CN110638519A - 高频发生电路、控制方法以及电外科手术设备 - Google Patents

高频发生电路、控制方法以及电外科手术设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高频发生电路,其包括整流电路、开关电源电路、逆变电路、滤波输出电路、前级采样电路、后级采样电路、处理器、MOS驱动电路以及开关电源变换器,其中,前级采样电路用于对开关电源电路输出的直流高压信号进行采样,形成前级采样信号;后级采样电路用于对所述高频交流信号进行采样,形成后级采样信号;处理器根据所述前级采样信号和后级采样信号通过MOS驱动电路对逆变电路进行控制;开关电源变换器的输入端连接至处理器,开关电源变换器的输出端连接至开关电源电路的使能端。本发明还公开了一种高频控制方法、以及电外科手术设备。本发明通过前后级采样电路实现对高频交流输出进行精确控制。

Description

高频发生电路、控制方法以及电外科手术设备
技术领域
本发明涉及一种高频发生器技术领域,尤其涉及一种高频发生电路、控制方法以及电外科手术设备。
背景技术
电外科手术是以高频电流的凝固和烧灼作用施行的手术治疗方法,一般对皮肤的作用是将热传导给组织,或通过电流在组织产生热反应,常用的电外科手术是电凝和电切割。作为电外科手术的重要组成,高频发生电路的输出的高频交流信号直接影响治疗效果,同时,由于作用于人体,因此需要对高频交流信号进行精确控制,以避免伤及器官或生命。现有的高频发生电路一般包括整流、变压、逆变等部分,同时也通过PWM电路对其输出进行控制,但是其控制精度不高。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种高频发生电路,其通过前后级采样电路实现对高频交流输出进行精确控制。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现:
一种高频发生电路,其包括整流电路、开关电源电路、逆变电路以及滤波输出电路,其中,所述整流电路的输入端连接至交流电源,所述整流电路的输出端依次经由开关电源电路和逆变电路连接至滤波输出电路的输入端,由所述滤波输出电路输出高频交流信号;所述高频发生电路还包括前级采样电路、后级采样电路、处理器、MOS驱动电路以及开关电源变换器,其中,所述前级采样电路的输入端连接至开关电源电路的输出端,用于对开关电源电路输出的直流高压信号进行采样,形成前级采样信号;所述MOS驱动电路的输出端连接至逆变电路的使能端;所述后级采样电路的输入端连接至滤波输出电路的输出端,用于对所述高频交流信号进行采样,形成后级采样信号;所述处理器用于接收所述前级采样信号和后级采样信号,并根据所述前级采样信号和后级采样信号通过MOS驱动电路对逆变电路进行控制;所述开关电源变换器的输入端连接至处理器,所述开关电源变换器的输出端连接至开关电源电路的使能端,用于接收处理器根据前级采样电路或/和后级采样电路生成的控制信号,并根据所述控制信号生成PWM调节信号对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
进一步地,所述处理器包括第一CPU和第二CPU,所述第一CPU接收前级采样信号,所述第二CPU接收后级采样信号,所述第一CPU和第二CPU之间进行隔离通信,所述第一CPU和第二CPU通过逻辑与门或者逻辑或非门连接至MOS驱动电路的PWM信号输入端;所述第一CPU具有第二输出控制端,所述开关电源变换器的输入端连接至第二输出控制端,用于接收第一CPU根据前级采样电路或/和后级采样电路生成的控制信号。
进一步地,所述MOS驱动电路包括PWM生成电路以及驱动电路,其中,所述PWM生成电路包括有源晶振以及分频器,所述有源晶振的输出端通过分频器以及逻辑与门或者逻辑或非门连接至驱动电路的PWM信号输入端。
进一步地,所述逆变电路包括四个场效应管,所述逻辑与门或者逻辑或非门均具有第一一输入端和第二一输入端,与第一一输入端相配合的第一二输入端和第一输出端、与第二一输入端相配合的第二二输入端和第二输出端;
