CN108125716A - 高频手术系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频手术系统，包括手术电极、电极识别单元、控制单元、脚踏信号输入单元、过流保护单元、模拟量隔离输出单元，顺次相连的逻辑单元、射频功放单元和输出切换单元；手术电极与电极识别单元相连，电极识别单元、过流保护单元、脚踏信号输入单元的输出均与控制单元的输入相连；模拟量隔离输出单元与控制单元相连，其输出端连接有可调开关电源，可调开关电源的输出端与射频功放单元的输入端相连；逻辑单元与控制单元的输出端相连；射频功放单元输出端与控制单元相连；输出切换单元控制端与控制单元相连。本发明实现了等离子电切电凝功能和双极电切电凝功能，电路简单，性能可靠。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种高频手术系统。
背景技术
二十世纪八十年代以来，以腹腔镜为代表的微创外科是外科领域的重要进展之一，因其对局部创伤小，而全身应激反应轻，患者疼痛轻，康复快，且又能达到开放手术之效果而备受欢迎。在普外科、泌尿外科、妇科等许多科室开展了腹腔镜手术，除常规腔镜手术外还包括腔镜下肝部分切除术、脾切除术、肾切除、肾部分切除、肾上腺切除术、子宫切除及一些脏器的恶性肿瘤的根治术。随着医疗技术及仪器的发展，腹腔镜手术的应用范围将进一步扩大，微创治疗代表了外科手术发展方向。
在外科手术中，高频电刀总是扮演者不可或缺的角色，一般说来，高频电刀分为传统的单极高频电刀，双极高频电刀，等离子高频电刀。在以前，一台高频电刀一般只包含一种功能，随着电外科的发展，出现了将单极电刀，双极电刀，等离子电刀融合到一台设备的多功能电刀，但是目前多功能电刀存在着以下缺点：
(1)部分多功能电刀包含单极电切电凝，等离子电切电凝，双极电凝，但是缺少目前使用越来越广泛的双极切割功能。以英国捷锐士公司的SP超脉冲等离子系统为例，该电刀具有完善的等离子电切电凝功能以及双极电凝功能，但是却没有双极电切功能。
(2)双极高频电刀的切割和凝血功率较小，影响切割和凝血的速度。以奥林巴斯的UES-40电刀为例，双极电切的功率只有90W，双极电凝的最大功率只有90W。
(3)双极切割凝血只有一个输出口；在内窥镜下的电外科手术中，医生是左右手分别握一把双极电极，而这两把双极电极只有一把是可以切割和凝血的，许多时候医生需要用一把钳子凝一下，然后保持夹持状态，另外一把钳子进行切割操作，但是目前的多功能电刀没法实现这个操作。
(4)不包含等离子电刀功能；由于等离子电刀技术实现的复杂性，只有部分电刀包含有等离子电刀功能。
(5)电路复杂；英国捷锐士公司的SP超脉冲等离子系统为了实现等离子电切电凝功能和双极电凝功能，使用了两个射频功放电路，一个功放用于等离子切割，另外一个功放用于等离子凝血以及双极凝血；
在电外科手术中，由于电极电刀存在着热损伤大，切割时发烟大，并且由于手术中高频电流会流经人体，所以存在着灼伤人体组织的风险，在临床中，这种医疗事故常有发生，因此，医院系统已经开始慢慢减少单极电刀的使用。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种高频手术系统，实现了等离子电切电凝功能和双极电切电凝功能，电路简单，性能可靠。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种高频手术系统，包括手术电极、电极识别单元、控制单元、脚踏信号输入单元和模拟量隔离输出单元，还包括顺次相连的逻辑单元、射频功放单元和输出切换单元；
所述手术电极与电极识别单元的输入端相连，电极识别单元的输出端与控制单元的输入端相连；
所述脚踏信号输入单元的输出端与控制单元的输入端相连，将脚踏信号送入控制单元；
所述模拟量隔离输出单元的输入端与控制单元的输出端相连，其输出端连接有可调开关电源，所述可调开关电源的输出端与射频功放单元的输入端相连；
所述逻辑单元的输入端与控制单元的输出端相连，输出两路互补脉冲信号；所述射频功放单元的输出端还与控制单元的输入端相连，输出电压/电流反馈信号至控制单元；所述输出切换单元的控制端与控制单元的输出端相连，其输出端与手术电极相连。
进一步地，所述控制单元包括第一单片机U1、电压反馈调理电路、电流反馈调理电路、第一数模转换器U2和音频功放U6；
所述电压反馈调理电路包括顺次相连的全桥整流电路、限流电阻、钳位电路、双运算放大器、低通滤波电路和第一磁珠FB1，所述第一磁珠FB1的输出端与第一单片机U1的模拟输入口相连；
所述电流反馈调理电路与电压反馈调理电路结构相同；
所述第一数模转换器U2的模拟量输出端与音频功放U6的音量控制输入端相连，音频功放U6的音频输入口与第一单片机U1相连，音频功放U6的扬声器输出口接扬声器。
进一步地，所述控制单元还包括第一存储器U10和第二存储器U11，所述第一存储器 U10和第二存储器U11经过IIC总线与第一单片机U1互相通信，用于存储系统参数。
