用在梯度功率放大器中的输出滤波器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用在梯度功率放大器中的输出滤波器，包括：并联的两个共模电感，其中，每个共模电感包括一个磁芯上缠绕导线构成的第一绕组单元和第二绕组单元，其分别包含匝数相同的输入和输出绕组；和并联的两个差模耦合电感。每个差模耦合电感的初级侧绕组与相应的磁芯构成初级侧电感，且每个差模耦合电感的次级侧绕组与相应的磁芯构成次级侧电感。两个差模耦合电感各自的初级侧电感串联到输出负载的两端，而两个共模电感各自的输出端与相应的初级侧电感串连。两个差模耦合电感各自的次级侧电感串连到辅助电容的两端。一个差模耦合电感的次级侧电感经由辅助电感串联到输出负载的一端，而另一个差模耦合电感的次级侧电感直接串联到输出负载的另一端。直接串联到输出负载的另一端。直接串联到输出负载的另一端。

【技术实现步骤摘要】
用在梯度功率放大器中的输出滤波器


[0001]本技术涉及电路
，尤其是一种用在梯度功率放大器中的输出滤波器。

技术介绍

[0002]在医学梯度放大器应用领域，大功率能量通过大电流、大电压的DC
‑
AC开关放大器传递或转换到X/Y/Z线圈(电感阻抗)。梯度线圈上的大电压(dv/dt)变化会产生影响磁共振成像系统其他部件的耦合噪声，这也会降低图像质量。
[0003]为了减小梯度放大器输出电压的纹波电压，梯度功率放大器输出端需要一个输出滤波电路。常规上使用多级滤波器。然而，使用这种多级滤波器存在若干限制：首先，由于通过这些滤波器中电感的电流很大，因此输出滤波电感需要较大的尺寸来保持热稳定性；其次，多级滤波器还会导致滤波器的输入到输出产生很大的相移，系统难以按照所需的带宽稳定输出。第三，阻尼电阻与滤波器电容串联会降低滤波器的衰减特性，导致功率损耗，同时会降低系统的可靠性，增加成本。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本技术提供了一种用在梯度功率放大器中的输出滤波器，克服了现有技术中存在的这些或其他问题。
[0005]本技术的一方面提供了一种用在梯度功率放大器中的输出滤波器，包括：并联的两个共模电感，其中，所述两个共模电感中的每个共模电感包括在一个磁芯上缠绕导线构成的第一绕组单元和第二绕组单元，所述第一绕组单元包含耦合到所述磁芯上的匝数相同的第一输入绕组和第一输出绕组，所述第二绕组单元包含耦合到所述磁芯上的匝数相同的第二输入绕组和第二输出绕组，其中，所述两个共模电感的各自的所述第一输入绕组和所述第二输入绕组在其一侧被构造用于分别连接到输入源的第一输出端，并且所述两个共模电感的各自的所述第一输出绕组和所述第二输出绕组在其一侧被构造用于分别连接到所述输入源的第二输出端；以及并联的两个差模耦合电感，其中，所述两个差模耦合电感中的每个差模耦合电感包括初级侧绕组和次级侧绕组，所述初级侧绕组与相应的磁芯构成初级侧电感，且所述次级侧绕组与相应的磁芯构成次级侧电感，其中，所述两个差模耦合电感的各自的初级侧电感的负载端被构造用于分别连接到输出负载的两端。所述两个共模电感的各自的所述第一输入绕组和所述第二输入绕组在其另一侧串联到所述两个差模耦合电感中的一个差模耦合电感的初级侧绕组，且所述两个共模电感的各自的所述第一输出绕组和所述第二输出绕组在其另一侧串联到所述两个差模耦合电感中的另一个差模耦合电感的初级侧绕组。
[0006]在其他实施例中，本技术也可以采用两个以上的并联的共模电感和并联的差模耦合电感来实现所述输出滤波器。
[0007]在一个实施例中，所述两个差模耦合电感的各自的次级侧电感被构造用于串连到
辅助电容的两端。所述两个差模耦合电感中的一个差模耦合电感的次级侧电感被构造用于经由辅助电感串联到所述输出负载的一端，并且，所述两个差模耦合电感中的另一个差模耦合电感的次级侧电感被构造用于直接串联到所述输出负载的另一端。
[0008]本技术将共模电感与差模耦合电感以组合或集成的方式进行设计，提高了梯度功率放大器系统的空间利用率，与传统的多级滤波器相比，这种带耦合电感的滤波器可以减小输入到输出之间的相移，从而使系统在所需要的带宽情况下更容易获得稳定的输出。
