CN202859918U

CN202859918U - 一种基于恒流源的起搏脉冲产生发放电路

Info

Publication number: CN202859918U
Application number: CN 201220599397
Authority: CN
Inventors: 夏振宏; 谢陆伟
Original assignee: HUANAN MEDICAL ELECTRICAL TECH Co Ltd HENAN
Current assignee: HUANAN MEDICAL ELECTRICAL TECH Co Ltd HENAN
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-11-14

Abstract

一种基于恒流源的起搏脉冲产生发放电路，包括DCDC隔离模块、DCDC升压模块、第一电极、第二电极、恒流源模块、模拟隔离模块、ADC模块和DAC模块；所述DCDC隔离模块连接DCDC升压模块，DCDC升压模块连接与人体连接的第一电极，与人体连接的第二电极接恒流源模块，恒流源模块接模拟隔离模块，模拟隔离模块连接ADC模块和DAC模块。采用模块化设计，电路简单，稳定性高，调试方便。

Description

一种基于恒流源的起搏脉冲产生发放电路

技术领域

本实用新型涉及一种心脏体外起搏时高压电源产生和脉冲波形产生电路，具体涉及一种基于恒流源的起搏脉冲产生发放电路。

背景技术

除颤监护仪是利用单相或者双相大脉冲电流治疗心室纤颤的主要设备。除颤监护仪中配备无创体外起搏器，能够对除颤之后的心动过缓进行治疗。对于无创体外起搏来说，一般要求其输出电压在一定的范围内可调，其实质也就是要求其输出电流在一定的范围之内可调。同时出于安全考虑，也要求对起搏波形产生电路的输入电压和输出电压进行隔离，以保证起搏电极的对地漏电流小于安全标准规定值。

目前，常用的无创体外起搏电路的实现方案是由BOOST变换器实现升压/降压功能，由分离元器件搭建恒流源实现输出电流控制，由光电耦合器实现隔离反馈。其主要的实现方案如下所示：

一是BUCK-BOOST变换器实现升压和降压功能，该类型变换器存在输入输出没有隔离，输出电路稳定性比较低，驱动电路实现性对比较复杂等缺点。同时该变换器的外围元器件也比较多，电路调试比较繁琐等。

二是使用反激变换器和PWM控制器来实现升压和降压的功能，其主要原理是使用变压器来完成隔离和电压变换的功能。该电路的主要缺点是利用变压器完成电压变换，变压器导致电路比较复杂笨重。另外利用分离元器件完成起搏电流控制导致可靠性降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于恒流源的起搏脉冲产生发放电路，有效解决了现有技术中的问题，采用模块化设计，电路简单，稳定性高，调试方便。

本实用新型采用以下技术方案：

一种基于恒流源的起搏脉冲产生发放电路，其中，包括DCDC隔离模块、DCDC升压模块、第一电极、第二电极、恒流源模块、模拟隔离模块、ADC模块和DAC模块；所述DCDC隔离模块连接DCDC升压模块，DCDC升压模块连接与人体连接的第一电极，与人体连接的第二电极接恒流源模块，恒流源模块接模拟隔离模块，模拟隔离模块连接ADC模块和DAC模块。

作为优选，所述DCDC升压模块包括外部隔离之后的电源DC、电容C1、C2、电感L1、三极管Q1和二极管D1；电源DC连接电容C1、电感L1和三极管Q1，电感L1分别连接三极管Q1和二极管D1，二极管D1连接电容C2，电容C2分别连接三极管Q1、电容C1和电源DC。

作为优选，所述的恒流源模块包括运算放大器U1、电阻R1、R2、三极管Q1，运算放大器U1的正端连接DAC模块，负端连接电阻R2和三极管Q1的发射极，电阻R2一端接地；运算放大器U1的输出端接电阻R1，电阻R1接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接第二电极。

所述输入电源中的DCDC隔离模块，主要完成输入电源与起搏输出输出回路的隔离，起到降低与人体接触的电极对地漏电流的目的。

所述产生高压的DCDC升压模块由集成电路IC加上周边的元器件构成，其主要的电路结构是BOOST升压电路形式。其主要的工作原理是将DCDC隔离电路的输出电压升高到120V左右，最高达到150V，满足起搏时恒流源正常工作的需求。

所述恒流源模块在一定的条件下工作，其工作时的电流只受到控制电压的作用，与控制电压的大小成一定的比例关系，与具体的高压电路的电压值没有具体的关系。

所述的控制反馈的DAC和ADC模块分别连接恒流源的输入控制电压和反馈电压，以确定恒流源电路工作的状态。ADC转换器连接恒流源的输出反馈点，以确定恒流源的实际输出电流值；DAC转换器连接恒流源的输入控制点，控制恒流源的理论输出电流值。

本实用新型的有益效果是：

升压隔离电路抛弃了传统的使用的变压器电路来完成升压降压电路的拓扑结构，转而采用由DCDC转换器完成隔离；由BOOST电路完成升压电路，使用该方法有助于实现电路模块化，减少出现问题的概率。

另外由于本电路采用了电压控制的恒流源工作模式。在恒流源正常工作的情况下，输出的电流不受升压电路输出的电压的影响，只受到恒流源控制电压的控制，这就降低了升压电路的设计难度，增加了系统的工作稳定性。

同时，由于采用DAC输出电压来控制起搏电流的输出，可以使一定范围之内起搏电流的连续可调成为可能。现在通用的MCU都有ADC和DAC控制电路，这种设计方法也方便使用MCU来控制起搏器的输出模式。