所述驱动电路为两个,每个驱动电路均具有两个PWM信号输出端和一个PWM信号输入端;
所述有源晶振的输出端连接至第一一输入端,所述第一CPU和第二CPU均具有第一输出控制端,两个第一输出控制端分别连接至第二一输入端和第二二输入端;所述第一输出端和第二输出端分别连接至两个驱动电路的PWM信号输入端;四个PWM信号输出端分别连接至四个场效应管的栅极;
当采用与门时,所述第一二输入端持续输入高电平,当采用或非门时,所述第一二输入端持续输入低电平。
进一步地,所述高频发生电路还包括开关电源变换器,所述第一CPU具有第二输出控制端,所述开关电源变换器的输入端连接至第二输出控制端,用于接收第一CPU根据前级采样电路或/和后级采样电路生成的控制信号,所述开关电源变换器的输出端连接至开关电源电路的使能端,用于根据所述控制信号生成PWM调节信号对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
进一步地,所述开关电源变换器包括振荡电路,第一光耦、第二光耦以及第一MOS管和第二MOS管,所述开关电源电路包括电感、变压器以及整流器,其中,所述振荡电路的输入端接收所述控制信号,所述振荡电路的两个输出端分别连接至第一光耦和第二光耦的输入端,所述第一光耦和第二光耦的输出端分别连接至第一MOS管和第二MOS管的栅极;所述第一MOS管的漏极连接至整流电路的输出端,所述第二MOS管的源极接地,所述第一MOS管的源极连接至第二MOS管的漏极,所述第一MOS管的源极以及第二MOS管的漏极还通过电感连接至变压器初级绕组的异名端,所述变压器初级绕组的同名端连接至整流电路的输出端,所述变压器次级绕组通过整流器输出直流高压信号。
进一步地,所述滤波输出电路包括滤波电容以及变压设备,所述滤波电容为多个,部分滤波电容连接于变压设备初级绕组和逆变电路的输出端之间,剩余滤波电容与变压设备次级绕组连接。
本发明的目的之二在于提供高频控制方法,其通过前后级采样电路实现对高频交流输出进行精确控制。
本发明的目的之二采用以下技术方案实现:
一种基于本发明目的之一的高频发生电路实现的高频控制方法,其包括以下步骤:
接收前级采样信号和后级采样信号;
当所述前级采样信号不满足第一阈值范围或/和后级采样信号不满足第二阈值范围,则通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作;
当所述后级采样信号不满足预设的设定值时,通过所述开关电源变换器对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
进一步地,当所述处理器包括第一CPU和第二CPU时;
第一CPU接收前级采样信号;当第一CPU判断所述前级采样信号不满足第一阈值范围时,则第一CPU通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作,同时,第一CPU还通过第二CPU向报警器发送报警信息;
第二CPU接收后级采样信号,并将后级采样信号发送至第一CPU,当第一CPU通过对后级采样信号进行计算后判断所述后级采样信号不满足第二阈值范围时,则第一CPU通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作,同时,第一CPU还通过第二CPU向报警器发送报警信息;
在所述后级采样信号满足第二阈值范围时,第一CPU判断计算后的后级采样信号是否满足预设的设定值,如果不满足预设的设定值,则第一CPU通过所述开关电源变换器对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
本发明的目的之三在于提供一种电外科手术设备,其通过前后级采样电路实现对高频交流输出进行精确控制。
本发明的目的之三采用以下技术方案实现:
一种电外科手术设备,其包括本发明目的之一所述的高频发生电路。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:本发明通过前后级采样电路实现以及处理器和MOS驱动电路之间的配合,实现在超出阈值范围的情况下,及时中断电路的工作,防止在使用中对人体造成损伤,同时基于前后级采样电路实现以及处理器和开关电源变换器的配合,实现对高频交流输出进行精确控制。
