CN117562649A - 一种陡脉冲消融急停释能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陡脉冲消融急停释能控制系统,属于医疗设备领域,包括监控模块、分别与监控模块连接的急停开关和主控制器、分别与急停开关连接的隔离电源和继电器模块、分别与继电器模块连接的释能模块和驱动模块以及分别与驱动模块连接的信号隔离模块和隔离电源,所述信号隔离模块分别与主控制器和隔离电源连接。本发明提供的陡脉冲消融急停释能控制系统,使陡脉冲消融设备在发生异常时无需切断网电源,当前治疗数据不会消失,具有用户手动急停、设备自主等效急停、设备断电自动急停的三种急停释能保护功能,电路结构简洁高效、安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于医疗设备领域,具体涉及一种陡脉冲消融急停释能控制系统。
背景技术
随着医疗技术的发展,在电脉冲实现肿瘤消融、房颤消融和糖尿病治疗等领域,常采用陡脉冲电穿孔消融针定向穿刺入治疗部位对组织进行消融治疗得到了广泛的应用,但陡脉冲由于其应用特性,为实现预期治疗目的电脉冲设备往往需要输出上千伏的高电压,为保证用户在异常情况下能及时释放高压能量,使得在限定时间内将电压降至安全电压范围内,需要增加一种快速的释能控制电路。
目前采用的解决方案通常是在网电源上加入物理开关,用户在紧急情况下直接切断电源,虽然这样也能够将高电压降下来,但这会导致整个电脉冲设备立即断电,使得用户无法获取当前的治疗数据而无法明确治疗情况,且方式单一、释能保护不够可靠,不能满足多种不断电的高压保护需求。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供一种陡脉冲消融急停释能控制系统,在紧急情况下不需要切断电源,通过急停控制电路来控制高压电路部分进行高压释能放电,解决陡脉冲消融设备异常情况下释放高压能量时,消融设备断电,使得当前治疗数据消失的问题。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种陡脉冲消融急停释能控制系统,其特征在于,包括:监控模块、分别与监控模块连接的急停开关和主控制器、分别与急停开关连接的隔离电源和继电器模块、分别与继电器模块连接的释能模块和驱动模块以及分别与驱动模块连接的信号隔离模块和隔离电源,所述信号隔离模块分别与主控制器和隔离电源连接;
所述急停开关,用于控制继电器模块与释能模块的连接;
所述继电器模块,用于控制释能模块释放高压电路输出元件的能量;
所述驱动模块,用于接收信号隔离模块传输的驱动信号,并根据驱动信号控制继电器模块与释能模块的连接;
所述释能模块,用于释放高压输出元件的能量;
所述信号隔离模块,用于以隔离方式传输陡脉冲消融设备的主控制器发出的驱动信号至继电器驱动模块;
所述监控模块,用于将急停开关的状态上报至陡脉冲消融设备的主控制器;
所述隔离电源,用于通过隔离互感的方式为急停开关、驱动模块、信号隔离模块供电,并将高压电路和急停开关、继电器模块、释能模块、驱动模块以及信号隔离模块隔离。
本发明的有益效果为:本发明提供的一种陡脉冲消融急停释能控制系统,在陡脉冲消融设备发生异常时,通过急停控制电路来控制高压电路部分进行高压释能放电,设备不会断电,当前治疗数据不会消失,具有用户手动急停、设备自主等效急停、设备断电自动急停的三种急停释能保护功能,电路结构简洁高效、安全可靠。
进一步地:所述急停开关包括开关J1,所述开关J1的第1引脚与隔离电源连接,所述开关J1的第2引脚与继电器模块连接,所述开关J1的第3引脚与监控模块的STOP_BUTTON引脚连接,所述开关J1的第4引脚接地,所述监控模块的START_BUTTON引脚与主控制器的P1引脚连接。
