CN211935116U

CN211935116U - 一种双极性可调电流电路及微电流刺激催眠仪

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Publication number: CN211935116U
Application number: CN201921822389.2U
Authority: CN
Inventors: 周俊勇; 贾东明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2029-10-28

Abstract

本实用新型涉及一种双极性可调电流电路及微电流刺激催眠仪，微电流刺激催眠仪包括单片机、显示模块、电源模块、刺激信号发生模块和耳夹电极，单片机上配有按键和USB接口，显示模块与单片机通信连接，电源模块分别与单片机、显示模块和刺激信号发生模块电连接，刺激信号发生模块为双极性可调电流电路，其包括电源模块、电平转换单元和电流控制单元，单片机与电平转换单元电连接，所述的耳夹电极与电流控制单元电连接。本实用新型的电平转换单元可将单极性电平转换成双极性电平，并且电平数值加倍；电流控制部分可在几微安至几百微安间手动调节刺激电流的大小，具有防过流、过压功能，提高使用安全性。

Description

一种双极性可调电流电路及微电流刺激催眠仪

技术领域

本实用新型涉及一种双极性可调电流电路及微电流刺激催眠仪。

背景技术

经颅微电流刺激疗法(Cranial Electrotherapy Stimulation，简称CES)，是一种与传统药物治疗、电抽搐治疗完全不同的治疗方法，其是通过模拟大脑睡眠时产生的δ波和θ波，外加一个低强度的微量电流来刺激大脑，激发大脑产生更多的δ波和θ波脑电波，促使大脑分泌相应的神经递质和激素，从而产生催眠效果。微电流刺激仪的结构和组成主要包括主机和一对治疗电极，使用时把电极贴在耳垂上，微电流经耳垂传导到大脑，进而产生作用。

实践证明双极性(即电流双向流动)刺激电流以及波形幅度、频率作一定规律改变的刺激信号，有助于降低使用者的耐受性，因而有较好的使用效果。

目前的双极性刺激电路结构很多，比如申请号为201220150412.X的中国专利公开的双极性恒流源电路，包括输入电路、恒流电路和负载电路，所述输入电路包括第一输入电压及第二输入电压，所述第一输入电压通过第一电阻接入恒流电路中第一集成运算放大器的反相端，所述第二输入电压通过第三电阻接入恒流电路中第一集成运算放大器的同相端；所述恒流电路包括第一集成运算放大器和第二集成运算放大器；其中，所述第一集成运算放大器的反相端与输出端之间连接有第二电阻，该第一集成运算放大器的输出端还连接第八电阻的一端，该第八电阻的另一端连接第二集成运算放大器的同相端；所述第二集成运算放大器的输出端通过第四电阻接入第一集成运算放大器的同相端，该第二集成运算放大器的反相端与其输出端直接连接；所述负载电路包括第三集成运算放大器，该第三集成运算放大器的输出端通过负载电阻连接于第八电阻的另一端，所述第三集成运算放大器的同相端通过第七电阻连接电平信号输入，该第三集成运算放大器的反相端通过第五电阻连接电源VDD输入，同时，该反相端还通过第六电阻接地；所述第一集成运算放大器、第二集成运算放大器和第三集成运算放大器的两个电源输入引脚分别连接正电源VCC和负电源-VCC。上述双极性恒流源电路由8 个电阻和3个集成运算放大器等元件连接形成，元件多且各元件的连接复杂，导致目前市场上在售的此类微电流刺激仪电路结构也较为复杂，不利于低成本和轻量化的应用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种电路结构简单、成本低廉、安全可靠的一种双极性可调电流电路以及微电流刺激催眠仪。