[0009]在一个实施例中，所述辅助电容、所述辅助电感和与其串联的所述次级侧电感共同可以组成第一串联谐振滤波电路，其中，所述第一串联谐振滤波电路并联在所述输出负载的两端。优选地，所述输出滤波器还可包括由附加电感和附加电容串联组成的第二串联谐振滤波电路，其中，所述第二串联谐振滤波电路并联在所述输出负载的两端。在所述输出滤波器中增加第二串联谐振滤波电路，可以提高谐振中心频率的一致性。更优选地，所述第一串联谐振滤波电路的谐振中心频率的数值可以被设计成与所述第二串联谐振滤波电路的谐振中心频率的数值相同。为了减少特定衰减频率的偏移，本技术将两个串联谐振滤波电路的谐振中心频率的数值设计成相同，从而提高了滤波器对特定频率(即，所述谐振中心频率)纹波衰减的有效性。尤其需要指出的是，根据本技术的输出滤波器不需要阻尼电阻，这提高了系统的热可靠性。
[0010]在一个实施例中，所述第一串联谐振滤波电路中的所述辅助电感和所述第二串联谐振滤波电路中的所述附加电感都是可以由两个或更多的电感并联组成。优选地，组成所述辅助电感和所述附加电感的所述两个或更多的电感是用多股细线围绕磁芯绕制而成。
[0011]在一个实施例中，所述输出滤波器还可以包括串联的两个共模电容，所述两个共模电容一起并联在所述输出负载的两端，且所述两个共模电容之间都接地。
[0012]根据本技术，两个串联谐振滤波电路的电感和电容均采用多元件并联设计，这可降低对元件公差的影响，且同时能够降低单个元器件的电气应力。
[0013]在一个实施例中，所述辅助电感的电感量可以比所述次级侧电感的电感量至少大十倍，这可以降低初级侧电感的影响。
[0014]在一个实施例中，所述两个共模电感可以包括第一共模电感和第二共模电感。在该实施例中，所述两个差模耦合电感可以包括第一差模耦合电感和第二差模耦合电感，每个差模耦合电感包括在分离的两个磁芯上都缠绕的初级侧绕组和在所述两个磁芯中的一个磁芯上缠绕的次级侧绕组。优选地，垂直间隔设置的所述第一共模电感、所述第二共模电感可以与垂直间隔设置的所述第一差模耦合电感、所述第二差模耦合电感水平对应排列。在该实施例中，来自所述输入源的第一导线可以在所述输入源的所述第一输出端处分别连接到所述第一和第二共模电感的各自的所述第一输入绕组和所述第二输入绕组的一端，且所述第一和第二共模电感的各自的所述第一输入绕组和所述第二输入绕组的另一端可与所述第一差模耦合电感的所述初级侧绕组串联。类似地，来自所述输入源的第二导线可以在所述输入源的所述第二输出端处分别连接到所述第一和第二共模电感的各自的所述第一输出绕组和所述第二输出绕组的一端，且所述第一和第二共模电感的各自的所述第一输出绕组和所述第二输出绕组的另一端可与所述第二差模耦合电感的所述初级侧绕组串联。
[0015]本技术提供了共模电感和差模耦合电感的集成设计架构。这样的集成设计架
构可以提高系统利用率，尤其是，共模电感和差模耦合电感都是由两个相同功率的电感并联而成。该结构提高了功率电感器在大功率能量传输下的热稳定性，并简化了制作工艺。
[0016]在一个实施例中，所述初级侧绕组可以包括两组或更多的绕组，并且所述次级侧绕组可为一匝且只与所述初级侧绕组中的一组绕组进行耦合。这样，差模耦合电感的初级侧电感和次级侧电感之间的互感因子以及次级侧电感的值都可以非常小。在替代实施例中，可以选择增加所述初级侧绕组匝数或者减少所述次级侧绕组的匝数，以获得期望的互感因子和(次级侧)电感值。
[0017]在一个实施例中，所述第一和第二差模耦合电感的各自的所述初级侧电感的负载端被构造用于串联到所述输出负载的两端。在一个示例中，所述第一和第二差模耦合电感的各自的所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用在梯度功率放大器中的输出滤波器，其特征在于，所述输出滤波器包括：并联的两个共模电感(Lc1、Lc2)，其中，所述两个共模电感中的每个共模电感包括在一个磁芯上缠绕导线构成的第一绕组单元和第二绕组单元，所述第一绕组单元包含耦合到所述磁芯上的匝数相同的第一输入绕组(Lc1‑1‑
1、Lc2‑1‑
1)和第一输出绕组(Lc1‑1‑
2、Lc2‑1‑
2)，所述第二绕组单元包含耦合到所述磁芯上的匝数相同的第二输入绕组(Lc1‑2‑
1、Lc2‑2‑
1)和第二输出绕组(Lc1‑2‑
2、Lc2‑2‑
