CN104601012A - 具有改进型市电模块的手术装置 - Google Patents

Abstract

手术装置(10)包括供电部(18)。手术装置(10)包括升压转换器(19)和供电单元(21)。升压转换器(19)，或者供电单元(21)，影响电绝缘。在升压转换器(19)和供电单元(21)之间设置有DC中间电路(20)。升压转换器(19)由专用PFC控制电路(29)驱动。供电单元(21)由控制手术装置(10)的常规操作的操作控制电路(30)驱动。设置数字通讯接口(31)以便操作控制电路(30)可从升压转换器(19)接收附加数据或者将数据传到升压转换器。这样，如果市电电源发生故障，则可非常快速并安全地做出响应。此外，预计到即将发生的负载变化，升压转换器可进行操作。

Description

具有改进型市电模块的手术装置

发明领域

本发明涉及一种手术装置，具体涉及一种用于供应手术器械的RF手术装置。

发明背景

电手术装置通常包括从公共供电系统向装置供应电力的供电单元。

对此，DE 11 2009 001250T5公报公开了一种包括供电单元的装置，该供电单元包括用于使RF发生器通电的可调节转换器。设置RF发生器是为了实现不同RF输出电压波形的同时输出。作为替代方案，设置RF发生器是为了实现切断或凝固。该装置由具有用户界面的中心部件控制，其中，该中心部件控制供电单元和RF发生器。这样，供电单元可借由在RF电路中发生的事件进行控制，由此增加或降低电路的电压。为此，中心控制部件向供电单元发送相应的直流请求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有改进型系统架构的电手术装置的概念。

利用根据权利要求1的电手术装置和根据权利要求15的控制方法，来实现该目的。

根据本发明的电手术装置借由升压转换器和下游供电单元提供了与用于负载(诸如，例如RF发生器)的市电电源电绝缘的操作电压。控制布置以控制的方式作用在升压转换器和供电单元上。升压转换器影响功率因素校正。设置升压转换器是为了从供电网络获取尽可能最接近的正弦电流并由该正弦电流(中间电路电压)生成直流电压。中间电路电压转换为用于供应负载(即，例如RF发生器)的电压。升压转换器由PFC控制电路控制。供电单元由操作控制电路控制。PFC控制电路和操作控制电路经由数字通讯接口彼此连接。PFC控制电路、供电单元和数字通讯接口一起形成控制布置。

操作控制电路主要的和首先的任务是对负载(即，例如RF发生器及其相关联的供电单元)进行控制。相反，PFC控制电路主要的和首先的任务是对升压转换器进行控制。优选地，PFC控制电流还可控制连接至中间电路电压的低电压供应单元(如，供电单元)。设置低电压供电单元是为了生成与电压供应网络电绝缘的低电压，例如，12V。

在PFC控制电路和操作控制电路之间的数字通讯接口允许在这两者之间进行数据交换，在这种情况下，PFC控制电路和操作控制电路自主操作。PFC控制电路包括：例如，优选地配置为可编程的微控制器或另一控制布置。这可包括可编程调节性能。这可包括可编程瞬态响应、可调节功率极限、以及部件的欠压检测和开关。根据输入电压可开关的部件具体为升压转换器的电感存储元件。欠压检测、过压检测、过流检测等可用于生成信号。

数字通讯接口使PFC控制电路通过信号(事件信号)的传输向操作控制电路报告这类事件(欠压、过压、过流等)。如此，可以例如在中间电路电压明显下降之前通知操作控制电路市电电源发生故障。作为响应，例如，可切断所有较大的耗电器(负载、显示器、风扇等)，使用剩余电能将数据保存在例如中间电路的缓冲电容器上，并且将主动控制器转换为定义的非操作模式。

PFC控制电路和操作控制电路优选地设计为空间隔开。这样，它们可安装在板上或者还可设置在不同的部件中。PC控制电路与操作控制电路的空间性和功能性分离实现了PFC控制电路的简单电隔离并且使PFC控制电路尤其改变对增压转换器以及潜在地对低电压供电单元的控制任务，而操作控制电路可鉴于负载和供电单元的控制进行优化。因此，可将PFC控制电路和操作控制电路提供为例如用于各种应用和电源类的模块，并且可通过数字通讯接口单独连接。这利用标准化模块为用于各种任务的各种供电单元的组装创造了简单改变和设计选项。