附图说明
图1为本发明实施例一的高频发生电路的原理框图;
图2是本发明实施例一的振荡电路与开关电源电路的电路原理图;
图3为本发明实施例二的高频控制方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图,对本发明进行更为详细的描述,需要说明的是,下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的,而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合,以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
实施例一
请参照图1所示,一种高频发生电路,其主要包括整流电路20、开关电源电路30、逆变电路40、前级采样电路31、后级采样电路51、处理器、MOS驱动电路80以及开关电源变换器61。其中:
整流电路的输入端连接至交流电源,交流电源一般为市电10,基于不同国家或地区的市电标准不尽相同,在本发明较佳的实施例中,在整流电路和市电之间设置芯片AVS1ACP08实现110V/220V市电的自动切换。整流电路20采用全波整流桥,当然,也可以采用半波整流。
逆变电路主要由四个场效应管例如绝缘栅双极型晶体管组成,其连接方式为现有逆变电路常规设置方式,这里不再赘述。在逆变电路的输出端还连接一滤波输出电路50,经过该滤波输出电路,输出需要的高频交流信号,可用于电外科手术。整流电路的输出端依次经由开关电源电路和逆变电路连接至滤波输出电路的输入端,由所述滤波输出电路输出高频交流信号。
前级采样电路的输入端连接至开关电源电路的输出端,用于对开关电源电路输出的直流高压信号进行采样,形成前级采样信号;所述MOS驱动电路的输出端连接至逆变电路的使能端;所述后级采样电路的输入端连接至滤波输出电路的输出端,用于对所述高频交流信号进行采样,形成后级采样信号;所述处理器用于接收所述前级采样信号和后级采样信号,并根据所述前级采样信号和后级采样信号通过MOS驱动电路对逆变电路进行控制。
前级采样电路包括前级电流采样电路以及前级电压采样电路,其中,前级电压采样电路可以利用电阻分压的方式直接采样,将前级电压采样信号直接送到处理器,前级电流采样电路可以利用采样电阻串入开关电源输出端和逆变电路之间,检测电阻上电压并通过运放放大在经过V/I转换形成前级电流采样信号送到处理器。
后级采样电路包括后级电流采样电路和后级电压采样电路,其中,后级电压采样电路采用电阻分压,然后通过隔离变压器送入RMS转DC芯片AD8436转为后级电压采样信号送到处理器,而电流采样电路则可以在滤波输出电路的输出端串入50:1的电流互感器的初级绕组,再通过次级绕组并联电阻,然后再通过AD8436强将电阻上电压转为直流送到处理器。
需要说明的是,上述前级采样电路和后级采样电路还可以采用其他采样方式,这里不做限定。
MOS驱动电路包括PWM生成电路以及驱动电路,其中,所述PWM生成电路包括有源晶振以及分频器,所述有源晶振的输出端通过分频器以及逻辑与门或者逻辑或非门连接至驱动电路的PWM信号输入端。有源晶振产生3.68M振荡电压,然后该振荡电压通过分频器例如74HC393分频得到460KHZ的方波,将这个方波输送到驱动电路,驱动逆变电路的逆变。驱动电路可以采用SI8231。
作为本发明的一种较佳的实施方式,处理器为两个,分别是第一CPU 60和第二CPU70,其中第一CPU接收前级采样信号,所述第二CPU接收后级采样信号,所述第一CPU和第二CPU之间进行隔离通信,所述第一CPU和第二CPU通过逻辑与门或者逻辑或非门连接至MOS驱动电路的PWM信号输入端。
所述逻辑与门或者逻辑或非门均具有第一一输入端和第二一输入端,与第一一输入端相配合的第一二输入端和第一输出端、与第二一输入端相配合的第二二输入端和第二输出端;
所述驱动电路为两个,每个驱动电路均具有两个PWM信号输出端和一个PWM信号输入端;
