CN110071707A - 协同脉冲信号发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种协同脉冲信号发生装置，包括高压直流电源VH、低压直流电源VL以及至少一组信号发生电路；所述高压直流电源VH，用于输出高压直流电至信号发生电路的高压输入端；所述低压直流电源VL，用于输出低压直流电至信号发生电路的低压输入端；所述脉冲信号发生电路，其高压输入端与高压直流电源VH的输出端连接，低压输入端与低压直流电源VL的输出端连接，用于选择性输出高压脉冲信号或者低压脉冲信号至负载；通过上述结构，能够在同一个脉冲信号发生装置中即产生高压脉冲，又能产生低压脉冲，从而根据不同的需要进行选择切换，尤其是应用在肿瘤治疗时能够消融彻底且具有较大的消融体积，且能够将高压纳秒级和微秒脉冲的协同作用结合起来，克服肿瘤异质性难题，消融肿瘤干细胞，激发机体对肿瘤的免疫机制，整个装置结构简单，制造以及使用成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号发生装置，尤其涉及一种协同脉冲信号发生装置。
背景技术
脉冲功率技术快速发展，其应用领域的不断拓展，如肿瘤治疗、食品处理、水处理、等离子体发生等，在肿瘤治疗时，采用脉冲信号进行肿瘤消融，现有技术中，脉冲信号的主要产生方式包括形成线、Marx电路、直线型变压器驱动源(Linear Transformer Driver,LTD)电路等，但是，现有的脉冲信号发生设备中只能产生单一的脉冲信号，比如仅仅产生高压脉冲信号，或者仅产生低压脉冲信号，从而造成功能单一，在肿瘤消融时存在不彻底、消融体积有限、不能够选择性杀伤肿瘤细胞及肿瘤干细胞的问题，另外，现有的脉冲发生电路的结构复杂，使用成本高。
因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种协同脉冲信号发生装置，能够在同一个脉冲信号发生装置中即产生高压脉冲，又能产生低压脉冲，从而根据不同的需要进行选择切换，尤其是应用在肿瘤治疗时能够消融彻底且具有较大的消融体积，整个装置结构简单，制造以及使用成本低。
本发明提供的一种协同脉冲信号发生装置，包括高压直流电源VH、低压直流电源VL以及至少一组信号发生电路；
所述高压直流电源VH，用于输出高压直流电至信号发生电路的高压输入端；
所述低压直流电源VL，用于输出低压直流电至信号发生电路的低压输入端；
所述脉冲信号发生电路，其高压输入端与高压直流电源VH的输出端连接，低压输入端与低压直流电源VL的输出端连接，用于选择性输出高压脉冲信号或者低压脉冲信号至负载。
进一步，所述脉冲信号发生电路由n个结构相同的脉冲信号发生单元串接形成。
进一步，所述脉冲信号发生单元包括二极管DH、二极管DL、电容CH、电容CL、二极管D、电子开关SL以及电子开关SH；
第一级脉信号发生单元中：二极管DH1的正极作为信号脉冲发生电路的高压输入端与高压直流电源VH的输出端连接，所述二极管DH1的负极与电容CH1的一端连接，电容CH1的另一端与电容CL1的一端连接，电容CL1的另一端分别与高压直流电源VH以及低压直流电源VL的负极连接；
二极管DL1的正极连接于高压直流电源VH以及低压直流电源VL的负极连接，二极管DL1的负极与第二级脉冲发生单元连接；
二极管DH1的负极还与电子开关SH1的输入端连接，电子开关SH1的输出端与二极管DL1的负极连接；电容CL1与电容CH1的之间的公共连接点与电子开关SL1的输入端连接，电子开关SL1的输出端与二极管DL1的负极连接；二极管D1的正极连接于电容CL1与电容CH1的之间的公共连接点，二极管D1的负极与第二级脉冲信号发生电路连接；
第二级脉冲信号发生单元中：二极管DH2的正极与电子开关SH1和二极管DH1的负极之间的公共连接点连接，二极管DH2的负极与电容CH2的一端连接，电容CH2的另一端与电容CL2的一端连接，电容CL2的另一端二极管D1的负极连接，二极管DL2的正极与二极管DL1的负极连接，二极管DL2的负极与第三季脉冲信号发生单元连接；