上述进一步方案的有益效果为:本发明采用具有一开一闭回路的自锁转动复位急停开关,由用户输入和复位控制,且控制真空继电器,实现继电器线圈上拉电源的开关控制。
进一步地:所述继电器模块包括继电器U1,所述继电器U1的第1引脚分别与二极管D1的负极和开关J1的第2引脚连接,所述继电器U1的第2引脚分别与二极管D1的正极和场效应管Q1的漏极连接,所述继电器U1的第3引脚与高压电路的输出负端连接,所述继电器U1的第4引脚为继电器常开触点,所述继电器U1的第5引脚与释能模块连接。
上述进一步方案的有益效果为:本发明采用高压真空继电器,用于控制释能模块,可以在高压、大电流下保持稳定的工作状态,同时该继电器具有常闭开关,能够将继电器的常闭组和释能模块的电路串联。
进一步地:所述释能模块包括电阻R1和电阻R2,所述电阻R2的一端与继电器U1的第5引脚连接,所述电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接,所述电阻R1的另一端分别与高压电路的输出正端和高压输入接口J2的第2引脚连接,所述高压输入接口J2的第1引脚与高压电路的输出负端连接。
上述进一步方案的有益效果为:本发明主要采用两个电阻构成释能模块,用于释放高压输出元件的能量,保证在限定时间内将电压降至安全电压范围内。
进一步地:所述驱动模块包括驱动芯片U2,所述驱动芯片U2的第1引脚分别与隔离电源、接地电容C1、接地电容C2和驱动芯片U2的第8引脚连接,所述驱动芯片U2的第2引脚与隔离模块连接,所述驱动芯片U2的第3引脚与电阻R4的一端连接,所述电阻R4的另一端与隔离电源连接,所述驱动芯片U2的第4引脚接地,所述驱动芯片U2的第5引脚分别与电阻R5的一端和场效应管Q1的源极连接,并接地,所述电阻R5的另一端分别与场效应管Q1的栅极和电阻R3的一端连接,所述驱动芯片U2的第6引脚和第7引脚共同与电阻R3的另一端连接,所述场效应管Q1的漏极与继电器U1的第2引脚连接。
上述进一步方案的有益效果为:本发明采用驱动芯片驱动继电器模块的真空继电器,用半导体器件MOSFET场效应管实现继电器线圈的下拉电源控制。
进一步地:所述信号隔离模块包括光电耦合器U3,所述光电耦合器U3的A引脚与电阻R8的一端连接,所述电阻R8的另一端分别与接地电容C8和隔离电源连接,所述光电耦合器U3的K引脚与三极管Q5的发射极连接,所述三极管Q5的集电极接地,所述三极管Q5的基极分别与电阻R9的一端和电容C9的一端连接,所述电容C9的另一端接地,所述电阻R9的另一端作为DRIVER_in引脚,并与主控制器的P2引脚连接,所述光电耦合器U3的E引脚作为信号隔离模块的DRVIER端口,与驱动芯片U2的第2引脚连接,同时并联接地电容C11和接地电阻R11,所述光电耦合器U3的C引脚与电阻R10的一端连接,所述电阻R10的另一端分别与隔离电源和接地电容C11连接。
上述进一步方案的有益效果为:本发明以隔离方式传输主控制器发出的驱动信号至继电器驱动模块,更够有效放大主控制器的驱动信号,防止潜在的信号干扰、电气噪声和电压冲击,对驱动信号传输的干扰。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种陡脉冲消融急停释能控制系统的功能框图;
图2为本发明实施例提供的一种陡脉冲消融急停释能控制系统的急停开关、继电器模块、释能模块和驱动模块的电路图;
图3为本发明实施例提供的一种陡脉冲消融急停释能控制系统的信号隔离模块的电路图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
