CN102631749B - 一种体外除颤电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种体外除颤电路，包括一个含有微处理器的控制电路、一个由控制电路控制的除颤脉冲输出电路和一个高压发生器，所述高压发生器包括充电脉冲发生器和一个储能磁芯变压器，变压器源边线圈一端接电源另一端连接一个大功率开关管，变压器副边线圈通过一个二极管连接一个高压储能电容，副边线圈向高压储能电容充电是在源边线圈储能结束后发生；本发明有独立的控制电路，通过外界通信接口，可以方便地与不同种类的除颤仪连接，并根据需要对除颤电路的控制电路编程，除颤电路内部不需改动就可以用在不同种类的除颤仪中，从而以很少的成本研制出不同种类的产品；本发明通过数字化控制产生高压，高能充电速度快，时间可以达到2.5秒以下。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，特别涉及一种体外除颤电路，通过微处理器控制一个高压发生电路，该高压发生电路可以在2.5秒内迅速将200焦耳以上的电能充到高压电容上；所述微处理器还具有对外通讯的功能，无需改动内部设计就可用于不同种类的除颤仪。
背景技术
据世界心脏联盟统计，全世界每死亡3人中，就有1人死于心血管病症。在日常生活中，各类心血管疾病如：冠心病、心肌病、急性心肌梗塞、瓣膜病、糖尿病等，或因不当用药、电解质失调、病窦综合症、低温等均可能引发心室颤动，进而导致心律不齐或心跳骤停的情况。如短时间内得不到治疗，将严重危及患者生命。早期电除颤对于心脏骤停者至关重要，患者的生存率与等待除颤的时间成反比，等待时间越短（以秒计算），生存率越高。为保证短时间内能对患者除颤，除颤器必须能及时送到患者身边，同时除颤器能迅速充电到200焦耳以上的能量，充电时间是除颤器的一个重要技术指标；目前除颤器的充电时间较长，不能满足现场抢救的需要，因此需要缩短充电时间，提高除颤器的使用效率。
另外除颤仪种类较多，例如：床边监护除颤仪、便携式监护除颤仪，这些设备都是将除颤电路与常用的病人监护仪功能融合起来，主要用于医院、救护车等，需由专业人员使用；自动体外除颤仪通常是将除颤电路与心电自动检测分析电路融合起来，根据心电自动检测分析的结果来自动决定除颤的输出，可以放在公共场所和家庭，使用者只需简单的培训或无需培训。相对于其他部分的电路，除颤电路设计复杂，具有高电压高能量等特殊性，需要满足高度可靠安全有效的要求；因此市场特别希望能有一种除颤电路，作为一个相对独立的功能，可以方便地融入不同种类的除颤仪,以便以很少的成本研制出不同种类的产品。
发明内容
本发明的目的是为满足上述需要而提出的一种体外除颤电路，通过微处理器控制一个高压发生电路，该高压发生电路可以在2.5秒内迅速将200焦耳以上的电能充到高压电容上；所述微处理器还具有对外通讯的功能，无需改动内部设计就可用于不同种类的除颤仪。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种体外除颤电路，包括一个含有微处理器的控制电路、一个由所述控制电路控制的除颤脉冲输出电路和一个高压发生器，所述高压发生器包括充电脉冲发生器和一个储能磁芯变压器，所述储能磁芯变压器源边线圈一端接电源正极，源边线圈另一端通过一个大功率开关管连接到电源负极，副边线圈通过一个二极管连接一个高压储能电容，副边线圈向高压储能电容充电是在源边线圈储能结束后发生，所述高压储能电容的电压输出连接一个电压反馈电路至控制电路，充电脉冲发生器的输出通过驱动电路连接至大功率开关管的控制端，所述高压储能电容的电压输出还与除颤脉冲输出电路连接。
