括超高速超声成像模组时，超高速超声成像模组产生的信号会受到电源电压信号的干扰，对成像质量造成影响。发明内容本发明实施例提供一种供电电源及系统，用以实现供电电源的模块化设计，提高超声成像系统的可扩展性。本发明实施例的第一方面提供一种供电电源，该供电电源与超声成像模组连接，用于为所述超声成像模组供电，所述供电电源包括用于提供高电压的第一部分和用于提供低电压的第二部分，所述第一部分和所述第二部分分离且独立设置；其中，所述第一部分包括电源控制器和多个双极性电压输出单元，所述多个双极性电压输出单元均与所述电源控制器连接，所述电源控制器用于控制所述多个双极性电压输出单元中的全部或者部分向所述超声成像模组供电。在一种可能的设计中，所述供电电源与N个超声成像模组连接，用于向用户选择的所述N个超声成像模组之一供电；N为正整数。在一种可能的设计中，所述多个双极性电压输出单元构成多个输出分组；其中，每个输出分组中相邻的两个双极性电压输出单元之间通过开关连接，所述多个输出分组并联。在一种可能的设计中，所述电源控制器用于根据所述超声成像模组中不同功能模块的不同用电需求，控制相应的输出分组为相应的功能模块供电。在一种可能的设计中，所述电源控制器用于根据所述超声成像模组的供电需求，从所述多个输出分组中选择相应的输出分组为所述超声成像模组供电。在一种可能的设计中，所述电源控制器通过控制各输出分组中闭合或断开的开关来控制为所述超声成像模组供电的双极性电压输出单元。在一种可能的设计中，所述电源控制器还用于控制各双极性电压输出单元的电压输出幅度。在一种可能的设计中，所述第二部分包括数字电源单元和模拟电源单元，所述数字电源单元用于为所述超声成像模组中的数字器件供电，所述模拟电源单元用于为所述超声成像模组中的模拟器件供电。在一种可能的设计中，所述数字电源单元包括：整流器件、数字滤波器、数字脉宽调制器和开关电源拓扑模块，所述整流器件与数字滤波器连接，所述数字滤波器与所述数字脉宽调制器连接，所述数字脉宽调制器与所述开关电源拓扑模块连接；所述电源控制器通过调整所述数字脉宽调制器的脉冲宽度来调整所述数字电源单元的开关频率。本发明实施例的第二方面是提供一种超声成像系统，包括超声成像模组；以及上述第一方面所述的用于为所述超声成像模组供电的供电电源。本发明实施例，通过将供电电源中用于提供高电压的第一部分和用于提供低电压的第二部分进行分离设计，使得第一部分和第二部分可以分开布设，由于单个部分的体积比较小，因此可以提高供电电源布设的灵活性，并且，也是由于单个部分体积较小的原因，使得可以将第一部分和第二部分布设在距离超声成像模组较远的地方以避免第一部分和第二部分的电压信号对超声成像模组生成的信号造成影响，从而达到提高成像质量的目的。另外，本发明实施例通过在第一部分中设置多个双极性电压输出单元，并通过电源控制器控制多个双极性电压输出单元中的全部或部分为向超声成像模组供电，使得用于供电的双极性电压输出单元的数量可控，这样即使在需要扩展新的超声成像模组的场景下，也无需重新设计供电系统，而是只需要通过电源控制器增加用于供电的双极性电压输出单元的个数即可，提高了超声成像系统的可扩展性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的一种供电场景的结构示意图；图2是本发明实施例提供的一种多个双极性电压输出单元的分组示意图；图3是本发明实施例提供的一种多个双极性电压输出单元的分组示意图；图4是本发明实施例提供的一种多个双极性电压输出单元的分组示意图；图5是本发明实施例提供的一种第一部分11的结构示意图；图6是本发明实施例提供的一种第一部分11的结构示意图；图7是本发明实施例提供的一种数字电源单元的结构示意图；图8是本发明实施例提供的一种供电系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。本发明的说明书和权利要求书的术语“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，包含了一系列步骤的过程或结构的装置不必限于清楚地列出的那些结构或步骤而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程或装置固有的其它步骤或结构。图1是本发明实施例提供的一种供电场景的结构示意图，该供电场景中包括超声成像模组10，以及用于为超声成像模组10供电的供电电源。其中，超声成像模组10可被具体为超高速超声成像模组或其他超声成像模组，本实施例所称的超高速超声成像模组可获取帧频达至数千或数万帧秒的图像信号。