负载可为可以不同功耗在不同操作模式下操作的RF发生器。例如，用于切断操作的负载的功耗和由所述负载生成的RF电压通常大于用于凝固操作的负载的功耗和由所述负载生成的RF电压。操作控制电路可控制负载(即，RF发生器)以触发不同的操作模式。同时，操作控制电路能使供电单元变为不同的操作模式，在该模式下，例如，供电单元调节为不同的所需电压(例如，5V……250V，取决于是执行凝固操作还是切断操作)。同时(或预先)，控制电路可向PFC控制电路输出信号以将所述电路变为不同的瓦数。这样，避免或者明显缩短了为了将中间电路电压维持在恒定电平而发生负载激增的情况下会发生的调节过程。这样，PFC控制电路可以预期的方式得到控制。尤其，如果操作控制电路配置为在切换操作模式之前经由数字通讯接口向PFC控制电路输出信号以便将所述控制电路调节至负载的即将变动功耗，那么这是很有利的。这样，可确保实际上提供了启动切断操作所需的电能并使其在中间电路中可用。

如前面所提到的，PFC控制电路可另外控制电位分离DC-DC转换器。优选地，该转换器可配置为阻流转换器。此外，优选地，该阻流转换器包括同步整流器。PFC控制电路可控制阻流转换器的初级侧电子开关以及同步整流器。通过在PFC控制电路中沉积适当的特性和定时图，可使阻流转换器和连接的同步整流器在宽负载范围内操作，提高了效果，另外，可实现在零电流交叉的事件下安全切换电子初级侧开关。这对同步整流器的电子开关同样适用。

在本文的方法中，操作控制电路可在负载变化之前经由通讯接口向PFC控制电路发送信号以将升压转换器的操作改为负载的即将功率变动要求。这改善了供电单元和RF发生器或任何其它连接至供电单元的负载的操作行为。同样，例如，在不产生测得数据、设置和参数的任何损失的情况下，可向操作控制电路报告在升压转换器中得到的数据，以影响手术装置的有序掉电。

在静止操作模式下，可经由低电压供电单元向PFC控制电路28供应操作电压。然而，后一个供电单元自身由PFC控制电路控制，从而，为了加速上电或实现上电，可提供启动电路。优选地，所述启动电路包括至少一个电子开关，该电子开关清理从DC中间电路到PFC控制电路的操作电压输入的阻性电流通路，直到低电压供应单元可靠地供应操作电压。一旦发生这种情况，启动电路变为无效。因此，最大程度地减少了在其通往临时电源的电流通路上的欧姆损失。

附图简介

有益实施例的其它细节为本说明书或从属权利要求和附图的主题，在图中：

图1是用于使手术器械通电的综合图示示意图；

图2是图1所示手术装置的电路块图；

图3至图6是图1和图2所示手术装置的部件的电路示意图。

具体实施方式

图1示出了用于使手术器械11通电的手术装置10。器械11可为用于开腹手术的器械，或者可为用于腹腔镜检查的器械。如图所示，该器械可为单极的，在这种情况下，必须将中性电极12附着至患者或治疗对象。器械11还可是双极的。在这种情况下，不需要中性电极12，并且器械11经由双线线路供电。器械11和中性电极12经由线路13、14连接至手术装置10以便获得电流供电和可选的其它介质(诸如，例如冲洗流体)。

为了使器械11通电，手术装置10包括：例如，在图2的电路块图中可见的RF发生器15。结合位于电路中的患者的连接器械11，所述发生器形成电力负载16。操作该负载16所需的电力来自供电网络17，手术装置10经由电力电缆17a连接至该供电网络17。在负载16(或发生器15)和经由电力电缆17a连接的供电网络17之间，插入有为负载16提供必要的操作电压和必要的操作电流的供电部18。另外，供电部18实现了负载16和供电网络17之间的电隔离。

