CN104734511A - 空芯变压器、隔离式无磁开关电源及磁共振成像*** - Google Patents

空芯变压器、隔离式无磁开关电源及磁共振成像*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及空芯变压器、隔离式无磁开关电源及磁共振成像***。一种隔离式无磁开关电源，其包括第一功率单元及第二功率单元。该第二功率单元通过空芯变压器、压电式变压器及至少两个电容式隔离器中的任意一者与第一功率单元电性耦合。隔离式无磁开关电源设置于磁共振成像***的扫描室中，用于给磁共振成像***包括的射频放大器、梯度放大器及栅极驱动器中的至少一者供电；其中，该隔离式无磁开关电源工作时产生大致为零的电磁干扰。由于上述隔离式无磁开关电源可设置于磁共振成像***的扫描室内，因此节省了现有技术中设备室与扫描室之间的较多的供电电缆，使得磁共振成像***的安装较为简单，同时降低了磁共振成像***的成本。

Description

空芯变压器、隔离式无磁开关电源及磁共振成像***
技术领域
本发明涉及磁共振成像***，特别涉及一种应用于磁共振成像***中并与磁共振成像***兼容的隔离式无磁开关电源，以及隔离式无磁开关电源中使用的空芯变压器。
背景技术
磁共振成像***主要包括主磁体、梯度放大器、梯度线圈组件、射频放大器、射频线圈组件等部件。该主磁体用于产生主磁场，该梯度放大器用于激励梯度线圈组件在选定的轴向上将梯度磁场作用到主磁场上。射频放大器用于激励射频线圈组件向病人或者成像对象发射射频信号。通常，梯度放大器、梯度线圈组件、射频放大器、射频线圈组件设置于磁共振成像***的扫描室（scan room）内，用于给梯度放大器提供交流电能的第一电源单元及用于给射频放大器提供直流电能的第二电源单元设置于磁共振成像***的设备室（equipment room）内。为了实现对梯度放大器及射频放大器的供电，需要使用较多的电缆连接设备室内的第一电源单元与扫描室内的梯度放大器以及连接设备室内的第二电源单元与扫描室内的射频放大器，上述较多的电缆会导致磁共振成像***的安装较为复杂，而且增加了磁共振成像***的成本。
给上述梯度放大器及射频放大器等部件供电的电源单元通常采用电能转换装置来实现电能的转换，然而上述电能转换装置中使用的铁磁体物质不适合在磁共振成像***的强磁场环境中工作，因为在磁共振成像***的强磁场环境中，上述铁磁体物质将会出现磁饱和，进而失去磁性，因此影响了上述电能转换装置的正常工作。
因此，有必要提供一种新的隔离式无磁开关电源，该新的隔离式无磁开关电源与磁共振成像***的强磁场环境兼容。
发明内容
现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。
本发明的一个方面在于提供一种隔离式无磁开关电源，该隔离式无磁开关电源包括：
第一功率单元；
第二功率单元；该第二功率单元通过空芯变压器、压电式变压器及至少两个电容式隔离器中的任意一者与第一功率单元电性耦合；
该隔离式无磁开关电源设置于磁共振成像***的扫描室中，用于给磁共振成像***包括的射频放大器、梯度放大器及栅极驱动器中的至少一者供电；其中，该隔离式无磁开关电源工作时产生大致为零的电磁干扰。
本发明的另一个方面在于提供一种磁共振成像***，该磁共振成像***包括：
主磁体，用于产生主磁场；
梯度线圈组件；
梯度放大器，用于激励梯度线圈组件在选定的梯度轴上产生梯度磁场以将所述梯度磁场作用到主磁场；
射频线圈组件；
射频放大器，用于激励射频线圈组件产生射频信号；以及
隔离式无磁开关电源，设置于磁共振成像***的扫描室内并用于提供电能给梯度放大器及射频放大器中的至少一者；该隔离式无磁开关电源包括：
第一功率单元；
第二功率单元；该第二功率单元通过空芯变压器、压电式变压器及至少两个电容式隔离器中的任意一者与第一功率单元电性耦合；该隔离式无磁开关电源工作时产生大致为零的电磁干扰。
本发明的另一个方面在于提供一种空芯变压器，该空芯变压器包括：
初级绕组；
次级绕组，用于与初级绕组磁性耦合；
第一电容；及
第二电容；
其中，该第一电容与空芯变压器的初级磁漏电感共同以期望的初级串联谐振频率谐振或者以期望的初级并联谐振频率谐振；该第二电容与空芯变压器的次级磁漏电感共同以期望的次级串联谐振频率谐振或者以期望的次级并联谐振频率谐振；
该第一电容及初级绕组均集成于第一柔性电路板或印刷电路板，该第二电容及次级绕组均集成于第二柔性电路板或印刷电路板。
本发明的另一个方面在于提供一种电容式隔离器，该电容式隔离器包括：
电介质层；
谐振电感；
初级金属板，通过该谐振电感与第一功率单元电性耦合；
次级金属板，与第二功率单元电性耦合；
