CN215072191U - 用于超声换能器的逆变电路以及超声切割止血刀系统 - Google Patents

Abstract

一种用于超声换能器的逆变电路，包括用于控制变压器的电流通断的上桥MOS管和下桥MOS管、上桥直流偏置单元以及下桥直流偏置单元。上桥直流偏置单元使上桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，下桥直流偏置单元使下桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，从而消除变压器输出的正弦波形中的交越失真，稳定性好。还提供了一种具有逆变电路的超声切割止血刀系统，包括与逆变电路中的变压器连接的超声换能器，逆变电路消除了波形的交越失真，有利于激励超声换能器以最大效率稳定工作，增大了超声手术刀的超声能量输出，便于快速有效地进行超声外科切割或止血。

Description

用于超声换能器的逆变电路以及超声切割止血刀系统

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，涉及一种用于超声换能器的逆变电路；

还涉及一种具有逆变电路的超声切割止血刀系统。

背景技术

超声切割止血刀系统包括变压器以及由变压器驱动的超声换能器，为了使变压器输出稳定的功率，一般输入电压可调的直流电，但是超声换能器需要交流电驱动，所以需要将输入到变压器的直流电变为正弦波的交流电，才能驱动换能器。

现有技术中，为了使变压器输出交流电，一般设置两个发生器，其中一个发生器的输出端连接有反相器，两个发生器的数值相同，但相位相反，从而使分别与两个发生器连接的上桥MOS管和下桥MOS管在同一时刻一个停止而另一个工作，上桥MOS管或下桥MOS管截止后容易使变压器输出的正弦波形出现交越失真，从而造成超声换能器的激励电信号波形处于失真状态，降低了超声刀输出的超声能量，降低了超声外科手术切割或止血的效率和有效性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于超声换能器的逆变电路以及超声切割止血刀系统，逆变电路消除了波形的交越失真，有利于激励超声换能器以最大效率稳定工作，增大了超声手术刀的超声能量输出，便于快速有效地进行超声外科切割或止血。

本实用新型是这样实现的，一种用于超声换能器的逆变电路，包括：

至少一上桥MOS管，用于控制发生器输出至变压器的电流的通断，所述上桥MOS管的每次导通时间段为其中一路输入正弦波形的每个正半周期对应的时间段，所述上桥MOS管的每次截止时间段为其中一路输入正弦波形的每个负半周期对应的时间段；

至少一下桥MOS管，用于控制发生器输出至所述变压器的电流的通断，当上桥MOS管导通时，所述下桥MOS管关闭，当所述上桥MOS管关闭时，所述下桥MOS管导通，所述下桥MOS管的每次导通时间段为另一路输入正弦波形的每个正半周期对应的时间段，所述下桥MOS管每次截止时间段为另一路输入正弦波形的每个负半周期对应的时间段；

上桥直流偏置单元，用于调整所述上桥MOS管的静态工作点，从而使所述上桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，以消除所述变压器输出正弦波形中的交越失真；

下桥直流偏置单元，用于调整所述下桥MOS管的静态工作点，从而使所述下桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，以消除所述变压器输出正弦波形中的交越失真。

进一步地，用于超声换能器的逆变电路还包括：发生器，用于输出两路频率相同、方向相反且幅值相等并互补的正弦波形；

变压器，用于将所述发生器输出的两路正弦波形合并放大，从而输出一路完整的正弦波形。

优选地，所述发生器包括第一发生器和第二发生器，所述上桥MOS管和所述下桥MOS管分别包括第一下桥MOS管和第二MOS管，采用两个上桥MOS 管和两个下桥MOS管起到分流的作用，避免了单个MOS管的电流过大而发热从而降低MOS管工作效率的现象。

具体地，所述上桥直流偏置单元和下桥直流偏置单元分别包括：

第一基准芯片，用于设置偏置电压，所述第一基准芯片的输入端通过第一电阻用于与12V电源连接；

第一放大单元和第二放大单元，用于将设置的偏置电压按比例放大；

其中，第一放大单元包括第一放大器，所述第一放大器的同相输入端通过第二电阻与所述第一基准芯片的输出端连接，所述第一放大器的反相输入端通过第三电阻接地、通过第四电阻连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的输出端通过第五电阻连接所述第一MOS管的栅极；

其中，第二放大单元包括第二放大器，所述第二放大器的同相输入端通过第六电阻与所述第一基准芯片的输出端连接，所述第二放大器的反相输入端通过第七电阻接地、通过第八电阻连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的输出端通过第九电阻连接所述第二MOS管的栅极，所述第二放大器的负极接地，所述第二放大器的正极用于与可调12V电源连接。

进一步地，所述变压器分别与所述第一MOS管和第二MOS管之间均设置有吸收单元。

具体地，每个所述吸收单元分别包括：第十九电阻、第一电容和二极管，所述第十九电阻与所述二极管并联设置，所述第十九电阻和所述二极管的一端分别与每个MOS管的漏极连接，所述第十九电阻的另一端与第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端、二极管的另一端和每个MOS管的源极分别接地。

