CN115133783A - 一种治疗仪高压电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种治疗仪高压电源电路，所述电路包括：电源、控制单元、电压差分采样电路和悬浮电流采样电路，其中：所述电压差分采样电路包括两个电压采样端口和一个电压信号输出端口，其中：两个电压采样端口分别与所述电源的正输出端和负输出端连接，实现对所述电源的电压差分采样；电压信号输出端口与所述控制单元连接；所述悬浮电流采样电路包括电流采样端口和电流信号输出端口，其中：所述电流采样端口与所述电源的负输出端连接，实现对所述电源的电流采样；电流信号输出端口与所述控制单元连接；所述控制单元的输出端与所述电源连接。本发明通过差分采样电路有效的实现了电压采样；采用V/F转换技术实现输出电流的悬浮采样传输。

Description

一种治疗仪高压电源电路

技术领域

本发明属于医疗电源技术领域，特别涉及一种皮肤治疗仪高压电源电路。

背景技术

在医疗和美容行业中，需要用到一些治疗或者美容的医疗设备仪器。

随着医美行业的发展需求，通过等离子体实现皮肤治疗成为一种新型的应用需求。为了满足等离子体的产生需提供高压电压，同时基于治疗仪为医疗设备，无法直接采用对地高压实现空气电离。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种治疗仪高压电源电路，能够为等离子体的产生提供高压电压，解决了治疗仪为医疗设备而无法直接采用对地高压实现空气电离的问题。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种治疗仪高压电源电路，所述电路包括：电源、控制单元、电压差分采样电路和悬浮电流采样电路，其中：所述电压差分采样电路包括两个电压采样端口和一个电压信号输出端口，其中：两个电压采样端口分别与所述电源的正输出端和负输出端连接，实现对所述电源的电压差分采样；电压信号输出端口与所述控制单元连接；

所述悬浮电流采样电路包括电流采样端口和电流信号输出端口，其中：所述电流采样端口与所述电源的负输出端连接，实现对所述电源的电流采样；电流信号输出端口与所述控制单元连接；

所述控制单元的输出端与所述电源连接。

优选地，所述电压差分采样电路包括RC动态匹配电路和运放电路，其中：

所述RC动态匹配电路，对所述电源的正输出端和负输出端进行电压信号采样；

所述运放电路，将所述RC动态匹配电路采样的电压信号进行运放跟随处理后再经过运算放大器进行减法运算获取电源实际输出电压的线性采样电压。

优选地，所述RC动态匹配电路包括多个RC并联电路；所述运放电路包括第一运放电路支路、第二运放电路支路和差分计算支路，其中：

所述第一运放电路支路通过所述多个RC并联电路中的第一组RC并联电路与所述两个电压采样端口中的第一电压采样端口（IN+）连接；

所述第二运放电路支路通过所述多个RC并联电路中的第二组RC并联电路与所述两个电压采样端口中的第二电压采样端口（IN-）连接；

所述差分计算支路与所述第一运放电路支路和所述第二运放电路支路连接，实现对于所述第一运放电路支路和所述第二运放电路支路输出信号的差分计算。

优选地，第一运放电路支路和所述第二运放电路支路均包括输入电路和放大器，其中：输入电路包括第一电阻（R21）、第二电阻（R22）、第三电阻（R7）和第一电容（C21）；放大器包括正输入端，其中：

第一电阻（R21）的第一端与所述RC动态匹配电路连接，所述第一电阻（R21）的第二端与第二电阻（R22）的第一端连接，第二电阻（R22）的第二端与放大器的正输入端连接；