所述有源晶振的输出端连接至第一一输入端,所述第一CPU和第二CPU均具有第一输出控制端,两个第一输出控制端分别连接至第二一输入端和第二二输入端;所述第一输出端和第二输出端分别连接至两个驱动电路的PWM信号输入端;四个PWM信号输出端分别连接至四个场效应管的栅极;
当采用与门时,所述第一二输入端持续输入高电平,当采用或非门时,所述第一二输入端持续输入低电平。
即分频器输出的方波控制其中二个场效应管的通断,第一CPU和第二CPU控制另外两个场效应管的通断。其具体工作原理详见实施例二,之所以采用逻辑门的方式,其一是结构简单,其二是逆变电路的工作与否有多个信号共同控制,从而在某个器件出现问题时,也能保证不会对人体造成损伤。逆变电路停止工作,即整个高频发生电路不会输出高频交流信号,同时,处理器还会在逆变电路停止工作时通过报警器进行报警,进而引起操作者的注意。
开关电源变换器主要用于对开关电源电路输出的高压直流信号进行调节,进而调节滤波输出电路输出的高频交流信号,所述第一CPU具有第二输出控制端,所述开关电源变换器的输入端连接至第二输出控制端,用于接收第一CPU根据前级采样电路或/和后级采样电路生成的控制信号,所述开关电源变换器的输出端连接至开关电源电路的使能端,用于根据所述控制信号生成PWM调节信号对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
具体地,请参照图2所示,开关电源变换器包括振荡电路U20,第一光耦U25、第二光耦U26以及第一MOS管Q13A和第二MOS管Q13B,所述开关电源电路包括电感T6、变压器T1以及整流器(D40、D41),其中,所述振荡电路的输入端接收所述控制信号,所述振荡电路的两个输出端分别连接至第一光耦和第二光耦的输入端,所述第一光耦和第二光耦的输出端分别连接至第一MOS管和第二MOS管的栅极;所述第一MOS管的漏极连接至整流电路的输出端,所述第二MOS管的源极接地,所述第一MOS管的源极连接至第二MOS管的漏极,所述第一MOS管的源极以及第二MOS管的漏极还通过电感连接至变压器初级绕组的异名端,所述变压器初级绕组的同名端连接至整流电路的输出端,所述变压器次级绕组通过整流器输出直流高压信号。
振荡电路U20可以采用芯片UC3525或芯片SG3525,图2中为UC3525的情况,其第二引脚连接至第一CPU的第二输出控制端(输出DAC信号),第一光耦U25、第二光耦U26均采用芯片HCPL-3180-300E,起到信号隔离作用,第一MOS管Q13A和第二MOS管Q13B均采用DNMOS管。整流器采用全波整流桥,在整流器后还可以连接有滤波电容等,经由滤波电容输出高压直流信号,第一CPU将生成的反馈电压信号转换为模拟信号(DAC信号)后通过振荡电路U20形成相应的PWM信号,进而控制第一MOS管Q13A和第二MOS管Q13B的通断,从而对高压直流信号进行调节。
实施例二
实施例二提供高频控制方法,其基于上述任意实施例的高频发生电路实现的高频控制方法,从而获取相应的高频交流信号。请参照图3所示,其具体包括以下步骤:
S101、接收前级采样信号和后级采样信号。
S102、当所述前级采样信号不满足第一阈值范围或/和后级采样信号不满足第二阈值范围,则通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作;
S103、在逆变电路正常工作的情况下,即所述前级采样信号满足第一阈值范围且后级采样信号满足第二阈值范围,判断所述后级采样信号不满足预设的设定值时,通过所述开关电源变换器对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
第一阈值范围和第二阈值范围根据需要设置,优选为上限阈值,即不能超过该上限阈值,以避免使用中对人体造成损伤。第一阈值范围和第二阈值范围均包括电流上限阈值和电压上限阈值。同时,为了保证对开关电源电路的输出调节,处理器对开关电源变换器输出的DAC信号也不能超过预设阈值,如果超过,则就不能对开关电源电路的输出调节。
前级采样信号以及DAC信号可以直接与第一阈值范围和预设阈值进行比对,对于后级采样信号,其可以直接与第二阈值范围进行比对,也可以通过一定的计算实现比对,例如,将所述后级采样信号进行一定的计算,得到例如功率值、峰-峰值,将这些计算结果与第二阈值范围进行比对。