进一步地，所述发生器分别与上桥直流偏置单元和下桥直流偏置单元之间均设置有用于将发生器输出的交流信号与上桥直流偏置单元和下桥直流偏置单元输出的直流信号隔离的隔离单元。

优选地，所述隔离单元为第二电容。

本实用新型提供的一种用于超声换能器的逆变电路，包括分别控制变压器的电流通断的至少一个上桥MOS管和至少一个下桥MOS管、上桥直流偏置单元以及下桥直流偏置单元。上桥直流偏置单元使上桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，下桥直流偏置单元使下桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，从而消除变压器输出的正弦波形中的交越失真，稳定性好。

本实用新型还提供了一种超声切割止血刀系统，包括：

超声换能器，用于将变压器输出的电能转化为机械能；

超声手术刀，由所述超声换能器驱动以切割活体组织；

还包括用于超声换能器的逆变电路，所述的逆变电路用于产生消除交越失真的正弦波形以驱动超声换能器。

本实用新型还提供了一种具有逆变电路的超声切割止血刀系统，包括与逆变电路中的变压器连接的超声换能器，逆变电路消除了波形的交越失真，有利于激励超声换能器以最大效率稳定工作，增大了超声手术刀的超声能量输出，便于快速有效地进行超声外科切割或止血。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的用于超声换能器的逆变电路的框图。

图2是本实用新型实施例提供的用于超声换能器的逆变电路的原理图。

图3是本实用新型实施例提供的超声切割止血刀系统的框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的一种用于超声换能器的逆变电路，包括：

发生器，用于输出两路频率相同、方向相反且幅值相等并互补的正弦波形；

变压器，用于将发生器输出的两路正弦波形合并放大，从而输出一路完整的正弦波形；

至少一上桥MOS管，用于控制发生器输出至变压器的电流的通断，上桥 MOS管的每次导通时间段为其中一路输入正弦波形的每个正半周期对应的时间段，上桥MOS管的每次截止时间段为其中一路输入正弦波形的每个负半周期对应的时间段；本实施例中，上桥MOS管与下桥MOS管并联设置，二者的输出端分别与变压器的初级两端连接。

至少一下桥MOS管，用于控制发生器输出至变压器的电流的通断，当上桥 MOS管导通时，下桥MOS管关闭，当上桥MOS管关闭时，下桥MOS管导通，下桥MOS管的每次导通时间段为另一路输入正弦波形的每个正半周期对应的时间段，下桥MOS管每次截止时间段为另一路输入正弦波形的每个负半周期对应的时间段；

上桥直流偏置单元1，用于调整上桥MOS管的静态工作点，从而使上桥 MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，以消除变压器输出正弦波形中的交越失真；

下桥直流偏置单元2，用于调整下桥MOS管的静态工作点，从而使下桥 MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，以消除变压器输出正弦波形中的交越失真。本事实例中，上桥直流偏置单元1与下桥直流偏置单元2并联设置，其中，上桥直流偏置单元1的输出端与上桥MOS管的输入端连接，下桥直流偏置单元2的输出端与下桥MOS管的输入端连接。

本实施例中，增加上桥直流偏置单元1后，上桥MOS管用于控制变压器的电流导通的大小，变压器每次导通大电流的时间段为其中一路输入正弦波形的每个正半周期对应的时间段，变压器每次导通小电流的时间段为其中一路输入正弦波形的每个负半周期对应的时间段；

增加下桥直流偏置单元2后，下桥MOS管用于控制变压器的电流导通的大小，当上桥MOS管控制变压器导通大电流时，下桥MOS管控制变压器导通小电流，变压器每次导通小电流的时间段为另一路输入正弦波形的每个负半周期对应的时间段；当上桥MOS管控制变压器导通小电流时，下桥MOS管控制变压器导通大电流，变压器每次导通大电流的时间段为另一路输入正弦波形的每个正半周期对应的时间段。

综上所述，增加上桥直流偏置单元1和下桥直流偏置单元2，消除了变压器次级输出正弦波形中的交越失真。

具体地，所述发生器包括第一发生器和第二发生器；

所述上桥MOS管和下桥MOS管分别包括第一MOS管Q1和第二MOS管 Q2。

具体地，所述上桥直流偏置单元1和下桥直流偏置单元2分别包括：

第一基准芯片U1，用于设置偏置电压，第一基准芯片U1的输入端通过第一电阻R1用于与12V电源连接；

其中，所述第一放大单元11包括第一放大器U2，第一放大器U2的同相输入端通过第二电阻R2与第一基准芯片U1的输出端连接，第一放大器U2的反相输入端通过第三电阻R3接地、通过第四电阻R4连接第一放大器U2的输出端，第一放大器U2的输出端通过第五电阻R5连接第一MOS管Q1的栅极G；

其中，所述第二放大单元12包括第二放大器U3，第二放大器U3的同相输入端通过第六电阻R6与第一基准芯片U1的输出端连接，第二放大器U3的反相输入端通过第七电阻R7接地、通过第八电阻R8连接第二放大器U3的输出端，第二放大器U3的输出端通过第九电阻R9连接第二MOS管Q2的栅极G，第二放大器U3的负极接地，第二放大器U3的正极用于与可调12V电源连接。

