CN116647188A - 一种超声波治疗仪驱动电路及超声波治疗仪 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及医疗器械技术领域，具体公开了一种超声波治疗仪驱动电路及超声波治疗仪，包括：控制单元，驱动电压输出电路，振荡驱动电路，振荡电路和输出采样电路；由控制单元控制振荡驱动电路和振荡电路输出不同频率，并根据输出采样电路所测得电路参数与对驱动电压输出电路的电路参数测试得到使输出功率最大、转换效率最高的输出频率作为控制输出频率，利用控制输出频率控制驱动电压输出电路的电路参数、振荡驱动电路的电路参数以及振荡电路的电路参数。通过自动调频功能，保证超声波治疗仪工作时驱动电路输出频率与治疗头频率的匹配，无需事先人工校准控制曲线，也避免了使用过程中因为发热等原因导致驱动电路输出频率与治疗头频率不匹配的问题。

Description

一种超声波治疗仪驱动电路及超声波治疗仪
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种超声波治疗仪驱动电路及超声波治疗仪。
背景技术
超声波治疗仪是将电能转换为声能作用于肌体，利用超声波的机械效应、温热效应和理化效应，实现软化组织、增强渗透、促进新陈代谢、改善血液和淋巴循环、刺激神经系统及细胞功能等，从而达到预防和治疗疾病的目的的设备。现有超声波治疗仪主要包含主机和治疗头两部分。主机中设有超声波治疗仪驱动电路以实生成超声波信号，通过治疗头输出。
相关技术中的超声波治疗仪驱动电路中，微处理器(Microcontroller Unit，MCU)通过信号发生器(Direct Digital Synthesis，DDS)将数字信号转换为模拟信号，经过运算放大器放大后送给栅极驱动器进行开关控制，进而推动LC振荡电路，通过调整LC振荡电路的参数来改变谐振点，以使LC振荡电路的谐振点和治疗头的谐振点一致，引起谐振，达到输出超声波的目的。微处理器调节LC振荡电路的参数的依据为采用电阻进行回路电流大小的采集，以达到不同输出功率的闭环反馈。
然而在实际应用中，由于不同功率的调节控制不是线性关系，加之实现不同设备的器件本身存在硬件误差，即使通过预先校准和标定控制参数，随着使用过程中温度升高等因素影响，导致微处理器对LC振荡电路的参数调节不能够使LC振荡电路的谐振点和治疗头的谐振点一致，这会导致治疗头输出波形畸变严重，不仅效率降低，还会导致异常发热甚至损坏。
如何解决超声波治疗仪工作时驱动电路输出频率与治疗头频率不匹配的问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种超声波治疗仪驱动电路及超声波治疗仪，用于解决超声波治疗仪工作时驱动电路输出频率与治疗头频率不匹配的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种超声波治疗仪驱动电路，包括：控制单元，驱动电压输出电路，振荡驱动电路，振荡电路和输出采样电路；
其中，所述驱动电压输出电路的输入端与外部电源连接，所述驱动电压输出电路的输出端与所述振荡驱动电路的驱动电压输入端连接，所述振荡驱动电路的输出端与所述振荡电路的驱动端连接，所述振荡电路的输出端与超声波治疗仪的治疗头的输入端连接，所述输出采样电路的输入端与所述振荡电路的输出端连接，所述输出采样电路的输出端与所述控制单元的第一信号输入端连接，所述驱动电压输出电路的控制端、所述振荡驱动电路的控制端、所述振荡电路的控制端分别与所述控制单元连接；
所述控制单元用于控制所述振荡驱动电路和所述振荡电路输出不同频率，并根据所述输出采样电路所测得电路参数与对所述驱动电压输出电路的电路参数测试得到使输出功率最大、转换效率最高的输出频率作为控制输出频率，利用所述控制输出频率控制所述驱动电压输出电路的电路参数、所述振荡驱动电路的电路参数以及所述振荡电路的电路参数。
在一些实施中，所述输出采样电路包括：第一电流采样电路、第一电流相位采样电路、第一电压采样电路和第一电压相位采样电路；
所述控制单元还用于在工作过程中，当监测到所述第一电流采样电路反馈的输出电流采样值的变化值超出第一电流范围阈值和/或所述第一电压采样电路反馈的输出电压采样值超出第一电压范围阈值，且所述第一电流相位采样电路反馈的第一电流相位采样值的变化值未超出第一电流相位范围阈值且第一电压相位采样值的变化值未超出第一电压相位范围阈值时，根据输出功率调节所述驱动电压输出电路的输出电压值；