第三电阻（R7）和第一电容（C21）的一端接地，另一端连接在第一电阻（R21）和第二电阻（R22）之间。

优选地，其中：所述差分计算支路的放大器的正输入端与所述第一运放电路支路的输出连接；

所述差分计算支路的放大器的负输入端与所述第二运放电路支路的输出连接。

优选地，所述RC并联电路包括一个或多个电阻和一个或多个电容，其中：

所述一个或多个电阻与所述一个或多个电容并联。

优选地，所述第一运放电路支路和所述第二运放电路支路的放大器的负输入端（-）通过一个或多个电阻与输出端（Out）连接。

优选地，其中：所述电路包括高频变压器。

优选地，其中：所述电路包括高频逆变器和整流储能器，所述高频逆变器与所述控制单元连接。

优选地，所述悬浮电流采样电路包括转换电路和保护电路，其中：转换电路，通过前级高压线与所述电源的负输出端连接，实现对所述电源的电流采样，并将电流采样信号转换为高频信号；

保护电路，通过光纤连接于转换电路的输出端，将通过转换电路转换形成的高频信号由光纤隔离传输至控制单元。

优选地，所述保护电路包括：双向击穿二极管（V5）、电容（C8）、电容（C9）和电阻（R1），其中：

所述双向击穿二极管（V5）的第一端连接于其中一根光纤，双向击穿二极管（V5）的第二端连接于另一根光纤；

所述双向击穿二极管（V5）、电容（C8）、电容（C9）和电阻（R1）之间并联。

优选地，所述转换电路采用VFC32转换芯片。

本发明具有以下技术效果：本发明通过差分采样电路有效的实现了电压采样；基于治疗仪需安全保护措施，悬浮高压电源需具备电流采集及保护功能，采用V/F转换技术实现输出电流的悬浮采样传输，解决了为满足等离子体的产生需提供高压电压，同时基于治疗仪为医疗设备，无法直接采用对地高压实现空气电离的问题。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例中的一种治疗仪高压电源电路结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例中的一种电压差分采样电路结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例中的一种悬浮电流采样电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例中一种皮肤治疗仪高压电源电路结构图，需要说明的是，如图1所示，本发明实施例中，治疗仪高压电源电路包括控制单元、高频变压器（即高压电源）、电压差分采样电路和悬浮电流采样电路。高频变压器包括变压线圈T。

所述电压差分采样电路实现对于高频变压器电压信号的采样，如图1所示，电压差分采样电路有两个采样端口，其中一个采样端口与所述高频变压器的正输出端（输出+）连接，用于采集高频变压器的正输出端口的信号；另一个采样端口与所述高频变压器的负输出端（输出-）连接，用于采集高频变压器的负输出端口的信号。电压差分采样电路实现对于正负电压信号的采集后，进行差分计算，并通过电压信号输出端口将计算的差分电压结果反馈给控制单元。

本发明实施例中，控制单元是用于实现将电压差分采样电路和悬浮电流采样电路等外部设备通信发送的电源工作指令和参数等数据转换为控制信号，发送给高频逆变器。在高频驱动时效内高频逆变器部分按照驱动信号将直流供电转换为高频脉冲信号送于变压器实现供电转换。同时控制单元自带控制电路可根据实时输出采样实现电源稳定调整，并将采样获取的信号向外发送到外部设备。控制单元自带控制电路，根据实时输出采样实现电源稳定调整示例性地包括：采用PFM（脉冲频率调制）的调节方式，即根据差分采样处理后的输出电压和预设电压进行闭环控制，如果输出电压低于设置电压，电源降低频率提高输出，如果输出电压高于设置电压，则提高频率。

高频逆变器主要包括直流储能及高频逆变开关，用于实现直流母线的高频调制，将直流母线按照控制单元送入的驱动型号进行脉冲逆变，将高频电信号送入高频变压器；整流储能装置由整流组件及高压滤波电容组成，用于实现将高频变压器输出的高频高压信号进行整流及滤波，从而输出直流高压。

悬浮电流采样电路用于实现对于高频变压器的输出电流的实时采集。由于高频变压器的输出端需保障对低端及控制端的高电压隔离，因此将采集的电压信号通过压频转换电路转换为高频信号，例如V/F转换（电压/频率转化）技术，经光纤隔离传输至控制单元，悬浮辅助供电为压频转换电路及光纤传输电路供电。

