CN208626430U - 一种医用低频电脉冲治疗仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型创造公开了一种医用低频电脉冲治疗仪，包括电源模块、用于产生高电压的高压发生电路、用于产生脉冲波形的脉冲输出电路以及系统控制器；系统控制器的控制信号输出端分别与高压发生电路的控制信号输入端以及脉冲输出电路的控制信号输入端相连；高压发生电路的高压输出端与脉冲输出电路的高压电源端相连；电源模块分别为高压发生电路、脉冲输出电路以及系统控制器供电。该医用低频电脉冲治疗仪采用系统控制器控制高压发生电路的电压值以及脉冲输出电路的脉冲特性，满足用户的使用安全性以及用户根据自身需要自行调节脉冲特性，增强使用的舒适性。

Description

一种医用低频电脉冲治疗仪

技术领域

本发明创造涉及一种治疗仪，尤其是一种医用低频电脉冲治疗仪。

背景技术

目前，随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始关注健康，医用低频电脉冲治疗仪能够为人们提供快速有效的家庭护理，受到越来越多的家庭喜爱。但是现有的低频电脉冲治疗仪仍然存在较多的问题，例如：（1）直接使用电池电压作为系统电源，电池没有经过稳压直接给系统供电，导致高压不稳定，系统输出幅度随着电池电量的丧失逐渐衰减；（2）无法做到输出电压的线性调制，现有技术多采用变压器的方式进行升压，由于变压器的升压比是固定的，故在输出端串联点位器用于输出强度调节，无法做到输出强度的数字化控制，且电路成本高，体积大，无法实现设备的小型化、便携化，即便是采用了BOOST方式，也是采用几个固定的频率或脉宽组合作为BOOST升压电路的驱动，且没有电流反馈，升压过程不可控，反映到应用上无法为输出波形做幅度调制，不符合电疗类产品通过改变波形维持刺激的要求，也就无法做好适用于不同病症的治疗处方组合，用户体验较差；（3）在输出过程中，无法对输出信号幅度进行检测，对于某些需要恒流输出的应用是无法实现的；（4）应用部分是直接连接到人体的，没有经过隔离，当系统充电时，如充电部分损坏，比如电源适配器击穿，有很大的安全隐患。因此有必要设计出一种安全性能高、且能够根据用户需要自行调节的医用低频电脉冲治疗仪。

发明内容

本发明创造的目的在于：提供一种安全性能高、且能够根据用户需要自行调节的医用低频电脉冲治疗仪。

为了实现上述发明创造目的，本发明创造公开了一种医用低频电脉冲治疗仪，包括电源模块、用于产生高电压的高压发生电路、用于产生脉冲波形的脉冲输出电路以及系统控制器；系统控制器的控制信号输出端分别与高压发生电路的控制信号输入端以及脉冲输出电路的控制信号输入端相连；高压发生电路的高压输出端与脉冲输出电路的高压电源端相连；电源模块分别为高压发生电路、脉冲输出电路以及系统控制器供电。

采用系统控制器分别与高压发生电路以及脉冲输出电路相连，能够有效控制高压发生电路的电压值以及脉冲输出电路的脉冲特性，满足用户的使用安全性以及用户根据自身需要自行调节脉冲特性，增强使用的舒适性。