图2示出了手术装置10的主要组件。供电部18包括用于功率因素校正的升压转换器19。升压转换器19经由电力电缆17a从供电网络17获取电流并且向DC中间电路20通入所需强度的直流电压，该直流电压优选地大于所供市电电压的峰值(例如，400V)。连接至DC中间电路20的是供电单元21，该供电单元21设置用于向负载16供应适当的电压，所述电压优选地可在例如5至250伏特的宽调节范围内调节。

图5示意性地示出了供电单元21。供电单元21包括变压器22，该变压器22设置为进行电隔离并因此将供电部18分配给承载市电电压的第一市电侧区域23以及与市电电压分开的患者侧第二区域24。区域23和区域24包括供电部18和控制布置25。

供电部18至少可选地包括：例如低电压供电单元26，该低电压供电单元26连接至在输入侧的DC中间电路20并且使其输出27处具有适当的低电压12V。图4单独示出了低电压供电单元26。低电压供电单元26还包括用于电隔离的变压器，从而使低电压供应单元26的一部分和供电单元21的一部分属于市电侧区域23，并且使其余部分属于患者侧区域24。

上述情况也适用于控制布置25。控制布置25包括位于市电侧区域23中的PFC控制电路29。此外，控制布置25包括位于患者侧区域24中的操作控制电路30。PFC控制电路29和操作控制电路30经由(优选地，双向电绝缘)数字通讯接口31互相连接。

PFC控制电路29还对升压转换器19(若有的话)的操作进行控制，并且还对低电压供电单元26的操作进行控制。这些因果关系由图2中的箭头32、33表示。此外，如箭头34所表示的，供电部18的市电侧区域23，例如升压转换器19，可向PFC控制电路29输出信息。

如箭头35所象征性表示的，操作控制电路30至少控制供电单元。此外，如箭头36所表示的，操作控制电路30可设置为能够控制负载16并且从负载16接收信息。对于针对负载16的控制，操作控制电路30，例如，可预先指定操作模式(诸如，例如切断或凝固)。例如，操作控制电路30可经由在发生器15的输入侧或输出侧的电压和/或电流接收信息。

图3对升压转换器的一个实施例进行了描述，该说明仅限于其基本部件。电力整流器37设置在输入侧。电力整流器37的下游为由电子开关38和电感部件39组成的串联电路。如箭头32所表示的，例如，电子开关38的控制电极(所述电极例如配置为MOSFET)经由PFC控制电路29的线路接收控制脉冲。在输出侧，升压转换器包括整流二极管40和缓冲电容器41。在适当的点处，可分接市电电压信号并将其传递至PFC控制电路29。此外，可在适当位置处设置分流器42，也将所述分流器的电压降传递至PFC控制电路29(图3中的箭头或分接头34)。在其输出处，升压转换器19使DC中间电路20通电。

如图5所示的供电单元以及可选地如图4所示的低电压供电单元26，连接至DC中间电路20。

供电单元21包括转换器43，该转换器43优选地配置为全桥转换器。转换器43包括四个可电子控制的开关，这些开关由操作控制电路30经由可操作连接35控制。连接至转换器43的是变压器22的初级线圈44。变压器22的次级线圈45连接至整流器块46，整流器块46的输出47向负载16供应例如5至250V的直流电压。如图所示，像同步整流器那样，整流器块46可由二极管电桥电路或异质控制开关组成。直流电压的大小可优选地由操作控制电路30通过转换器块43的适当控制来控制。

旨在用于低功率电平的低电压供电单元26优选地为反激转换器电路。变压器28的初级线圈48串联连接至电子开关49。电子开关49的控制电极经由适当的脉冲传输装置连接至PFC控制电路29。变压器28的次级线圈50经由电子开关51连接至一个或多个缓冲电容器52，屏幕电阻器53或适当阻气门可借此插入所述缓冲电容器之间。电子电路51的控制电极由PFC控制电路29经由事件33所表示的操作连接控制。