附图说明

图1为本实用新型的拓扑结构框图；

图2为本实用新型的升压电路的结构框图；

图3为本实用新型的恒流源结构框图；

图4为本实用新型的恒流源反馈的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步描述：

如图1所示，本实用新型包括DCDC隔离模块、DCDC升压模块、第一电极、第二电极、恒流源模块、模拟隔离模块、ADC模块和DAC模块；所述DCDC隔离模块连接DCDC升压模块，DCDC升压模块连接与人体连接的第一电极，与人体连接的第二电极接恒流源模块，恒流源模块接模拟隔离模块，模拟隔离模块连接ADC模块和DAC模块。

外部电源经过DCDC隔离模块完成与网电源的隔离，以保证患者漏电流满足安全标准的要求。隔离之后的电源经过DCDC升压模块上升到150V左右，该电压保证在人体的起搏阻抗500欧姆左右满足起搏的需求。升压之后的电压经过两个电极与人体接触，向人体发送起搏脉冲。起搏脉冲的电流大小由恒流源模块进行控制。模拟隔离模块完成模拟信号的隔离，将无失真的模拟信号传递给ADC模块和DAC模块。ADC模块负责将采样，将实际输出的起搏脉冲幅度传送给MCU，而DAC将MCU的电流控制信号传送给恒流源模块，控制恒流源的输出电压。

如图2所示，是一个典型的BOOST类型的DCDC升压电路的结构图。DCDC升压模块包括外部隔离之后的电源DC、电容C1、C2、电感L1、三极管Q1和二极管D1；电源DC连接电容C1、电感L1和三极管Q1，电感L1分别连接三极管Q1和二极管D1，二极管D1连接电容C2，电容C2分别连接三极管Q1、电容C1和电源DC。外部隔离之后的电源DC经过C1滤波之后提供给L1，当Q1三极管（或者MOS管，IGBT等电子管）打开时，经过L1的电流，逐渐增加，L1电感存储能量，电流经Q1回到DC的负极；当Q1三极管（或者MOS管，IGBT等电子管）关闭时，电感存储的能量以负高压的形式出现在电感两端，电感上的电压与电源电压叠加流经D1对C2进行充电。在三极管再次打开时， C2对负载放电。该电路完成电压升压的功能，升压的理论值与开关频率的占空比相关。

如图3所示，是本实用新型中的恒流源电路。恒流源模块包括运算放大器U1、电阻R1、R2、三极管Q1，运算放大器U1的正端连接DAC模块，负端连接电阻R2和三极管Q1的发射极，电阻R2一端接地；运算放大器U1的输出端接电阻R1，电阻R1接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接第二电极。当给予运算放大器U1合适的工作电压之后，U1即开始正常工作。此时，由于运算放大器U1的两个输入端存在的虚短特性，故U1的正端的电压等于U1的负端的电压。此时，流经R2两端的电流即可以得出：

I = V_DAC/ R2

该电流的大小与U1的工作电压无关，与电极2的电压无关。

由此我们可以得到，控制V_DAC的值，就控制了流经人体的起搏电流的值。

如图4所示，是恒流源电路的控制和反馈回路。来自MCU的信号经过DAC变换之后输出一个模拟电压信号，该模拟电压信号与U1运算放大器的正输入端相连接，此信号来控制恒流源的输出电流的大小。而运算放大器的正输入端与ADC连接在一起，作为一个反馈，来判断电流的输出是否与设定值是相同的。当恒流源正常工作的条件不具备的时候，输出电流的大小与输入的控制信号是不相同的。该反馈信号可以输入到MCU中，由MCU来判断输出信号是否正常。

另外一点需要注意的是，该恒流源在实际工作的时候，能够输出的最小电流为0；能够输出的最大电流由升压电路的电压，人体的实际阻抗来决定，恒流源的采样电阻的大小，恒流源的工作电压等几方面的因素综合到一起来决定。

本实用新型在工作时，发放的起搏信号的脉宽，周期等由MCU内部的定时器控制，通过DAC是否输出一定的幅值来控制起搏信号的发送。而起搏信号的电流的大小通过DAC的输出的幅值来决定。同时，ADC模块采样实际输出的电流的大小，当与设置的电流输出不相符合的时候，MCU进行按照实际的情况进行调整。或者通过显示屏，串行口，声音等方式来提醒操作人员需要注意。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于恒流源的起搏脉冲产生发放电路，其特征在于：包括DCDC隔离模块、DCDC升压模块、第一电极、第二电极、恒流源模块、模拟隔离模块、ADC模块和DAC模块；所述DCDC隔离模块连接DCDC升压模块，DCDC升压模块连接与人体连接的第一电极，与人体连接的第二电极接恒流源模块，恒流源模块接模拟隔离模块，模拟隔离模块连接ADC模块和DAC模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于恒流源的起搏脉冲产生发放电路，其特征在于：所述DCDC升压模块包括外部隔离之后的电源DC、电容C1、C2、电感L1、三极管Q1和二极管D1；电源DC连接电容C1、电感L1和三极管Q1，电感L1分别连接三极管Q1和二极管D1，二极管D1连接电容C2，电容C2分别连接三极管Q1、电容C1和电源DC。

3.根据权利要求2所述的一种基于恒流源的起搏脉冲产生发放电路，其特征在于：所述的恒流源模块包括运算放大器U1、电阻R1、R2、三极管Q1，运算放大器U1的正端连接DAC模块，负端连接电阻R2和三极管Q1的发射极，电阻R2一端接地；运算放大器U1的输出端接电阻R1，电阻R1接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接第二电极。