所述控制单元还用于在工作过程中，当监测到所述第一电流采样电路反馈的输出电流采样值的变化值超出所述第一电流范围阈值和/或所述第一电压采样电路反馈的输出电压采样值超出所述第一电压范围阈值，且所述第一电流相位采样电路反馈的所述第一电流相位采样值的变化值超出所述第一电流相位范围阈值和/或第一电压相位采样值的变化值超出所述第一电压相位范围阈值时，停止所述驱动电压输出电路的输出，并进入控制所述振荡驱动电路和所述振荡电路自与所述治疗头对应的频率值所在的频率范围内进行频率扫描，并根据所述输出采样电路所测得电路参数与对所述驱动电压输出电路的电路参数确定使输出功率最大、转换效率最高的输出频率作为控制输出频率，利用所述控制输出频率控制所述驱动电压输出电路的电路参数、所述振荡驱动电路的电路参数以及所述振荡电路的电路参数的步骤。
在一些实施中，所述第一电流采样电路的输入端、第一电流相位采样电路的输入端、第一电压采样电路的输入端和第一电压相位采样电路的输入端均通过变压器接入所述振荡电路的输出端。
在一些实施中，所述振荡电路具体包括多个对应不同频率的振荡支路；
所述控制单元还用于根据所述治疗头的工作频率将所述振荡电路切换为对应频率的所述振荡支路。
在一些实施中，所述控制单元控制所述振荡驱动电路和所述振荡电路输出不同频率，包括：
所述控制单元控制所述振荡驱动电路和所述振荡电路自与所述治疗头对应的频率值所在的频率上下预设范围内进行预设步长的频率扫描。
在一些实施中，所述控制单元包括微处理器和与所述微处理器连接的协处理器；
所述微处理器用于接收所述输出采样电路的采样信号；所述协处理器用于控制所述驱动电压输出电路、所述振荡驱动电路和所述振荡电路。
在一些实施中，所述协处理器包括现场可编程逻辑门阵列。
在一些实施中，还包括用于采集所述治疗头的温度的温度检测电路，所述温度检测电路的输出端与所述控制单元的第三信号输入端连接；
所述控制单元还用于在所述治疗头的温度高于预设温度值时停止所述驱动电压输出电路的输出。
在一些实施中，还包括输入采样电路；
所述输入采样电路的输入端与所述驱动电压输出电路的输入端连接，所述输入采样电路的输出端与所述控制单元的第二信号输入端连接。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种超声波治疗仪，包括如上述任意一项所述的超声波治疗仪驱动电路和治疗头，所述超声波治疗仪驱动电路的输出端与所述治疗头的输入端连接。
本申请所提供的超声波治疗仪驱动电路，包括：控制单元，驱动电压输出电路，振荡驱动电路，振荡电路和输出采样电路；由控制单元控制振荡驱动电路和振荡电路输出不同频率，并根据输出采样电路所测得电路参数与对驱动电压输出电路的电路参数测试得到使输出功率最大、转换效率最高的输出频率作为控制输出频率，利用控制输出频率控制驱动电压输出电路的电路参数、振荡驱动电路的电路参数以及振荡电路的电路参数。本发明提供的超声波治疗仪驱动电路通过自动调频功能，保证超声波治疗仪工作时驱动电路输出频率与治疗头频率的匹配，无需事先人工校准控制曲线，也避免了使用过程中因为发热等原因导致驱动电路输出频率与治疗头频率不匹配的问题。
本申请还提供一种超声波治疗仪，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种超声波治疗仪驱动电路的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种第二电压采样电路的电路图；
图3为本申请实施例提供的一种第三电压采样电路的电路图；
图4为本申请实施例提供的一种温度检测电路的电路图；
图5为本申请实施例提供的一种超声波治疗仪驱动电路的第一部分电路图；
图6为本申请实施例提供的一种超声波治疗仪驱动电路的第二部分电路图；
图7为本申请实施例提供的一种电路参数采集波形示意图；
