CN207835414U - 用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统 - Google Patents

用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统 Download PDF

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郭毅军
罗玉平
马林
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本实用新型提供的一种用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,包括功率调节模块、功率放大模块和输出模块;所述功率调节模块用于接收频率可调的基频信号并对基频信号进行幅值调节,且将调节生成的幅值调节信号输出至功率放大模块;所述功率放大模块用于对输入的幅值调节信号进行两级放大处理形成正弦交流信号,并将处理生成的正弦交流信号隔离输出至输出模块;所述输出模块用于对输入的正弦交流信号进行滤波处理,并将滤波处理后的正弦交流信号输出至手术作用端;使得作用于患者组织时手术效率更高,病人承受较少的伤害以及痛苦,利于术后恢复,整个系统的稳定性好,安全性高。

Description

用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统
技术领域
本实用新型涉及一种医用电源系统,尤其涉及一种用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统。
背景技术
在外科手术设备中,比如射频电波刀等设备,需要采用高频功率放大系统进行供电,现有的高频功率放大系统存在如下缺陷:首先,现有的医用高频功率放大系统采用开关模式,这种方式导致功率放大系统自身的结构复杂,干扰性强,自身的稳定性和安全性较差,从而为手术带来安全隐患;其次,现有的医用高频功率放大系统虽然称之为高频,但是其输出频率仍然较低,通常低于500KHz,从而使得手术效率低,患者承受手术伤害和痛苦大,不利于术后恢复;再次,现有的医用高频功率放大系统在手术中同样切割深度时,所消耗的能量更大,不利于节能。
因此,需要提出一种新的高频功率放大系统,能够使得自身结构得到简化,具有较强的抗干扰性,能够输出稳定纯净的正弦功率波形,并且能够频率范围大,能够在几百KHz到几MHz内可调,从而使得作用于患者组织时手术效率更高,病人承受较少的伤害以及痛苦,利于术后恢复,而且,在手术中切割同样深度时能够消耗更少的能量,有效节约能源,并且整个系统的稳定性好,安全性高。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型提供的一种用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,整个系统具有抗干扰性强、稳定性好、手术效率高、安全性高的优点。
本发明提供的一种用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,包括功率调节模块、功率放大模块和输出模块;
所述功率调节模块用于接收频率可调的基频信号并对基频信号进行幅值调节,且将调节生成的幅值调节信号输出至功率放大模块;
所述功率放大模块用于对输入的幅值调节信号进行两级放大处理,并将处理生成的正弦交流信号隔离输出至输出模块;
所述输出模块用于对输入的正弦交流信号进行滤波处理,并将滤波处理后的正弦交流信号输出至手术作用端。
进一步,所述功率调节模块包括可调电阻RV1、电阻R1、电阻R2以及晶体管Q1;
所述电阻R1的一端通过可调电阻RV1接12V电源,电阻R1的另一端通过电阻R2与晶体管Q1的集电极连接,晶体管Q1的发射极接地,所述晶体管Q1的基极作为基频信号输入端输入基频信号,电阻R1和电阻R2之间的公共连接点作为功率调节模块的输出端向功率放大模块的输入端输入幅值调节信号。
进一步,所述功率放大模块包括第一功放单元和第二功放单元;
