CN102974037A - 一种具有自放电复用功能的除颤放电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗设备技术领域，具体为一种具有自放电复用功能的除颤放电电路。该除颤放电电路，包括除颤放电H桥路、继电器和能量泄放部件，除颤放电H桥路通过继电器连接到人体，能量泄放部件横跨H桥放电电路的左支与右支，该电路通过继电器和H桥路的开关闭合组合既可以实现对病人的除颤放电功能，也可以实现储存装置的内部能量泄放即自放电功能。该电路复合利用了除颤放电桥路中的耐高压开关器件，以实现自放电的目的，相对于采用独立开关控制自放电电路的除颤器，大大降低了除颤器自放电电路的成本。
Description
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种具有自放电复用功能的除颤放电电路。
背景技术
心室纤颤是一种严重的心脏病症状，等同于心脏停搏，严重威胁着人类生命，而有效终止心室纤颤的措施就是电击除颤。除颤仪是一种用于治疗心室纤颤的设备，除颤仪包含有至少一个能量储能装置，通常是电容。储能电容上储存的高压能量以单相波或者双相波的形式对患者释放能量，以达到除颤的目的，将能量以一定的波形释放到患者的电路，称为除颤放电电路。另外，释放给患者除颤治疗的能量通常只是储能电容所储存能量的一部分，而另外一部分能量，必须通过其它方式进行内部泄放，对剩余能量泄放的电路称为自放电电路。
现有的一种双相波除颤器的除颤放电电路结构示意如图1所示。其中，C1为系统的储能电容，4个开关SW1、SW2、SW3、SW4以及继电器构成了H桥除颤放电电路；开关SW5、功率电阻R1则单独构成了自放电电路。电路中除颤放电电路和自放电电路相互独立，其中的SW5由于须采用耐高压的固态开关或继电器，器件价格昂贵，从而限制了除颤仪的总体成本的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能够对患者进行除颤放电，又能实现系统自放电的除颤放电电路，以节省昂贵的耐高压器件，降低除颤仪的成本。
本发明提供的除颤放电电路，是对现有双相波除颤器的除颤放电电路结构的改进，在原来的由4个开关SW1、SW2、SW3、SW4以及继电器构成的H桥除颤放电电路中，上肢两点耦合到用于存储能量的储能电容的正极，下肢两点耦合到地，中间两点通过继电器耦合到人体；现将作为能量泄放部件的功率电阻R1连接在H桥除颤放电电路上肢的两个开关SW1、SW2之间；该电路一端耦合到用于储存能量的储能电容的正极，另一端耦合到地；通过控制端设定该电路的不同电流导通路径，可以实现不同的工作模式，执行不同的电路功能：第一对病人患者的除颤，第二对系统内部进行自放电。具体见图2所示。
本发明中，所述的开关器件可以为半导体开关器件。
本发明中，所述的能量泄放部件为电阻器件，并且阻抗值大于等于1K欧姆。
本发明提供的除颤放电电路，可以通过如下的控制方法，执行各种各种工作状态：停止状态、正相除颤放电状态、除颤放电休止状态、反相除颤放电状态、自放电状态。各种状态下的开关配合如下：
停止状态： 将开关SW1、SW2、SW3、SW4、以及继电器均处于断开状态，储能电容的能量停止从放电桥路中释放电能；
正相除颤放电状态：将开关SW1、SW4闭合，继电器闭合，同时将开关SW2、SW3断开；使放电桥路处于正相除颤放电状态；既电流从储能电容C1的高压端流经开关SW1、人体和功率电阻R1、开关SW4回流到地，其中功率电阻R1的阻抗远大于人体阻抗，可以忽略流过它的电流大小。储能电容C1上的能量以电流的形式释放到人体，实现正相除颤放电；