所述悬浮电流采样电路实现对于高频变压器电流信号的采样，如图1所示，悬浮电流采样电路连接到高频变压器的负输出端，需要说明的是，本发明并非限于通过连接到高频变压器的负输出端实现对于高频变压器的电流的采样，相反，通过连接到高频变压器的正输出端同样能够实现对于高频变压器的电流的采样。由于电流采样在输出端，需满足和控制隔离20kV高压电，因此所述电压差分采样电路实现对于电流信号的采集后，经过V/F转换处理，将电信号转换成频率信号，通过光纤传输后再转换为电信号，并通过电流信号输出端口将计算的电流结果反馈给控制单元。

控制单元实现对于高频变压器的控制。示例性地，控制单元根据差分电压结果判断出电压发生变化或者变化较大，例如差分电压结果有变化、超过一定阈值、或者差分电压结果在预定时间内超过一定阈值（即变化幅度较大），控制单元可以控制高频变压器的高频逆变器实现电源输出电压的设置和开关机逻辑控制等功能；控制单元根据电流结果判断出电流发生变化或者变化较大，例如输出电流发生变化、超过一定阈值、或者输出电流在预定时间内超过一定阈值（即变化幅度较大），控制单元可以控制高频变压器的高频逆变器实现关闭电源输出并锁存故障状态等功能。

通过本发明的这种设计方式，通过输出结果实现对于输入结果的控制，并且以电压和电流两个方面进行全面判断，达到了能够及时调整高频变压器的变压工作，输出电压和电流更加稳定。

图2示出了本发明实施例中的一种电压差分采样电路结构示意图，如图2所示，电压差分采样电路主要包括RC动态匹配电路和运放电路。RC动态匹配电路的两端（IN+、IN-）分别与所述高频变压器的正输出端（输出+）和负输出端（输出-）连接，实现对所述高频变压器输出的电压信号的采样。本发明实施例中，所述RC动态匹配电路包括多个RC并联电路，其中RC并联电路是由电阻与电容并联形成的电路。图2中示出了在RC动态匹配电路中有10个RC并联电路，但是需要说明的是，本发明实施例中并非限于10个，相反，4个、5个或上百个RC并联电路均可适用于本发明实施例，其只要实现对于高频变压器电压的动态匹配采样即可。同样，在附图2中以一个电阻与两个串联的电容并联、和一个电阻与一个电容的并联示例性示出RC并联电路，但并非限于此，一个或多个串联的电阻与一个或多个串联的电容实现并联而形成RC并联电路，均可适用于本发明实施例。

本发明实施例的运放电路与上述所述RC动态匹配电路连接，主要用于将所述RC动态匹配电路采样的电压信号进行运放跟随处理后再经过运算放大器进行减法运算获取电源实际输出电压的线性采样电压。

如图2所示，本发明实施例中，该运放电路采用了两个运放支路（第一运放电路支路和第二运放电路支路）和一个差分计算支路的设计方式。其中所述两个运放支路采用了相同的电路结构，本发明实施例中仅仅对第一个运放支路进行详细说明，另一个支路的电路结构不再赘述。本发明实施例中的第一运放电路支路主要包括输入电路和放大器。其中输入电路包括第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R7和第一电容C21，如图2所示，第一电阻R21的一端与RC动态匹配电路中的一个RC并联电路连接，实现对于RC并联电路信号的采集；第一电阻R21的另一端通过第二电阻R22与放大器（示例性地以TL081或TLC2272放大器为例进行示例性说明）的正输入端（+）连接；第三电阻R7的一端连接在第一电阻R21和第二电阻R22之间，另一端接地；第一电容C21的一端连接在第一电阻R21和第二电阻R22之间，另一端接地。本发明实施例中采用了TLC2272放大器为例进行示例性说明，但并非限于该类型的放大器，任何能够实现对采样电压和电流进行放大的放大器均可适用于本发明。如图2所示，放大器的正输入端（+）通过第一电阻R21、第二电阻R22与RC动态匹配电路中的一个RC并联电路连接；负输入端（-）通过电阻R13与放大器的输出端（Out）连接，并最终通过电阻R29与运放电路的差分计算支路连接；放大器的正电源端（V+）和负电源端（V-）分别与+15V和-15V电源连接。