其中，该谐振电感及初级金属板均嵌入第一柔性电路板或印刷电路板；该次级金属板嵌入第二柔性电路板或印刷电路板；该电介质层设置于第一柔性电路板或印刷电路板及第二柔性电路板或印刷电路板之间，该电容式隔离器利用电场将电能从初级金属板传递至次级金属板。
本发明提供的隔离式无磁开关电源、磁共振成像***及空芯变压器，由于上述隔离式无磁开关电源可设置于磁共振成像***的扫描室内，因此节省了现有技术中设备室与扫描室之间的较多的供电电缆，使得磁共振成像***的安装较为简单，同时降低了磁共振成像***的成本。此外，由于上述隔离式无磁开关电源为非磁的开关电源，也即不包括铁磁体物质，因此避免了使用铁磁体物质的电能转换装置因铁磁体物质出现磁饱和而无法工作的问题。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1为一种实施方式的磁共振成像***的模块示意图，该磁共振成像***设置有隔离式无磁开关电源。
图2为一种实施方式的隔离式无磁开关电源给磁共振成像***中的梯度放大器供电的示意图。
图3为一种实施方式的隔离式无磁开关电源给磁共振成像***中的射频放大器供电的示意图。
图4为一种实施方式的隔离式无磁开关电源给磁共振成像***中的栅极驱动器供电的示意图。
图5为一种实施方式的隔离式无磁开关电源的功能模块图。
图6为一种实施方式的隔离式无磁开关电源的电路图，该隔离式无磁开关电源设置有空芯变压器。
图7为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源的电路图，该隔离式无磁开关电源设置有空芯变压器。
图8为图6或图7所示空芯变压器集成于第一印刷电路板及第二印刷电路板的局部截面侧视图。
图9为图6或图7所示空芯变压器集成于第一柔性电路板及第二柔性电路板的局部截面侧视图。
图10为图6或图7所示空芯变压器嵌入多层柔性电路板的局部截面侧视图。
图11为图6或图7所示空芯变压器嵌入多层印刷电路板的局部截面侧视图。
图12为另一种实施方式的空芯变压器的示意图。
图13为一种实施方式的复合线圈的截面视图。
图14为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源的电路图，该隔离式无磁开关电源设置有两个电容式隔离器。
图15为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源的电路图，该隔离式无磁开关电源设置有两个电容式隔离器。
图16为图14或图15所示电容式隔离器集成于第一印刷电路板及第二印刷电路板的局部截面侧视图。
图17为图14或图15所示电容式隔离器集成于第一柔性电路板及第二柔性电路板的局部截面侧视图。
图18为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源的电路图，该隔离式无磁开关电源设置有压电式变压器。
图19为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源的电路图，该隔离式无磁开关电源设置有压电式变压器。
图20为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源的电路图，该隔离式无磁开关电源设置有压电式变压器。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足***相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。
为更好地理解本发明，以下将首先对磁共振成像***的整体结构进行详细介绍。
请参阅图示，图1所示为磁共振（magnetic resonance,MR）***的一种实施方式的模块示意图。磁共振成像***10的操作可以从操作员控制台12进行控制，操作员控制台12包括键盘或其它输入设备13、控制面板14和显示器16。控制台12通过链路18与计算机***20通信，并提供接口供操作员用来规定磁共振扫描，显示所得图像，对图像执行图像处理，以及将数据和图像存档。输入设备13可以包括鼠标、操纵杆、键盘、轨迹球、触摸屏、光棒、语音控制设备或任何类似或等效的输入设备，并且可用于交互式几何规定。
计算机***20包括多个模块，这些模块通过例如通过利用背板20a提供的电和/或数据连接彼此通信。数据连接可以是直接有线链路或者无线通信链路等。计算机***20的模块包括图像处理器模块22、中央处理器模块24和存储器模块26。存储器模块26可以包括用于存储图像数据阵列的帧缓冲器。在替换的实施方式中，图像处理器模块22可以由中央处理器模块24上运行的图像处理功能进行替代。计算机***20可以链接到档案媒体设备、永久或备份存储器存储设备或网络。计算机***20还可通过链路34与独立的***控制计算机32进行通信。