其中，101为微处理器，102为协处理器，103为输入变压器，104为整流滤波电路，105为调压电路，106为振荡驱动电路，107为振荡电路，108为第一电流采样电路，109为第一电流相位采样电路，110为第一电压采样电路，111为第一电压相位采样电路，112为第二电压采样电路，113为第三电压采样电路，114为温度检测电路。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种超声波治疗仪驱动电路及超声波治疗仪，用于解决超声波治疗仪工作时驱动电路输出频率与治疗头频率不匹配的问题。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
下面对本申请实施例一进行说明。
图1为本申请实施例提供的一种超声波治疗仪驱动电路的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种第二电压采样电路的电路图；图3为本申请实施例提供的一种第三电压采样电路的电路图；图4为本申请实施例提供的一种温度检测电路的电路图。
如图1所示，本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路包括：控制单元，驱动电压输出电路，振荡驱动电路106，振荡电路107和输出采样电路；
其中，驱动电压输出电路的输入端与外部电源连接，驱动电压输出电路的输出端与振荡驱动电路106的驱动电压输入端连接，振荡驱动电路106的输出端与振荡电路107的驱动端连接，振荡电路107的输出端与超声波治疗仪的治疗头的输入端连接，输出采样电路的输入端与振荡电路107的输出端连接，输出采样电路的输出端与控制单元的第一信号输入端连接，驱动电压输出电路的控制端、振荡驱动电路106的控制端、振荡电路107的控制端分别与控制单元连接；
控制单元用于控制振荡驱动电路106和振荡电路107输出不同频率，并根据输出采样电路所测得电路参数与对驱动电压输出电路的电路参数测试得到使输出功率最大、转换效率最高的输出频率作为控制输出频率，利用控制输出频率控制驱动电压输出电路的电路参数、振荡驱动电路106的电路参数以及振荡电路107的电路参数。
在具体实施中，如图1所示，驱动电压输出电路可以包括输入变压器103、整流滤波电路104和调压电路105。其中，输入变压器103用于实现隔离驱动，不同于相关技术中直接通过数模转换和栅极驱动器直接对功率器件的驱动，驱动功率显著提升，且实现输入电源与驱动电路的隔离，绝缘耐压稳定性提高。整流滤波电路104用于对输入变压器103的输出电压进行整流和滤波，得到对调压电路105的输入电压。调压电路105用于在控制单元的控制下将整流滤波后的电压调节为对振荡驱动电路106的输入电压，振荡驱动电路106驱动振荡电路107作用到治疗头进行振荡。
相关技术中，超声波治疗仪的驱动电路由微处理器101进行驱动控制，但由于微处理器101的控制速率不一定能达到很高的精度控制，对于实时高频率的控制和采样反馈数据处理，不能够及时响应，影响追踪的输出效果。故在本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路中，控制单元可以包括微处理器101和与微处理器101连接的协处理器102；微处理器101用于接收输出采样电路的采样信号；协处理器102用于控制驱动电压输出电路、振荡驱动电路106和振荡电路107。协处理器102可以采用现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)。通过现场可编程逻辑门阵列加微处理器101的控制驱动方式，可以显著提升控制效率和数据处理速度、精度。则调压电路105的控制端、振荡驱动电路106的控制端和振荡电路107的控制端可以分别与现场可编程逻辑门阵列连接，由现场可编程逻辑门阵列进行控制。
为更好的实现对驱动电压输出电路的电压的调节，本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路还可以包括输入采样电路；输入采样电路的输入端与驱动电压输出电路的输入端连接，输入采样电路的输出端与控制单元的第二信号输入端连接。
如图1所示，针对整流滤波电路104和调压电路105，输入采样电路可以包括第二电压采样电路112和第三电压采样电路113。
其中，为检测整流滤波后的电压值是否达到调压电路105中直流-直流(DCDC)芯片的输入需求，同时检测整流滤波后的电压是否正常，第二电压采样电路112的输入端与整流滤波电路104的输出端连接，第二电压采样电路112的输出端与微处理器101的第一信号输入端连接。如图2所示，第二电压采样电路112用于检测整流滤波电路104的输出电压VCC0，具体可以包括两个分压电阻R56、R57，二极管D3和电容C28。二极管D3用于将电压钳位到3V，电容C28用于稳定分压电阻的电压，输出信号UsVcc0Adc经过微处理器101的模数转换(adc)检测端口进行检测。