PFC控制电路29可为微控制器，该微控制器以将开关51配置为同步整流器的方式改变电子电路49的接通操作和断开操作的定时。

图6示出了启动电路57，该启动电路57设置为在启动之后向PFC控制电路29供应操作电压直到低电压供电单元26以稳定的方式工作为止。这样，启动电路57连接至DC中间电路20。至少一个欧姆电阻器(优选地，电阻排58)从DC中间电路20延伸至电子开关59。由电阻排58和电子开关59组成的串联电路限定出了从DC中间电路20到传导低电压的线路60的电流路径，所述线路连接至PFC控制电路29的操作电压输入V0。通过电容器61，线路60缓冲至接地。为了进行电压限制，电容器61由齐纳二极管62进行桥接。

传导低电压的线路60经由供电电流路径连接至低电压供应单元26的输出27。在当前示例性实施例中，供电电流路径由基极发射极二极管或一个或多个并联的晶体管(优选地，npn晶体管63)组成。供电路径形成电子开关59的控制输入。一旦有充足的电流在供电路径中流动，电子开关59便进入其断开位置。在示例性实施例中，电子开关59为场效应晶体管，该场效应晶体管的栅极64经由上拉电阻65连接至晶体管63的集电极并连接至电阻排58。此外，场效应晶体管的栅极可经由限压齐纳二极管连接至其源极连接。如果场效应晶体管的栅极64相对于其源极连接足够正，则场效应晶体管可导电。如果栅极64处于源极电位或接近源极电位，则栅极64受阻。

到目前为止鉴于其结构和基本架构所描述的手术装置10的电路的其它性能源自下文的功能性说明。

手术装置的部件和块以提供或可提供下文所描述的功能的方式进行配置。

首先，假设已经开始了手术装置10的操作。

起初，由于没有来自PFC控制电路29和控制操作电路30的控制脉冲，所以两个升压转换器、供电单元21和低电压供应单元26均不可操作。缓冲电容器41经由二极管40接收整流的市电半波并由此充入最初低于所需中间电路电压的电压。现在，启动电路57激活，使正电压经由电阻排58和上拉电阻65到达栅极64。因此，开关59变为导电(接通)，由于开关59变为导电，所以由电阻排58限制的充电电流流向电容器61，对所述电容器充电。建压由齐纳二极管62限制。因此，使PFC控制电路29的最初操作成为可能。PFC控制电路29现在可向升压转换器19发送控制脉冲，由此，PFC控制电路29开始操作并且在电容器41上建立所需的中间电路电压。同时，在PFC控制电路29的控制下，低电压供电单元26可开始操作并且使在其输出27处具有所需和所要求的电压。电源电流流经晶体管63的基极发射极二极管，流向线路60，由此，晶体管63的基极发射极二极管变为导电。由此将场效应晶体管的栅极64拉至源极电位。无论再哪种事件中，栅极-源极电压均降为低于场效应晶体管的阈值电压，因此所述晶体管阻塞(断开)。结果，电阻排58无电力输出和功率损失。这样，实现了PFC控制电路29的静止模式。一方面，电阻排可由此设计为相对较低的欧姆，以便立即实现快速启动并满足PFC控制电路的高功率要求，在这种情况下，另一方面，通过自动电源断开最大程度地减少了在操作期间发生的功率损失。

现在，升压转换器19将波形整流之后的市电电压转换为例如400V的直流电压。为此，电子开关38由PFC控制电路29以明显大于市电频率的频率打开或闭合。可能存在PFC控制电路29监测DC中间电路20中的电压并由此以维持所需直流电压的方式调节开关38的占空比。

现在假设操作控制电路30必须预先指定器械11的具体操作，例如，凝固模式。该模式可，例如，由在手术装置10的外壳上的一个或多个控制元件54选择并且由一个或多个显示布置向其发送信号。此外，显示布置55可设置为指示诸如电力、电压、凝固持续时间等其它参数。