在一种实施方式中，***控制计算机32包括经由电和/或数据连接32a相互通信的一组模块。数据连接32a可以是有线链路或者无线通信链路等。在可替换的实施方式中，计算机***20和***控制计算机32的模块可以在相同的计算机***或多个计算机***上实现。***控制计算机32的模块包括中央处理器模块36和通过通信链路40连接到操作员控制台12的脉冲发生器模块38。
在一种实施方式中，脉冲发生器模块38可以集成到扫描仪设备（如共振组件52）中。***控制计算机32通过链路40接收来自操作员的指示将执行扫描序列的命令。脉冲发生器模块38通过发送描述将产生的射频脉冲和脉冲序列的时序、强度和形状以及数据采集窗的定时和长度的指令、命令和/或请求来操作放出（即，执行）期望的脉冲序列的***部件。脉冲发生器模块38连接到梯度放大器***42，并产生称为梯度波形的数据，这些梯度波形控制将在扫描期间使用的梯度脉冲的时序和形状。
在一种实施方式中，脉冲发生器模块38还可从生理采集控制器44接收患者数据，生理采集控制器44从连接到患者的多个不同传感器接收信号，例如来自附着到患者的电极的心电图信号。脉冲生成器模块38连接到扫描室接口电路46，扫描室接口电路46从各种传感器接收与患者和磁体***的状况相关联的信号。患者定位***48也通过扫描室接口电路46来接收将患者台移到期望的位置进行扫描的命令。
在一种实施方式中，脉冲生成器模块38产生的梯度波形被作用到梯度放大器***42。梯度放大器***42包括X轴梯度放大器、Y轴梯度放大器和Z轴梯度放大器。每个梯度放大器激励梯度线圈组件（一般标50）中对应的物理梯度线圈，并产生磁场梯度脉冲，以用于对所采集的信号进行空间编码。梯度线圈组件50形成共振组件52的一部分，共振组件52包括具有超导主线圈54的极化超导磁体。共振组件52可包括全身射频线圈56、表面或并行成像线圈76、或两者。射频线圈组件的线圈56、76可构造成用于传送和接收、或只传送、或只接收。患者或成像对象70可安置在共振组件52的圆柱形患者成像体积72内。***控制计算机32中的收发器模块58产生脉冲，这些脉冲由射频放大器60放大，并通过发射/接收开关62耦合到射频线圈56、76。由患者中的受激核发出的所得信号可由相同的射频线圈56感测，并通过发射/接收开关62耦合到前置放大器64。或者，由受激核发出的信号可由诸如并行线圈或表面线圈76的独立接收线圈感测。在收发器58的接收器部分中对放大的磁共振信号进行解调、滤波和数字化。发射/接收开关62由来自脉冲生成器模块38的信号进行控制，以便在发射模式期间将射频放大器60电连接到射频线圈56，并在接收模式期间将前置放大器64连接到射频线圈56。发射/接收开关62还可使得能够在发射或接收模式中使用独立射频线圈（例如，并行或表面线圈76）。
由射频线圈56、或并行或表面线圈76感测的磁共振信号由收发器模块58数字化，并传送给***控制计算机32中的存储器模块66。通常，对应于磁共振信号的数据帧临时存储在存储器模块66中，直到随后对它们进行变换以创建图像。阵列处理器68利用已知的变换方法（最常见的有傅里叶变换）来从磁共振信号创建图像。这些图像通过链路34传送给计算机***20，在计算机***20中，其存储在存储器中。响应于从操作员控制台12接收的命令，可将此图像数据存档在长期存储设备中，或者可通过图像处理器22对它做进一步处理、传给操作员控制台12并呈现在显示器16上。
在一种实施方式中，隔离式无磁开关电源90放置于磁共振成像***10的扫描室(scan room)中，以给磁共振成像***10的扫描室中的一个或者多个部件供电。例如，隔离式无磁开关电源90可用于给梯度放大器42及射频放大器60中的任意一者供电。隔离式无磁开关电源90的具体结构将在后续图5-20中描述。在一种实施方式中，隔离式无磁开关电源90工作时产生大致为零的电磁干扰，具体理由将在后续图5-20中阐述。
由于隔离式无磁开关电源90可以部分或者全部地设置于磁共振成像***10的扫描室中，因此磁共振成像***10的安装变得简便。进一步地，相对于现有技术中将隔离式无磁开关电源90设置于磁共振成像***10的设备室（equipment room）中，本发明将隔离式无磁开关电源90设置于磁共振成像***10的扫描室中，可以节省线缆以及滤波器等，使得磁共振成像***10的成本得以降低。