为了检测调压电路105的输出电压是否达到输出要求，第三电压采样电路113的输入端与调压电路105的输出端连接，第三电压采样电路113的输出端与微处理器101的第二信号输入端连接。输出电压的大小会影响输出功率的大小。在本申请实施例中，当治疗头的谐振频率和振荡电路107的谐振频率对上后，就可以通过调节调压电路105输出的电压值改变输出功率的大小；在谐振频率没有对上的时候，调压电路105输出的电压值应该小一点，例如7V，就可以在比较低的电压下进行谐振点的参数的调节和选择。因为在电压比较高的情况下，调节谐振点参数，频率没有匹配好情况下，会导致电路中器件损坏。
如图3所示，第三电压采样电路113用于检测调压电路105的输出电压USP，具体可以包括两个分压电阻R42、R45，二极管D4和电容C29。二极管D4用于将电压钳位到3V，电容C29用于稳定分压电阻的电压，输出信号UsUSPAdc经过微处理器101的模数转换(adc)检测端口进行检测。
本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路还可以包括用于采集治疗头的温度的温度检测电路114，温度检测电路114的输出端与控制单元的第三信号输入端连接；控制单元还用于在治疗头的温度高于预设温度值时停止驱动电压输出电路的输出。温度检测电路114用于检测治疗头的温度，在治疗头长时间工作温度上升后使控制单元降低输出功率或停止输出，防止温度过高烫伤。
如图4所示，温度检测电路114可以包括温度传感器P1、电阻R58、电阻R59、电容C30、电容C31。其中，温度传感器P1的正极与直流电源VCC以及电容C30的第一端连接，温度传感器P1的负极与电阻R58的第一端、电容C31的第一端和电阻R59的第一端连接，电容C30的第二端、电阻R59的第二端和电容C31的第二端接地，电阻R59的第二端输出信号TempAdc到微处理器101的第三信号输入端。电阻R58和热敏电阻R59进行分压，R59作为限流作用，C30和C31为稳定电压和滤波作用。
由于制造工艺和生产安装工艺的差异性，即使是同样设计频率的治疗头，其实际的谐振点也并不一定是设计频率。即使同样是1MHz的治疗头，其实际谐振点可能大于1MHz也可能小于1MHz。故本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路通过控制单元自动扫频以确定最佳谐振点，达到转换效率最高、损耗最低的效果。而对于具有多个不同设计频率的治疗头的超声波治疗仪来说，检测最佳频率点更能够防止操作失误，例如避免将3MHz的治疗头当做1MHz的治疗头使用导致损坏。
基于本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路，控制单元通过控制振荡驱动电路106和振荡电路107输出不同频率，并根据输出采样电路所测得电路参数与对驱动电压输出电路的电路参数测试得到使输出功率最大、转换效率最高的输出频率作为控制输出频率，利用控制输出频率控制驱动电压输出电路的电路参数、振荡驱动电路106的电路参数以及振荡电路107的电路参数。其中，输出功率可以根据在负载回路中采样得到的电压、电流计算得到。转换效率可以根据输出功率与输入功率的比值得到。
控制单元调节振荡电路107的频率的目的在于使振荡电路107的振荡频率和治疗头的振荡频率一致，由于此时输出频率未确定，控制单元可以控制调压电路105输出较小的电压值，通过调节振荡驱动电路106的参数和振荡电路107的参数来改变输出频率，直至得到使输出功率最大和转换效率最高的输出频率为控制输出频率。
为实现精确地找到最佳输出频率，控制单元控制振荡驱动电路106和振荡电路107输出不同频率，可以包括：控制单元控制振荡驱动电路106和振荡电路107自与治疗头对应的频率值所在的频率上下预设范围内进行预设步长的频率扫描。例如，假设治疗头的额定输出频率为1MHz，可以设定自动扫频的预设范围为800KHz～1.2MHZ，由现场可编程逻辑门阵列驱动栅极驱动器改变驱动频率机型扫描，预设步长可以设置为5KHz，在每个频率点保持100毫秒，直至找到输出功率的最大值和转换效率的最大值对应的频率点作为控制输出频率。