所述第一功放单元用于对输入的幅值调节信号进行第一次功率放大处理,并将一级功率信号隔离输出至第二功放单元;
所述第二功放单元用于对输入的一级功率信号进行第二次功率放大处理,并将处理生成的正弦交流信号隔离输出至输出模块。
进一步,所述第一功放单元包括第一功率放大电路和隔离变压器T1;
所述第一功率放大电路的输入端与功率调节模块的输出端连接并用于接收幅值调节信号,所述第一功率放大电路的控制输出端通过隔离变压器T1的初级绕组接12V电源,隔离变压器T1的次级绕组的一端作为第一功放单元的输出端与第二功放单元的输入端连接,隔离变压器T1的次级绕组的另一端接地。
进一步,所述第一功率放大电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5以及三极管Q2;
所述电阻R3的一端作为第一功率放大电路的输入端并接收功率调节模块输出的幅值调节信号,电阻R3的另一端连接于三极管Q2的基极,三极管Q2的基极通过电阻R5接地,三极管Q2的基极通过电阻R4接12V电源,三极管Q1的发射极接地,三极管Q1的集电极作为第一功率放大电路的控制输出端并通过隔离变压器T1的初级绕组接12V电源。
进一步,所述第二功放单元包括第二功率放大电路和隔离变压器T2;
所述第二功率放大电路的输入端与第一功放单元的输出端连接并用于接收第一功放单元输出的一级功率信号,第二功率放大电路的控制输出端通过隔离变压器T2的初级绕组接直流电源,隔离变压器T2的次级绕组的一端作为第二功率放大电路的输出端与输出模块的输入端连接,隔离变压器T2的次级绕组的另一端接地。
进一步,所述第二功率放大电路包括电阻R6、电阻R7、二极管D1、三极管Q3以及电容C3;
所述电阻R7的一端作为第二功率放大电路的输入端连接于第一功放单元的输出端,用于接收第一功放单元输出的一级功率信号,电阻R7的另一端连接于三极管Q3的基极,电阻R7和第一功放单元的输出端之间的公共连接点通过电阻R6接地;三极管Q1的基极还与二极管D1的负极连接,二极管D1的正极接地,三极管Q1的发射极接地,三极管Q1的集电极通过隔离变压器T2的初级绕组接直流电源,三极管Q1的集电极还通过电容C3接地。
进一步,所述系统还包括用于控制三极管Q3在工作时位于线性放大区的偏置控制模块,所述偏置控制模块的输入端接5V电源,偏置控制模块的输出端连接于电阻R7和隔离变压器T1的次级绕组之间的公共连接点;
其中,所述恒流偏置模块为恒流电源。
进一步,所述输出模块包括电感L1、电感L2、电容C4、电容C5以及匹配负载R8;
所述电感L1的一端作为输出模块的输入端连接于功率放大模块的输出端,电感L1的另一端与电感L2的一端连接,电感L2的另一端作为输出模块的输出端与手术作用端连接;电感L1和电感L2的公共连接点通过电容C4接地,电感L2作为输出模块的输出端的一端通过电容C5接地;
所述匹配负载R8的一端连接于电容C5和电感L2之间的公共连接点,另一端接地。
进一步,所述功率调节模块还包括电容C1,所述电阻R1和电阻R2之间的公共连接点通过电容C1与功率放大模块的输入端连接。
本实用新型的有益效果:通过本实用新型,能够使得自身结构得到简化,具有较强的抗干扰性,能够输出稳定纯净的正弦功率波形,并且能够频率范围大,能够在几百KHz到几MHz内可调,从而使得作用于患者组织时手术效率更高,病人承受较少的伤害以及痛苦,利于术后恢复,而且,在手术中切割同样深度时能够消耗更少的能量,有效节约能源,并且整个系统的稳定性好,安全性高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述:
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
图1为本实用新型的原理框图,图2为本实用新型的电路原理图,如图所示,本实用新型提供的一种用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,
包括功率调节模块、功率放大模块和输出模块;
所述功率调节模块用于接收频率可调的基频信号并对基频信号进行幅值调节,且将调节生成的幅值调节信号输出至功率放大模块;