为了达到目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种双极性可调电流电路，其包括：

电源模块，用于提供单极性电平；

电平转换单元，用于将单极性电平转换成双极性电平，并且对电平升压；

和电流控制单元，用于将电平转换单元的双极性电平转换为可调电流输出。

优选地，所述的电平转换单元包括与电源模块连接的电平转换芯片U1，电平转换芯片U1设有多个引脚，电平转换芯片U1上连接多个电容；

所述的电流控制单元包括整流桥堆U3、三端恒流芯片U4、电阻R1和可调电阻R2，整流桥堆U3的交流侧一端与电平转换芯片U1的一个输出引脚连接，三端恒流芯片U4的高压端与整流桥堆U3的正极连接，三端恒流芯片U4的低压端与整流桥堆U3的负极连接，电阻R1的一端与三端恒流芯片U4的输入端连接，可调电阻R2的一端与电阻R1的另一端连接，可调电阻R2的另一端与三端恒流芯片U4的低压端连接；

所述的整流桥堆U3的交流侧另一端构成第一可调电流输出端，电平转换芯片U1的另一输出引脚构成第二可调电流输出端。

优选地，所述的多个电容为五个电容C1、C2、C3、C4和C5，电容C1和 C5的一端与电源模块连接，另一端分别与电平转换芯片U1的引脚连接，电容 C2和C3的两端均与电平转换芯片U1的引脚连接，电容C4的一端与电平转换芯片U1的引脚连接，另一端接地。

一种微电流刺激催眠仪，其包括单片机、显示模块、电源模块、刺激信号发生模块和耳夹电极；所述的单片机上配有按键和USB接口，显示模块与单片机通信连接，电源模块分别与单片机、显示模块和刺激信号发生模块电连接；

所述的刺激信号发生模块为双极性可调电流电路，其包括：电平转换单元，用于将电源输出的单极性电平转换成双极性电平，并且对电平升压；和电流控制单元，用于将电平转换单元的双极性电平转换为可调电流输出。

所述的单片机与电平转换单元电连接，所述的耳夹电极与电流控制单元电连接。

所述的单片机的两个输出引脚分别与电平转换芯片U1的两个输入引脚连接；其中一个耳夹电极与整流桥堆U3的交流侧另一端连接，另一个耳夹电极与电平转换芯片U1的另一输出引脚连接。

优选地，所述的整流桥堆U3包括首尾依次连接的二极管D1、D2、D3、D4，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接，二极管D3的负极与二极管D4的正极连接，二极管D1、D3的正极相互连接，二极管D2、D4的负极相互连接。

优选地，所述的电源模块连接有两节干电池和USB电源，电源模块内设有用于切换使用干电池或者USB电源供电的切换电路。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型的刺激信号发生模块是微电流刺激催眠仪的关键部分，其只涉及一块电平转换芯片、一个整流桥堆U3、一个三端恒流芯片U4、一个电阻R1和一个可调电阻R2，元件数量相比现有技术更少，且电平转换芯片、整流桥堆、三端恒流芯片、电阻和可调电阻均为市场上可购得的原件，组成的电路结构与现有技术相比，结构简单、安全可靠、连接简单、成本低廉，因此，其产品体积较小，重量更轻，便于用户随身携带使用，并且降低成本，有利于产品的推广使用。

附图说明

图1是本实用新型的双极性可调电流电路的电路图；

图2是本实用新型的微电流刺激催眠仪的原理框图；

图3是本实用新型的微电流刺激催眠仪的电路结构图。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例一：

参照图1，本实用新型涉及一种双极性可调电流电路，包括电源模块、电平转换单元1和电流控制单元2。电源模块用于提供单极性电平，电平转换单元用于将单极性电平转换成双极性电平，并且对电平升压；电流控制单元用于将电平转换单元的双极性电平转换为可调电流输出。

所述的电平转换单元1包括与电源模块连接的电平转换芯片U1，电平转换芯片U1设有多个引脚，电平转换芯片U1上连接五个电容，五个电容分别为C1、 C2、C3、C4和C5，其中，电容C1和C5的一端与电源模块连接，C1的另一端与电平转换芯片U1的引脚2连接，C5的另一端与电平转换芯片U1的引脚14 连接，电容C1和C5用于正向电压倍压；电容C2的两端分别与电平转换芯片 U1的引脚1、3连接，电容C3的两端分别与电平转换芯片U1的引脚4、5连接，电容C2和C3用于反向电压倍压；电容C4的一端与电平转换芯片U1的引脚6 连接，另一端接地，电容C4用于稳压。电平转换单元1可将单极性电平转换成双极性电平，并且对电平升压，数值加倍。五个电容C1、C2、C3、C4和C5均可采用耐压25v，1微法电容。