请参阅图2，磁共振成像***10进一步包括配电装置（也可称为配电柜，PDU）40。配电装置40设置于磁共振成像***10的设备室153中，该设备室153位于磁共振成像***10的扫描室151的外部。本实施方式中，隔离式无磁开关电源90、梯度放大器42及梯度线圈组件50均设置于磁共振成像***10的扫描室151中。隔离式无磁开关电源90与配电装置40电性耦合，隔离式无磁开关电源90用于从配电装置40接收输入电能，并提供输出电能给梯度放大器42。响应隔离式无磁开关电源90提供的上述输出电能，梯度放大器42上电工作并激励梯度线圈组件50在选定的梯度轴上产生梯度磁场。例如，梯度线圈组件50可以产生X轴向的梯度磁场、Y轴向的梯度磁场及Z轴向的梯度磁场，上述X轴向的梯度磁场、Y轴向的梯度磁场及Z轴向的梯度磁场被作用到主磁场上，以促成磁共振成像***10的成像。在一种具体的实施方式中，隔离式无磁开关电源90用于接收配电装置40提供的直流电能902，并输出交流电能904至梯度放大器42。
请参阅图3，隔离式无磁开关电源90、射频放大器60及射频线圈组件158均设置于磁共振成像***10的扫描室151中。隔离式无磁开关电源90用于提供电能至射频放大器60，使得射频放大器60上电工作并激励射频线圈组件158产生射频信号。在一种具体的实施方式中，隔离式无磁开关电源90用于接收设备室153提供的交流电能912，并输出直流电能914至射频放大器60。在其他实施方式中，隔离式无磁开关电源90可用于接收设备室153提供的直流电能912，并输出直流电能914至射频放大器60。
请参阅图4，磁共振成像***10进一步包括栅极驱动器35，隔离式无磁开关电源90、栅极驱动器35及开关器件Q1设置于磁共振成像***10的扫描室151中。隔离式无磁开关电源90用于提供电能至栅极驱动器35，使得栅极驱动器35上电工作并产生驱动电压以驱动开关器件Q1导通或者关断。在一种非限定的实施方式中，开关器件Q1可为绝缘栅双极型晶体管（insulatedgate bipolar transistor，IGBT）。在一种具体的实施方式中，隔离式无磁开关电源90用于接收设备室153提供的交流电能922，并输出直流电能924至栅极驱动器35。
图5为一种实施方式的隔离式无磁开关电源90的功能模块图。隔离式无磁开关电源90包括第一功率单元91、隔离变压器98及第二功率单元99，第一功率单元91通过隔离变压器98与第二功率单元99电性耦合。隔离变压器98用于将来自第一功率单元91的初级电能转换成次级电能，该次级电能被提供给第二功率单元99。因此，该第二功率单元99提供直流电能或交流电能给负载900，使得负载900上电工作。在一种实施方式中，隔离变压器98为后续图6-20所示空芯变压器94A/94B、电容式隔离器80及压电式变压器70中的任意一者。
负载900为图2所示梯度放大器42、图3所示射频放大器60及图4所示栅极驱动器35中的至少一者。进一步地，隔离式无磁开关电源90还包括交流/直流变换器92，该交流/直流变换器92用于接收交流电能并输出直流电能至第一功率单元91。
图6为一种实施方式的隔离式无磁开关电源90A的电路图。隔离式无磁开关电源90A包括第一功率单元91、空芯变压器94A及第二功率单元99。第一功率单元91通过空芯变压器94A与第二功率单元99电性耦合。在本实施方式中，第一功率单元91包括半桥逆变器。第二功率单元99包括整流器990及滤波电容Cf，因此隔离式无磁开关电源90A输出直流电能至负载900。在其他的实施方式中，第二功率单元99可以仅包括滤波电容Cf，因此隔离式无磁开关电源90A输出交流电能至负载900。
隔离式无磁开关电源90A进一步包括交流/直流变换器92，交流/直流变换器92设置于磁共振成像***的扫描室内。交流/直流变换器92用于将交流电能925转换成直流电能926，该直流电能926被提供至第一功率单元91。在一种实施方式中，交流电能925可以由外部的交流电源提供。在一种非限定的实施方式中，负载900可以是图2所示梯度放大器42、图3所示射频放大器60及栅极驱动器35中的至少一者。
请再次参阅图6，空芯变压器94A包括初级绕组940、次级绕组950、第一电容Cp、第二电容Cs。次级绕组950与初级绕组940磁性耦合。第一电容Cp与第一功率单元91电性耦合，第二电容Cs与第二功率单元99电性耦合。第一电容Cp与初级绕组940串联连接，第二电容Cs与次级绕组950串联连接。
空芯变压器94A的等效电路模型包括固有的集总电路寄生元件，其中该固有的集总电路寄生元件包括初级磁漏电感942、初级磁化电感944、次级磁漏电感952、次级磁化电感954。为了便于理解，空芯变压器94A的磁芯95用虚线示出，以区别电感942、944、952、954与初级绕组940及次级绕组950之间的磁耦合效应。
在一个描述的实施方式中，隔离式无磁开关电源90A被设置成以零电压开关（ZVS，zero voltage switching）模式工作，因而降低了隔离式无磁开关电源90A工作时产生的电磁干扰。第一电容Cp与初级磁漏电感942共同以期望的初级串联谐振频率谐振；第二电容Cs与次级磁漏电感952共同以期望的次级串联谐振频率谐振，因而进一步地降低了隔离式无磁开关电源90A工作时产生的电磁干扰。