所述高压发生器还包括有一个电压比较器，所述源边线圈的两端连接到电压比较器的正、负输入，电压比较器的输出与控制电路的一个允许充电信号共同作用形成充电脉冲发生器的一个充电脉冲触发信号。
所述的充电脉冲发生器是一个带有触发和预设功能的数字计数器。
所述的除颤脉冲输出电路包括一个由四个开关组成的H桥开关电路，H桥开关电路串接一个由多个电阻组成的分压器，在每一个电阻上并接一个电阻短路开关，所述的四个开关和电阻短路开关是电子开关，电子开关的控制信号连接至控制电路。
所述储能磁芯变压器的副边线圈与源边线圈的匝数比是35至70。
所述充电脉冲发生器的脉冲宽度是1微秒至255微秒。
所述控制电路设置有对外通信接口。
本发明的有益效果是：本发明有独立的控制电路，通过外界通信接口，可以方便地与不同种类的除颤仪接口并根据需要对除颤电路的控制电路编程, 除颤电路内部不需改动就可以用在不同种类的除颤仪中，从而可以以很少的成本研制出不同种类的产品，本发明通过反馈实现数字化控制产生高压充电脉冲，充电时间可以达到2.5秒以下。
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
附图说明
图1为本发明电路结构示意图；
图2为本发明高压发生电路示意图；
图3为本发明除颤脉冲输出电路示意图。
具体实施方式
一种体外除颤电路，参见图1、图2和图3，所述体外除颤电路包括一个含有微处理器的控制电路1、一个由所述控制电路控制的除颤脉冲输出电路2和一个高压发生器3，所述高压发生器包括充电脉冲发生器3-1和一个储能磁芯变压器3-2，所述储能磁芯变压器源边线圈一端接电源正极，源边线圈另一端通过一个大功率开关管3-3连接到电源负极，副边线圈通过一个二极管3-4连接一个高压储能电容3-5，副边线圈向高压储能电容充电是在源边线圈储能结束后发生（反激式充电方式），所述高压储能电容的电压输出连接一个电压反馈电路3-6至控制电路，所述源边线圈的两端连接到一个电压比较器3-7的正、负输入，电压比较器的输出与控制电路的一个允许充电信号共同作用，即电压比较器的输出与控制电路的一个允许充电信号连接至一个与门3-8，与门的输出形成一个脉冲触发信号，脉冲触发信号连接到充电脉冲发生器，充电脉冲发生器的输出通过驱动电路3-9连接至大功率开关管的控制端，所述高压储能电容的电压输出还与除颤脉冲输出电路连接。
其中，所述的充电脉冲发生器是一个带有触发和预设功能的数字计数器。其脉冲宽度由预设值决定，数字计数器的时钟频率1MHz或以上，以钟频率1MHz为例，数字计数器有最少1us的脉冲宽度分辨率、通过预值设定最宽可至255微秒，触发后开始计数，输出为高，到达预设的值时停止计数，输出变低，实施例中的最佳充电脉冲宽度是在100微秒至150微秒。
实施例中所述的除颤脉冲输出电路包括一个由四个开关a、b、c、d组成的H桥开关电路，H桥开关电路串接一个由多个电阻R组成的分压器在每一个电阻上并接一个电阻短路开关K，所述的四个开关和电阻短路开关是电子开关，电子开关的控制信号连接至控制电路，所述的电子开关可以是大功率开关管，例如IGBT功率开关管等。
所述的由四个开关组成的H桥开关电路是有两组开关相互并联，其中每组开关是由两个开关串联组成，两组串联开关的中点2-1和2-2是除颤脉冲输出电路输出端。
所述的除颤脉冲输出电路对患者5是正向或反向放电，以及放电的幅度都由微处理器通过控制的H桥开关电路的四个开关以及分压电阻的电阻短路开关来决定。
上述电路中，所述的电压反馈电路是一个差分电路，电容输出经大幅度衰减后连接至差分电路的输入，差分电路的输出反映了电容充电电压的实际幅值变化。