如果用户现在在应用现场采用该器械并且致动在器械11手柄上的例如控制元件56，则必定激活发生器15。在那之前，操作控制电路30通过可操作连接35以应用凝固所需的电压的方式调节供电单元21。这通过转换器43的开关的适当计时来完成。借由可操作连接36，可以激活发生器15并监测其参数，例如，电流的电平和/或输出电压的电平。RF发生器15、操作控制电路30以及供电单元21可由此形成控制回路，以便以控制的方式维持所需的参数或者控制这些参数与预先指定的功能一致。

操作控制电路30还可控制其它操作模式，例如，在潮湿环境下具有初始切口的切断模式。这要求提高功率。在操作控制电路30通过影响供电单元21来调节输出47处的电压的同时，其可经由通讯接口31向PFC控制电路29报告即将增加的电力要求。所述控制电路可设计为经由分流器42在短时间内增加测量的输入电流。为此，PFC控制电路偏离或采取维持在DC中间电路20中的电压不变的操作。PFC控制电路29通常通过测量电压并与标称值比较来不断地对此进行调节。基于电压差对标称电力值进行计算，将所述标称值与实际上在分流器42上测量的电流进行比较。在静止模式下，开关38以实际电流对应标称电流的方式激活。

在预计到瞬态过程特别是负载16的功率激增并为此做准备时，PFC控制电路29可向标称电力值增加偏移并且维持一段给定或选定时间。由此，升压转换器19向DC中间电路20传送了更多的能量，现在供电单元21和负载16可使用所述能量例如以执行初始切断操作。

在该配置中，可以预期的方式对即将发生的负载变化做出反应。由此，避免了在DC中间电路20中会发生的、如果该响应仅针对负载激增则需要通过电压调节进行补偿的电压降。

除此之外，在PFC控制电路29和操作控制电路30之间的通讯接口31实现了手术装置10的其它有益行为。例如，在市电线路17处出现市电故障的情况下，该情况可经由由箭头34表示的可操作连接立即向PFC控制电路29报告，并且由所述控制电路经由通讯接口31向操作控制电路30报告。在这种情况下，可能的响应是：例如，操作控制电路30立即关闭供电单元21，以利用存储在在DC中间电路20的缓冲电容器41上的能量实现低电压供电单元26的尽可能最长的连续操作。低电压供电单元26连续操作至少几分之一秒或数秒接着使其可将数据和设定值存储在未具体逾时的部件(诸如，尤其是存储器和计算部件)上，并且有序地完成操作。相反，立即关闭耗能部件(诸如，尤其是显示布置55、负载16等)。

根据本发明的手术装置(10)包括供电部18，供电部18包括至少一个升压转换器19或至少一个供电单元21。升压转换器19，或者优选地供电单元21，影响电绝缘。在升压转换器19和供电单元21之间设置有DC中间电路20。升压转换器19由专用PFC控制电路29驱动。相反，供电单元21由控制手术装置10的常规操作的操作控制电路30驱动。数字通讯接口31设置在PFC控制电路29和操作控制电路30之间，操作控制电路30可通过该数字通讯接口31从升压转换器19接收附加数据或者将所述数据传到所述升压转换器。这样，如果市电电源发生故障，则可非常快速并安全地做出响应。此外，预计到即将发生的负载变化，升压转换器可以预期的方式进行操作。因此，例如，鉴于初始切口，可提高手术装置10的操作性能。

参考标记列表：

10    手术装置

11    器械

12    中性电极

13    通往器械11的线路

14    通往中性电极12的线路

15    RF发生器

16    负载

17    供电网络

17a   电力电缆

18    供电部

19    升压转换器PFC

20    DC中间电路

21    供电单元

22    变压器

23    市电侧区域

24    患者侧区域

25    控制布置

26    低电压供电单元

27    低电压供电单元26的输出

28    低电压供电单元的变压器

29    PFC控制电路

30    操作控制电路

31    通讯接口

32-36 箭头

37    电力整流器

38    开关

39    电感部件

40    二极管

41    缓冲电容器

42    分流器

43    转换器

44    变压器22的初级线圈

45    变压器22的次级线圈

46    整流器块

47    整流器块46的输出

48    变压器28的初级线圈

49    电子开关

50    变压器28的次级线圈

51    电子开关

52    缓冲电容器

53    屏幕电阻器

54    控制元件

55    显示布置

56    控制元件

57    启动电路

58    电阻排

59    电子电路

60    低电压导线

61    电容器

62    齐纳二极管

63    晶体管

64    栅极

65    上拉电阻

Claims (15)