在一种实施方式中，隔离式无磁开关电源90A工作时产生的谐波信号的频率在磁共振成像***的成像带宽的频率范围之外。
图7为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源90B的电路图，该隔离式无磁开关电源90B设置有空芯变压器94B。图7所示隔离式无磁开关电源90B与图6所示隔离式无磁开关电源90A的区别在于：第一电容Cp与初级绕组940并联连接，第二电容Cs与次级绕组950并联连接。
在一种实施方式中，隔离式无磁开关电源90B被设置成以零电压开关（ZVS，Zero Voltage Switching）模式工作，因而降低了隔离式无磁开关电源90B工作时产生的电磁干扰。第一电容Cp与初级磁漏电感942共同以期望的初级并联谐振频率谐振；第二电容Cs与次级磁漏电感952共同以期望的次级并联谐振频率谐振，因而进一步地降低了隔离式无磁开关电源90B工作时产生的电磁干扰。
在一种实施方式中，隔离式无磁开关电源90B工作时产生的谐波信号的频率在磁共振成像***的成像带宽的频率范围之外。
图8为图6所示空芯变压器94A或图7所示空芯变压器94B集成于第一印刷电路板900及第二印刷电路板902的局部截面侧视图。空芯变压器94A、94B的初级绕组940与第一电容Cp均集成于第一印刷电路板900，空芯变压器94A、94B的次级绕组950与第二电容Cs均集成于第二印刷电路板902。在一种具体的实施方式中，第一电容Cp及初级绕组940均嵌入第一印刷电路板900，第二电容Cs及次级绕组950均嵌入第二印刷电路板902。因此，空芯变压器94A、94B的集成度得到了提高。
图9为图6所示空芯变压器94A或图7所示空芯变压器94B集成于第一柔性电路板910及第二柔性电路板912的局部截面侧视图。空芯变压器94A、94B的初级绕组940与第一电容Cp均集成于第一柔性电路板910，空芯变压器94A、94B的次级绕组950与第二电容Cs均集成于第二柔性电路板912。在一种具体的实施方式中，第一电容Cp及初级绕组940均嵌入第一柔性电路板910，第二电容Cs及次级绕组950均嵌入第二柔性电路板912。因此，空芯变压器94A、94B的集成度也得到了提高。
图10为图6所示空芯变压器94A或图7所示空芯变压器94B嵌入多层柔性电路板310的局部截面侧视图。柔性电路板310包括顶层102、第一层108、中间层104、第二层110及底层106。中间层104设置于第一层108与第二层110之间。可以理解的是，多层柔性电路板310的层数可以根据实际需要而调整。空芯变压器94A、94B的初级绕组940与第一电容Cp均嵌入柔性电路板310的第一层108，空芯变压器94A、94B的次级绕组950与第二电容Cs均嵌入柔性电路板310的第二层110；因此，空芯变压器94A、94B的集成度也得到了提高。另外，需要补充说明的是，顶层102及底层106均可为保护层，用于阻止外部信号与空芯变压器94A、94B的初级绕组940及次级绕组950发生交叉耦合效应。
图11为图6所示空芯变压器94A或图7所示空芯变压器94B嵌入多层印刷电路板320的局部截面侧视图。印刷电路板320包括顶层122、第一层128、中间层124、第二层130及底层126。中间层124设置于第一层128与第二层130之间。可以理解的是，印刷柔性电路板320的层数可以根据实际需要而调整。空芯变压器94A、94B的初级绕组940与第一电容Cp均嵌入印刷电路板320的第一层128，空芯变压器94A、94B的次级绕组950与第二电容Cs均嵌入印刷电路板320的第二层130；因此，空芯变压器94A、94B的集成度也得到了提高。另外，需要补充说明的是，顶层122及底层126均可为保护层，用于阻止外部信号与空芯变压器94A、94B的初级绕组940及次级绕组950发生交叉耦合效应。
图12为一种实施方式的空芯变压器200的示意图。空芯变压器200可应用于图6所示的隔离式无磁开关电源90A，也即空芯变压器200可以取代图6所示的空芯变压器94A。可以选择的是，空芯变压器200也可应用于图7所示的隔离式无磁开关电源90B，也即空芯变压器200可以取代图7所示的空芯变压器94B。空芯变压器200包括初级绕组202及次级绕组204，初级绕组202与次级绕组204磁性耦合。在一种具体的实施方式中，初级绕组202与次级绕组204中的至少一者为复合绕组，该复合绕组包括至少一个嵌入电容。
