CN114326897B - 一种推挽电路mos管偏置电压自动调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统及方法，系统包括主控芯片MCU、偏置放大电路、电流检测电路、MOS管测试电压开关电路以及推挽放大电路；工作时，主控芯片MCU通过控制MOS管测试电压开关电路，测量此时MOS管通过的电流并判断此时电流是否满足期望电流值，根据测量值改变MOS管的偏置，并保存满足期望电流所对应的偏置电压值，当调试完成，系统每个MOS管将使用其对应保存的偏置电压值。本发明系统在开机时自动对每个MOS管进行合适的偏置电压设置，保证超声刀主机工作时的信号对称性，也提高超声刀主机的可靠性和工作寿命。

Description

一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统及方法

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统及方法。

背景技术

随着医疗技术的不断进步，手术器械也在不断地改进，出现了钢刀、电刀、超声刀、激光刀、射频刀等。其中超声刀是通过输出约55.5Khz的正弦波波形。它的工作原理为超声手术刀主机输出约55.5Khz的超声波信号，通过换能器将电能转换为超声刀刀头的机械动能，其作用机理主要是与生物组织直接接触的金属刀头产生的超声机械效应、空化效应和热效应。声刀头的髙频振动导致与之直接接触的组织细胞的蛋白质氢链断裂，细胞崩解重新融合，组织凝固后切开。同时，机械振动导致组织内胶原蛋白结构破坏，超声振动的热效应使蛋白凝固，进而封闭血管达到止血目的。而超声手术刀产生超声波信号主要是通过推挽电路的MOS管放大与变压器结合进行电压放大，其中对称的MOS管起到关键的作用，其工作的状态决定了输出波形的对称性与主机的工作寿命，进而影响了超声手术系统工作的精确性和可靠性。

目前，国内对于现代手术刀控制系统的自主研发缺乏一定的力度和深度，其中对推挽电路中的MOS管偏置通常以固定的偏置电压来设定，由于不同MOS管用同样的偏置电压工作时候，其能通过的电流有差别，也就容易导致产生的正弦波信号不对称。另一方面，推挽电路中MOS管持续工作在不对称电流情况，其中一边MOS管的工作负载一直比另一边大，导致两边的MOS管损耗不一致，更加容易引起信号不对称，也会降低推挽电路的使用寿命。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统及方法，在能实现推挽电路基本功能的前提下，能自动对MOS管的偏置进行合适的识别与调整，保证推挽电路中两路MOS管工作的对称性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统，包括主控芯片MCU、偏置放大电路、电流检测电路、MOS管测试电压开关电路以及推挽放大电路；

主控芯片MCU包括输入检测信号接口以及输出控制信号接口；输入检测信号接口与电流检测电路连接，输出控制信号接口与MOS管测试电压开关电路和偏置放大电路连接；

推挽放大电路包括MOS管以及升压变压器，与偏置放大电路、电流检测电路、MOS管测试电压开关电路进行连接，产生放大的正弦波信号，推挽放大电路的偏置电压通过放大MOS管最低通过电流，从而对电压信号进行放大；

偏置放大电路与MOS管的栅极连接，接收主控芯片MCU的控制信号并对信号进行放大，为MOS管栅极提供直流偏置电压信号；

电流检测电路与MOS管测试电压回路的电流采样电阻连接，测量其两端的电压差，测量测试状态下MOS管的工作电流；

MOS管测试电压开关电路与MOS管的漏极D连接，为MOS管提供测试所需的工作电压，MOS管测试电压开关电路接收主控芯片MCU的控制信号，当需要测试时将开关打开。

进一步的，偏置放大电路包括DAC模块与运算放大电路，DAC模块接收主控芯片MCU的控制信号并输出两路相应的电压信号；运算放大电路对电压信号进行进一步放大，并分别输出到MOS管的栅极。