本实用新型的电平转换芯片U1为市售常见的电容开关型(电荷泵型)变压芯片，芯片内部设有快速切换的开关阵列，以一定方式控制外部连接的电容器的充电和放电切换，以及并联和串联切换，从而以输入电压为基准按照一定因数 (0.5，2或3)倍增或降低，从而得到所需要的双极性输出电压，具体可参见通用市售芯片原理。电平转换芯片U1可采用型号MAX232。

所述的电流控制单元包括整流桥堆U3、三端恒流芯片U4、电阻R1和可调电阻R2，整流桥堆U3的交流侧一端与电平转换芯片U1的输出引脚9连接；三端恒流芯片U4的高压端与整流桥堆U3的正极连接，三端恒流芯片U4的低压端与整流桥堆U3的负极连接，电阻R1的一端与三端恒流芯片U4的输入端连接，可调电阻R2的一端与电阻R1的另一端连接，可调电阻R2的另一端与三端恒流芯片U4的低压端连接；整流桥堆U3的交流侧另一端构成第一可调电流输出端O1，电平转换芯片U1的另一输出引脚10构成第二可调电流输出端O2。三端恒流芯片U4可采用型号LM334。

所述的整流桥堆U3包括首尾依次连接的二极管D1、D2、D3、D4，二极管 D1的负极与二极管D2的正极连接，二极管D3的负极与二极管D4的正极连接，二极管D1、D3的正极相互连接，二极管D2、D4的负极相互连接。

本实用新型中，整流桥堆U3起到整流的作用，整流桥堆U3可采用型号 ABS2；可调电阻R2采用旋钮式可变电阻，可在几微安至几百微安间，通过旋转可调电阻R2可调节刺激电流的大小。电阻R1可采用133欧姆，可调电阻R2 可采用50k欧姆。

本双极性可调电流电路的工作原理是：

电平转换单元接收电源模块提供的单极性电平，电平转换单元U1将单极性电平转换成双极性电平，并且对电平升压(2倍或3倍…)；

电流控制单元由一个桥堆U3、一个三端恒流芯片U4、一个电阻R1和一个可调电阻R2组成，三端恒流芯片U4向R1和R2串联回路输出一个恒定的电压，通过三端恒流芯片U4的总电流与通过R1和R2串联回路的电流成一个严格的倍数关系。当可调电阻R2越大时，R1和R2串联回路流过的电流越小，从而恒流源芯片U4的输出电流相应也变小；当可调电阻R2越小时，恒流源芯片U4的输出电流相应则变大。

以电平转换单元输出±12V双极性电平为例，电源模块输入5V，经双极性转换和升压后，U1引脚10输出12V电平信号，引脚9输出—12V电平信号。从而，当第一可调电流输出端O1、第二可调电流输出端O2接通后，电流依次流经U1引脚10、O2、O1、D4、U4、D1、U1引脚9。切换一下U1引脚10和 9的输出极性，U1引脚9输出12V电平信号，引脚10输出—12V电平信号，则电流依次流经U1引脚9、D2、U4、D3、O1、O2、U1引脚10。

本实施例通过手动调整可调电阻R2的阻值，可在第一可调电流输出端O1 和第二可调电流输出端O2间得到在几微安至几百微安间变化的电流输出，符合刺激大脑神经的一般要求。同时因为恒流源芯片U4的作用，输出电流被严格限制在设定电流值以下，从而达到设备安全要求。因为三端恒流芯片U4只能在直流电压下工作，桥堆U3(内部结构为四个整流二极管组成的全波整流桥)负责把交流电压整成直流后供给三端恒流芯片U4使用。