二极管DH2的负极还与电子开关SH2的输入端连接，电子开关SH2的输出端与二极管DL2的负极连接；电容CL2与电容CH2的之间的公共连接点与电子开关SL2的输入端连接，电子开关SL2的输出端与二极管DL2的负极连接；二极管D2的正极连接于电容CL2与电容CH2的之间的公共连接点，二极管D2的负极与第二级脉冲信号发生电路连接；
依次类推，第三级脉冲信号发生单元至第n级脉冲信号发生单元按照第二级脉冲信号发生单元的连接关系与前级脉冲信号发生单元连接，其中，第n级脉冲信号发生单元的二极管DLn的负极与负载连接，其中，n表示脉冲发生单元的个数，电子开关SL和电子开关SH为半导体电子开关且电子开关SL和电子开关SH的控制端输入PMW控制信号。
进一步，所述电子开关SL和电子开关SH为N型场效应管。
进一步，所述脉冲信号发生单元的电子开关SH的导通时序相同；所述脉冲信号发生单元的电子开关SH的导通时序相同；或
所述脉冲信号发生单元的电子开关SH依次延时导通。
进一步，所述脉冲信号发生单元的电子开关SL的导通时序相同；或
所述脉冲信号发生单元的电子开关SL的依次延时导通。
进一步，所述脉冲信号发生电路还包括限流电阻Rs，所述限流电阻连接于高压直流电源VH的输出端和二极管DH1的正极之间。
本发明的有益效果：通过本发明，能够在同一个脉冲信号发生装置中即产生高压脉冲，又能产生低压脉冲，从而根据不同的需要进行选择切换，尤其是应用在肿瘤治疗时能够消融彻底且具有较大的消融体积，且能够将高压纳秒级和微秒脉冲的协同作用结合起来，克服肿瘤异质性难题，消融肿瘤干细胞，激发机体对肿瘤的免疫机制，整个装置结构简单，制造以及使用成本低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明在输出低压脉冲时充电回路示意图。
图3为本发明在输出低压脉冲时放电回路示意图。
图4为本发明在输出高压脉冲时充电回路示意图。
图5为本发明在输出高压脉冲时放电回路示意图。
图6为本发明的低压脉冲输出时序及波形图。
图7为本发明的高压脉冲输出时序及波形图。
图8为高压脉冲和低压脉冲组合输出波形图。
图9为本发明的低压脉冲和高压脉冲组合输出波形图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明，如图所示：
本发明提供的一种协同脉冲信号发生装置，包括高压直流电源VH、低压直流电源VL以及至少一组信号发生电路；
所述高压直流电源VH，用于输出高压直流电至信号发生电路的高压输入端；
所述低压直流电源VL，用于输出低压直流电至信号发生电路的低压输入端；
所述脉冲信号发生电路，其高压输入端与高压直流电源VH的输出端连接，低压输入端与低压直流电源VL的输出端连接，用于选择性输出高压脉冲信号或者低压脉冲信号至负载；通过上述结构，能够在同一个脉冲信号发生装置中即产生高压脉冲，又能产生低压脉冲，从而根据不同的需要进行选择切换，尤其是应用在肿瘤治疗时能够消融彻底且具有较大的消融体积，整个装置结构简单，制造以及使用成本低。
本实施例中，所述脉冲信号发生电路由n个结构相同的脉冲信号发生单元串接形成。
具体地：所述脉冲信号发生单元包括二极管DH、二极管DL、电容CH、电容CL、二极管D、电子开关SL以及电子开关SH；
第一级脉信号发生单元中：二极管DH1的正极作为信号脉冲发生电路的高压输入端与高压直流电源VH的输出端连接，所述二极管DH1的负极与电容CH1的一端连接，电容CH1的另一端与电容CL1的一端连接，电容CL1的另一端分别与高压直流电源VH以及低压直流电源VL的负极连接；
二极管DL1的正极连接于高压直流电源VH以及低压直流电源VL的负极连接，二极管DL1的负极与第二级脉冲发生单元连接；
二极管DH1的负极还与电子开关SH1的输入端连接，电子开关SH1的输出端与二极管DL1的负极连接；电容CL1与电容CH1的之间的公共连接点与电子开关SL1的输入端连接，电子开关SL1的输出端与二极管DL1的负极连接；二极管D1的正极连接于电容CL1与电容CH1的之间的公共连接点，二极管D1的负极与第二级脉冲信号发生电路连接；