具体的，上述供电电源包括用于提供高电压的第一部分11和用于提供低电压的第二部分12，第一部分11和第二部分12分离且独立设置，在布设时第一部分11和第二部分12可以分别设置在超声成像模组10周围的不同区域上，并且由于第一部分11和第二部分12分开设计后各自的体积小于第一部分11和第二部分12一体式设计的情况，因此，使其在布设时可以更加灵活，比如，可以使得第一部分11和第二部分12分别位于距离超声成像模组10较远的位置以减小第一部分11和第二部分12对超声成像模组10产生的信号造成影响。可选的，在本实施例中第一部分11可以包括电源控制器和多个双极性电压输出单元图1中未示出，该多个双极性电压输出单元均与电源控制器连接。电源控制器可以通过预设的总线比如USB总线连接到预设的处理器上，从而基于处理器的控制信号控制上述多个双极性电压输出单元中的全部或者部分向超声成像模组10供电，或者基于处理器的控制信号对各双极性电压输出单元的电压输出幅度进行调整。也就是说，在本实施例中，用于供电的双极性电压输出单元的个数以及电压输出幅度可以根据需要进行调整。可选的，在一种可能的设计中，第一部分11中的多个双极性电压输出单元可以被划分为多个输出分组，在每个分组中相邻的两个双极性电压输出单元之间通过开关连接，且各输出分组之间通过开关并联。在本实施例中，每个输出分组提供电信号的能力可以不同，在为超声成像模组10供电时，可以通过电源控制器根据超声成像模组10的供电需求，从供电电源的多个输出分组中选择相应的输出分组为超声成像模组10供电。或者在其他设计中，还可以通根据超声成像模组10中不同功能模块的不同用电需求，控制相应的输出分组为相应的功能模块供电，以满足不同功能模块对不同工作电压的需求。其中，在每个输出分组中，可通过电源控制器控制分组中闭合或断开的开关的数量来控制分组中用于供电的双极性电压输出单元的数量。当然上述提供的仅是供电电源与一个超声成像模组连接的情形，但是实际上，本实施例所称的供电电源可以与NN为正整数个超声成像模组连接。当供电电源与N个超声成像模组连接时，电源控制器根据用户选择的所述N个超声成像模组之一的供电需求，选择相应的输出分组进行供电。示例的，图2是本发明实施例提供的一种多个双极性电压输出单元的分组示意图。在图2中包括8个双极性电压输出单元，该8个双极性电压输出单元被分为两组，每组中包括4个双极性电压输出单元，各双极性电压输出单元之间通过开关连接。图2中的两个分组可在不同时刻为同一超声成像模组供电比如，在供电电源与多个超声成像模组连接的场景中，可能在一次成像任务中采用输出分组A为超声成像模组B供电，那么在下一次成像任务中输出分组A很可能被超声成像模组C占用，那么此时，就要采用其他输出分组D为超声成像模组B供电，电源控制器通过控制当前供电的输出分组中闭合或断开的开关数量来控制用于供电的双极性电压输出单元的数量，比如在图2中开关k1、k2、k3、k4、k5、k6均为闭合状态，此时各组中的双极性电压输出单元分别被转化为一个双极性可变输出单元，此时为超声成像模组供电的双极性可变输出单元为一个。当k1、k2、k5、k6闭合，k3、k4断开时，被闭合开关连接的两个双极性可变输出单元分别被转化为一个双极性可变输出单元，此时在同一时刻为超声成像模组供电双极性可变输出单元为2个，其结构如图3所示。类似的，当k1、k2、k3、k4、k5、k6均断开时，在同一时刻为超声成像模组供电双极性可变输出单元为4个，其结构如图4所示。当然上述仅为示例说明而不是对本发明的唯一限定。可选的，在一种可能的设计中本实施例所称的第一部分11可以被分成多个高电压单元，每个高电压单元分别与电源控制器进行连接。在一种实施方式中，一个高电压单元包括一个电压产生单元和一个输出分组，其中，电压产生单元用于根据电源控制器的控制信号产生相应幅度的电压信号。相邻高电压单元之间通过开关并行连接,开关的开合通过电源控制器进行控制。示例的，图5是本发明实施例提供的一种第一部分11的结构示意图，在图5中第一部分11包括高电压单元51和高电压单元52，其中，高电压单元51包括电压产生单元511和输出分组512，高电压单元52包括电压产生单元521和输出分组522。其中，高电压单元51和高电压单元52通过开关53连接，电压产生单元511和电压产生单元521分别与电源控制器00连接。当超声成像模组10的能量需求较小时，电源控制器00可控制电压产生单元511和电压产生单元521当中的一个产生电压，另一个不产生电压，开关53在电源控制器00的控制下关闭，此时输出分组512和输出分组522可用于分别为超声成像模组10中的不同功能模块供电。当超声成像模组10的能量需求较大时，电压产生单元511和电压产生单元521在电源控制器00的控制下均产生电压，其中，电压产生单元511和电压产生单元521产生的电压可以不同，此时开关53在电源控制器00的控制下打开，这样输出分组512和输出分组522可用于分别为超声成像模组10中具有不同电压需求的功能模块进行供电。