在超声波治疗仪第一次使用或更换不同治疗头时，在系统阶段即可进行上述自动扫描过程，整个系统闭环反馈电路输出电压由微处理器101的模数转换检测端口进行检测处理，驱动信号由现场可编程逻辑门阵列进行控制。
此外，也可以在超声波治疗仪开发阶段通过示波器或超声波功率计实现最佳谐振点的检测，通过在其他电路参数均不变的情况下仅改变振荡电路107的谐振点或治疗头的谐振点时，振荡电路107的谐振点和治疗头的谐振点不同或不接近，此时超声波功率计上测出的功率值要远远小于谐振点匹配时的功率值。用示波器检测输出波形的话，波形会在谐振点上电流达到最大值，电压达到相对较小值。在振荡电路107的参数确定后，即可采用本申请实施例提供的自动扫频控制方法，通过本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路中的输出采样电路扫描频率确定最佳频率点，主要解决同样频率的治疗头因为制造工艺误差导致的不一致问题。
通过本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路的方案，无需在超声波治疗仪出厂时逐台机器进行标定，且能达到更准确地频率调节效果。
下面对本申请实施例二进行说明。
图5为本申请实施例提供的一种超声波治疗仪驱动电路的第一部分电路图；图6为本申请实施例提供的一种超声波治疗仪驱动电路的第二部分电路图；图7为本申请实施例提供的一种电路参数采集波形示意图。
在上述实施例的基础上，本申请实施例进一步对超声波治疗仪驱动电路的具体电路进行说明。
如图5所示，在本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路中，调压电路105用于输出电压的调节，由电源芯片U5对输入电压进行降压处理，现场可编程逻辑门阵列通过电阻R35进行脉冲控制，以达到控制电源芯片U5的反馈电压的作用，进而控制电源芯片U5输出电压的大小。
振荡驱动电路106主要由驱动芯片U8组成，通过现场可编程逻辑门阵列扫描驱动芯片U8的栅极驱动器输入口MosPOn(引脚2)和MosNOn(引脚4)，进而通过驱动功率管Q5和Q7，形成推挽电路，功率器件驱动变压器T2，变压器T2与振荡电路107和治疗头串联输出，如图5所示的UsPovOut引脚和UsNegOut引脚连接到治疗头。
振荡电路107具体为由电感和电容组成的LC振荡电路，由现场可编程逻辑门阵列控制调节参数。
在上述实施例的基础上，为提高输出回路采样精度，以进一步提高控制精度，在本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路中，输出采样电路包括：第一电流采样电路、第一电流相位采样电路109、第一电压采样电路110和第一电压相位采样电路111。针对不同频率的治疗头的特性不同，单一的检测确定谐振频率的准确性较低，故在本申请实施例中，对负载回路的电压、电流、相位均进行检测。具体来说，第一电流采样电路和第一电压采样电路110为整个驱动回路的电流检测和负载端电压检测，目的为检测回路中电压电流的反馈。第一电流相位采样电路109和第一电压相位采样电路111则分别为了检测负载回路中的电流相位和电压相位。
具体地，第一电流采样电路的输入端、第一电流相位采样电路109的输入端、第一电压采样电路110的输入端和第一电压相位采样电路111的输入端均通过变压器接入振荡电路107的输出端，以使输出采样电路与主电路隔离，提高产品稳定性。
如图6所示，第一电流采样电路用于采集负载回路的电流，经过电阻R23和R24进行分压，经过开关U6进行波形的电压采集(开关U6主要是通过开关对不同波形的不同位置进行开关，采集相对应的电压值)，再经过放大器U7B对电压进行放大后送给微处理器101的模数转换采集口，对回路电流采集进行处理。
第一电流相位采样电路109用于采集负载回路的电流相位，通过变压器T1进行电流隔离采样输出，经过电阻R21连接到第一电流相位采样电路109，电流相位经过U4和Q2后送给微处理器101的模数转换检测口进行处理。