所述RC动态匹配电路中，与所述第一运放电路支路和第二运放电路支路连接的两个连接点之间的连接点接地。

本发明实施例的差分计算支路，用于实现对第一运放电路支路和第二运放电路支路信号的比较。如图2所示，第一支路的输出与该差分计算支路的正输入端（+）连接，第二支路的输出与该差分计算支路的负输入端（-）连接，正电源端（V+）与+15V电源连接，而负电源端（V-）接地；差分计算支路的输出端（Out）与控制单元连接。本发明实施例中差分计算支路的放大器仍然以AD620或TLC2272放大器为例进行示例性说明，但并非限于该类型的放大器，任何能够实现对采样电压和电流进行放大的放大器均可适用于本发明。

需要说明的是，本发明实施例中对于以AD620或TLC2272放大器为例进行示例性说明的放大器的外围电路，仅以图示出或文字介绍了与本发明实施相关的电路结构，对于其余的外围电路结构，本领域技术人员可以根据放大需要、电路运行需要进行相应设计。图3示出了根据本发明实施例的一种悬浮电流采样电路，图3中P2和Is都是关于电流反馈的标识，P2接口表示的是用于传输电流采样光信号的光纤发送接口（HFBR1414），Is接口表示该光纤信号送入控制单元的电流信号接口。如图3所示，所述悬浮电流采样电路包括转换电路和保护电路，其中：

转换电路，转换电路包括高压线、VFC32转换芯片、高压线通过V+端口和PWM端口连接于电源的负输出端，通过前级高压线与所述电源的负输出端连接，实现对所述电源的电流采样，将电流采样信号转换为高频信号，并将通过转换电路转换形成的高频信号由光纤隔离传输至控制单元。

保护电路，通过两根光纤连接于转换电路的输出端，具体地，两根光纤分别通过Is+端口和Is-端口连接于VFC32转换芯片，所述保护电路包括：双向击穿二极管V5、电容C8、电容C9和电阻R1，其中：所述双向击穿二极管V5的第一端连接于其中一根光纤，双向击穿二极管V5的第二端连接于另一根光纤；所述双向击穿二极管V5、电容C8、电容C9和电阻R1之间并联。如图3所示，双向击穿二极管V5的第一端连接于电容C8的第一端，双向击穿二极管V5的第二端连接于电容C8的第二端，电容C8的第一端连接于电容C9的第一端，电容C8的第二端连接于电容C9的第二端，电容C9的第一端连接于电阻R1的第一端，电容C9的第二端连接于电阻R1的第二端，电阻R1的第一端和第二端各连接一个连接端（HV+）。本发明实施例中，整个悬浮电流采样电路是通过前级高压线隔离供电，内部集成了V/F转换电路，采用的是VFC32转换芯片，可将电流采样信号转换为0~100kHz的高频信号后经光纤（HFBR1414）发送，经光纤线隔离传输，最后由控制单元光纤（HFBR2412）接收后，再次转换为电平信号。

基于治疗仪需要安全保护措施的要求，本发明实施例中，悬浮高压电源需具备电流采集及保护功能。因此本发明实施例中，采用V/F转换（电压/频率转化）技术实现对高频变压器输出端输出电流的悬浮采样，即在高频变压器的电源输出端采集实时输出电流，将电流信号同步转换为频率信号，通过光纤隔离高压传输至控制单元，再次转换为模拟电平信号后进行检测处理。

通过本发明的这种设计方式，用于皮肤治疗仪的高压电源电路，可以达到如下指标，以配合等离子电离头通过电离控制实现皮肤治疗的效果。

供电电压：DC24V±1V；

输出电压：0~15kV；

输出电流：0~1mA；

隔离电压：对地隔离20kV 漏电流不超过10微安；

控制功能：具备RS232远程通信功能；

保护功能：具备过压、欠压、过流保护功能，过流保护点可设置。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种治疗仪高压电源电路，所述电路包括：电源、控制单元、电压差分采样电路、悬浮电流采样电路、高频逆变器和整流储能器，所述高频逆变器与所述控制单元连接，其中：