进一步的，MOS管测试电压开关电路包括信号开关电路以及驱动电压开关电路；

信号开关电路通过接收主控芯片MCU的控制信号Smos来控制驱动电压开关电路；

驱动电压开关电路接收到控制信号，将会导通5V驱动电源，使测试的驱动电源通过采样电阻为推挽电路中的MOS管提供测试驱动电源。

进一步的，主控芯片MCU与MOS测试电压开关电路、电流检测电路和偏置放大电路相连，主控芯片MCU输出控制信号控制MOS管测试电压开关电路与偏置放大电路，接收电流检测电路检测的电流值。

进一步的，推挽放大电路的栅极G与偏置电压相连接，漏极D与VCT或5V电源相连接。

进一步的，自动调节系统工作时，主控芯片MCU通过控制MOS管测试电压开关电路，测量此时MOS管通过的电流并判断此时电流I_D是否满足期望电流值，根据测量值改变MOS管的偏置，并保存满足期望电流所对应的偏置电压值，当调试完成，系统每个MOS管将使用其对应保存的偏置电压值。

进一步的，主控芯片MCU的控制流程具体为：

当系统开机时，关闭VCT电源，主控芯片MCU发送开启MOS管测试电压开关电路信号，同时将MOS管偏置电压拉到最低；

打开其中一路MOS管的偏置电压开关，调节其中一个MOS管的偏置电压，将偏置电压逐渐增大，同时不断监测电流检测电路传来的电流值I_D；

当电流值达到期望电流时停止调节，主控芯片MCU切换偏置电压开关到另一路MOS管进行调节。

本发明还包括基于提供的自动调节系统的推挽电路MOS管偏置电压自动调节方法，包括以下步骤：

S1、开启设备，主控芯片MCU将控制MOS管测试电压开关电路开启，关闭VCT电压，并将偏置电压置零；

S2、主控芯片MCU调节MOS管偏置电压，包括：

S21、主控芯片MCU首先控制其中一路MOS管偏置电压，并控制偏置放大电路逐渐增大电压值；

S22、当电流检测电路反馈的电流满足期望要求时停止增大，将此MOS管偏置至零并保存对应的偏置电压值；

S23、调节另一路MOS管电路，以与步骤S21和S22相同的步骤进行；

S3、当所有MOS管都测量完成，得出了每个MOS管对应的合适偏置电压，则当设备正常工作时，连通所有偏置电压开关，并将偏置电压设置为调节得出的结果电压。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明当设备开机时，主控芯片MCU通过控制MOS管测试电压开关电路，测量此时MOS管通过的电流并判断此时电流是否满足期望电流值，根据测量值改变MOS管的偏置。调试完成后，提高了MOS管的工作对称性，也保证了每次使用超声刀时工作的损耗接近，保证了手术器械工作的精确性和可靠性。

2、本发明系统在开机时自动对每个MOS管进行合适的偏置电压设置，保证超声刀主机工作时的信号对称性，也提高超声刀主机的可靠性和工作寿命。

附图说明

图1是本发明系统的示意图；

图2是本发明偏置放大电路示意图；

图3是本发明MOS管测试电压开关电路示意图；

图4是本发明方法的流程图；

附图标号说明：1-主控芯片MCU；2-偏置放大电路；3-电流检测电路；4-MOS管测试电压开关电路；5-推挽放大电路；6-偏置电压选择开关。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明，一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统，包括主控芯片MCU1、偏置放大电路2、电流检测电路3、MOS管测试电压开关电路4、推挽放大电路5以及偏置电压选择开关6；

主控芯片MCU包括输入检测信号接口以及输出控制信号接口；输入检测信号接口与电流检测电路连接，输出控制信号接口与MOS管测试电压开关电路和偏置放大电路连接；主控芯片MCU与MOS测试电压开关电路、电流检测电路和偏置放大电路相连，主控芯片MCU输出控制信号控制MOS管测试电压开关电路与偏置放大电路，接收电流检测电路检测的电流值。