在本发明的一个实施例中,如图1所示,本发明实施例提供了一种陡脉冲消融急停释能控制系统,包括:急停开关、继电器模块、释能模块、驱动模块、信号隔离模块、隔离电源、监控模块和主控制器,所述急停开关分别与继电器模块和监控模块连接,所述继电器模块与释能模块和驱动模块连接,所述驱动模块与信号隔离模块连接,所述监控模块与主控制器连接,所述主控制器与信号隔离模块连接,所述隔离电源分别与急停开关、驱动模块和信号隔离模块连接。
其中,急停开关用于控制继电器模块与释能模块的连接,继电器模块用于控制释能模块释放高压电路输出元件的能量,驱动模块用于接收信号隔离模块传输的驱动信号,并根据驱动信号控制继电器模块与释能模块的连接,释能模块用于释放高压输出元件的能量,信号隔离模块用于以隔离方式传输主控制器发出的驱动信号至继电器驱动模块,监控模块用于将急停开关的状态上报至主控制器,隔离电源用于通过隔离互感的方式为急停开关、驱动模块、信号隔离模块供电,并将高压电路和急停控制电路隔离,所述急停控制电路包括急停开关、继电器模块、释能模块、驱动模块和信号隔离模块。
如图2所示,急停开关包括开关J1,开关J1的第1引脚与隔离电源连接,开关J1的第2引脚与继电器模块连接,开关J1的第3引脚与监控模块的STOP_BUTTON引脚连接,开关J1的第4引脚接地,其中,所述监控模块的START_BUTTON引脚与主控制器的P1引脚连接。
继电器模块包括继电器U1,继电器U1的第1引脚分别与二极管D1的负极和开关J1的第2引脚连接,继电器U1的第2引脚分别与二极管D1的正极和场效应管Q1的漏极连接,继电器U1的第3引脚与高压电路的输出负端连接,继电器U1的第4引脚为继电器常开触点,继电器U1的第5引脚与释能模块连接。
释能模块包括电阻R1和电阻R2,电阻R2的一端与继电器U1的第5引脚连接,电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接,电阻R1的另一端分别与高压电路的输出正端(HV+)和高压输入接口J2的第2引脚连接,所述高压输入接口J2的第1引脚与高压电路的输出负端(HV-)连接。
驱动模块包括驱动芯片U2,驱动芯片U2的第1引脚分别与隔离电源、接地电容C1、接地电容C2和驱动芯片U2的第8引脚连接,驱动芯片U2的第2引脚与隔离模块连接,驱动芯片U2的第3引脚与电阻R4的一端连接,电阻R4的另一端与隔离电源连接,驱动芯片U2的第4引脚接地,驱动芯片U2的第5引脚分别与电阻R5的一端和场效应管Q1的源极连接,并接地,电阻R5的另一端分别与场效应管Q1的栅极和电阻R3的一端连接,驱动芯片U2的第6引脚和第7引脚共同与电阻R3的另一端连接,场效应管Q1的漏极与继电器U1的第2引脚连接。
如图3所示,信号隔离模块包括光电耦合器U3,光电耦合器U3的A引脚与电阻R8的一端连接,电阻R8的另一端分别与接地电容C8和隔离电源连接,光电耦合器U3的K引脚与三极管Q5的发射极连接,三极管Q5的集电极接地,三极管Q5的基极分别与电阻R9的一端和电容C9的一端连接,电容C9的另一端接地,电阻R9的另一端作为DRIVER_in引脚,并与主控制器的P2引脚连接,光电耦合器U3的E引脚作为信号隔离模块的DRVIER端口,与驱动芯片U2的第2引脚连接,同时并联接地电容C11和接地电阻R11,光电耦合器U3的C引脚与电阻R10的一端连接,电阻R10的另一端分别与隔离电源和接地电容C11连接。
其中,释能模块为保证在限定时间内将电压降至安全电压范围内的设计目标,需要根据产品的功率输出参数进行计算,使释能模块工作时功率输出电压将呈指数下降,所述根据产品的功率输出参数进行计算的表达式如下:
t0=R·C