所述功率放大模块用于对输入的幅值调节信号进行两级放大处理形成正弦交流信号,并将处理生成的正弦交流信号隔离输出至输出模块;
所述输出模块用于对输入的正弦交流信号进行滤波处理,并将滤波处理后的正弦交流信号输出至手术作用端通过本实用新型,能够使得自身结构得到简化,具有较强的干扰性,进行两级放大且隔离输出,能够输出稳定纯净的正弦功率波形,并且能够频率范围大,能够在几百KHz到几MHz内可调,从而使得作用于患者组织时手术效率更高,病人承受较少的伤害以及痛苦,利于术后恢复,而且,在手术中切割同样深度时能够消耗更少的能量,有效节约能源,并且整个系统的稳定性好,安全性高;而且,传统结构中功率放大电路一般只能输出方波信号,而本申请则为正弦交流信号,使得信号的稳定性更高,更加利于手术的安全性和效率。
本实施例中,所述功率调节模块包括可调电阻RV1、电阻R1、电阻R2以及晶体管Q1;
所述电阻R1的一端通过可调电阻RV1接12V电源,电阻R1的另一端通过电阻R2与晶体管的集电极连接,晶体管Q1的发射极接地,所述晶体管Q1的基极作为基频信号输入端输入基频信号,电阻R1和电阻R2之间的公共连接点作为功率调节模块的输出端向功率放大模块的输入端输入幅值调节信号其中,晶体管管Q1优选MOS管,晶体管Q1的基极所接收到的基频信号为一个正弦信号,可调电阻R1可以采用现有的滑动变阻器、电阻箱等实现,当基频信号输入后,通过MOS管Q1放大处理后,由电阻R1和电阻R2之间的公共连接点输出,通过调节可调电阻的大小,从而调节叠加到基频信号上的直流信号的大小,从而调节整个功率调节模块输出的幅值调节信号的幅值,其中,基频信号为现有的频率可调的基频信号发生设备产生,为整个系统提供一个基准频率,通过调节基频信号的频率,这个调节整个功率放大系统的输出频率,而不需要功率系统内部结构进行频率调节,从而简化整个系统的结构以及稳定性,增强抗干扰性能。
本实施例中,所述驱动模块包括驱动放大电路和隔离变压器T1;
所述功率放大模块包括第一功放单元和第二功放单元;
所述第一功放单元用于接收功率调节模块输出的幅值调节信号,并对输入的幅值调节信号进行第一次功率放大处理形成一级功率信号,并将一级功率信号隔离输出至第二功放单元;
所述第二功放单元用于对输入的一级功率信号进行第二次功率放大处理,并将处理形成的正弦交流信号隔离输出至输出模块,通过上述结构,使得输入的幅值调节信号进行两级放大处理,从而确保最终输出的正弦交流信号的功率,而且,功率调节的范围更大,更利于手术的效率,确保患者的安全。,。
本实施例中,所述第一功放单元包括第一功率放大电路和隔离变压器T1;
所述第一功率放大电路的输入端与功率调节模块的输出端连接并用于接收幅值调节信号,所述第一功率放大电路的控制输出端通过隔离变压器T1的初级绕组接12V电源,隔离变压器T1的次级绕组的一端作为第一功放单元的输出端与第二功放单元的输入端连接,隔离变压器T1的次级绕组的另一端接地;
具体地:所述第一功率放大电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5以及三极管Q2;
所述电阻R3的一端作为第一功率放大电路的输入端并接收功率调节模块输出的幅值调节信号,电阻R3的另一端连接于三极管Q2的基极,三极管Q2的基极通过电阻R5接地,三极管Q2的基极通过电阻R4接12V电源,三极管Q1的发射极接地,三极管Q1的集电极作为第一功率放大电路的控制输出端并通过隔离变压器T1的初级绕组接12V电源;由于幅值调节信号的幅值通过可调电阻RV1调整后,其功率仍然较小,不足以驱动第二功率放大电路的工作以及最终的正弦信号的功率,因此,通过上述结构处理后,通过三极管Q2进行放大后,然后通过隔离变压器T1输出至第二功率放大电路中,其中,电阻R3、电阻R4和电阻R5为静态偏置电阻,用于控制三极管Q2处于线性放大区。
本实施例中,所述第二功放单元包括第二功率放大电路和隔离变压器T2;
所述第二功率放大电路的输入端与第一功放单元的输出端连接并用于接收第一功放单元输出的一级功率信号,第二功率放大电路的控制输出端通过隔离变压器T2的初级绕组接直流电源,隔离变压器T2的次级绕组的一端作为第二功率放大电路的输出端与输出模块的输入端连接,隔离变压器T2的次级绕组的另一端接地。