第二级脉冲信号发生单元中：二极管DH2的正极与电子开关SH1和二极管DH1的负极之间的公共连接点连接，二极管DH2的负极与电容CH2的一端连接，电容CH2的另一端与电容CL2的一端连接，电容CL2的另一端二极管D1的负极连接，二极管DL2的正极与二极管DL1的负极连接，二极管DL2的负极与第三季脉冲信号发生单元连接；
二极管DH2的负极还与电子开关SH2的输入端连接，电子开关SH2的输出端与二极管DL2的负极连接；电容CL2与电容CH2的之间的公共连接点与电子开关SL2的输入端连接，电子开关SL2的输出端与二极管DL2的负极连接；二极管D2的正极连接于电容CL2与电容CH2的之间的公共连接点，二极管D2的负极与第二级脉冲信号发生电路连接；
依次类推，第三级脉冲信号发生单元至第n级脉冲信号发生单元按照第二级脉冲信号发生单元的连接关系与前级脉冲信号发生单元连接，其中，第n级脉冲信号发生单元的二极管DLn的负极与负载连接，其中，n表示脉冲发生单元的个数，电子开关SL和电子开关SH为半导体电子开关且电子开关SL和电子开关SH的控制端输入PMW控制信号。其中，所述电子开关SL和电子开关SH为N型场效应管，整个脉冲信号发生电路中：所有的电子开关SL的导通时序相同，所有的电子开关SH的导通时序相同，或者是所述脉冲信号发生单元的电子开关SH依次延时导通，
所述脉冲信号发生单元的电子开关SL的依次延时导通，从而形成如图所示的阶梯形脉冲波，但是，电子开关SL和电子开关SH不同时导通，但是在充电模式下同时关断，电子开关SL和电子开关SH通过现有的单片机产生的PWM信号进行控制。
本发明的协同脉冲发生装置的工作原理如下：
当需要输出低压脉冲时，首先通过低压直流电源VL对脉冲信号发生电路进行充电，其充电回路如图2所示，在低压充电时，电子开关SL1-SLn以及电子开关SH1-SHn均处于关断状态，而放电时，电子开关SH1—SHn仍然处于关断状态，电子开关SL1—SLn导通，形成如图3所示的放电回路，从而对负载Rx进行放电，其放电曲线如图6所示。
当需要输出高压脉冲时，首先通过高压直流电源VH对脉冲信号发生电路进行充电，其充电回路如图4所示，在高压充电时，电子开关SL1-SLn以及电子开关SH1-SHn均处于关断状态，而放电时，电子开关SH1—SHn导通，电子开关SL1—SLn仍处于关断状态，从而形成如图5所示的高压脉冲放电回路，从而对负载Rx进行放电，其放电曲线如图7所示；因此，通过本发明的电路，整个装置既能够产生高压脉冲信号，又能够产生低压脉冲信号，而且，高压脉冲信号和低压脉冲信号之间的切换间隔时间极短，从而能够保证对肿瘤的消融彻底性以及消融的体积，高压直流电源VH以及低压直流电源VL采用现有的可控高压直流电源VH和可控低压直流电源VL。
当需要输出高压脉冲和低压脉冲的组合波形时，通过高压直流电源VH和低压直流电源VL对脉冲信号发生电路进行充电，其充电回路如图2和图4所示，在充电时，电子开关SL1-SLn以及电子开关SH1-SHn均处于关断状态。而放电时，首先电子开关SH1—SHn导通，电子开关SL1—SLn仍处于关断状态，从而形成如图5所示的高压脉冲放电回路。然后延迟一段时间后，电子开关SH1—SHn处于关断状态，电子开关SL1—SLn导通，形成如图3所示的放电回路。从而对负载Rx进行高压脉冲和低压脉冲组合波形的放电，其放电曲线如图8所示。
当需要输出低压脉冲和高压脉冲的组合波形时，通过高压直流电源VH和低压直流电源VL对脉冲信号发生电路进行充电，其充电回路如图2和图4所示，在充电时，电子开关SL1-SLn以及电子开关SH1-SHn均处于关断状态。而放电时，首先电子开关SH1—SHn处于关断状态，电子开关SL1—SLn导通，形成如图3所示的放电回路。然后延迟一段时间后，电子开关SH1—SHn导通，电子开关SL1—SLn仍处于关断状态，从而形成如图5所示的高压脉冲放电回路。从而对负载Rx进行低压脉冲和高压脉冲组合波形的放电，其放电曲线如图9所示。