除颤放电休止状态：将继电器闭合，将打开开关SW1、SW2、SW3、SW4，这时放电桥路和人体断开，储能电容C1上的能量不被释放到人体或者内部释放，即处于除颤放电休止状态；
反相除颤放电状态：将开关SW2、SW3闭合，将继电器闭合，同时断开开关SW1、SW4，这时电流从储能电容C1的高压端流经开关SW2、人体和功率电阻R1、开关SW3回流到地，其中功率电阻R1的阻抗远大于人体阻抗，可以忽略流过它的电流大小。储能电容C1上的能量以电流的形式释放到人体，电流的方向与正相放电状态正好相反，进行反相除颤放电；
自放电状态：有两种组合方式：
方式一：断开继电器，断开开关SW1与SW4，同时闭合开关SW2与SW3，这时放电桥路与人体连接完全断开，储能电容C1上能量，通过开关SW2、功率电阻R1、SW3进行泄放；
方式二：断开继电器，闭合开关SW1与SW4，同时断开开关SW2与SW3。这时放电桥路与人体完全断开，储能电容C1上的能量，通过开关SW1、功率电阻R1、开关SW4进行泄放。
实际操作过程中，方式一和方式二可以交替使用，以达到器件均匀损耗。
该电路结构能够实现自放电和除颤放电时对耐高压器件的复合利用，省去了SW5耐高压的固态开关SW5等，可大大降低除颤器器件成本。
附图说明
图1为一种双相波除颤器的除颤放电电路和自放电电路结构示意。
图2为本发明的除颤放电电路示意结构图。
图3 为本发明的除颤放电电路电原理路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图2给出了具有自放电复用功能的除颤放电电路一种实施例的示意框图。C1为用于能量储存的储能电容，开关SW1、SW2、SW3、SW4、电阻R1、以及继电器构成了H桥除颤放电电路，H桥放电电路一端耦合到C1的高压端，另外一端耦合到地。其中：开关SW1、SW2、SW3、SW4、可以是IGBT,晶闸管、晶体管或MOSFET等半导体器件，R1是功率电阻。 该电路可以工作于以下各种状态的任何一种：停止状态、正相除颤放电状态、除颤放电休止状态、反相除颤放电状态、自放电状态。各种状态下的开关配合和工作原理如下：
停止状态：该状态下， SW1、SW2、SW3、SW4、以及继电器均处于断开状态。储能电容的能量不会从放电桥路中有任何的释放。
正相除颤放电状态：该状态下，SW1、SW4闭合、继电器闭合、同时SW2、SW3断开。
电流从储能电容C1的高压端流经SW1、人体和R1、SW4回流到地，其中R1的阻抗远大于人体阻抗、可以忽略流过它的电流大小。储能电容C1上的能量以电流的形式释放到人体，实现正相除颤。
除颤放电休止状态：该状态下，继电器闭合，SW1、SW2、SW3、SW4均处于打开状态。放电电路和人体断开，储能电容C1上的能量不被释放到人体或者内部释放。
反相除颤放电状态：该状态下，SW2、SW3闭合、继电器闭合、同时SW1、SW4断开。电流从储能电容C1的高压端流经SW2、人体和R1、SW3回流到地，其中R1的阻抗远大于人体阻抗、可以忽略流过它的电流大小。储能电容C1上的能量以电流的形式释放到人体，电流的方向与正相放电状态正好相反。
自放电状态：该状态下，至少可以有两种组合方式,方式一：继电器断开，SW1与SW4断开，同时SW2与SW3闭合。放电电路与人体连接完全断开，储能电容C1上能量，通过SW2、R1、SW3进行泄放。方式二：继电器断开，SW1与SW4闭合，同时SW2与SW3断开。放电电路与人体完全断开，储能电容C1上的能量，通过SW1、R1、SW4进行泄放。 实际操作过程中，方式一和方式二可以交替使用，以达到器件均匀损耗。
图3给出了具有自放电复用功能的除颤放电电路一种实施例的电原理图。图中Q1、Q2、Q3、Q4、默认都处于截止状态，分别受S1、S2、S3、S4电平驱动信号控制被打开，继电器默认处于断开状态，受S5电平驱动控制被打开。