进一步地，所述逻辑单元包括相互连接的三输入的与非门和第一D触发器，其接收控制单元的输出信号，并输出两路互补信号。
进一步地，所述射频功放单元包括第一驱动芯片U32、第二驱动芯片U33、第三驱动芯片U34、第四驱动芯片U35、第五驱动芯片U36、第六驱动芯片U37、第七驱动芯片U38、第八驱动芯片U39；
所述逻辑单元输出的其中一路互补信号输入到第二驱动芯片U33、第三驱动芯片U34、第五驱动芯片U36、第八驱动芯片U39，逻辑单元输出的另一路互补信号输入到第一驱动芯片U32、第四驱动芯片U35、第六驱动芯片U37、第七驱动芯片U38；第二驱动芯片U33 和第四驱动芯片U35的输出端连接到第二驱动变压器TD2的原边两端；第三驱动芯片U34 和第五驱动芯片U36的输出端连接到第一驱动变压器TD1的原边两端；第六驱动芯片U37 和第八驱动芯片U39的输出端连接到第四驱动变压器TD4的原边两端；第五驱动芯片U36 和第七驱动芯片U38的输出端连接到第三驱动变压器TD3的原边两端；所述第一驱动变压器TD1、第二驱动变压器TD2、第三驱动变压器TD3、第四驱动变压器TD4的输出端共同接入一电流电压采集电路，所述电流电压采集电路的输出端分别与控制单元中的电压反馈调理电路、电流反馈调理电路相连。
进一步地，所述电流电压采集电路包括全桥驱动电路；
所述全桥驱动电路的一个功率输出端接工模电感T2的第1脚，工模电感T2的第2脚接谐振电容C102，谐振电感L3与谐振电容C102串联，然后接入工模电感T2的第3脚，最终接到高频变压器T1的第1、2脚；
所述全桥驱动的另外一个功率输出端接高频变压器T1的第8、9脚；
所述高频变压器T1的第10、11脚接输出电感L2，高频变压器T1的副边并联有电压采集电路和电流采集电路相连，所述电压采集电路和电流采集电路的输出端分别与控制单元中的电压反馈调理电路、电流反馈调理电路的输入端相连；
所述高频变压器T1的副边输出端还与输入切换单元的输入端相连，将输出的高频交流电压送入输出切换单元。
进一步地，所述输出切换单元包括继电器K2、继电器K3、继电器K4、继电器K5、继电器K6、继电器K7；继电器K2和继电器K3用于控制输出双极电切电凝，P7是其对应的输出插座；继电器K4和继电器K5用于控制输出双极电凝，P7是其对应的输出插座；继电器K6和继电器K7用于控制输出双极电凝，P9是其对应的输出插座；三组继电器阵列构成了输出切换模块，分别与控制控制单元相连，由控制单元控制高频变压器T1输出的高频能量由哪一路继电器阵列输出。
进一步地，所述过流保护单元包括电流互感器S3，所述电流互感器S3串联在高频变压器T1的第8、9脚之间，电流互感器S3的输出端与全桥整流电路的输入端相连，所述全桥整流电路的输出端顺次连接有限流电阻R116、钳位电路、钳位电路、双运算放大器、低通滤波电路和磁珠FB11，所述磁珠FB11的输出端连接有比较器U31A，并与比较器U31A 的同相输入端相连，比较器U31A的反相输入端连接一可变电阻W1，可变电阻W1将电压源输出的基准电压源分压，用于与过流采集电路采集到的电流做比较，当过流采集电路采集到的电压超过输入到U31A反向输入端的电压的时候，U31A的第1脚就会输出高电平，经过栅极电阻R84以及栅极下拉电阻R86驱动MOS管Q1导通，MOS管Q1的导通使单稳态触发电路触发，触发信号为高电平，最终会送入逻辑单元中，关断互补信号输出，最终高频手术系统停止输出功率。
进一步地，所述电极识别单元包括第二单片机芯片U45、第十变压器驱动芯片U46、第十一变压器驱动芯片U47、第五驱动变压器TD5、第六驱动变压器TD6、第七驱动变压器TD7、整流电路、继电器K8、储能电容C133、电阻R143、电极类型标示电容C132和电流调理电路；
所述第二单片机芯片U45产生第一带死区的驱动信号驱动第十一变压器驱动芯片U47，第十一变压器驱动芯片U47推动第七驱动变压器TD7的原边，在第七驱动变压器 TD7的副边产生交流电压，该交流电压经过整流电路整流后由储能电容C143储能，当储能电容C143两端的电压达到设定阈值时，驱动继电器K8闭合，继电器K8闭合后，用于标示电极类型的电容C132并入到储能电容C133两端；
所述第二单片机芯片U45产生第二带死区的驱动信号驱动变压器驱动芯片U46，第十变压器驱动芯片U46推动第六驱动变压器TD6的原边，在第六驱动变压器TD6的副边产生交流电压，该交流电压产生的交流电流经过第五驱动变压器TD5的副边，电阻R143、储能电容C133与标示电极类型的电容C132共同形成回路，第五驱动变压器TD5的副边产生的电流经过电流调理电路后送入第二单片机芯片U45。