当然上述仅为示例说明而不是唯一限定。在另一种实施方式中，在第一部分11包括的多个高电压单元中，部分包含电压产生单元，部分不包含电压产生单元，相邻高电压单元之间通过开关连接，开关的开合通过电源控制器进行连接。示例的，图6是本发明实施例提供的一种第一部分11的结构示意图，在图6中包括高电压单元61和高电压单元62，其中，高电压单元61包括电压产生单元611和输出分组612，高电压单元62包括输出分组622。其中，高电压单元61和高电压单元62通过开关63连接，电压产生单元611与电源控制器00连接。电源控制器00可控制电压产生单元611产生电压，当开关63在电源控制器00的控制下关闭，此时输出分组612和输出分组622可用于分别为超声成像模组10中的不同功能模块供电。当开关63打开时，输出分组612为超声成像模组10中的模块进行供电。可选的，在本实施例中，第二部分12包括数字电源单元和模拟电源单元。其中，数字电源单元用于为超高速超声成像模组10中的数字器件供电，模拟电源单元用于为超高速超声成像模组10中的模拟器件供电。本实施例中，数字电源单元可以采用数字脉冲宽度调制DPWM模式来实现对数字电源开关频率的调整。其原理如下：VOUT＝VIN*D其中，VOUT为数字电源单元的输出电压，VIN为数字电源单元的输入电压，D为数字电源单元DPWM信号的占空比：D＝PW*FSWPW为DPWM信号的脉冲宽度，FSW为数字电源单元DPWM信号的开关频率，则有：VOUT＝VIN*PW*FSW在VIN和VOUT保持不变时，通过改变PW，就可以改变开关频率FSW。具体的，图7是本发明实施例提供的一种数字电源单元的结构示意图，如图7所示，数字电源单元包括整流器件AFE71、数字滤波器Compensator72、数字脉宽调制器DPWM73和开关电源拓扑模块BUCK74，整流器件71与数字滤波器72连接，数字滤波器72与数字脉宽调制器73连接，数字脉宽调制器73与开关电源拓扑模块74连接。电源控制器通过调整所述数字脉宽调制器的脉冲宽度可以调整数字电源单元的开关频率。其中，整流器件AFE对输出电压VOUT进行采样，通过与参考标准信号VREF比较，获取误差信号en；数字滤波器Compensator对误差信号en进行补偿控制，产生DPWM控制信号dn；DPWM为数字脉宽调制器，负责产生开关控制信号，该开关控制信号具备PW和FSW两个信号特征；BUCK为开关电源拓扑模块，在开关控制信号的作用下，将输入电压VIN转换为VOUT。本实施例，通过将供电电源中用于提供高电压的第一部分和用于提供低电压的第二部分进行分离设计，使得第一部分和第二部分可以分开布设，由于单个部分的体积比较小，因此可以提高供电电源布设的灵活性，并且，也是由于单个部分体积较小的原因，使得可以将第一部分和第二部分布设在距离超声成像模组较远的地方以避免第一部分和第二部分的电压信号对超声成像模组生成的信号造成影响，从而达到提高成像质量的目的。另外，本实施例通过在第一部分中设置多个双极性电压输出单元，并通过电源控制器控制用于供电的双极性电压输出单元的个数，使得用于供电的双极性电压输出单元的数量可控，这样即使在需要扩展新的超声成像模组的场景下，也无需重新设计供电系统，而是只需要通过电源控制器增加用于供电的双极性电压输出单元的个数即可，提高了超声成像系统的可扩展性。图8是本发明实施例提供的一种供电系统的结构示意图，如图8所示，供电系统包括：处理器110、超声成像模组111、超高速超声成像模组112、第一电源113、第二电源114、以及上述实施例提供的供电电源115和上下电控制器116，其中，超高速超声成像模组112用于获取帧频达至数千或数万帧秒的图像信号。在图8中，第一电源113用于为处理器110供电，第二电源114用于为超声成像模组111供电，供电电源115用于为超高速超声成像模组112供电，上下电控制器116用于控制第一电源113、第二电源114、供电电源115的上电或下电顺序，比如，在一个可行的示例中上电顺序依次可以是：供电电源115、第二电源114、第一电源113；下电顺序依次可以是：第一电源113、第二电源114、供电电源115。其中，第二电源114可以包括高压电源的部分和低压电源的部分图8中未示出。具体的，第二电源114的高压电源部分可以包括三组输出，分别为：第一双极电压输出单元，第二双极性电压输出单元和第三双极性电压输出单元，其中，第一双极电压输出单元可通过串口等控制总线与处理器110连接，通过处理器110控制第一双极电压输出单元的电压输出幅度，或者也可以通过处理器110监控第一双极电压输出单元的电压输出幅度。第二双极性电压输出单元与处理器110的连接方式与第一双极电压输出单元类似，其不同在于，第一双极电压输出单元的电压输出幅度的可调范围大于第二双极性电压输出单元。