图13为一种实施方式的复合绕组210的截面视图。复合绕组210包括第一导电线圈26、第二导电线圈26及电介质层28，该第一导电线圈26及第二导电线圈26均形成于电介质层28上且该电介质层28位于第一导电线圈26及第二导电线圈26之间，电介质层28包括嵌入电容。在一种实施方式中，该第一导电线圈26及第二导电线圈26利用层压技术形成于电介质层28。
在一种实施方式中，电介质层28由具有高介电常数的介质材料制成，例如铁电陶瓷。第一导电线圈26及第二导电线圈26均可以由具有良好电传导性能的导电物质制成，例如铜。由于初级绕组202与次级绕组204中的至少一者包括嵌入电容，因此初级绕组202与次级绕组204中的至少一者可起到电容的作用。
在一种实施方式中，空芯变压器200的磁漏电感与上述嵌入电容共同以期望的串联谐振频率谐振或者以期望的并联谐振频率谐振。
图14为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源90C的电路图。隔离式无磁开关电源90C包括第一功率单元91、两个电容式隔离器80及第二功率单元99。第一功率单元91通过两个电容式隔离器80与第二功率单元99电性耦合。在其他实施方式中，第一功率单元91还可以通过大于二个的电容式隔离器80与第二功率单元99电性耦合。
每个电容式隔离器80包括电介质层84、初级金属板82及次级金属板85。初级金属板82与第一功率单元91电性耦合，次级金属板85与第二功率单元99电性耦合。初级金属板82及次级金属板85形成于电介质层84上，且电介质层84位于初级金属板82与次级金属板85的中间。电容式隔离器80利用电场将电能从初级金属板82传递至次级金属板85。在本实施方式中，第一功率单元91包括半桥逆变器。第二功率单元99包括整流器990及滤波电容Cf，因此隔离式无磁开关电源90A输出直流电能至负载900。
进一步地，每个电容式隔离器80还包括谐振电感86，初级金属板82通过该谐振电感86与第一功率单元91电性耦合。
在一种实施方式中，隔离式无磁开关电源90C被设置成以零电压开关（ZVS，zero voltage switching）模式工作，因而降低了隔离式无磁开关电源90C工作时产生的电磁干扰。每个电容式隔离器80还包括谐振电容，该谐振电容与谐振电感86串联连接，该谐振电感86与谐振电容共同以期望的串联谐振频率谐振，因而进一步地降低了隔离式无磁开关电源90C工作时产生的电磁干扰。
在一种实施方式中，隔离式无磁开关电源90C工作时产生的谐波信号的频率在磁共振成像***的成像带宽的频率范围之外。
图15为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源90D的电路图。隔离式无磁开关电源90C包括第一功率单元91、两个电容式隔离器80及第二功率单元99、两个谐振电感86。图15所示隔离式无磁开关电源90D与图14所示隔离式无磁开关电源90C的区别在于：图15所示第二功率单元99与图14所示第二功率单元99不同。在本实施方式中，图15所示第二功率单元99仅包括滤波电容Cf，因此隔离式无磁开关电源90D输出交流电能至负载900，满足负载900的不同需求。
图16为图14或图15所示电容式隔离器80集成于第一印刷电路板820及第二印刷电路板850的局部截面侧视图。初级金属板82及谐振电感86均集成于第一印刷电路板820，次级金属板85集成于第二印刷电路板850。电介质层84设置于第一印刷电路板820及第二印刷电路板850之间。在一种具体的实施方式中，初级金属板82及谐振电感86均嵌入第一印刷电路板820，次级金属板85嵌入第二印刷电路板850。在一种实施方式中，电介质层84可以是一种典型的包括电介质材料的印刷电路板，因此，第一印刷电路板820、电介质层84、第二印刷电路板850可以共同构成多层的印刷电路板。
图17为图14或图15所示电容式隔离器80集成于第一柔性电路板822及第二柔性电路板852的局部截面侧视图。初级金属板82及谐振电感86均集成于第一柔性电路板822，次级金属板85集成于第二柔性电路板852。电介质层84设置于第一柔性电路板822及第二柔性电路板852之间。在一种具体的实施方式中，初级金属板82及谐振电感86均嵌入第一柔性电路板822，次级金属板85嵌入第二柔性电路板852。在一种实施方式中，电介质层84可以是一种典型的包括电介质材料的柔性电路板，因此，第一柔性电路板822、电介质层84、第二柔性电路板852可以共同构成多层的柔性电路板。
图18为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源90E的电路图，该隔离式无磁开关电源90E利用压电式变压器70。第一功率单元91通过压电式变压器70与第二功率单元99电性耦合。在一种实施方式中，压电式变压器70包括压电陶瓷材料。压电陶瓷材料将机械能从压电式变压器70的输入端传递至压电式变压器70的输出端，传递至压电式变压器70的输出端的机械能被转换成电能，该电能被提供给第二功率单元99。