进一步地，所述模拟量隔离输出单元包括第一高速光耦U18和第二高速光耦U24、第二数模转换器U23和高速运放U19；所述第一高速光耦U18和第二高速光耦U24的输入端均与控制单元的输出端相连，其输出端分别与第二数模转换器U23的输入端相连，第二数模转换器U23输出端顺次连接有高速运放U19、电阻R50和磁珠FB5；所述磁珠FB5的输出端与可调开关电源的输入端相连。
本发明的有益效果：
(1)同时具有双极电切电凝和等离子电切电凝输出功能。
(2)双极电切电凝双路输出功能，一路可以输出双极电切和双极电凝，另外一路可以输出双极电凝。
(3)EMC性能优秀。众所周知的是高频电刀是手术室中最大的电磁干扰源，本发明由于射频功放采用的是零电流软开关技术，相比于采用硬开关射频功放的高频电刀而言，零电流软开关在功率管开关的瞬间是没有电流流过功率管的，而硬开关射频功放中的功率管开关的瞬间是有电流的，对没有电流流过的功率管进行开关操作产生的电磁干扰是很小的，因此本发明电磁干扰很低，对手术室其他设备的干扰小，提高了手术的安全性。
(4)转换效率高。本发明射频功放采用是零电流软开关技术，功率管在开关的瞬间没有电流流过，所以功率管上耗损的能量很少，所以能量转换效率很高，一般可以达到90％以上。
附图说明
图1为本发明一种实施例的高频手术系统的总体结构示意图；
图2-1为单片机芯片U1的电路图；
图2-2为基准电压源U5的电路图；
图2-3为基准电压源U5的电路图；
图2-4为电压反馈调理电路的电路图；
图2-5为电流反馈调理电路的电路图；
图2-6为数模转换器U2的电路图；
图2-7为音频功放U6的电路图；
图2-8为单片机芯片U1的外围时钟电路图；
图2-9为单片机芯片U1的复位电路图；
图2-10为单片机芯片U1的启动选择电路图；
图2-11为单片机芯片U1的下载电路图；
图2-12为存储器U10的电路图；
图2-13为存储器U11的电路图；
图3-1为电平转换芯片U13的电路图；
图3-2为电平转换芯片U15的电路图；
图3-3为电平转换芯片U17的电路图；
图3-4为连接器DB1的电路图；
图4-1为模拟量隔离输出单元的电路图；
图4-2基准电压源U25的电路图；
图4-3为脚踏信号输入单元的电路图；
图4-4为显示屏的电路示意图；
图4-5为隔离电源模块M3的电路图；
图5-1为逻辑单元的电路图；
图5-2为过流保护单元的电路图之一；
图5-3为驱动芯片U33、U35和驱动变压器TD2的电路连接关系示意图；
图5-4为驱动芯片U37、U39和驱动变压器TD4的电路连接关系示意图；
图5-5为驱动芯片U32、U34和驱动变压器TD1的电路连接关系示意图；
图5-6为驱动芯片U36、U38和驱动变压器TD3的电路连接关系示意图；
图6-1为射频功放单元中的全桥驱动电路的电路图；
图6-2为射频功放单元中的电压电流采集单元的电路图；
图6-3为过流保护单元的电路图之二；
图6-4为输出切换单元的电路图；
图6-5为达林顿驱动芯片的电路图；
图7-1为电极识别单元中的单片机U45的电路图；
图7-2为电极识别单元的电路图之一；
图7-3为电极识别单元的电路图之二
图7-4为连接器DB4的电路图；
图7-5为电压基准源U41的电路图；
图8-1为电极识别单元的电路图之三；
图8-2为电极识别单元的电路图之四；
图8-3为达林顿芯片U49的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，一种高频手术系统，包括手术电极、电极识别单元、控制单元、脚踏信号输入单元和模拟量隔离输出单元，还包括顺次相连的逻辑单元、射频功放单元和输出切换单元；
如图2-1～3-4所示，所述的控制单元包括基准电压源U5、基准电压源U8、电源芯片U7、单片机U1、电压反馈调理电路、电流反馈调理电路、数模转换器U2、音频功放U6、存储器U10、存储器U11、电平转换芯片U13、电平转换芯片U15、电平转换芯片U17、连接器DB1以及单片机外围电路组成。
所述的基准电压源U5为REF3133，其电源输入端接5V电源，其基准电压输出端接单片机U1的基准电压源输入端，单片机U1的型号为STM32F103RCT6；电源芯片U7为LM1117-3.3，其点电压输出端接单片机U1、存储器U10、存储器U11的电源输入端，存储器U10、存储器U11的型号为AT24C32；基准电压源U8为REF02，其电源输入端接 12V电源，基准电压输出端接数模转换器U2的电源输入端。
所示数模转换器U2的型号为DAC7512，数模转换器U2的模拟量输出端接音频功放U6的音量控制输入端(第4脚)，音频功放U6的音频输入口(第2脚)通过电容C7与电阻R9与单片机U1的PB10(第29脚)相连接，音频功放U6的第6脚和地7脚之间接电容C6，其电容值一般为10uF，音频功放U6的扬声器输出口接扬声器，音频功放U6型号为LM4865M；电平转换芯片U13、U15、U17型号为SN74LVC4245DW；所述的控制单元中的音频输出功能，是单片机U1通过三线的SPI通信方式控制数模转换芯片U2输出不同的模拟量给音频功放U6来控制提示音音量，单片机U1的PB6输出不同频率的脉冲来控制提示音的音调，R6和C7用来隔离直流信号。