双极性可调电流电路只涉及一块电平转换芯片、一个整流桥堆U3、一个三端恒流芯片U4、一个电阻R1和一个可调电阻R2，元件数量相比现有技术更少，且连接结构更加简单，组装更加方便，电路整体体积小，且电平转换芯片、整流桥堆、三端恒流芯片、电阻和可调电阻均为市场上可购得的元件，获取也很方便。

实施例二：

参照图2，本实施例涉及一种微电流刺激催眠仪，其包括单片机3、显示模块4、电源模块5、刺激信号发生模块和两个耳夹电极J1、J2。

所述的单片机3上配有按键6和USB接口7，按键6以及USB接口7均接至单片机通用I/O口。用户可以通过操作按键向单片机内输入指令，USB接口7 用于连接电源模块5的USB电源。所述的单片机可选用市面成熟的单片机，比如基于51内核的MCS-51、STC，STM8型单片机，STM32型单片机。

所述的显示模块4与单片机3连接，显示模块4采用型号为KF-PF3-2IT的显示模块，其具有显示电量和电流大小的功能，单片机3根据按键6以及USB 接口7输入数据的情况，确定显示模块4的显示内容和刺激信号的产生。

电源模块5为单片机、显示模块4和刺激信号发生模块供电，所述的电源模块连接有两节干电池和USB电源，且电源模块设有用于切换使用干电池或者 USB电源供电的切换电路。切换电路是本领域技术人员所公知的技术，比如中国专利CN2010105465859所公开的技术。电源模块5的电量可在显示模块4上显示，其通过单片机3测量电源模块5的电压，并根据电压计算电量。

结合附图3所示，所述的刺激信号发生模块为实施例一种所述的双极性可调电流电路，其包括电平转换单元1和电流控制单元2。

所述的电平转换单元1包括与电源模块连接的电平转换芯片U1，电平转换芯片U1设有多个引脚，电平转换芯片U1上连接五个电容，五个电容分别为C1、 C2、C3、C4和C5，其中，电容C1和C5的一端与电源模块连接，C1的另一端与电平转换芯片U1的引脚2连接，C5的另一端与电平转换芯片U1的引脚14 连接，电容C1和C5用于正向电压倍压；电容C2的两端分别与电平转换芯片 U1的引脚1、3连接，电容C3的两端分别与电平转换芯片U1的引脚4、5连接，电容C2和C3用于反向电压倍压；电容C4的一端与电平转换芯片U1的引脚6 连接，另一端接地，电容C4用于稳压。电平转换单元1可将单极性电平转换成双极性电平，并且对电平升压，数值加倍。五个电容C1、C2、C3、C4和C5均可采用耐压25v，1微法电容。电平转换芯片U1可采用型号MAX232。

所述的电流控制单元包括整流桥堆U3、三端恒流芯片U4、电阻R1和可调电阻R2，整流桥堆U3的交流侧一端与电平转换芯片U1的输出引脚9连接；三端恒流芯片U4的高压端与整流桥堆U3的正极连接，三端恒流芯片U4的低压端与整流桥堆U3的负极连接；电阻R1的一端与三端恒流芯片U4的输入端连接，可调电阻R2的一端与电阻R1的另一端连接，可调电阻R2的另一端与三端恒流芯片U4的低压端连接。三端恒流芯片U4可采用型号LM334。电阻R1可采用133欧姆，可调电阻R2可采用50k欧姆。

所述的单片机的两个输出引脚2、3分别与电平转换芯片U1的两个输入引脚13、12连接，用于相互传输信号。其中一个耳夹电极J1与整流桥堆U3的交流侧另一端连接，另一个耳夹电极J2与电平转换芯片U1的另一输出引脚10连接。