2)，其中，所述两个共模电感的各自的所述第一输入绕组(Lc1‑1‑
1、Lc2‑1‑
1)和所述第二输入绕组(Lc1‑2‑
1、Lc2‑2‑
1)在其一侧被构造用于分别连接到输入源(Vin)的第一输出端(A)，并且所述两个共模电感的各自的所述第一输出绕组(Lc1‑1‑
2、Lc2‑1‑
2)和所述第二输出绕组(Lc1‑2‑
2、Lc2‑2‑
2)在其一侧被构造用于分别连接到所述输入源(Vin)的第二输出端(B)；以及并联的两个差模耦合电感，其中，所述两个差模耦合电感中的每个差模耦合电感包括初级侧绕组和次级侧绕组，所述初级侧绕组与相应的磁芯构成初级侧电感(Lp1、Lp2)，且所述次级侧绕组与相应的磁芯构成次级侧电感(Ls1、Ls2)，其中，所述两个差模耦合电感的各自的初级侧电感(Lp1、Lp2)的负载端(C、D)被构造用于分别连接到输出负载(Lo，Ro)的两端；其中，所述两个共模电感的各自的所述第一输入绕组(Lc1‑1‑
1、Lc2‑1‑
1)和所述第二输入绕组(Lc1‑2‑
1、Lc2‑2‑
1)在其另一侧串联到所述两个差模耦合电感中的一个差模耦合电感的初级侧绕组(Lp1‑1‑
1、Lp1‑1‑
2；Lp1‑2‑
1、Lp1‑2‑
2)，并且所述两个共模电感的各自的所述第一输出绕组(Lc1‑1‑
2、Lc2‑1‑
2)和所述第二输出绕组(Lc1‑2‑
2、Lc2‑2‑
2)在其另一侧串联到所述两个差模耦合电感中的另一个差模耦合电感的初级侧绕组(Lp2‑1‑
1、Lp2‑1‑
2；Lp2‑2‑
1、Lp2‑2‑
2)。2.如权利要求1所述的输出滤波器，其特征在于，所述两个差模耦合电感的各自的次级侧电感(Ls1、Ls2)被构造用于串连到辅助电容(Ca)的两端；并且其中，所述两个差模耦合电感中的一个差模耦合电感的次级侧电感(Ls1)被构造用于经由辅助电感(La)串联到所述输出负载(Lo，Ro)的一端，并且，所述两个差模耦合电感中的另一个差模耦合电感的次级侧电感(Ls2)被构造用于直接串联到所述输出负载(Lo，Ro)的另一端。3.如权利要求2所述的输出滤波器，其特征在于，所述辅助电容(Ca)、所述辅助电感(La)和与其串联的所述次级侧电感(Ls1、Ls2)共同组成第一串联谐振滤波电路，其中，所述第一串联谐振滤波电路并联在所述输出负载(Lo，Ro)的两端，并且其中，所述输出滤波器还包括由附加电感(Ln)和附加电容(Cn)串联组成的第二串联谐振滤波电路，其中，所述第二串联谐振滤波电路并联在所述输出负载(Lo，Ro)的两端。4.如权利要求3所述的输出滤波器，其特征在于，所述第一串联谐振滤波电路的谐振中心频率的数值被设计成与所述第二串联谐振滤波电路的谐振中心频率的数值相同。5.如权利要求3所述的输出滤波器，其特征在于，所述第一串联谐振滤波电路中的所述辅助电感(La)和所述第二串联谐振滤波电路中的所述附加电感(Ln)都是由两个或更多的电感并联组成。6.如权利要求5所述的输出滤波器，其特征在于，组成所述辅助电感(La)和所述附加电感(Ln)的所述两个或更多的电感是用多股细线围绕磁芯绕制而成。7.如权利要求1
‑
3中的任一项所述的输出滤波器，其特征在于，所述输出滤波器还包括
串联的两个共模电容(Cm1，Cm2)，所述两个共模电容一起并联在所述输出负载(Lo，Ro)的两端，且所述两个共模电容之间都接地。8.如权利要求2或3所述的输出滤波器，其特征在于，所述辅助电感(La)的电感量比所述次级侧电感(Ls1、Ls2)的电感量至少大十倍。9.如权利要求2或3所述的输出滤波器，其特征在于，所述两个共模电感包括第一共模电感(Lc1)和第二共模电感(Lc2)；所述两个差模耦合电感包括第一差模耦合电感和第二差模耦合电感，每个差模耦合电感包括在分离的两个磁芯上都缠绕的初级侧绕组和在所述两个磁芯中的一个磁芯上缠绕的次级侧绕组；垂直间隔设置的所述第一共模电感(Lc1)、所述第二共模电感(Lc2)与垂直间隔设置的所述第一差模耦合电感、所述第二差模耦合电感水平对...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈良刚，曾克秋，赵燕，余辉，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：新型
国别省市：