所述控制单元的单片机外围电路包含由C14、C18、C19、C20、C21、C22构成的退耦电路，由Y1、C11、C13、R14构成的时钟电路，由R12、TRST1、C12、R13构成的复位电路、接插件SWD1、R15、R17、R18构成的下载电路，BOOT1、R16构成的启动选择电路。
所示控制单元中的电压反馈调理电路的输入信号为电流信号，用于将电流形式的输出反馈电压转化为电压信号；型号为1N4148的D2、D3、D7、D8构成全桥整流电路，将输入的交流电流信号转化为直流电流信号，R29用于将直流电流信号转化为直流电压信号，其电阻值可以为51欧姆，R19用于限流，电阻值可以为100K；型号为1N4148的D1、D5 主要功能是输入保护，防止输入到U4的电压过高；U4型号为LM358，其中U4A是一个射极跟随器，从U4A第3脚输入的电压与U4A第1脚输出的电压相等，主要功能是阻抗匹配；从U4A第1脚输出的电压信号，经过R30和R31分压以及C26的滤波进入U4B的第5脚，其中R30阻值为2K，R31阻值为6.8K，C26的阻值可以为0.1uF，U4B电路形式为同相放大器，R27与R22控制放大倍数，C23用来调节运放的交流零点，R27与R22阻值均为10K，C23容值为0.01uF，R30与R31构成的分压电路与U4B构成的放大电路是为了方便调理电压反馈信号到单片机U1的模拟量输入口可采集的范围，从U4B输出的电压信号，经过R28与C25构成的低通滤波电路，R28阻值为1K，C25容值为0.01uF，然后进过磁珠FB1滤除高频干扰，进入型号为IN4148的D4、D5组成的钳位电路，最终进入单片机U1的模拟量输入口。
控制单元中的电流反馈调理电路的输入信号为电流信号，用于将电流形式的输出反馈电流转化为电压信号；型号为1N4148的D11、D12、D15、D16构成全桥整流电路，将输入的交流电流信号转化为直流电流信号，R40用于将直流电流信号转化为直流电压信号，其电阻值可以为51欧姆，R32用于限流，电阻值可以为100K；型号为1N4148的D9、D13 主要功能是输入保护，防止输入到U3的电压过高；U3型号为LM358，其中U3A是一个射极跟随器，从U3A第3脚输入的电压与U3A第1脚输出的电压相等，主要功能是阻抗匹配；从U3A第1脚输出的电压信号，经过R43和R44分压以及C32的滤波进入U3B的第5脚，其中R43阻值为2K，R44阻值为6.8K，C32的阻值可以为0.1uF，U3B电路形式为同相放大器，R36与R33控制放大倍数，C27用来调节运放的交流零点，R36与R33阻值均为10K，C27容值为0.01uF，R43与R44构成的分压电路与U3B构成的放大电路是为了方便调理电压反馈信号到单片机U1的模拟量输入口可采集的范围，从U4B输出的电压信号，经过R39与C31构成的低通滤波电路，R39阻值为1K，C31容值为0.01uF，然后进过磁珠FB2滤除高频干扰，进入型号为IN4148的D10、D14组成的钳位电路，最终进入单片机U1的模拟量输入口。
所述控制单元中的存储器U10和存储器U11经过IIC总线与单片机U1互相通信，用于存储系统参数。
所述电平转换芯片U13、U15、U17主要作用是将输入到控制单元的5V数字信号电平转化为3.3V数字信号电平、将输出的3.3V数字信号电平转化为5V数字信号电平，这些输入输出的信号电平分别用于控制射频功放单元、接收脚踏信号输入单元(即脚踏开关) 输入的信号和与电极识别单元通信。
所述控制单元与隔离模拟量输出单元、逻辑单元、射频功放单元、输出切换单元、过流保护单元以及电极识别单元交互的物理接口为连接器DB1。
如图5-1所示，所述逻辑单元由型号为SN74HC132的U12(包括U12A、U12B、U12C、U12D)、U14(包括U14A、U14B、U14C、U14D)以及型号为74HC74的U16A构成，其主要功能是将控制单元产生的345KHZ的高频信号输入到U14D的第12、13脚，最终在U12B的第6脚和U12D的第11脚产生两路互补的脉冲信号；C68为输入的高频信号滤波，容值为51pF，R79为下拉电阻，阻值为10K；U14A的第1脚输入信号为过流保护使能端，由控制单元发出的信号控制，默认使能，当过流保护使能端使能的时候，且当U14A 的第2脚输入高电平的过流信号的时候，U12B的第6脚和U12D的第11脚不再输出互补的脉冲信号，U14B的第4脚是高频信号载频输入端。在逻辑单元中，U14A与U14B组成了三输入的与非门，这个组合的与非门最终输出为U14B的第6脚，接入到U16A的第2 脚，最终用来控制U12B的第6脚，U12D的第11脚是否产生两路互补的脉冲信号。所述逻辑单元的具体工作过程为：高频信号经过由U14D组成的反相器，从U14D的第11脚输出的反相信号输入到三个地方，一个输入到D触发器U16的第3脚，一个输入到U14C构成的反相器，一个直接输入到U12C的第9脚；经过U14C的反相，最终接入到U12A的第1脚的信号与接入U12C第10脚的信号互补；由于门电路存在延迟，所以U12A第1脚的信号与U12C第10脚的互补信号在时序上是不对齐的，输入到U16A第3脚的信号经过的触发器U16A，然后将U16A第6脚的输出信号同时接到U12A的第1脚和U12C的第9 脚，经过D触发器U16A的同步，最终输出的互补信号是严格对齐的。