在一种实施方式中，第二功率单元99包括整流器990及滤波电容Cf，因此隔离式无磁开关电源90E提供直流电能至负载900。
在一种实施方式中，隔离式无磁开关电源90E被设置成以零电压开关（ZVS，zero voltage switching）模式工作，因而降低了隔离式无磁开关电源90E工作时产生的电磁干扰。隔离式无磁开关电源90E还包括谐振电容Cr及谐振电感Lr，谐振电容Cr与谐振电感Lr电性耦合，谐振电感Lr与第一功率单元91电性耦合，谐振电容Cr与压电式变压器70串联连接；谐振电容Cr与谐振电感Lr共同以期望的串联谐振频率谐振，因而进一步地降低了隔离式无磁开关电源90E工作时产生的电磁干扰。
在一种实施方式中，隔离式无磁开关电源90E工作时产生的谐波信号的频率在磁共振成像***10的成像带宽的频率范围之外。
图19为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源90F的电路图，该隔离式无磁开关电源90F利用压电式变压器70。图19所示隔离式无磁开关电源90F与图18所示隔离式无磁开关电源90E的区别是：谐振电容Cr与压电式变压器70并联连接；谐振电容Cr与谐振电感Lr共同以期望的并联谐振频率谐振，因而进一步地降低了隔离式无磁开关电源90F工作时产生的电磁干扰。
图20为另一种实施方式的隔离式无磁开关电源90G的电路图，该隔离式无磁开关电源90G利用压电式变压器70。图20所示隔离式无磁开关电源90G与图18所示隔离式无磁开关电源90E的区别是：第二功率单元99仅包括滤波电容Cf，因此，隔离式无磁开关电源90G提供交流电能至负载900。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (19)

1.一种隔离式无磁开关电源，其特征在于，该隔离式无磁开关电源包括：
第一功率单元；
第二功率单元；该第二功率单元通过空芯变压器、压电式变压器及至少两个电容式隔离器中的任意一者与第一功率单元电性耦合；
该隔离式无磁开关电源设置于磁共振成像***的扫描室中，用于给磁共振成像***包括的射频放大器、梯度放大器及栅极驱动器中的至少一者供电；其中，该隔离式无磁开关电源工作时产生大致为零的电磁干扰。
2.如权利要求1所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于，所述空芯变压器包括：
初级绕组；
次级绕组，用于与初级绕组磁性耦合；
第一电容；及
第二电容；
其中，该第一电容与空芯变压器的初级磁漏电感共同以期望的初级串联谐振频率谐振或者以期望的初级并联谐振频率谐振；该第二电容与空芯变压器的次级磁漏电感共同以期望的次级串联谐振频率谐振或者以期望的次级并联谐振频率谐振。
3.如权利要求2所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：该第一电容及初级绕组均集成于第一柔性电路板或印刷电路板，该第二电容及次级绕组均集成于第二柔性电路板或印刷电路板。
4.如权利要求3所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：该第一电容及初级绕组均嵌入第一柔性电路板或印刷电路板，该第二电容及次级绕组均嵌入第二柔性电路板或印刷电路板。
5.如权利要求2所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：该第一电容及初级绕组均嵌入柔性电路板或印刷电路板的第一层，该第二电容及次级绕组均嵌入柔性电路板或印刷电路板的第二层。
6.如权利要求1所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于，该空芯变压器包括：
初级绕组；及
次级绕组，用于与初级绕组磁性耦合；
其中，初级绕组及次级绕组中的至少一者包括复合绕组，该复合绕组包括第一导电线圈、第二导电线圈及电介质层，该第一导电线圈及第二导电线圈均形成于电介质层上且该电介质层位于第一导电线圈及第二导电线圈之间，该电介质层包括嵌入电容。
7.如权利要求6所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：所述空芯变压器的磁漏电感与所述嵌入电容共同以期望的串联谐振频率谐振或者以期望的并联谐振频率谐振。
8.如权利要求1所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：每个电容式隔离器包括：
电介质层；
谐振电感；
初级金属板，通过该谐振电感与第一功率单元电性耦合；