所述的整流桥堆U3包括首尾依次连接的二极管D1、D2、D3、D4，二极管 D1的负极与二极管D2的正极连接，二极管D3的负极与二极管D4的正极连接，二极管D1、D3的正极相互连接，二极管D2、D4的负极相互连接。整流桥堆 U3起到整流的作用，整流桥堆U3可采用型号ABS2。

本微电流刺激催眠仪的工作原理是：

1、在单片机中设定电流波形(单极性、双极性，脉冲波、连续波，周期波、随机波)、刺激时间等。此处为本领域技术人员的公知常识，不再赘述。

2、用户将耳夹电极J1、J2分别夹在左右耳垂上。通过操作按键向单片机内输入开关指令或者选择电流波形，单片机根据所选的电流波形，从2、3引脚向外输出两个相互独立的电压波形(控制信号)，送入电平转换芯片U1的第 13、12输入端引脚；

3、电平转换芯片U1接收到单片机的电压波形(控制信号)后，将电源模块的单极性电平转换成幅值更高的双极性电平，从第10和第9引脚输出两个相互独立的电压，这两个输出电压可能是同极性的，也可能是极性刚好相反的，或者其中的一个或两个电压值为0，第9引脚接到全波整流桥堆U3的交流侧一端，第10引脚经过耳夹电极J2通过使用者脑部、耳夹电极J1后，接到全波整流桥堆U3的交流侧的另一端，从而使用者脑部可以通过方向变化、大小可调的刺激电流。

由于本实用新型涉及的双极性可调电流电路具有元件数量少、连接结构简单、组装方便、电路整体体积小等特点，因此基于该双极性可调电流电路的微电流刺激催眠仪的体积小、便于携带、生产成本低。

以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种双极性可调电流电路，其特征在于：其包括：

电源模块，用于提供单极性电平；

2.根据权利要求1所述的一种双极性可调电流电路，其特征在于：所述的电平转换单元包括与电源模块连接的电平转换芯片U1，电平转换芯片U1设有多个引脚，电平转换芯片U1上连接多个电容；

3.根据权利要求2所述的双极性可调电流电路，其特征在于：所述的多个电容为五个电容C1、C2、C3、C4和C5，电容C1和C5的一端与电源模块连接，另一端分别与电平转换芯片U1的引脚连接，电容C2和C3的两端均与电平转换芯片U1的引脚连接，电容C4的一端与电平转换芯片U1的引脚连接，另一端接地。

4.一种微电流刺激催眠仪，其特征在于：其包括单片机、显示模块、电源模块、刺激信号发生模块和两个耳夹电极；所述的单片机上配有按键和USB接口，显示模块与单片机通信连接，电源模块分别与单片机、显示模块和刺激信号发生模块电连接；

所述的刺激信号发生模块为双极性可调电流电路，其包括：电平转换单元，用于将电源输出的单极性电平转换成双极性电平，并且对电平升压；和电流控制单元，用于将电平转换单元的双极性电平转换为可调电流输出；

5.根据权利要求4所述的微电流刺激催眠仪，其特征在于：所述的电平转换单元包括与电源模块连接的电平转换芯片U1，电平转换芯片U1设有多个引脚，电平转换芯片U1上连接多个电容；

6.根据权利要求5所述的微电流刺激催眠仪，其特征在于：所述的多个电容为五个电容C1、C2、C3、C4和C5，电容C1和C5的一端与电源模块连接，另一端分别与电平转换芯片U1的引脚连接，电容C2和C3的两端均与电平转换芯片U1的引脚连接，电容C4的一端与电平转换芯片U1的引脚连接，另一端接地。

7.根据权利要求5所述的微电流刺激催眠仪，其特征在于：所述的整流桥堆U3包括首尾依次连接的二极管D1、D2、D3、D4，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接，二极管D3的负极与二极管D4的正极连接，二极管D1、D3的正极相互连接，二极管D2、D4的负极相互连接。

8.根据权利要求5所述的微电流刺激催眠仪，其特征在于：所述的电源模块连接有两节干电池和USB电源，电源模块内设有用于切换使用干电池或者USB电源供电的切换电路。