1.一种手术装置(10)，具体为用于供应手术器械(11)的RF手术装置，其包括：

升压转换器(19)，其设置为将市电AC电压转换为中间电路电压并且使DC中间电路(20)通电；

供电单元(21)，其包括：连接至所述中间电路(20)的转换器(43)；还包括变压器(22)，所述变压器(22)包括连接至所述转换器(43)的初级线圈和用于激励负载(16)的次级线圈(45)；

控制布置(25)，其包括以控制的方式连接至所述升压转换器(19)的PFC控制电路(29)和以控制的方式连接至所述供电单元(21)的操作控制电路(30)，所述PFC控制电路(29)和所述操作控制电路(30)经由数字通讯接口(31)互相连接。

2.根据权利要求1所述的手术装置，其特征在于，所述操作控制电路(30)进而以控制的方式连接至所述负载(16)。

3.根据权利要求2所述的手术装置，其特征在于，所述负载(16)可由不同的操作模式驱动，所述负载在不同的操作模式下表现出不同的功耗。

4.根据权利要求2所述的手术装置，其特征在于，所述操作控制电路(30)配置为预先指定所述负载(16)的操作模式，并且所述操作控制电路(30)进一步配置为按照所述负载(16)的操作模式控制所述供电单元(21)和所述PFC控制电路(29)。

5.根据权利要求4所述的手术装置，其特征在于，所述操作控制电路(30)配置为在切换操作模式之前将所述供电单元(21)调节为所述负载(16)的即将变动的功耗。

6.根据前述权利要求中任一项所述的手术装置，其特征在于，对所述数字通讯接口(31)进行配置以便进行电隔离。

7.根据前述权利要求中任一项所述的手术装置，其特征在于，对所述数字通讯接口(31)进行配置以便进行双向操作。

8.根据权利要求4或5所述的手术装置，其特征在于，对所述操作控制电路(30)进行配置以便在切换操作模式之前经由所述数字通讯接口(31)将所述PFC控制电路(29)调节为所述负载(16)的即将变动的功耗。

9.根据前述权利要求中任一项所述的手术装置，其特征在于，低电压供电单元(26)连接至所述中间电路(20)，所述低电压供电单元为电隔离DC-DC转换器。

10.根据权利要求9所述的手术装置，其特征在于，所述电隔离DC-DC转换器包括具有同步整流器(51)的流量转换器或阻流转换器。

11.根据权利要求9所述的手术装置，其特征在于，所述低电压供电单元(26)由所述PFC控制电路(29)控制。

12.根据权利要求10所述的手术装置，其特征在于，所述流量或阻流转换器包括至少一个电子开关(49)，所述电子开关(49)串联连接至电隔离变压器(28)的初级线圈(48)，在这种情况下，所述开关(49)由所述PFC控制电路(29)计时。

13.根据权利要求10所述的手术装置，其特征在于，所述同步整流器包括具有控制电极的电子开关(51)，将由所述PFC控制电路(29)生成的开关脉冲输入所述控制电极。

14.根据前述权利要求中任一项所述的手术装置，其特征在于，所述PFC控制电路(29)经由自动断电启动电路(57)连接至所述DC中间电路(20)。

15.一种用于为负载提供电操作功率的方法，所述负载具体为用于供应手术器械(11)的RF发生器，其中，

中间电路(20)由将市电AC电压转换为中间电路电压的升压转换器(19)通电，以及其中，

所述负载(16)由从所述中间电路(20)得电的供电单元(21)通电，其中，

以控制的方式连接至所述升压转换器(19)的PFC控制电路(29)经由数字通讯接口(31)得到控制信号，所述控制信号来自操作控制电路(30)且特征在于负载变化，并且PFC控制电路(29)向所述操作控制电路发送状态信号。