所述逻辑单元产生的两路互补信号会输入到所述射频功放单元。具体地，如图5-3～5-6 所示，射频功放单元包括型号为MIC4452的U32、U33、U34、U35、U36、U37、U38、 U39驱动芯片，其中一路互补信号输入到U33、U34、U36、U39，另外一路互补信号输入到U32、U35、U37、U38；如图5所示，MIC4452的第2脚为信号输入脚，在每一片MIC4452 的信号输入脚之前都有相同规格的RC低通滤波电路，以U32为例，R88阻值为100欧姆， C78为51pF；每两片MIC4452驱动一路驱动变压器，驱动变压器型号为86T-451DNL，在两片MIC4452输出端与驱动变压器输入端之间皆有用于限流的限流电阻和用于防止驱动变压器磁饱和的电容，以驱动变压器TD1为例，限流电阻为R89，阻值为1欧姆，防磁饱和电容C80，其容值为1uF。
所述射频功放单元中，驱动变压器TD1、TD2、TD3、TD4的输出端会接入由4个NMOS组成的全桥驱动电路(如图6-1所示)；全桥驱动电路由型号为IRF580的Q2、Q3、Q4、 Q5组成，其中Q3为左上桥壁，Q2为右上桥壁，Q4为左下桥臂，Q5为有效桥臂；在每一个桥臂的外围电路中，都有栅极驱动电阻，栅极保护TVS管，漏源保护稳压二极管组成。以左上桥臂Q3为例，阻值为3.3欧姆的R99、R100、R101相互串联构成栅极驱动电阻，型号为1N5386B的D17为漏源保护稳压二极管，型号为1.5KE15CA的D20为栅极保护 TVS；3个电阻串联的目的是增加栅极电阻的总负载功率，防止栅极电阻过热烧毁；在全桥驱动电路中，C103、C104、C105、C106、C107、C108均为滤波电容，其C103、C104、 C107、C108的阻值为1uF，C105、C106的阻值为2.2uF。
在射频功放单元中，全桥驱动电路的一个功率输出端接工模电感T2的第1脚，T2的第2脚接谐振电容C102，谐振电感L3与谐振电容C102串联，然后接入T2的第3脚，最终接到高频变压器T1的第1，2脚，全桥驱动的另外一个功率输出端接高频变压器T1的第8、9脚(中间串联有电流互感器S3)；谐振电容C102的容值为22nF，谐振电感L3 的电感值为8.5uH；于是全桥驱动电路、工模电感T2、谐振电容C102、谐振电感L3、高频变压器T1就构成了LLC软开关；高频变压器T1的第10、11脚接输出电感L2，电感 L2为输出储能电感，它的感量为4.7uH，C101和C112功能为阻碍直流通过，C101的容值为100nF，C112的容值为68nF，C109、C110、C111、C113与电流互感器S2构成了输出电压采集电路，C109、C110、C111、C113的容值均为4.7nF，电流互感器S2输出的信号为电流信号，最终会送入控制单元的电压反馈调理电路，电流互感器S1采集输出电流，电流互感器S1输出的信号为电流信号，最终会送入控制单元的电流反馈调理电路。电流互感器S1和S2的信号均为FIS115NL，继电器K1用于对C109、C110、C111、C113放电操作，防止在不输出功率的时候，电容中残余的能量产生电击危害，K1型号为 HF115F-012-1ZS3；最终高频变压器T1次级输出的高频交流电压会送入输入切换模块。
如图6-4所示，输出切换单元由继电器K2、K3、K4、K5、K6、K7组成，K2、K3、 K4、K5、K6、K7的型号均为CRCTHV-14KV-A，这是一种耐压高达14KV的高压继电器；继电器K2和K3用于控制输出双极电切电凝，P7是其对应的输出插座；继电器K4和K5 用于控制输出双极电凝，P7是其对应的输出插座；继电器K6和K7用于控制输出双极电凝，P9是其对应的输出插座；三组继电器阵列构成了输出切换单元，可以由控制单元灵活的控制高频能量由那一路继电器阵列输出。
如图6-5所示，U40为达林顿驱动芯片，其型号为ULN2803，用于驱动继电器K1、 K2、K3、K4、K5、K6、K7的开闭，各继电器的控制信号均由控制单元输出。