作为本发明创造的进一步限定方案，脉冲输出电路包括电阻R3、电阻R7、电阻R11、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R20、电阻R21、电阻R23、电阻R27、电阻R29、电阻R31、电阻R60、三极管T1、三极管T3、三极管T5、三极管T6、三极管T8、三极管T9、三极管T11、二极管D15、电容C24、双刀双掷继电器REL1、输出电极OUT_N1以及输出电极OUT_P1；电阻R15的一端作为脉冲输出电路的第一路控制信号输入端与系统控制器的第一路控制信号输出端相连，电阻R27的一端作为脉冲输出电路的第二路控制信号输入端与系统控制器的第二路控制信号输出端相连；电阻R15的另一端连接三极管T5的基极以及电阻R17的一端，电阻R27的另一端连接三极管T9的基极以及电阻R31的一端；电阻R17的另一端以及三极管T5的发射极相连后接地，电阻R31的另一端以及三极管T9的发射极相连后接地；三极管T5的集电极连接电阻R7的一端以及电阻R29的一端，三极管T9的集电极连接电阻R23的一端以及电阻R11的一端；电阻R7的另一端分别与电阻R3的一端以及三极管T1的基极相连，电阻R23的另一端分别与电阻R20的一端以及三极管T8的基极相连；电阻R3的另一端以及三极管T1的发射极相连后与作为脉冲输出电路的第一路高压电源端与高压发生电路的高压输出端相连，电阻R20的另一端以及三极管T8的发射极相连后与作为脉冲输出电路的第二路高压电源端与高压发生电路的高压输出端相连；三极管T1的集电极与三极管T3的发射极以及双刀双掷继电器REL1的一路动触头相连，且双刀双掷继电器REL1的该路动触头对应的常开触点与输出电极OUT_N1相连；三极管T8的集电极与三极管T11的发射极以及双刀双掷继电器REL1的另一路动触头相连，且双刀双掷继电器REL1的该路动触头对应的常闭触点与输出电极OUT_P1相连；电阻R11的另一端与三极管T3的基极相连，电阻R29的另一端与三极管T11的基极相连；三极管T3的集电极分别与电容C24的一端、电阻R60的一端以及三极管T11的集电极相连；电容C24的另一端以及电阻R60的另一端相连后接地；双刀双掷继电器REL1的线圈正极与二极管D15的负极以及电源模块的5V电源相连；二极管D15的正极与双刀双掷继电器REL1的线圈负极以及三极管T6的集电极相连；三极管T6的基极分别与电阻R16的一端以及电阻R21的一端相连；电阻R21的另一端以及三极管T6的发射极相连后接地；电阻R16的另一端连接至系统控制器的第三路控制信号输出端相连。

采用电阻R15的一端以及电阻R27的一端作为脉冲输出电路的第一路控制信号输入端LF_DRV_N、第二路控制信号输入端LF_DRV_P接收单片机U4控制的PWM信号，为应用脉冲波形输出的控制信号，当LF_DRV_N为高电平时，三极管T5、三极管T1和三极管T11导通，高压信号经输出电极OUT_N1到人体再到输出电极OUT_P1，形成负向应用脉冲电流；同理，当LF_DRV_P为高电平时，三极管T9、三极管T3和三极管T8导通，高压信号经输出电极OUT_P1到人体再到输出电极OUT_N1，形成正向应用脉冲电流，单片机U4通过对LF_DRV_N和LF_DRV_P信号的控制，可实现应用电流的单向、双向输出、脉宽及频率控制，产生变化、组合多样的输出波形，丰富用户的使用体验。采用双刀双掷继电器REL1线圈正极为VCC_5V，负端接入三极管T6集电极，当应用停止时，三极管T6截止，双刀双掷继电器REL1线圈不导通，切断双刀双掷继电器REL1的输出，实现对用户的保护，如当外部USB充电器故障导致系统被击坏时，保护外部网电源不会通过电极施加于人体，保护用户安全。采用电阻R60连接三极管T11的集电极和地，在脉冲输出过程中，通过采样的电阻R60实时采集输出脉冲电压，如该电压接近0V时，表面输出电极与人体没有形成有效回路，则停止输出，用于防止过高的脉冲电压直接施加于人体所导致的不适感，保护用户安全；同时电阻R60上采集到的信号能够实时反映输出信号的电流变化，软件上结合升压控制信号，可以实现恒流输出。