当S1、S2、S3、S4、S5都是低电平时，Q1、Q2、Q3、Q4都截止、继电器断开，电路处于停止状态，不进行任何放电。
当S1、S3、S5为高电平，S2、S4为低电平时，Q1、Q3导通，Q2、Q4截止，继电器闭合，人体和放电桥路相互连接，电容C1的能量通过Q1,Q3施加于人体,进行正相除颤。
当S2、S4、S5为高电平，S1、S3为低电平时，Q2、Q4导通，Q1、Q3截止，继电器闭合，人体和放电桥路相互连接，电容C1的能量通过Q2、Q4施加于人体，进行反相除颤。
当S1、S2、S3、S4为低电平，S5为高电平时，Q1、Q2、Q3、Q4都处于截止状态、继电器闭合，人体和放电桥路相互连接，但电容C1的能量不会施加到人体。
当S1、S3、S5为低电平，S2、S4为高电平时，Q2、Q4导通，Q1、Q3截止，继电器断开，人体和放电桥路之间断开，电容C1的能量通过Q2、Q4、R1实现内部泄放。
当S2、S4、S5为低电平，S1、S3为高电平时，Q1、Q3导通，Q2、Q4截止，继电器断开，人体和放电桥路之间断开，电容C1的能量通过Q1、Q3、R1实现内部泄放。
Claims (4)
1. 一种具有自放电复用功能的除颤放电电路，已有的由4个开关SW1、SW2、SW3、SW4以及继电器构成的H桥除颤放电电路中，上肢两点耦合到用于存储能量的储能电容的正极，下肢两点耦合到地，中间两点通过继电器耦合到人体；其特征在于：将作为能量泄放部件的功率电阻R1连接在H桥除颤放电电路上肢的两个开关SW1、SW2之间；该电路一端耦合到用于储存能量的储能电容的正极，另一端耦合到地；通过控制端设定该电路的不同电流导通路径，实现不同的工作模式，执行不同的电路功能。
2. 根据权利要求1所述的除颤放电电路， 其特征在于：所述的开关为半导体开关器件。
3. 根据权利要求1所述的除颤放电电路， 其特征在于：所述的功率电阻R1阻抗值大于等于1K欧姆。
4. 如权利要求1所述的具有自放电复用功能的除颤放电电路的控制方法，其特征在于：
通过如下的开关配合方式，执行各种工作状态：停止状态、正相除颤放电状态、除颤放电休止状态、反相除颤放电状态、自放电状态：
停止状态： 将开关SW1、SW2、SW3、SW4、以及继电器均处于断开状态，储能电容的能量停止从放电桥路中释放电能；
正相除颤放电状态：将开关SW1、SW4闭合，继电器闭合，同时将开关SW2、SW3断开；使放电桥路处于正相除颤放电状态；即电流从储能电容C1的高压端流经开关SW1、人体和功率电阻R1、开关SW4回流到地，储能电容C1上的能量以电流的形式释放到人体，实现正相除颤放电；
除颤放电休止状态：将继电器闭合，将打开开关SW1、SW2、SW3、SW4，这时放电桥路和人体断开，储能电容C1上的能量不被释放到人体或者内部释放，即处于除颤放电休止状态；
反相除颤放电状态：将开关SW2、SW3闭合，将继电器闭合，同时断开开关SW1、SW4，这时电流从储能电容C1的高压端流经开关SW2、人体和功率电阻R1、开关SW3回流到地，储能电容C1上的能量以电流的形式释放到人体，电流的方向与正相放电状态正好相反，进行反相除颤放电；
自放电状态，有两种组合方式：
方式一：断开继电器，断开开关SW1与SW4，同时闭合开关SW2与SW3，这时放电桥路与人体连接完全断开，储能电容C1上能量，通过开关SW2、功率电阻R1、SW3进行泄放；
方式二：断开继电器，闭合开关SW1与SW4，同时断开开关SW2与SW3；这时放电桥路与人体完全断开，储能电容C1上的能量，通过开关SW1、功率电阻R1、开关SW4进行泄放。
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