第一电压采样电路110用于进行输出电压采集，经过R50和R51电阻分压，经过开关U11进行对应波形电压采集，经过运算放大器U7A进行放大后，经电压值送给微处理器101的模数转换检测口进行数据处理。
第一电压相位采样电路111用于对输出电压的相位值进行采集，经过变压器T3进行隔离后经过电阻R49连接第一电压相位采样电路111，电压相位经过U9和Q8后送给微处理器101的模数转换检测口进行处理。
则基于上述输出采样电路，对于治疗头在大于生产制造的误差的预设范围内进行频率扫描，并在预设范围内通过电压反馈、电流反馈和相位反馈，输出功率最大、转换频率最高的频率值作为控制输出频率。根据电压电流反馈和电压电流相位检测反馈值定位频率点，在频率点转换效率最大，治疗头和振荡电路107谐振点相同时，电流反馈的值会达到最大，电压反馈的值会经过两次比较高的峰值在这两个峰值中间的峰谷时频率接近转换效率以及治疗头和振荡电路107谐振点接近。频率达到合适的值时，电流相位反馈和电压相位反馈的值相位差会达到一个定值，根据这三个的反馈数据在谐振频率点上的特征值综合判断扫频过程中合适的频点。
确定合适的谐振频率点后，控制单元就会把这个频率点记下，以这个频率点进行工作，频率点确定后就可以通过调压电路105进行调压来改变功率的大小，设定多少功率，对应设定多少电压值。
在超声波治疗仪的工作过程中，能量集中在治疗头上，治疗头一直以谐振频率点进行振荡，时间长了就会发热，此时对治疗头的温度也要实时检测，温度过高治疗停止。温度上升时会对治疗头的谐振点产生影响，所以在整个使用过程中电压检测，电流检测和相位检测以及调压电路105的电压检测都在实时检测，避免因为外界因素、制造误差、温度等对系统的谐振点产生影响，发生影响后一般会影响治疗头输出功率的大小或者功率上下浮动值多大，就会通过调压电路105对电压进行微调以达到稳定工作的目的。
则在本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路中，控制单元还可以用于在工作过程中，当监测到第一电流采样电路反馈的输出电流采样值的变化值超出第一电流范围阈值和/或第一电压采样电路110反馈的输出电压采样值超出第一电压范围阈值，且第一电流相位采样电路109反馈的第一电流相位采样值的变化值未超出第一电流相位范围阈值且第一电压相位采样值的变化值未超出第一电压相位范围阈值时，根据输出功率调节驱动电压输出电路的输出电压值。
控制单元还用于在工作过程中，当监测到第一电流采样电路反馈的输出电流采样值的变化值超出第一电流范围阈值和/或第一电压采样电路110反馈的输出电压采样值超出第一电压范围阈值，且第一电流相位采样电路109反馈的第一电流相位采样值的变化值超出第一电流相位范围阈值和/或第一电压相位采样值的变化值超出第一电压相位范围阈值时，停止驱动电压输出电路的输出，并进入控制振荡驱动电路106和振荡电路107自与治疗头对应的频率值所在的频率范围内进行频率扫描，并根据输出采样电路所测得电路参数与对驱动电压输出电路的电路参数确定使输出功率最大、转换效率最高的输出频率作为控制输出频率，利用控制输出频率控制驱动电压输出电路的电路参数、振荡驱动电路106的电路参数以及振荡电路107的电路参数的步骤。
由于超声波功率输出原理是依靠压电陶瓷片的震动产生的，电路的高频振荡必然会存在一定的干扰，对于电路的模拟量检测电压是相对较低直流量，反馈电路的检测直接影响整个系统的正常稳定的工作，所以解决自身产生的干扰和屏蔽外界的干扰显得十分重要。这里主要解决波形输出采集中夹杂着一些不容易除去的干扰。首先系统输出的波形为正弦波，振荡电路107输出的波形为峰峰值较高的正弦波，经过电压采集变压器隔离后将电压峰峰值降低，频率和正弦波不变。电流经过电流隔离变压器后将峰峰值升高，频率和正弦波不变。电流和电压采集输出的波形都为正弦波，只是峰峰值不同，原理相同，以电压为例进行说明。如图5所示，在第一电压采样电路110中，变压器T3次级经过R50和R51进行分压后，由模拟开关U11进行开关采集，模拟开关U11的控制端由现场可编程逻辑门阵列的IO口进行控制，高电平时模拟开关U11的引脚1和引脚2导通，低电平时断开。模拟开关U11的引脚1连接运算放大器U7A的输入端，经过运算放大器输出给微处理器101的模数转换采集端口。控制模拟开关U11的导通和断开就可以采集波形导通时间段的模数转换值。