对直流高压信号进行调节采用PID方式,处理器根据后级采样信号进行一定的计算,例如获取高频发生电路实际输出的功率值、峰-峰值和电流值,然后与操作者选取的效果曲线进行比对,从而使处理器生成一定的DAC信号,进而再由振荡电路转换成PWM信号,控制MOS管的通断从而对开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
当处理器采用第一CPU和第二CPU时,则其中一个CPU用于计算和判断,另一个CPU主要用于执行其中一个CPU发送的命令。之所以采用两个CPU协调工作,可以使得处理更快,即一个用于计算,一个用户执行命令,在电外科手术设备上应用时,在非正常工作情况下,可以迅速切断电源,在效果达不到要求时,可以迅速进行PID调整,进而提高手术的成功率和减少手术时间。
在发明较佳的实施例中,第一CPU接收前级采样信号;当第一CPU判断所述前级采样信号不满足第一阈值范围时,则第一CPU通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作,同时,第一CPU还通过第二CPU向报警器发送报警信息;
第二CPU接收后级采样信号,并将后级采样信号发送至第一CPU,当第一CPU通过对后级采样信号进行计算后判断所述后级采样信号不满足第二阈值范围时,则第一CPU通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作,同时,第一CPU还通过第二CPU向报警器发送报警信息;当然,第一CPU还可以通知第二CPU通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作。
在所述后前级采样信号满足第一阈值范围且所述后级采样信号满足第二阈值范围、且DAC信号满足预设阈值时,第一CPU判断计算后的后级采样信号(这里的计算与判断后级采样信号是否满足第二阈值范围时的计算可以相同,也可以不同)是否满足预设的设定值,如果不满足预设的设定值,则第一CPU通过所述开关电源变换器对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
实施例三
实施例三提供一种电外科手术设备,该电外科手术设备主要包括上述实施例中的高频发生电路,另外还有一些必要的器件,例如壳体、脚踏、显示屏、电极、切刀等。
对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高频发生电路,其包括整流电路、开关电源电路、逆变电路以及滤波输出电路,其中,所述整流电路的输入端连接至交流电源,所述整流电路的输出端依次经由开关电源电路和逆变电路连接至滤波输出电路的输入端,由所述滤波输出电路输出高频交流信号;其特征在于,所述高频发生电路还包括前级采样电路、后级采样电路、处理器、MOS驱动电路以及开关电源变换器,其中,所述前级采样电路的输入端连接至开关电源电路的输出端,用于对开关电源电路输出的直流高压信号进行采样,形成前级采样信号;所述MOS驱动电路的输出端连接至逆变电路的使能端;所述后级采样电路的输入端连接至滤波输出电路的输出端,用于对所述高频交流信号进行采样,形成后级采样信号;所述处理器用于接收所述前级采样信号和后级采样信号,并根据所述前级采样信号和后级采样信号通过MOS驱动电路对逆变电路进行控制;所述开关电源变换器的输入端连接至处理器,所述开关电源变换器的输出端连接至开关电源电路的使能端,用于接收处理器根据前级采样电路或/和后级采样电路生成的控制信号,并根据所述控制信号生成PWM调节信号对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
2.如权利要求1所述的高频发生电路,其特征在于,所述处理器包括第一CPU和第二CPU,所述第一CPU接收前级采样信号,所述第二CPU接收后级采样信号,所述第一CPU和第二CPU之间进行隔离通信,所述第一CPU和第二CPU通过逻辑与门或者逻辑或非门连接至MOS驱动电路的PWM信号输入端;所述第一CPU具有第二输出控制端,所述开关电源变换器的输入端连接至第二输出控制端,用于接收第一CPU根据前级采样电路或/和后级采样电路生成的控制信号。