具体地:所述第二功率放大电路包括电阻R6、电阻R7、二极管D1、三极管Q3以及电容C3;
所述电阻R7的一端作为第二功率放大电路的输入端连接于第一功放单元的输出端,用于接收第一功放单元输出的一级功率信号,电阻R7的另一端连接于三极管Q3的基极,电阻R7和第一功放单元的输出端之间的公共连接点通过电阻R6接地;三极管Q1的基极还与二极管D1的负极连接,二极管D1的正极接地,三极管Q1的发射极接地,三极管Q1的集电极通过隔离变压器T2的初级绕组接直流电源,三极管Q1的集电极还通过电容C3接地;;当一级功率信号输入至第二功率放大电路后,并通过三极管Q3进一步进行功率放大,直流电源输出的直流信号将幅值叠加在经过Q3放大后的驱动信号上,并通过隔离变压器T2输出至输出模块,从而进一步提升整个系统的输出功率,其中,电阻R6、电阻R7、二极管D1以及电容C3用于对三极管Q3进行保护,通过上述的结构,隔离变压器T1和隔离变压器T2实现了双重电气隔离,使得整个系统被分成电气独立的三个部分,从而有效提升整个系统的抗干扰性能,其中,直流电源为直流电压源,直流电压源根据三极管Q3的性能参数进行选择,直流电压源和三极管Q3之间的选择匹配属于现有技术,在此不加以赘述。
本实施例中,所述系统还包括用于控制三极管Q3在工作时位于线性放大区的偏置控制模块,所述偏置控制模块的输入端接5V电源,偏置控制模块的输出端连接于电阻R7和隔离变压器T1的次级绕组之间的公共连接点;其中,所述恒流偏置模块为恒流电源,通过这种结构,有恒流电源输出的电流使三极管Q3始终处于线性放大区中,并且相对于现有的静态偏置结构,其稳定性更高,从而提升整个系统的稳定性和安全性。
本实施例中,所述输出模块包括电感L1、电感L2、电容C4以及电容C5;
所述电感L1的一端作为输出模块的输入端连接于功率放大模块的输出端,电感L1的另一端与电感L2的一端连接,电感L2的另一端作为输出模块的输出端与手术作用端连接;电感L1和电感L2的公共连接点通过电容C4接地,电感L2作为输出模块的输出端的一端通过电容C5接地,通过这种结构形成两级滤波电路,从而能够保证整个系统的输出更加稳定。
其中,所述输出模块还包括匹配负载R8,所述匹配负载R8的一端连接于电容C5和电感L2之间的公共连接点,另一端接地,通过这种结构,当整个系统输出的功率没有作用于患者时,匹配负载R8作为整个系统的负载,使得手术时手术作用端在接触患者和不接触患者(即带载和空载)之间切换时整个系统能够保持稳定。
本实施例中,所述功率调节模块还包括电容C1,所述电阻R1和电阻R2之间的公共连接点通过电容C1与功率放大模块的输入端连接,通过这种结构,使得功率调节模块和驱动模块之间进行耦合,有效滤出直流干扰成分,利于整个系统的稳定。
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,尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:包括功率调节模块、功率放大模块和输出模块;
所述功率调节模块用于接收频率可调的基频信号并对基频信号进行幅值调节,且将调节生成的幅值调节信号输出至功率放大模块;
所述功率放大模块用于对输入的幅值调节信号进行两级放大处理,并将处理生成的正弦交流信号隔离输出至输出模块;
所述输出模块用于对输入的正弦交流信号进行滤波处理,并将滤波处理后的正弦交流信号输出至手术作用端。
2.根据权利要求1所述用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:所述功率调节模块包括可调电阻RV1、电阻R1、电阻R2以及晶体管Q1;
所述电阻R1的一端通过可调电阻RV1接12V电源,电阻R1的另一端通过电阻R2与晶体管Q1的集电极连接,晶体管Q1的发射极接地,所述晶体管Q1的基极作为基频信号输入端输入基频信号,电阻R1和电阻R2之间的公共连接点作为功率调节模块的输出端向功率放大模块的输入端输入幅值调节信号。
3.根据权利要求1所述用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:所述功率放大模块包括第一功放单元和第二功放单元;