如图7所示，例如输出的波形正弦波在正峰值，控制模拟开关打开，打开时间为T2-T1，此时只有波形的T1到T2时间段的电压值经过运算放大器U7A后进入微处理器101的模数转换采集端口。模拟开关U11的导通的时间和开关导通的位置都是可以控制，这样做的可以目的可以保证采集值的有效性和准确性。如果输出波形比较杂乱，整个周期内假如只有T1到T2时间段的波形相对比较平滑无杂波，此时就可以采用控制模拟开关导通的方法只采集较好波形段的模数转换值，至于其他波形无论怎么杂乱，都不会进入采集范围里，可以有效地将干扰的杂波滤除，提高检测的精度，系统控制的稳定性。
下面对本申请实施例三进行说明。
在上述实施例的基础上，为适应超声波治疗仪安装有多个不同频率的治疗头的情况，在本申请实施例提供的超声波治疗仪驱动电路中，振荡电路107具体包括多个对应不同频率的振荡支路；控制单元还用于根据治疗头的工作频率将振荡电路107切换为对应频率的振荡支路。
如图5所示，电感L3和电容C14构成一组振荡支路，电感L5和电容C16构成另一组振荡支路。振荡支路的两端由两个双刀双掷的继电器K1、K2选择接入振荡电路107的振荡支路，继电器K1、K2可以由现场可编程逻辑门阵列的IO口驱动控制(如图5中FreqSelect信号)。现场可编程逻辑门阵列具体可以控制端口通过高低电平对继电器进行控制，当控制信号为低电平的时候，继电器默认连接的L3和C14组成的振荡支路；当控制信号为高电平的时候，继电器吸合连接L5和C16组成的振荡支路。假设两组振荡支路分别对应1MHz的治疗头和3MHz的治疗头，则可以由L3和C14组成的振荡支路对应3MHz的治疗头，由L5和C16组成的振荡支路对应1MHz的治疗头。只有这两组参数分别在对应的频点上才能产生振荡，也就是说如果治疗头的振荡频率是1MHz，选择的振荡电路107是1MHz的，治疗头和振荡电路107的谐振点是一样，或者接近的，两个就会同时在1MHz的频率上振荡起来，输出的治疗强度就会提升上去；如1MHz的治疗头选择的振荡电路107为3MHz的，治疗头和振荡电路107的谐振点不一样，就不会出现共频，治疗头输出的强度也不会提升，长时间在谐振点不匹配时运行，就会导致电路中的功率器件MOS管损坏。电路可以对反馈电压，电流和相位的检测，进行判断治疗头的谐振点选择对否正确，功率是否达到要求。
在超声波治疗仪第一次使用或更换治疗头时，在上电过程中，控制单元可以在接收到输入的治疗头参数后切换至对应的振荡支路。若用户未提供正确的治疗头参数，则可以通过扩大自动扫频范围依次扫描各个档位的治疗头频率的预设范围，以确定切换至哪个振荡支路，再进一步通过自动扫频对振荡支路的参数进行调整。
可以理解的是，在实际应用中，还可以设置更多组振荡支路。此外，振荡电路107的具体电路可以不为图5所示的电路，例如可以采用变压器T2的线圈和电容组成振荡电路107，同样可以通过设置切换开关和多个振荡支路实现不同档位的切换。
下面对本申请实施例四进行说明。
上文详述了超声波治疗仪驱动电路对应的各个实施例，在此基础上，本申请还公开了与上述超声波治疗仪驱动电路对应的超声波治疗仪。
本申请实施例提供的超声波治疗仪可以包括上述任意一个实施例中介绍的超声波治疗仪驱动电路和治疗头，超声波治疗仪驱动电路的输出端与治疗头的输入端连接。
由于超声波治疗仪部分的实施例与超声波治疗仪驱动电路部分的实施例相互对应，因此超声波治疗仪部分的实施例请参见超声波治疗仪驱动电路部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
以上对本申请所提供的一种超声波治疗仪驱动电路及超声波治疗仪进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的超声波治疗仪而言，由于其与实施例公开的超声波治疗仪驱动电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见超声波治疗仪驱动电路部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

Claims (10)

1.一种超声波治疗仪驱动电路，其特征在于，包括：控制单元，驱动电压输出电路，振荡驱动电路，振荡电路和输出采样电路；