作为本发明创造的进一步限定方案，高压发生电路包括运放U2、电容C4、电感L1、电阻R8、电容C8、三极管T2、二极管D1、电容C6以及电阻R2；运放U2的反相输入端与电源模块的5V电源相连；运放U2的输出端反馈连接至正相输入端，同时与电容C4的一端以及电感L1的一端相连；电容C4的另一端接地；电感L1的另一端分别与二极管D1的正极以及三极管T2的集电极相连；三极管T2的基极分别与电阻R8的一端以及电容C8的一端相连；三极管T2的发射极接地；电阻R8的另一端以及电容C8的另一端同时与系统控制器的第四路控制信号输出端相连；二极管D1的负极分别与电容C6的一端以及电阻R2的一端相连；电容C6的另一端接地；电阻R2的另一端作为高压发生电路的高压输出端。

利用系统电源VCC_5V通过运放U2构成的电压跟随器，产生VBoost电压，为高压发生器的输入电源，利用运放的输入阻抗高的特性，将系统电源与高压电源阻断，起到保护弱电系统的作用。单片机U4的PWM信号HV_DRV通过特定频率控制三极管T2通断，VBoost通过HV_DRV的频率及占空比控制，将能量储存在电感L1磁场中；当三极管T2关断时，由于电感L1电流不能突变，电感L1产生自感电动势来阻止磁通量的下降，电感L1的自感电动势左负右正，刚好与电源同向，电压相叠加，以达到升压的目的，产生高压HV。

作为本发明创造的进一步限定方案，系统控制器包括单片机U4、显示屏以及控制按键；单片机U4设有至少四路控制信号输出端；显示屏以及控制按键均与单片机U4相连。采用显示屏实时显示相关参数，并由控制按键设定相关参数。

作为本发明创造的进一步限定方案，电源模块包括电池、电源开关电路、5V电源输出电路以及充电管理电路；电源开关电路连接在电池与5V电源输出电路之间，电池通过电源开关电路为5V电源输出电路提供电源；充电管理电路与电池以及系统控制器相连，用于控制电池充电。

本发明创造的有益效果在于：采用系统控制器分别与高压发生电路以及脉冲输出电路相连，能够有效控制高压发生电路的电压值以及脉冲输出电路的脉冲特性，满足用户的使用安全性以及用户根据自身需要自行调节脉冲特性，增强使用的舒适性。

附图说明

图1为本发明创造的整体电路模块示意图；

图2为本发明创造的电源开关电路原理图；

图3为本发明创造的5V电源输出电路原理图；

图4为本发明创造的充电管理电路原理图；

图5为本发明创造的脉冲输出电路原理图；

图6为本发明创造的高压发生电路原理图；

图7为本发明创造的单片机U4引脚示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明创造公开的医用低频电脉冲治疗仪包括：电源模块、用于产生高电压的高压发生电路、用于产生脉冲波形的脉冲输出电路以及系统控制器；系统控制器的控制信号输出端分别与高压发生电路的控制信号输入端以及脉冲输出电路的控制信号输入端相连；高压发生电路的高压输出端与脉冲输出电路的高压电源端相连；电源模块分别为高压发生电路、脉冲输出电路以及系统控制器供电。

如图2-4所示，电源模块包括电池、电源开关电路、5V电源输出电路以及充电管理电路；电源开关电路连接在电池与5V电源输出电路之间，电池通过电源开关电路为5V电源输出电路提供电源；充电管理电路与电池以及系统控制器相连，用于控制电池充电。

其中，电源开关电路、5V电源输出电路以及充电管理电路均可采用本领域常规的电路，例如图2所示的电源开关电路，由端子J1接入3.7V的锂电池，由场效应管Q1、二极管D2以及二极管D3构成电源开关，电阻R1连接到场效应管Q1栅极，当电源按钮K1按下时，场效应管Q1元源极与漏极导通，V_IN上电。三极管T4的集电极连接场效应管Q1的栅极，系统上电后单片机U4设置三极管T4的基级为高电平，场效应管Q1栅极拉低，保持V_IN导通。三极管T10的集电极连接场效应管Q2的栅极，系统上电后单片机U4设置三极管T10的基级为高电平，场效应管Q2的栅极拉低，电池电压信号BATT+导通，检测AD_BATVOL信号的强度以判断当前电池电量。