在射频功放单元中电流互感器S3型号为FIS115NL，它是过流保护模块的一部分(用于采集变压器T1原边的电流，这个电流在经过处理之后用作过流保护)，S3输出的电流信号输入到由D26、D27、D29、D30构成的全桥整流电路，D26、D27、D29、D30的型号为1N4148，全桥整流电路将输入的交流电流信号转化为直流电流信号，R116用于将直流电流信号转化为直流电压信号，其电阻值可以为51欧姆，R112用于限流，电阻值可以为100K；型号为1N4148的D25、D28主要功能是输入保护，防止输入到U20的电压过高； U20型号为LM358，其中U20A是一个射极跟随器，从U20A第3脚输入的电压与U20A 第1脚输出的电压相等，主要功能是阻抗匹配；从U20A第1脚输出的电压信号，经过R117 和R118分压以及C117的滤波进入U20B的第5脚，其中R117阻值为2K，R118阻值为 6.8K，C117的阻值可以为0.1uF，U20B电路形式为同相放大器，R113与R114控制放大倍数，C114用来调节运放的交流零点，R113与R114阻值均为10K，C114容值为0.01uF，从U20B第7脚输出的电压信号，经过R115与C116构成的低通滤波电路，R116阻值为 1K，C116容值为0.01uF，然后进过磁珠FB11滤除高频干扰，进入比较器U31A的同相输入端，U31A的型号为LM393，U31A的反相输入端接一个可变电阻W1，其阻值为20K，可变电阻W1将REF3133输出的基准电压源分压，用于与过流采集电路采集到的电流做比较，当过流采集电路采集到的电压超过输入到U31A反向输入端的电压的时候，U31A的第1脚就会输出高电平，经过栅极电阻R84以及栅极下拉电阻R86驱动MOS管Q1导通， Q1的型号为IRLML00400，Q1的导通会使由U29构成的单稳态触发电路触发，触发信号为高电平，最终会送入逻辑单元U14A的第2脚，关断互补信号输出，最终系统停止输出功率；U29型号为555，在555构成的单稳态触发电路中，R81和C72会决定单稳态高电平保持的时间，R81推荐取值100K，C72推荐取值0.1uF。
所述的模拟量隔离输出模块，其目的是输出可变的模拟量，用来控制加载到射频功放单元中的全桥驱动电路上的直流电压的大小，加在全桥驱动电路上直流电压的大小决定了输出功率的大小，如图4-1～4-7所示，模拟量隔离输出模块包括隔离电源模块M1和M2、基准电压源U25，高速光耦U18和U24、数模转换器U23、高速运放U19；隔离电源模块 M1型号为IB1205LS-1W，用于给高速光耦U18、U24、高速运放U19供电，隔离电源模块M2型号为H1212S-2WR2，用于给数模转换器U23供电，数模转换器U23的型号为 DAC7512，数模转换器U23输出的模拟量经过射极跟随器U19，然后经过电阻R50，磁珠 FB5输出，输入的模拟量用来控制0-180V可调开关电源输出不同电压，0-180V电压最终是加载到射频功放单元中的全桥驱动电路中，0-180V可调开关电源的型号可以选 SN-800-180；U19的型号为AD8628，U18和U24的型号为HCPL-2631，它的功能是将控制单元发出的对数模转换器U23的控制命令通过光电转换传输到数模转换器U23。
脚踏信号输入单元用于采集脚踏信号，为了更安全，脚踏信号采用隔离采集的方式；隔离电源模块M3型号为IB1205LS-1W，用于向光耦U26、U27、U28的原边提供隔离的电源，光耦U26用于采集双极切割以及等离子切割脚踏信号，光耦U27用于采集双极电凝以及等离子电凝脚踏信号，光耦U28用于采集单独的双极电凝脚踏信号，光耦U26、U27、 U28的输出信号经过U9整形，最终送入到控制单元，U9的型号为SN74HC132。
显示屏模单元由U21构成的TTL转RS232通信接口芯片构成，U21的型号为MAX3232。P3为触摸液晶屏插座，用于连接广州大彩的DC10600B070_05TF_RTC串口屏， U21为控制电路与串口屏的连接枢纽。
图8-1～8-3中的P11接入12V电源，最终会经过电源芯片U48输出5V的电源，其中U48的信号为TPS5450，U48输出的5V电压给控制单元、电极识别模块供电。P12为0-180 电源输入口，D48用于防止电流倒灌，型号为RHRP3060，R172为放电电阻，功率5W，阻值6.8K，K9控制0-180V可调开关电源是否接入射频发生器，K9型号为 HF115F-012-1ZS3，L5为工模电感，用于滤除电路中的噪声，F1为6.3A保险丝，R171为放电电阻，功率5W，阻值100欧姆，K11型号为HF115F-012-1ZS3，它主要控制C158、 C159、C160、C161这四个容值为2200uF的电解电容是否并入到0-180V回路中，在等离子电切模式中，由于等离子电切瞬间能量很高，所以需要将它们并入回路中，K10型号为 HF115F-012-1ZS3，和R167一起用于给C158、C159、C160、C161放电。U49为达林顿驱动芯片，用于驱动K9、K10、K11。