推挽放大电路包括两路MOS管以及升压变压器，与偏置放大电路、电流检测电路以及MOS管测试电压开关电路连接，产生超声波信号，推挽放大电路根据偏置电压对信号进行放大；

偏置放大电路与MOS管的栅极连接，如图2所示，偏置放大电路包括DAC模块与运算放大电路，DAC模块与主控芯片MCU进行通信，接收主控芯片MCU的数字电压控制信号，并输出两路相应的模拟电压信号给运算放大电路；运算放大电路对模拟电压信号进行放大，为MOS管栅极提供满足电压范围的直流偏置电压信号；

电流检测电路与MOS管测试电压回路的电流采样电阻连接，测量其两端的电压差，测量测试状态下MOS管的工作电流，实时反馈给主控芯片MCU；通过采集电阻R在5V参考电压情况下MOS管的导通电流I_D，实时反馈给主控芯片MCU。

MOS管测试电压开关电路与MOS管的漏极D连接，如图3所示，MOS管测试电压开关电路包括信号开关电路以及驱动电压开关电路，信号开关电路与主控芯片MCU相连，接收Smos信号来控制驱动电压开关电路的通断；驱动电压开关电路接收控制信号后，将5V测试电源Vmos输出给两路MOS管的漏极D，为MOS管提供测试所需的工作电压，MOS管测试电压开关电路接收主控芯片MCU的控制信号，当需要测试时将开关打开。

偏置电压选择开关与偏置放大电路与MOS管栅极G相连，其接受主控芯片MCU的控制，在偏置电压调节时，根据要求分时打开偏置电压V_bisA与V_bisB，在系统正常工作是，同时打开偏置电压。

推挽放大电路的栅极G与偏置电压相连接，漏极D与VCT或5V电源相连接，当在偏置电压调试时，VCT通路关断，5V通路打开。

自动调节系统工作时，主控芯片MCU通过控制MOS管测试电压开关电路，测量此时MOS管通过的电流并判断此时电流是否满足期望电流值，根据测量值改变MOS管的偏置，并保存满足期望电流所对应的偏置电压值，当调试完成，系统每个MOS管将使用其对应保存的偏置电压值。

主控芯片MCU的控制流程具体为：

当开机时，关闭VCT电源，主控芯片MCU发送开启MOS管测试电压开关电路信号，为MOS管提供Vmos电源，控制偏置电压选择开关打开其中一路偏置电压通路，同时将MOS管偏置电压拉到最低；

调节其中一个MOS管的偏置电压，将偏置电压逐渐增大，同时不断监测电流检测电路传来的电流值；

当电流值达到期望电流时停止调节，主控芯片MCU控制偏置电压选择开关切换到另一路MOS管进行调节。

在另一个实施例中，提供了基于上述实施例系统的推挽电路MOS管偏置电压自动调节方法，如图4所示，包括以下步骤：

S1、开启设备，主控芯片MCU将控制MOS管测试电压开关电路开启，关闭VCT电压，控制偏置电压选择开关打开其中一路偏置电压通路，并将偏置电压置零。

S2、主控芯片MCU调节MOS管偏置电压，包括：

S21、主控芯片MCU首先控制其中一路MOS管偏置电压，并控制偏置放大电路逐渐增大电压值；

S22、当电流检测电路反馈的电流I_D满足期望要求时停止增大，将此MOS管偏置至零并保存对应的偏置电压值；

S23、调节另一路MOS管电路，以与步骤S21和S22相同的步骤进行；

S3、当所有MOS管都测量完成，得出了每个MOS管对应的合适偏置电压，并存入EEPROM中。当设备工作时，主控芯片MCU从EEPROM中读取对应的偏置电压，并通过偏置放大电路对应设置MOS管的偏置电压值。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统，其特征在于，包括主控芯片MCU、偏置放大电路、电流检测电路、MOS管测试电压开关电路以及推挽放大电路；