如图3所示的5V电源输出电路，在V_IN上电后为系统提供电能。此时芯片U1工作，将电池电压3.7V升压成稳定VCC_5V，供各个子系统使用。当系统充电时，充电电压V_IN_5V信号为高电平，通过电阻R19连接至三极管T7的基极，此时芯片U1停止工作，保护系统电源。

如图4所示的充电管理电路，稳压二极管Z2与R59串联构成电压钳位电路，当充电电源USB_5V_IN接入时，若超压，则稳压二极管Z2击穿，三极管T15导通；三极管T15的集电极拉低并通过电阻R57连接到三极管T14的基极，三极管T14的集电极连接电阻R55和场效应管Q4的栅极，此时三极管T14截止，场效应管Q4的栅极拉高，则场效应管Q4不导通，VIN_5V不上电，起到了保护后端电路的作用。当正常USB电源输入时，芯片U3工作，为电池充电。

如图5所示，脉冲输出电路包括电阻R3、电阻R7、电阻R11、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R20、电阻R21、电阻R23、电阻R27、电阻R29、电阻R31、电阻R60、三极管T1、三极管T3、三极管T5、三极管T6、三极管T8、三极管T9、三极管T11、二极管D15、电容C24、双刀双掷继电器REL1、输出电极OUT_N1以及输出电极OUT_P1；电阻R15的一端作为脉冲输出电路的第一路控制信号输入端与系统控制器的第一路控制信号输出端相连，电阻R27的一端作为脉冲输出电路的第二路控制信号输入端与系统控制器的第二路控制信号输出端相连；电阻R15的另一端连接三极管T5的基极以及电阻R17的一端，电阻R27的另一端连接三极管T9的基极以及电阻R31的一端；电阻R17的另一端以及三极管T5的发射极相连后接地，电阻R31的另一端以及三极管T9的发射极相连后接地；三极管T5的集电极连接电阻R7的一端以及电阻R29的一端，三极管T9的集电极连接电阻R23的一端以及电阻R11的一端；电阻R7的另一端分别与电阻R3的一端以及三极管T1的基极相连，电阻R23的另一端分别与电阻R20的一端以及三极管T8的基极相连；电阻R3的另一端以及三极管T1的发射极相连后与作为脉冲输出电路的第一路高压电源端与高压发生电路的高压输出端相连，电阻R20的另一端以及三极管T8的发射极相连后与作为脉冲输出电路的第二路高压电源端与高压发生电路的高压输出端相连；三极管T1的集电极与三极管T3的发射极以及双刀双掷继电器REL1的一路动触头相连，且双刀双掷继电器REL1的该路动触头对应的常开触点与输出电极OUT_N1相连；三极管T8的集电极与三极管T11的发射极以及双刀双掷继电器REL1的另一路动触头相连，且双刀双掷继电器REL1的该路动触头对应的常闭触点与输出电极OUT_P1相连；电阻R11的另一端与三极管T3的基极相连，电阻R29的另一端与三极管T11的基极相连；三极管T3的集电极分别与电容C24的一端、电阻R60的一端以及三极管T11的集电极相连；电容C24的另一端以及电阻R60的另一端相连后接地；双刀双掷继电器REL1的线圈正极与二极管D15的负极以及电源模块的5V电源相连；二极管D15的正极与双刀双掷继电器REL1的线圈负极以及三极管T6的集电极相连；三极管T6的基极分别与电阻R16的一端以及电阻R21的一端相连；电阻R21的另一端以及三极管T6的发射极相连后接地；电阻R16的另一端连接至系统控制器的第三路控制信号输出端相连。