上述高压发生器的工作原理是：由脉冲发生器发出一个脉冲宽度是1微秒至255微秒的脉冲信号，在微处理器发出开始充电指令后，微处理器控制允许脉冲发生器输出的控制信号置高电位，此时电压比较器的正输入电位是电源端高于负输入电位，电压比较器输出高电位，脉冲开门信号输出为高电位（允许脉冲输出），一个上升的脉冲信号将大功率开关管驱动为导通，源边线圈储能，电流上升；当第一个脉冲结束时大功率管关断，由于源边线圈（电感）的电流不能突变，因此源边线圈的感应电压正好反向，电压比较器的负输入电位急剧上升，这样电压比较器的输出将为低电位封锁了下一个脉冲的输出，此时副边线圈通过二极管向电容充电，当这一过程结束后电压比较器的输出恢复到了初始状态为高电位，脉冲开门信号为高电位（允许脉冲输出），下一个脉冲信号又将大功率开关管驱动为导通，开始了又一轮的储能充电的过程，直至微处理器从电压反馈电路取得信号告知电容的电压已达到预定值，微处理器发出结束充电指令，微处理器控制允许脉冲发生器输出的控制信号置低电位，封锁了脉冲信号输出。
实施例中，为了实现较佳的能量转换的效果，所述储能磁芯变压器的副边线圈与源边线圈的匝数比通常是35至70，最佳是50。所述脉冲发生器的脉冲宽度是1微秒至255微秒之间进行调整，根据电容目标电压调节。
为了实现体外除颤电路与其他电路的配套连接，所述微处理器控制电路设置有对外通信接口4，所述对外通信接口含有一个串行通信接口；该接口还可包含与外部电路的同步信号、从外部输入的复位信号以及从外部输入的电源开关信号。
实施例中大功率开关管采用功率MOSFET，比较好的选择是常温时可耐电流90A左右，温度100度时可耐电流60A以上，导通电阻小于10毫欧姆因此减少发热和提高工作效率，例如IRFR1010Z。
实施例中的控制电路所用微处理器是常用的单片机，单片机包括有一个A/D转换电路。
Claims (5)
1. 一种体外除颤电路，包括一个含有微处理器的控制电路、一个由所述控制电路控制的除颤脉冲输出电路和一个高压发生器，其特征在于，所述高压发生器包括充电脉冲发生器和一个储能磁芯变压器，所述储能磁芯变压器源边线圈一端接电源正极，源边线圈另一端通过一个大功率开关管连接到电源负极，副边线圈通过一个二极管连接一个高压储能电容，副边线圈向高压储能电容充电是在源边线圈储能结束后发生，所述高压储能电容的电压输出连接一个电压反馈电路至控制电路，充电脉冲发生器的输出通过驱动电路连接至大功率开关管的控制端，所述高压储能电容的电压输出还与除颤脉冲输出电路连接；
所述高压发生器还包括有一个电压比较器，所述源边线圈的两端连接到电压比较器的正、负输入，电压比较器的输出与控制电路的一个允许充电信号共同作用形成充电脉冲发生器的一个充电脉冲触发信号；
所述的除颤脉冲输出电路包括一个由四个开关组成的H桥开关电路，H桥开关电路串接一个由多个电阻组成的分压器，在每一个电阻上并接一个电阻短路开关，所述的四个开关和电阻短路开关是电子开关，电子开关的控制信号连接至控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种体外除颤电路，其特征在于，所述的充电脉冲发生器是一个带有触发和预设功能的数字计数器。
3.根据权利要求1所述的一种体外除颤电路，其特征在于，所述储能磁芯变压器的副边线圈与源边线圈的匝数比是35至70。
4.根据权利要求1所述的一种体外除颤高压发生电路，其特征在于，所述充电脉冲发生器的脉冲宽度是1微秒至255微秒。
5.根据权利要求1所述的一种体外除颤高压发生电路，其特征在于，所述控制电路设置有对外通信接口。
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