所述第一功放单元用于对输入的幅值调节信号进行第一次功率放大处理,并将处理生成的一级功率信号隔离输出至第二功放单元;
所述第二功放单元用于对输入的一级功率信号进行第二次功率放大处理,并将处理生成的正弦交流信号隔离输出至输出模块。
4.根据权利要求3所述用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:
所述第一功放单元包括第一功率放大电路和隔离变压器T1;
所述第一功率放大电路的输入端与功率调节模块的输出端连接并用于接收幅值调节信号,所述第一功率放大电路的控制输出端通过隔离变压器T1的初级绕组接12V电源,隔离变压器T1的次级绕组的一端作为第一功放单元的输出端与第二功放单元的输入端连接,隔离变压器T1的次级绕组的另一端接地。
5.根据权利要求4所述用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:所述第一功率放大电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5以及三极管Q2;
所述电阻R3的一端作为第一功率放大电路的输入端并接收功率调节模块输出的幅值调节信号,电阻R3的另一端连接于三极管Q2的基极,三极管Q2的基极通过电阻R5接地,三极管Q2的基极通过电阻R4接12V电源,三极管Q1的发射极接地,三极管Q1的集电极作为第一功率放大电路的控制输出端并通过隔离变压器T1的初级绕组接12V电源。
6.根据权利要求3所述用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:所述第二功放单元包括第二功率放大电路和隔离变压器T2;
所述第二功率放大电路的输入端与第一功放单元的输出端连接并用于接收第一功放单元输出的一级功率信号,第二功率放大电路的控制输出端通过隔离变压器T2的初级绕组接直流电源,隔离变压器T2的次级绕组的一端作为第二功率放大电路的输出端与输出模块的输入端连接,隔离变压器T2的次级绕组的另一端接地。
7.根据权利要求6所述用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:所述第二功率放大电路包括电阻R6、电阻R7、二极管D1、三极管Q3以及电容C3;
所述电阻R7的一端作为第二功率放大电路的输入端连接于第一功放单元的输出端,用于接收第一功放单元输出的一级功率信号,电阻R7的另一端连接于三极管Q3的基极,电阻R7和第一功放单元的输出端之间的公共连接点通过电阻R6接地;三极管Q1的基极还与二极管D1的负极连接,二极管D1的正极接地,三极管Q1的发射极接地,三极管Q1的集电极通过隔离变压器T2的初级绕组接直流电源,三极管Q1的集电极还通过电容C3接地。
8.根据权利要求7所述用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:所述系统还包括用于控制三极管Q3在工作时位于线性放大区的偏置控制模块,所述偏置控制模块的输入端接5V电源,偏置控制模块的输出端连接于电阻R7和隔离变压器T1的次级绕组之间的公共连接点;
其中,所述偏置控制模块为恒流电源。
9.根据权利要求1所述用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:所述输出模块包括电感L1、电感L2、电容C4、电容C5以及匹配负载R8;
所述电感L1的一端作为输出模块的输入端连接于功率放大模块的输出端,电感L1的另一端与电感L2的一端连接,电感L2的另一端作为输出模块的输出端与手术作用端连接;电感L1和电感L2的公共连接点通过电容C4接地,电感L2作为输出模块的输出端的一端通过电容C5接地;
所述匹配负载R8的一端连接于电容C5和电感L2之间的公共连接点,另一端接地。
10.根据权利要求2所述用于高频手术系统的隔离式线性功率放大系统,其特征在于:所述功率调节模块还包括电容C1,所述电阻R1和电阻R2之间的公共连接点通过电容C1与功率放大模块的输入端连接。
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