电阻R15的一端以及电阻R27的一端作为脉冲输出电路的第一路控制信号输入端LF_DRV_N、第二路控制信号输入端LF_DRV_P接收单片机U4控制的PWM信号，为应用脉冲波形输出的控制信号，当LF_DRV_N为高电平时，三极管T5、三极管T1和三极管T11导通，高压信号经输出电极OUT_N1到人体再到输出电极OUT_P1，形成负向应用脉冲电流；同理，当LF_DRV_P为高电平时，三极管T9、三极管T3和三极管T8导通，高压信号经输出电极OUT_P1到人体再到输出电极OUT_N1，形成正向应用脉冲电流，单片机U4通过对LF_DRV_N和LF_DRV_P信号的控制，可实现应用电流的单向、双向输出、脉宽及频率控制，产生变化、组合多样的输出波形，丰富用户的使用体验。采用双刀双掷继电器REL1线圈正极为VCC_5V，负端接入三极管T6集电极，当应用停止时，三极管T6截止，双刀双掷继电器REL1线圈不导通，切断双刀双掷继电器REL1的输出，实现对用户的保护，如当外部USB充电器故障导致系统被击坏时，保护外部网电源不会通过电极施加于人体，保护用户安全。采用电阻R60连接三极管T11的集电极和地，在脉冲输出过程中，通过采样的电阻R60实时采集输出脉冲电压，如该电压接近0V时，表面输出电极与人体没有形成有效回路，则停止输出，用于防止过高的脉冲电压直接施加于人体所导致的不适感，保护用户安全；同时电阻R60上采集到的信号能够实时反映输出信号的电流变化，软件上结合升压控制信号，可以实现恒流输出。

如图6所示，高压发生电路包括运放U2、电容C4、电感L1、电阻R8、电容C8、三极管T2、二极管D1、电容C6以及电阻R2；运放U2的反相输入端与电源模块的5V电源相连；运放U2的输出端反馈连接至正相输入端，同时与电容C4的一端以及电感L1的一端相连；电容C4的另一端接地；电感L1的另一端分别与二极管D1的正极以及三极管T2的集电极相连；三极管T2的基极分别与电阻R8的一端以及电容C8的一端相连；三极管T2的发射极接地；电阻R8的另一端以及电容C8的另一端同时与系统控制器的第四路控制信号输出端相连；二极管D1的负极分别与电容C6的一端以及电阻R2的一端相连；电容C6的另一端接地；电阻R2的另一端作为高压发生电路的高压输出端。

其中，利用系统电源VCC_5V通过运放U2构成的电压跟随器，产生VBoost电压，为高压发生器的输入电源，利用运放的输入阻抗高的特性，将系统电源与高压电源阻断，起到保护弱电系统的作用。单片机U4的PWM信号HV_DRV通过特定频率控制三极管T2通断，VBoost通过HV_DRV的频率及占空比控制，将能量储存在电感L1磁场中；当三极管T2关断时，由于电感L1电流不能突变，电感L1产生自感电动势来阻止磁通量的下降，电感L1的自感电动势左负右正，刚好与电源同向，电压相叠加，以达到升压的目的，产生高压HV。

如图7所示，为系统控制器中单片机U4的最小系统，系统控制器包括单片机U4、显示屏以及控制按键；单片机U4设有至少四路控制信号输出端；显示屏以及控制按键均与单片机U4相连；显示屏以及控制按键可由触摸屏直接代替。芯片U6为标准参考电压芯片，芯片U6的2脚连接到单片机U4的19脚，为系统提供外部参考电压。当电池电量损耗较大时，会导致系统电压VCC_5V向下波动，采用标准电压源则可以避免直接使用系统电压作为单片机参考电压，保证电池电量测量的可靠性。

Claims (5)

1.一种医用低频电脉冲治疗仪，其特征在于：包括电源模块、用于产生高电压的高压发生电路、用于产生脉冲波形的脉冲输出电路以及系统控制器；系统控制器的控制信号输出端分别与高压发生电路的控制信号输入端以及脉冲输出电路的控制信号输入端相连；高压发生电路的高压输出端与脉冲输出电路的高压电源端相连；电源模块分别为高压发生电路、脉冲输出电路以及系统控制器供电。