在电极识别单元中U45为单片机，型号为STM32F103RCT6，单片机U45可以产生两组带死区的互补信号输入到变压器驱动芯片U46和U47，当需要识别电极的时候，单片机 U45发出一组带死区的驱动信号到驱动芯片U47，驱动芯片U47推动变压器TD7的原边，在变压器TD7的副边产生了交流电压，经过D35、D36、D37、D38整流以及C143储能之后，C143两端的电压会达到12V，就可以驱动继电器K8闭合，继电器K8闭合之后，用于标示电极类型的电容C132就会并入到C133两端，此时单片机U45产生另外一组带死区的驱动信号推动变压器驱动芯片U46，经过变压器TD6的次级会产生交流电压，这个交流电压产生的交流电流会经过变压器TD5的次级，R143、C133与标示电极类型的电容C132 形成回路，不同的电极标示电容容量不一样，由于电容在交流下有容抗，于是不同的电极标示电容会导致交流回路中的电流大小不一，这个回路中的电流经过变压器TD5的第5、 6脚，会在变压器TD5的第1、2脚产生电流，这个电流的大小会随着电极标示电容容值的大小而呈一定函数关系的变化，变压器TD5的第1、2脚产生电流经过电流调理电路最终送入单片机U45采集；型号为1N4148的D40、D41、D44、D45构成全桥整流电路，将输入的交流电流信号转化为直流电流信号，R155用于将直流电流信号转化为直流电压信号，其电阻值可以为51欧姆，R151用于限流，电阻值可以为100K；U22型号为LM358，其中U22A是一个射极跟随器，从U22A第3脚输入的电压，与U3A第1脚输出的电压相等，主要功能是阻抗匹配；从U3A第1脚输出的电压信号，经过R156和R157分压以及 C148的滤波进入U22B的第5脚，其中R156阻值为2K，R157阻值为6.8K，C148的阻值可以为0.1uF，U22B电路形式为同相放大器，R152与R153控制放大倍数，C145用来调节运放的交流零点，R152与R153阻值均为10K，C145容值为0.01uF，从U22B输出的电压信号，经过R154与C147构成的低通滤波电路，R154阻值为1K，C147容值为0.01uF，进入型号为IN4148的D42、D43组成的钳位电路，最终进入单片机U45的模拟量输入口。 U45和U46的型号为MIC4424，TD5、TD6、TD7的型号为86T-451DNL，D35、36D、38D、 D39的型号为1N4148，继电器K8的型号为HFD27。
在图7-5中，U41为电压基准源，型号为REF3133，用于给单片机U45提供基准源，U42和U43为电平转换芯片，连接器DB4是电极识别模块与控制单元交互的物理接口。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种高频手术系统，其特征在于：包括手术电极、电极识别单元、控制单元、脚踏信号输入单元和模拟量隔离输出单元，还包括顺次相连的逻辑单元、射频功放单元和输出切换单元；
所述手术电极与电极识别单元的输入端相连，电极识别单元的输出端与控制单元的输入端相连；
所述脚踏信号输入单元的输出端与控制单元的输入端相连，将脚踏信号送入控制单元；
所述模拟量隔离输出单元的输入端与控制单元的输出端相连，其输出端连接有可调开关电源，所述可调开关电源的输出端与射频功放单元的输入端相连；
所述逻辑单元的输入端与控制单元的输出端相连，输出两路互补脉冲信号；所述射频功放单元的输出端还与控制单元的输入端相连，输出电压/电流反馈信号至控制单元；
所述输出切换单元的控制端与控制单元的输出端相连，其输出端与手术电极相连。
2.根据权利要求1所述的一种高频手术系统，其特征在于：所述控制单元包括第一单片机U1、电压反馈调理电路、电流反馈调理电路、第一数模转换器U2和音频功放U6；
所述电压反馈调理电路包括顺次相连的全桥整流电路、限流电阻、钳位电路、双运算放大器、低通滤波电路和第一磁珠FB1，所述第一磁珠FB1的输出端与第一单片机U1的模拟输入口相连；
所述电流反馈调理电路与电压反馈调理电路结构相同；
所述第一数模转换器U2的模拟量输出端与音频功放U6的音量控制输入端相连，音频功放U6的音频输入口与第一单片机U1相连，音频功放U6的扬声器输出口接扬声器。
3.根据权利要求2所述的一种高频手术系统，其特征在于：所述控制单元还包括第一存储器U10和第二存储器U11，所述第一存储器U10和第二存储器U11经过IIC总线与第一单片机U1互相通信，用于存储系统参数。
4.根据权利要求1或2所述的一种高频手术系统，其特征在于：所述逻辑单元包括相互连接的三输入的与非门和第一D触发器，其接收控制单元的输出信号，并输出两路互补信号。
5.根据权利要求4所述的一种高频手术系统，其特征在于：所述射频功放单元包括第一驱动芯片U32、第二驱动芯片U33、第三驱动芯片U34、第四驱动芯片U35、第五驱动芯片U36、第六驱动芯片U37、第七驱动芯片U38、第八驱动芯片U39；