本实施例中，所述脉冲信号发生电路还包括限流电阻Rs，所述限流电阻连接于高压直流电源VH的输出端和二极管DH1的正极之间，通过Rs的限流分压作用，能够在高压充电时对后续电路进行良好的保护。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种协同脉冲信号发生装置，其特征在于：包括高压直流电源VH、低压直流电源VL以及至少一组信号发生电路；
所述高压直流电源VH，用于输出高压直流电至信号发生电路的高压输入端；
所述低压直流电源VL，用于输出低压直流电至信号发生电路的低压输入端；
所述脉冲信号发生电路，其高压输入端与高压直流电源VH的输出端连接，低压输入端与低压直流电源VL的输出端连接，用于选择性输出高压脉冲信号或者低压脉冲信号至负载。
2.根据权利要求1所述协同脉冲信号发生装置，其特征在于：所述脉冲信号发生电路由n个结构相同的脉冲信号发生单元串接形成。
3.根据权利要求2所述协同脉冲信号发生装置，其特征在于：所述脉冲信号发生单元包括二极管DH、二极管DL、电容CH、电容CL、二极管D、电子开关SL以及电子开关SH；
第一级脉信号发生单元中：二极管DH1的正极作为信号脉冲发生电路的高压输入端与高压直流电源VH的输出端连接，所述二极管DH1的负极与电容CH1的一端连接，电容CH1的另一端与电容CL1的一端连接，电容CL1的另一端分别与高压直流电源VH以及低压直流电源VL的负极连接；
二极管DL1的正极连接于高压直流电源VH以及低压直流电源VL的负极连接，二极管DL1的负极与第二级脉冲发生单元连接；
二极管DH1的负极还与电子开关SH1的输入端连接，电子开关SH1的输出端与二极管DL1的负极连接；电容CL1与电容CH1的之间的公共连接点与电子开关SL1的输入端连接，电子开关SL1的输出端与二极管DL1的负极连接；二极管D1的正极连接于电容CL1与电容CH1的之间的公共连接点，二极管D1的负极与第二级脉冲信号发生电路连接；
第二级脉冲信号发生单元中：二极管DH2的正极与电子开关SH1和二极管DH1的负极之间的公共连接点连接，二极管DH2的负极与电容CH2的一端连接，电容CH2的另一端与电容CL2的一端连接，电容CL2的另一端二极管D1的负极连接，二极管DL2的正极与二极管DL1的负极连接，二极管DL2的负极与第三季脉冲信号发生单元连接；
二极管DH2的负极还与电子开关SH2的输入端连接，电子开关SH2的输出端与二极管DL2的负极连接；电容CL2与电容CH2的之间的公共连接点与电子开关SL2的输入端连接，电子开关SL2的输出端与二极管DL2的负极连接；二极管D2的正极连接于电容CL2与电容CH2的之间的公共连接点，二极管D2的负极与第二级脉冲信号发生电路连接；
依次类推，第三级脉冲信号发生单元至第n级脉冲信号发生单元按照第二级脉冲信号发生单元的连接关系与前级脉冲信号发生单元连接，其中，第n级脉冲信号发生单元的二极管DLn的负极与负载连接，其中，n表示脉冲发生单元的个数，电子开关SL和电子开关SH为半导体电子开关且电子开关SL和电子开关SH的控制端输入PMW控制信号。
4.根据权利要求3所述协同脉冲信号发生装置，其特征在于：所述电子开关SL和电子开关SH为N型场效应管。
5.根据权利要求3所述协同脉冲信号发生装置，其特征在于：所述脉冲信号发生单元的电子开关SH的导通时序相同；或
所述脉冲信号发生单元的电子开关SH依次延时导通。
6.根据权利要求3所述协同脉冲信号发生装置，其特征在于：所述脉冲信号发生单元的电子开关SL的导通时序相同；或
所述脉冲信号发生单元的电子开关SL的依次延时导通。
7.根据权利要求3所述协同脉冲信号发生装置，其特征在于：所述脉冲信号发生电路还包括限流电阻Rs，所述限流电阻连接于高压直流电源VH的输出端和二极管DH1的正极之间。
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