主控芯片MCU包括输入检测信号接口以及输出控制信号接口，输入检测信号接口与电流检测电路连接，输出控制信号接口与MOS管测试电压开关电路和偏置放大电路连接；

推挽放大电路包括MOS管以及升压变压器，与偏置放大电路、电流检测电路、MOS管测试电压开关电路进行连接，产生放大的正弦波信号，推挽放大电路的偏置电压通过放大MOS管最低通过电流，从而对电压信号进行放大；

偏置放大电路与MOS管的栅极连接，接收主控芯片MCU的控制信号并对信号进行放大，为MOS管栅极提供直流偏置电压信号；

电流检测电路与MOS管测试电压回路的电流采样电阻连接，测量其两端的电压差，测量测试状态下MOS管的工作电流；

MOS管测试电压开关电路与MOS管的漏极D连接，为MOS管提供测试所需的工作电压，MOS管测试电压开关电路接收主控芯片MCU的控制信号，当需要测试时将开关打开。

2.根据权利要求1所述的一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统，其特征在于，偏置放大电路包括DAC模块与运算放大电路，DAC模块接收主控芯片MCU的控制信号并输出两路相应的电压信号；运算放大电路对电压信号进行进一步放大，并分别输出到MOS管的栅极。

3.根据权利要求1所述的一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统，其特征在于，MOS管测试电压开关电路包括信号开关电路以及驱动电压开关电路；

信号开关电路通过接收主控芯片MCU的控制信号Smos来控制驱动电压开关电路；

驱动电压开关电路接收到控制信号，将会导通5V驱动电源，使测试的驱动电源通过采样电阻为推挽电路中的MOS管提供测试驱动电源。

4.根据权利要求1所述的一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统，其特征在于，主控芯片MCU与MOS测试电压开关电路、电流检测电路和偏置放大电路相连，主控芯片MCU输出控制信号控制MOS管测试电压开关电路与偏置放大电路，接收电流检测电路检测的电流值。

5.根据权利要求1所述的一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统，其特征在于，推挽放大电路的栅极G与偏置电压相连接，漏极D与VCT或5V电源相连接。

6.根据权利要求4所述的一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统，其特征在于，自动调节系统工作时，主控芯片MCU通过控制MOS管测试电压开关电路，测量此时MOS管通过的电流并判断此时电流I_D是否满足期望电流值，根据测量值改变MOS管的偏置，并保存满足期望电流所对应的偏置电压值，当调试完成，系统每个MOS管将使用其对应保存的偏置电压值。

7.根据权利要求6所述的一种推挽电路MOS管偏置电压自动调节系统，其特征在于，主控芯片MCU的控制流程具体为：

当系统开机时，关闭VCT电源，主控芯片MCU发送开启MOS管测试电压开关电路信号，同时将MOS管偏置电压拉到最低；

打开其中一路MOS管的偏置电压开关，调节其中一个MOS管的偏置电压，将偏置电压逐渐增大，同时不断监测电流检测电路传来的电流值I_D；

当电流值达到期望电流时停止调节，主控芯片MCU切换偏置电压开关到另一路MOS管进行调节。

8.基于权利要求1-7任一项所述自动调节系统的推挽电路MOS管偏置电压自动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、开启设备，主控芯片MCU将控制MOS管测试电压开关电路开启，关闭VCT电压，并将偏置电压置零；

S2、主控芯片MCU调节MOS管偏置电压，包括：

S21、主控芯片MCU首先控制其中一路MOS管偏置电压，并控制偏置放大电路逐渐增大电压值；

S22、当电流检测电路反馈的电流满足期望要求时停止增大，将此MOS管偏置至零并保存对应的偏置电压值；

S23、调节另一路MOS管电路，以与步骤S21和S22相同的步骤进行；

S3、当所有MOS管都测量完成，得出了每个MOS管对应的合适偏置电压，则当设备正常工作时，连通所有偏置电压开关，并将偏置电压设置为调节得出的结果电压。

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