3.如权利要求2所述的高频发生电路,其特征在于,所述MOS驱动电路包括PWM生成电路以及驱动电路,其中,所述PWM生成电路包括有源晶振以及分频器,所述有源晶振的输出端通过分频器以及逻辑与门或者逻辑或非门连接至驱动电路的PWM信号输入端。
4.如权利要求3所述的高频发生电路,其特征在于,所述逆变电路包括四个场效应管,所述逻辑与门或者逻辑或非门均具有第一一输入端和第二一输入端,与第一一输入端相配合的第一二输入端和第一输出端、与第二一输入端相配合的第二二输入端和第二输出端;
所述驱动电路为两个,每个驱动电路均具有两个PWM信号输出端和一个PWM信号输入端;
所述有源晶振的输出端连接至第一一输入端,所述第一CPU和第二CPU均具有第一输出控制端,两个第一输出控制端分别连接至第二一输入端和第二二输入端;所述第一输出端和第二输出端分别连接至两个驱动电路的PWM信号输入端;四个PWM信号输出端分别连接至四个场效应管的栅极;
当采用与门时,所述第一二输入端持续输入高电平,当采用或非门时,所述第一二输入端持续输入低电平。
5.如权利要求1-4任一项所述的高频发生电路,其特征在于,所述开关电源变换器包括振荡电路,第一光耦、第二光耦以及第一MOS管和第二MOS管,所述开关电源电路包括电感、变压器以及整流器,其中,所述振荡电路的输入端接收所述控制信号,所述振荡电路的两个输出端分别连接至第一光耦和第二光耦的输入端,所述第一光耦和第二光耦的输出端分别连接至第一MOS管和第二MOS管的栅极;所述第一MOS管的漏极连接至整流电路的输出端,所述第二MOS管的源极接地,所述第一MOS管的源极连接至第二MOS管的漏极,所述第一MOS管的源极以及第二MOS管的漏极还通过电感连接至变压器初级绕组的异名端,所述变压器初级绕组的同名端连接至整流电路的输出端,所述变压器次级绕组通过整流器输出直流高压信号。
6.如权利要求1-4任一项所述的高频发生电路,其特征在于,所述滤波输出电路包括滤波电容以及变压设备,所述滤波电容为多个,部分滤波电容连接于变压设备初级绕组和逆变电路的输出端之间,剩余滤波电容与变压设备次级绕组连接。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的高频发生电路实现的高频控制方法,其特征在于,其包括以下步骤:
接收前级采样信号和后级采样信号;
当所述前级采样信号不满足第一阈值范围或/和后级采样信号不满足第二阈值范围,则通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作;
当所述后级采样信号不满足预设的设定值时,通过所述开关电源变换器对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
8.如权利要求7所述的高频控制方法,其特征在于,当所述处理器包括第一CPU和第二CPU时;
第一CPU接收前级采样信号;当第一CPU判断所述前级采样信号不满足第一阈值范围时,则第一CPU通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作,同时,第一CPU还通过第二CPU向报警器发送报警信息;
第二CPU接收后级采样信号,并将后级采样信号发送至第一CPU,当第一CPU通过对后级采样信号进行计算后判断所述后级采样信号不满足第二阈值范围时,则第一CPU通过MOS驱动电路控制高频发生电路停止工作,同时,第一CPU还通过第二CPU向报警器发送报警信息;
在所述后级采样信号满足第二阈值范围时,第一CPU判断计算后的后级采样信号是否满足预设的设定值,如果不满足预设的设定值,则第一CPU通过所述开关电源变换器对所述开关电源电路输出的直流高压信号进行调节。
9.一种电外科手术设备,其特征在于,其包括权利要求1-6任一项所述的高频发生电路。
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