其中，所述驱动电压输出电路的输入端与外部电源连接，所述驱动电压输出电路的输出端与所述振荡驱动电路的驱动电压输入端连接，所述振荡驱动电路的输出端与所述振荡电路的驱动端连接，所述振荡电路的输出端与超声波治疗仪的治疗头的输入端连接，所述输出采样电路的输入端与所述振荡电路的输出端连接，所述输出采样电路的输出端与所述控制单元的第一信号输入端连接，所述驱动电压输出电路的控制端、所述振荡驱动电路的控制端、所述振荡电路的控制端分别与所述控制单元连接；
所述控制单元用于控制所述振荡驱动电路和所述振荡电路输出不同频率，并根据所述输出采样电路所测得电路参数与对所述驱动电压输出电路的电路参数测试得到使输出功率最大、转换效率最高的输出频率作为控制输出频率，利用所述控制输出频率控制所述驱动电压输出电路的电路参数、所述振荡驱动电路的电路参数以及所述振荡电路的电路参数。
2.根据权利要求1所述的超声波治疗仪驱动电路，其特征在于，所述输出采样电路包括：第一电流采样电路、第一电流相位采样电路、第一电压采样电路和第一电压相位采样电路；
所述控制单元还用于在工作过程中，当监测到所述第一电流采样电路反馈的输出电流采样值的变化值超出第一电流范围阈值和/或所述第一电压采样电路反馈的输出电压采样值超出第一电压范围阈值，且所述第一电流相位采样电路反馈的第一电流相位采样值的变化值未超出第一电流相位范围阈值且第一电压相位采样值的变化值未超出第一电压相位范围阈值时，根据输出功率调节所述驱动电压输出电路的输出电压值；
所述控制单元还用于在工作过程中，当监测到所述第一电流采样电路反馈的输出电流采样值的变化值超出所述第一电流范围阈值和/或所述第一电压采样电路反馈的输出电压采样值超出所述第一电压范围阈值，且所述第一电流相位采样电路反馈的所述第一电流相位采样值的变化值超出所述第一电流相位范围阈值和/或第一电压相位采样值的变化值超出所述第一电压相位范围阈值时，停止所述驱动电压输出电路的输出，并进入控制所述振荡驱动电路和所述振荡电路自与所述治疗头对应的频率值所在的频率范围内进行频率扫描，并根据所述输出采样电路所测得电路参数与对所述驱动电压输出电路的电路参数确定使输出功率最大、转换效率最高的输出频率作为控制输出频率，利用所述控制输出频率控制所述驱动电压输出电路的电路参数、所述振荡驱动电路的电路参数以及所述振荡电路的电路参数的步骤。
3.根据权利要求2所述的超声波治疗仪驱动电路，其特征在于，所述第一电流采样电路的输入端、第一电流相位采样电路的输入端、第一电压采样电路的输入端和第一电压相位采样电路的输入端均通过变压器接入所述振荡电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的超声波治疗仪驱动电路，其特征在于，所述振荡电路具体包括多个对应不同频率的振荡支路；
所述控制单元还用于根据所述治疗头的工作频率将所述振荡电路切换为对应频率的所述振荡支路。
5.根据权利要求1所述的超声波治疗仪驱动电路，其特征在于，所述控制单元控制所述振荡驱动电路和所述振荡电路输出不同频率，包括：
所述控制单元控制所述振荡驱动电路和所述振荡电路自与所述治疗头对应的频率值所在的频率上下预设范围内进行预设步长的频率扫描。
6.根据权利要求1所述的超声波治疗仪驱动电路，其特征在于，所述控制单元包括微处理器和与所述微处理器连接的协处理器；
所述微处理器用于接收所述输出采样电路的采样信号；所述协处理器用于控制所述驱动电压输出电路、所述振荡驱动电路和所述振荡电路。
7.根据权利要求6所述的超声波治疗仪驱动电路，其特征在于，所述协处理器包括现场可编程逻辑门阵列。
8.根据权利要求1所述的超声波治疗仪驱动电路，其特征在于，还包括用于采集所述治疗头的温度的温度检测电路，所述温度检测电路的输出端与所述控制单元的第三信号输入端连接；
所述控制单元还用于在所述治疗头的温度高于预设温度值时停止所述驱动电压输出电路的输出。
9.根据权利要求1所述的超声波治疗仪驱动电路，其特征在于，还包括输入采样电路；
所述输入采样电路的输入端与所述驱动电压输出电路的输入端连接，所述输入采样电路的输出端与所述控制单元的第二信号输入端连接。
10.一种超声波治疗仪，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的超声波治疗仪驱动电路和治疗头，所述超声波治疗仪驱动电路的输出端与所述治疗头的输入端连接。
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