2.根据权利要求1所述的医用低频电脉冲治疗仪，其特征在于：脉冲输出电路包括电阻R3、电阻R7、电阻R11、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R20、电阻R21、电阻R23、电阻R27、电阻R29、电阻R31、电阻R60、三极管T1、三极管T3、三极管T5、三极管T6、三极管T8、三极管T9、三极管T11、二极管D15、电容C24、双刀双掷继电器REL1、输出电极OUT_N1以及输出电极OUT_P1；电阻R15的一端作为脉冲输出电路的第一路控制信号输入端与系统控制器的第一路控制信号输出端相连，电阻R27的一端作为脉冲输出电路的第二路控制信号输入端与系统控制器的第二路控制信号输出端相连；电阻R15的另一端连接三极管T5的基极以及电阻R17的一端，电阻R27的另一端连接三极管T9的基极以及电阻R31的一端；电阻R17的另一端以及三极管T5的发射极相连后接地，电阻R31的另一端以及三极管T9的发射极相连后接地；三极管T5的集电极连接电阻R7的一端以及电阻R29的一端，三极管T9的集电极连接电阻R23的一端以及电阻R11的一端；电阻R7的另一端分别与电阻R3的一端以及三极管T1的基极相连，电阻R23的另一端分别与电阻R20的一端以及三极管T8的基极相连；电阻R3的另一端以及三极管T1的发射极相连后与作为脉冲输出电路的第一路高压电源端与高压发生电路的高压输出端相连，电阻R20的另一端以及三极管T8的发射极相连后与作为脉冲输出电路的第二路高压电源端与高压发生电路的高压输出端相连；三极管T1的集电极与三极管T3的发射极以及双刀双掷继电器REL1的一路动触头相连，且双刀双掷继电器REL1的该路动触头对应的常开触点与输出电极OUT_N1相连；三极管T8的集电极与三极管T11的发射极以及双刀双掷继电器REL1的另一路动触头相连，且双刀双掷继电器REL1的该路动触头对应的常闭触点与输出电极OUT_P1相连；电阻R11的另一端与三极管T3的基极相连，电阻R29的另一端与三极管T11的基极相连；三极管T3的集电极分别与电容C24的一端、电阻R60的一端以及三极管T11的集电极相连；电容C24的另一端以及电阻R60的另一端相连后接地；双刀双掷继电器REL1的线圈正极与二极管D15的负极以及电源模块的5V电源相连；二极管D15的正极与双刀双掷继电器REL1的线圈负极以及三极管T6的集电极相连；三极管T6的基极分别与电阻R16的一端以及电阻R21的一端相连；电阻R21的另一端以及三极管T6的发射极相连后接地；电阻R16的另一端连接至系统控制器的第三路控制信号输出端相连。

3.根据权利要求1所述的医用低频电脉冲治疗仪，其特征在于：高压发生电路包括运放U2、电容C4、电感L1、电阻R8、电容C8、三极管T2、二极管D1、电容C6以及电阻R2；运放U2的反相输入端与电源模块的5V电源相连；运放U2的输出端反馈连接至正相输入端，同时与电容C4的一端以及电感L1的一端相连；电容C4的另一端接地；电感L1的另一端分别与二极管D1的正极以及三极管T2的集电极相连；三极管T2的基极分别与电阻R8的一端以及电容C8的一端相连；三极管T2的发射极接地；电阻R8的另一端以及电容C8的另一端同时与系统控制器的第四路控制信号输出端相连；二极管D1的负极分别与电容C6的一端以及电阻R2的一端相连；电容C6的另一端接地；电阻R2的另一端作为高压发生电路的高压输出端。

4.根据权利要求1所述的医用低频电脉冲治疗仪，其特征在于：系统控制器包括单片机U4、显示屏以及控制按键；单片机U4设有至少四路控制信号输出端；显示屏以及控制按键均与单片机U4相连。

5.根据权利要求1所述的医用低频电脉冲治疗仪，其特征在于：电源模块包括电池、电源开关电路、5V电源输出电路以及充电管理电路；电源开关电路连接在电池与5V电源输出电路之间，电池通过电源开关电路为5V电源输出电路提供电源；充电管理电路与电池以及系统控制器相连，用于控制电池充电。