可选的，第三双极性电压输出单元的电压输出幅度可以是固定的，在一种可行的设计中，可以通过处理器110对第三双极性电压输出单元的实际电压输出幅度进行监控，以保证供电的可靠性。第二电源114的低压电源部分可以包括两组输出和预设个数的电源控制器，其中两组输出分别为：低压数字电源和模拟电源。其中所述预设个数的电源控制器用于控制低压数字电源和模拟电源的上、下电顺序。本实施例，通过将供电电源中用于提供高电压的第一部分和用于提供低电压的第二部分进行分离设计，使得第一部分和第二部分可以分开布设，由于单个部分的体积比较小，因此可以提高供电电源布设的灵活性，并且，也是由于单个部分体积较小的原因，使得可以将第一部分和第二部分布设在距离超声成像模组较远的地方以避免第一部分和第二部分的电压信号对超声成像模组生成的信号造成影响，从而达到提高成像质量的目的。另外，本实施例通过在第一部分中设置多个双极性电压输出单元，并通过电源控制器控制用于供电的双极性电压输出单元的个数，使得用于供电的双极性电压输出单元的数量可控，这样即使在需要扩展新的超声成像模组的场景下，也无需重新设计供电系统，而是只需要通过电源控制器增加用于供电的双极性电压输出单元的个数即可，提高了超声成像系统的可扩展性。本发明实施例还提供一种超声成像系统，该系统包括超声成像模组以及图1实施例提供的供电电源。最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或者部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可以为磁盘、光盘、只读存储记忆体ROM或随机存储记忆体RAM等。本发明实施例中的各个功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独的物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

权利要求：1.一种供电电源，所述供电电源与超声成像模组连接，用于为所述超声成像模组供电，所述供电电源包括用于提供高电压的第一部分和用于提供低电压的第二部分，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分分离且独立设置；其中，所述第一部分包括电源控制器和多个双极性电压输出单元，所述多个双极性电压输出单元均与所述电源控制器连接，所述电源控制器用于控制所述多个双极性电压输出单元中的全部或者部分向所述超声成像模组供电。2.根据权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述供电电源与N个超声成像模组连接，用于向用户选择的所述N个超声成像模组之一供电；N为正整数。3.根据权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述多个双极性电压输出单元构成多个输出分组；其中，每个输出分组中相邻的两个双极性电压输出单元之间通过开关连接，所述多个输出分组并联。4.根据权利要求3所述的供电电源，其特征在于，所述电源控制器用于根据所述超声成像模组的供电需求，从所述多个输出分组中选择相应的输出分组为所述超声成像模组供电。5.根据权利要求3所述的供电电源，其特征在于，所述电源控制器用于根据所述超声成像模组中不同功能模块的不同用电需求，控制相应的输出分组为相应的功能模块供电。6.根据权利要求4或5所述的供电电源，其特征在于，所述电源控制器通过控制各输出分组中闭合或断开的开关来控制为所述超声成像模组供电的双极性电压输出单元。7.根据权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述电源控制器还用于控制各双极性电压输出单元的电压输出幅度。8.根据权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述第二部分包括数字电源单元和模拟电源单元，所述数字电源单元用于为所述超声成像模组中的数字器件供电，所述模拟电源单元用于为所述超声成像模组中的模拟器件供电。9.根据权利要求8所述的供电电源，其特征在于，所述数字电源单元包括：整流器件、数字滤波器、数字脉宽调制器和开关电源拓扑模块，所述整流器件与数字滤波器连接，所述数字滤波器与所述数字脉宽调制器连接，所述数字脉宽调制器与所述开关电源拓扑模块连接；所述电源控制器通过调整所述数字脉宽调制器的脉冲宽度来调整所述数字电源单元的开关频率。10.一种超声成像系统，其特征在于，包括超声成像模组，以及如权利要求1-9中任一项所述的用于为所述超声成像模组供电的供电电源。

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