其中,VC为需要的安全电压值,V0为产品功率输出额定电压值,t为需要的限定时间,t0为电容时间常数,R为释能模块的阻抗,C为产品功率输出端的容值,e为指数函数的常量;通过所述公式求出函数值为R的反函数,得到释能模块的阻抗值,即图2所示中,电阻R1和电阻R2的阻抗值之和。
在本发明的一个实施例中,主控制器可采用微控制器如GD32E330型号的芯片、监控模块可采用芯片的引脚进行监控,也可采用其他型号的芯片和监控模块,表1为主控制器与各模块的主要接线表,表2为隔离电源与各模块的主要接线表。
表1
表2
下面对本发明的具体工作原理及过程进行说明:
陡脉冲消融设备开机时,用户按下开关J1的按钮使其置于复位状态,开关J1将第3引脚和第4引脚连通,陡脉冲消融设备正常工作,当驱动芯片U2的第2引脚未接收到光电耦合器U3的E引脚传输的驱动信号时,驱动芯片U2对继电器模块中线圈的吸引使继电器U1连接到常开触点4,即继电器U1的第3引脚与第4引脚连接,继电器模块回到常开状态,设备继续正常工作;
当用户发现异常或需要暂停治疗时,立即按下开关J1的按钮,急停开关将第1引脚和第2引脚接通,将开关J1的第1引脚连接的隔离电源作为继电器U1的上拉电源,控制继电器U1,使继电器处于复位的常闭状态,即继电器U1连接到常闭触点5,即第5引脚,释能模块进入导通状态,设备输出高压立即释能,释能完毕后用户可再次按下急停开关按钮,急停开关断开第1引脚和第2引脚的接通,继电器中线圈在驱动模块通电吸引下连接到常开触点4,即继电器U1的第3引脚与第4引脚连接,继电器模块回到常开状态,设备继续正常工作;
当陡脉冲消融设备检测到故障时,监控模块通过STOP_BUTTON引脚得到急停开关的状态,陡脉冲消融设备的主控制器通过P1引脚与监控模块的START_BUTTON引脚连接,得到监控模块获取的急停开关的状态,并通过P2引脚将驱动信号传输至信号隔离模块的DRIVER_in引脚,由信号隔离模块通过DRIVER引脚将驱动信号传输至驱动模块的第2引脚,驱动模块根据驱动信号,通过第6引脚和第7引脚将信号传输至继电器的第2引脚,对线圈进行下拉控制,使继电器处于复位的常闭状态,继电器的第三引脚连接到常闭触点5,即第5引脚,释能模块导通,设备输出高压立即释能,释能完毕后可通过主控制器再次发送驱动信号使继电器回到常开状态,设备继续工作;
当陡脉冲消融设备正常使用时,若隔离电源输出电压与驱动模块断开,驱动模块失电,驱动模块对继电器模块的线圈失去吸引,继电器处于复位的常闭状态,继电器的第3引脚连接到常闭触点5,即第5引脚,释能模块导通,设备输出高压立即释能。
本发明提供的一种陡脉冲消融急停释能控制系统,可以使陡脉冲消融设备在发生异常时不需切断网电源,仅通过由急停开关、继电器模块、释能模块、驱动模块、信号隔离模块组成的急停释能控制电路来控制高压电路部分进行高压释能放电,设备不会断电,使得当前治疗数据不会消失,且可实现用户手动急停、设备自主等效急停、设备断电自动急停的三种急停释能保护功能,满足多种不断电的高压保护需求,电路结构简洁高效、安全可靠,设备断电继电器自动闭合进行释能,有效保护维修维护人员。
Claims (6)
1.一种陡脉冲消融急停释能控制系统,其特征在于,包括:监控模块、分别与监控模块连接的急停开关和主控制器、分别与急停开关连接的隔离电源和继电器模块、分别与继电器模块连接的释能模块和驱动模块以及分别与驱动模块连接的信号隔离模块和隔离电源,所述信号隔离模块分别与主控制器和隔离电源连接;
所述急停开关,用于根据开关的接入和断开,控制继电器模块与释能模块的连接;
所述继电器模块,用于控制释能模块释放高压电路输出元件的能量;
所述驱动模块,用于接收信号隔离模块传输的驱动信号,并根据驱动信号控制继电器模块与释能模块的连接;