所述电压差分采样电路包括两个电压采样端口和一个电压信号输出端口，其中：两个电压采样端口分别与所述电源的正输出端和负输出端连接，实现对所述电源的电压差分采样；电压信号输出端口与所述控制单元连接；

所述悬浮电流采样电路包括电流采样端口和电流信号输出端口，其中：所述电流采样端口与所述电源的负输出端连接，实现对所述电源的电流采样；电流信号输出端口与所述控制单元连接；

所述控制单元的输出端与所述电源连接。

2.根据权利要求1所述的治疗仪高压电源电路，所述电压差分采样电路包括RC动态匹配电路和运放电路，其中：

所述RC动态匹配电路，对所述电源的正输出端和负输出端进行电压信号采样；

所述运放电路，将所述RC动态匹配电路采样的电压信号进行运放跟随处理后再经过运算放大器进行减法运算获取电源实际输出电压的线性采样电压。

3.根据权利要求2所述的治疗仪高压电源电路，所述RC动态匹配电路包括多个RC并联电路；所述运放电路包括第一运放电路支路、第二运放电路支路和差分计算支路，其中：

所述第一运放电路支路通过所述多个RC并联电路中的第一组RC并联电路与所述两个电压采样端口中的第一电压采样端口（IN+）连接；

所述第二运放电路支路通过所述多个RC并联电路中的第二组RC并联电路与所述两个电压采样端口中的第二电压采样端口（IN-）连接；

所述差分计算支路与所述第一运放电路支路和所述第二运放电路支路连接，实现对于所述第一运放电路支路和所述第二运放电路支路输出信号的差分计算。

4.根据权利要求3所述的治疗仪高压电源电路，第一运放电路支路和所述第二运放电路支路均包括输入电路和放大器，其中：

输入电路包括第一电阻（R21）、第二电阻（R22）、第三电阻（R7）和第一电容（C21）；放大器包括正输入端，其中：

第一电阻（R21）的第一端与所述RC动态匹配电路连接，所述第一电阻（R21）的第二端与第二电阻（R22）的第一端连接，第二电阻（R22）的第二端与放大器的正输入端连接；

第三电阻（R7）和第一电容（C21）的一端接地，另一端连接在第一电阻（R21）和第二电阻（R22）之间。

5.根据权利要求3或4所述的治疗仪高压电源电路，所述差分计算支路包括放大器，其中：

所述差分计算支路的放大器的正输入端与所述第一运放电路支路的输出连接；

所述差分计算支路的放大器的负输入端与所述第二运放电路支路的输出连接。

6.根据权利要求3或4所述的治疗仪高压电源电路，所述RC并联电路包括一个或多个电阻和一个或多个电容，其中：

所述一个或多个电阻与所述一个或多个电容并联。

7.根据权利要求4所述的治疗仪高压电源电路，所述第一运放电路支路和所述第二运放电路支路的放大器的负输入端（-）通过一个或多个电阻与输出端（Out）连接。

8.根据权利要求1所述的治疗仪高压电源电路，所述悬浮电流采样电路包括转换电路和保护电路，其中：

转换电路，通过前级高压线与所述电源的负输出端连接，实现对所述电源的电流采样，并将电流采样信号转换为高频信号；

保护电路，通过光纤连接于转换电路的输出端，将通过转换电路转换形成的高频信号由光纤隔离传输至控制单元。

9.根据权利要求8所述的治疗仪高压电源电路，其中，所述保护电路包括：双向击穿二极管（V5）、电容（C8）、电容（C9）和电阻（R1），其中：

所述双向击穿二极管（V5）的第一端连接于其中一根光纤，双向击穿二极管（V5）的第二端连接于另一根光纤；

所述双向击穿二极管（V5）、电容（C8）、电容（C9）和电阻（R1）之间并联。

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