次级金属板，与第二功率单元电性耦合；
其中，该谐振电感及初级金属板均集成于第一柔性电路板或印刷电路板；该次级金属板集成于第二柔性电路板或印刷电路板；该电介质层设置于第一柔性电路板或印刷电路板及第二柔性电路板或印刷电路板之间，该电容式隔离器利用电场将电能从初级金属板传递至次级金属板。
9.如权利要求8所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：每个电容式隔离器还包括谐振电容，该谐振电容与该谐振电感串联连接，该谐振电容与该谐振电感共同以期望的串联谐振频率谐振。
10.如权利要求9所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：该谐振电感及初级金属板均嵌入第一柔性电路板或印刷电路板，该次级金属板嵌入第二柔性电路板或印刷电路板。
11.如权利要求1所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：该压电式变压器包括压电陶瓷材料，该压电陶瓷材料将机械能从该压电式变压器的输入端传递至该压电式变压器的输出端，所述传递至压电式变压器的输出端的机械能被转换成电能，该电能被提供给第二功率单元；
该隔离式无磁开关电源还包括与第一功率单元电性耦合的谐振电感及与谐振电感电性耦合的谐振电容，该谐振电容与该压电式变压器串联连接或者并联连接，该谐振电感及谐振电容共同以期望的串联谐振频率谐振或者以期望的并联谐振频率谐振。
12.如权利要求1所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：该隔离式无磁开关电源还包括交流/直流变换器，该交流/直流变换器用于将交流电能转换成直流电能，该直流电能被提供给第一功率单元。
13.如权利要求1所述的隔离式无磁开关电源，其特征在于：该隔离式无磁开关电源工作时产生的谐波信号的频率在磁共振成像***的成像带宽的频率范围之外。
14.一种磁共振成像***，其特征在于，该磁共振成像***包括：
主磁体，用于产生主磁场；
梯度线圈组件；
梯度放大器，用于激励该梯度线圈组件在选定的梯度轴上产生梯度磁场以将该梯度磁场作用到主磁场；
射频线圈组件；
射频放大器，用于激励射频线圈组件产生射频信号；以及
隔离式无磁开关电源，设置于磁共振成像***的扫描室内并用于提供电能给梯度放大器及射频放大器中的至少一者；该隔离式无磁开关电源包括：
第一功率单元；
第二功率单元；该第二功率单元通过空芯变压器、压电式变压器及至少两个电容式隔离器中的任意一者与第一功率单元电性耦合；该隔离式无磁开关电源工作时产生大致为零的电磁干扰。
15.如权利要求14所述的磁共振成像***，其特征在于，所述空芯变压器包括：
初级绕组；
次级绕组，用于与初级绕组磁性耦合；
第一电容；及
第二电容；
其中，该第一电容与空芯变压器的初级磁漏电感共同以期望的初级串联谐振频率谐振或者以期望的初级并联谐振频率谐振；该第二电容与空芯变压器的次级磁漏电感共同以期望的次级串联谐振频率谐振或者以期望的次级并联谐振频率谐振；
该第一电容及初级绕组均集成于第一柔性电路板或印刷电路板，该第二电容及次级绕组均集成于第二柔性电路板或印刷电路板。
16.如权利要求15所述的磁共振成像***，其特征在于：该第一电容及初级绕组均嵌入第一柔性电路板或印刷电路板，该第二电容及次级绕组均嵌入第二柔性电路板或印刷电路板。
17.如权利要求14所述的磁共振成像***，其特征在于，每个电容式隔离器包括：
电介质层；
谐振电感；
初级金属板，通过该谐振电感与第一功率单元电性耦合；
次级金属板，与第二功率单元电性耦合；
其中，该谐振电感及初级金属板均嵌入第一柔性电路板或印刷电路板；该次级金属板嵌入第二柔性电路板或印刷电路板；该电介质层设置于第一柔性电路板或印刷电路板及第二柔性电路板或印刷电路板之间，该电容式隔离器利用电场将电能从初级金属板传递至次级金属板。
18.一种空芯变压器，其特征在于，该空芯变压器包括：
初级绕组；
次级绕组，用于与初级绕组磁性耦合；
第一电容；及
第二电容；
其中，该第一电容与空芯变压器的初级磁漏电感共同以期望的初级串联谐振频率谐振或者以期望的初级并联谐振频率谐振；该第二电容与空芯变压器的次级磁漏电感共同以期望的次级串联谐振频率谐振或者以期望的次级并联谐振频率谐振；
该第一电容及初级绕组均集成于第一柔性电路板或印刷电路板，该第二电容及次级绕组均集成于第二柔性电路板或印刷电路板。
19.如权利要求18所述的空芯变压器，其特征在于：该第一电容及初级绕组均嵌入第一柔性电路板或印刷电路板，该第二电容及次级绕组均嵌入第二柔性电路板或印刷电路板。
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