所述释能模块,用于释放高压输出元件的能量;
所述信号隔离模块,用于以隔离方式传输陡脉冲消融设备的主控制器发出的驱动信号至继电器驱动模块;
所述监控模块,用于将急停开关的状态上报至陡脉冲消融设备的主控制器;
所述隔离电源,用于通过隔离互感的方式为急停开关、驱动模块、信号隔离模块供电,并将高压电路和急停开关、继电器模块、释能模块、驱动模块以及信号隔离模块隔离。
2.根据权利要求1所述的陡脉冲消融急停释能控制系统,其特征在于,所述急停开关包括开关J1;
所述开关J1的第1引脚与隔离电源连接,所述开关J1的第2引脚与继电器模块连接,所述开关J1的第3引脚与监控模块的STOP_BUTTON引脚连接,所述开关J1的第4引脚接地,所述监控模块的START_BUTTON引脚与主控制器的P1引脚连接。
3.根据权利要求2所述的陡脉冲消融急停释能控制系统,其特征在于,所述继电器模块包括继电器U1;
所述继电器U1的第1引脚分别与二极管D1的负极和开关J1的第2引脚连接,所述继电器U1的第2引脚分别与二极管D1的正极和场效应管Q1的漏极连接,所述继电器U1的第3引脚与高压电路的输出负端连接,所述继电器U1的第4引脚为继电器常开触点,所述继电器U1的第5引脚与释能模块连接。
4.根据权利要求3所述的陡脉冲消融急停释能控制系统,其特征在于,所述释能模块包括电阻R1和电阻R2;
所述电阻R2的一端与继电器U1的第5引脚连接,所述电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接,所述电阻R1的另一端分别与高压电路的输出正端和高压输入接口J2的第2引脚连接,所述高压输入接口J2的第1引脚与高压电路的输出负端连接。
5.根据权利要求3所述的陡脉冲消融急停释能控制系统,其特征在于,所述驱动模块包括驱动芯片U2;
所述驱动芯片U2的第1引脚分别与隔离电源、接地电容C1、接地电容C2和驱动芯片U2的第8引脚连接,所述驱动芯片U2的第2引脚与信号隔离模块连接,所述驱动芯片U2的第3引脚与电阻R4的一端连接,所述电阻R4的另一端与隔离电源连接,所述驱动芯片U2的第4引脚接地,所述驱动芯片U2的第5引脚分别与电阻R5的一端和场效应管Q1的源极连接,并接地,所述电阻R5的另一端分别与场效应管Q1的栅极和电阻R3的一端连接,所述驱动芯片U2的第6引脚和第7引脚共同与电阻R3的另一端连接,所述场效应管Q1的漏极与继电器U1的第2引脚连接。
6.根据权利要求5所述的陡脉冲消融急停释能控制系统,其特征在于,所述信号隔离模块包括光电耦合器U3;
所述光电耦合器U3的A引脚与电阻R8的一端连接,所述电阻R8的另一端分别与接地电容C8和隔离电源连接,所述光电耦合器U3的K引脚与三极管Q5的发射极连接,所述三极管Q5的集电极接地,所述三极管Q5的基极分别与电阻R9的一端和电容C9的一端连接,所述电容C9的另一端接地,所述电阻R9的另一端作为DRIVER_in引脚,并与主控制器的P2引脚连接,所述光电耦合器U3的E引脚作为信号隔离模块的DRVIER端口,与驱动芯片U2的第2引脚连接,同时并联接地电容C11和接地电阻R11,所述光电耦合器U3的C引脚与电阻R10的一端连接,所述电阻R10的另一端分别与隔离电源和接地电容C11连接。
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- 2023-11-21 CN CN202311561468.3A patent/CN117562649A/zh active Pending
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