所述逻辑单元输出的其中一路互补信号输入到第二驱动芯片U33、第三驱动芯片U34、第五驱动芯片U36、第八驱动芯片U39，逻辑单元输出的另一路互补信号输入到第一驱动芯片U32、第四驱动芯片U35、第六驱动芯片U37、第七驱动芯片U38；第二驱动芯片U33和第四驱动芯片U35的输出端连接到第二驱动变压器TD2的原边两端；第三驱动芯片U34和第五驱动芯片U36的输出端连接到第一驱动变压器TD1的原边两端；第六驱动芯片U37和第八驱动芯片U39的输出端连接到第四驱动变压器TD4的原边两端；
第五驱动芯片U36和第七驱动芯片U38的输出端连接到第三驱动变压器TD3的原边两端；所述第一驱动变压器TD1、第二驱动变压器TD2、第三驱动变压器TD3、第四驱动变压器TD4的输出端共同接入一电流电压采集电路，所述电流电压采集电路的输出端分别与控制单元中的电压反馈调理电路、电流反馈调理电路相连。
6.根据权利要求6所述的一种高频手术系统，其特征在于：所述电流电压采集电路包括全桥驱动电路；
所述全桥驱动电路的一个功率输出端接工模电感T2的第1脚，工模电感T2的第2脚接谐振电容C102，谐振电感L3与谐振电容C102串联，然后接入工模电感T2的第3脚，最终接到高频变压器T1的第1、2脚；
所述全桥驱动的另外一个功率输出端接高频变压器T1的第8、9脚；
所述高频变压器T1的第10、11脚接输出电感L2，高频变压器T1的副边并联有电压采集电路和电流采集电路相连，所述电压采集电路和电流采集电路的输出端分别与控制单元中的电压反馈调理电路、电流反馈调理电路的输入端相连；
所述高频变压器T1的副边输出端还与输入切换单元的输入端相连，将输出的高频交流电压送入输出切换单元。
7.根据权利要求6所述的一种高频手术系统，其特征在于：所述输出切换单元包括继电器K2、继电器K3、继电器K4、继电器K5、继电器K6、继电器K7；继电器K2和继电器K3用于控制输出双极电切电凝，P7是其对应的输出插座；继电器K4和继电器K5用于控制输出双极电凝，P7是其对应的输出插座；继电器K6和继电器K7用于控制输出双极电凝，P9是其对应的输出插座；三组继电器阵列构成了输出切换模块，分别与控制控制单元相连，由控制单元控制高频变压器T1输出的高频能量由哪一路继电器阵列输出。
8.根据权利要求6所述的一种高频手术系统，其特征在于：所述过流保护单元包括电流互感器S3，所述电流互感器S3串联在高频变压器T1的第8、9脚之间，电流互感器S3的输出端与全桥整流电路的输入端相连，所述全桥整流电路的输出端顺次连接有限流电阻R116、钳位电路、钳位电路、双运算放大器、低通滤波电路和磁珠FB11，所述磁珠FB11的输出端连接有比较器U31A，并与比较器U31A的同相输入端相连，比较器U31A的反相输入端连接一可变电阻W1，可变电阻W1将电压源输出的基准电压源分压，用于与过流采集电路采集到的电流做比较，当过流采集电路采集到的电压超过输入到U31A反向输入端的电压的时候，U31A的第1脚就会输出高电平，经过栅极电阻R84以及栅极下拉电阻R86驱动MOS管Q1导通，MOS管Q1的导通使单稳态触发电路触发，触发信号为高电平，最终会送入逻辑单元中，关断互补信号输出，最终高频手术系统停止输出功率。
9.根据权利要求1所述的一种高频手术系统，其特征在于：所述电极识别单元包括第二单片机芯片U45、第十变压器驱动芯片U46、第十一变压器驱动芯片U47、第五驱动变压器TD5、第六驱动变压器TD6、第七驱动变压器TD7、整流电路、继电器K8、储能电容C133、电阻R143、电极类型标示电容C132和电流调理电路；
所述第二单片机芯片U45产生第一带死区的驱动信号驱动第十一变压器驱动芯片U47，第十一变压器驱动芯片U47推动第七驱动变压器TD7的原边，在第七驱动变压器TD7的副边产生交流电压，该交流电压经过整流电路整流后由储能电容C143储能，当储能电容C143两端的电压达到设定阈值时，驱动继电器K8闭合，继电器K8闭合后，用于标示电极类型的电容C132并入到储能电容C133两端；
所述第二单片机芯片U45产生第二带死区的驱动信号驱动变压器驱动芯片U46，第十变压器驱动芯片U46推动第六驱动变压器TD6的原边，在第六驱动变压器TD6的副边产生交流电压，该交流电压产生的交流电流经过第五驱动变压器TD5的副边，电阻R143、储能电容C133与标示电极类型的电容C132共同形成回路，第五驱动变压器TD5的副边产生的电流经过电流调理电路后送入第二单片机芯片U45。
10.根据权利要求1所述的一种高频手术系统，其特征在于：所述模拟量隔离输出单元包括第一高速光耦U18和第二高速光耦U24、第二数模转换器U23和高速运放U19；所述第一高速光耦U18和第二高速光耦U24的输入端均与控制单元的输出端相连，其输出端分别与第二数模转换器U23的输入端相连，第二数模转换器U23输出端顺次连接有高速运放U19、电阻R50和磁珠FB5；所述磁珠FB5的输出端与可调开关电源的输入端相连。
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