本实施例中，所述上桥直流偏置单元1和下桥直流偏置单元2中的第一放大单元11和第二放大单元12用于将设置的偏置电压按比例放大，使上桥MOS 管和下桥MOS管分别处于放大范围内，从而使两路输入正弦波形的正负半周期的峰值均处于上桥MOS管或下桥MOS管的放大区域内，避免了正弦波形出现交越失真的现象。

进一步地，所述变压器分别与第一MOS管Q1和第二MOS管Q2之间均设置有吸收单元3，用于吸收第一MOS管Q1和第二MOS管Q2在工作时所产生的峰值电压和峰值电流。

具体地，每个所述吸收单元3分别包括：第十电阻R10、第一电容C1和二极管D2，第十电阻R10与二极管D2并联设置，第十电阻R10和二极管D2的一端分别与每个MOS管的漏极D连接，第十电阻R10的另一端与第一电容C1 的一端连接，第一电容C1的另一端、二极管D2的另一端和每个MOS管的源极S分别接地。

进一步地，所述发生器分别与上桥直流偏置单元1和下桥直流偏置单元2 之间均设置有用于将发生器输出的交流信号与上桥直流偏置单元1和下桥直流偏置单元2输出的直流信号隔离的隔离单元4。

优选地，所述隔离单元4为第二电容C2。

本实用新型提供的一种用于超声换能器的逆变电路，包括分别控制变压器的电流通断的至少一个上桥MOS管和至少一个下桥MOS管、上桥直流偏置单元1以及下桥直流偏置单元2。上桥直流偏置单元1使上桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，下桥直流偏置单元2使下桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，从而消除变压器输出正弦波形中的交越失真，稳定性好。

本实用新型还提供了一种超声切割止血刀系统，包括：

超声换能器，用于将变压器输出的电能转化为机械能；

超声手术刀，由超声换能器驱动以切割活体组织；

还包括如上所述的用于超声换能器的逆变电路，逆变电路用于产生消除交越失真的正弦波形以驱动超声换能器。

进一步地，所述变压器与超声换能器之间设有匹配电路(未示出)，用于使变压器匹配不同规格的超声换能器。

匹配电路包括：并联设置的电感和第三电容，电感的一端和第三电容的一端分别与变压器的次级的一端连接，电感的另一端和第三电容的另一端分别接地。

如图3所示，本实用新型还提供了一种具有逆变电路的超声切割止血刀系统，包括与逆变电路中的变压器连接的超声换能器，其中，逆变电路消除了波形的交越失真，有利于激励超声换能器以最大效率稳定工作，增大了超声手术刀的超声能量输出，便于快速有效地进行超声外科切割或止血。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于超声换能器的逆变电路，其特征在于，包括：

至少一上桥MOS管，用于控制发生器输出至变压器的电流的通断，所述上桥MOS管的每次导通时间段为其中一路输入正弦波形的每个正半周期对应的时间段，所述上桥MOS管的每次截止时间段为其中一路输入正弦波形的每个负半周期对应的时间段；

至少一下桥MOS管，用于控制发生器输出至所述变压器的电流的通断，当上桥MOS管导通时，所述下桥MOS管关闭，当所述上桥MOS管关闭时，所述下桥MOS管导通，所述下桥MOS管的每次导通时间段为另一路输入正弦波形的每个正半周期对应的时间段，所述下桥MOS管每次截止时间段为另一路输入正弦波形的每个负半周期对应的时间段；

上桥直流偏置单元(1)，用于调整所述上桥MOS管的静态工作点，从而使所述上桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，以消除所述变压器输出正弦波形中的交越失真；

下桥直流偏置单元(2)，用于调整所述下桥MOS管的静态工作点，从而使所述下桥MOS管避开截止状态并始终处于微导通状态，以消除所述变压器输出正弦波形中的交越失真。

2.根据权利要求1所述的用于超声换能器的逆变电路，其特征在于，还包括：

发生器，用于输出两路频率相同、方向相反且幅值相等并互补的正弦波形；

变压器，用于将所述发生器输出的两路正弦波形合并放大，从而输出一路完整的正弦波形。

3.根据权利要求2所述的用于超声换能器的逆变电路，其特征在于，所述上桥MOS管和所述下桥MOS管分别包括第一MOS管(Q1)和第二MOS管(Q2)。

4.根据权利要求3所述的用于超声换能器的逆变电路，其特征在于，所述上桥直流偏置单元(1)和下桥直流偏置单元(2)分别包括：

第一基准芯片(U1)，用于设置偏置电压，所述第一基准芯片(U1)的输入端通过第一电阻(R1)用于与12V电源连接；

第一放大单元(11)和第二放大单元(12)，用于将设置的偏置电压按比例放大。

5.根据权利要求4所述的用于超声换能器的逆变电路，其特征在于，所述第一放大单元(11)和第二放大单元(12)的具体结构为：

第一放大单元(11)包括第一放大器(U2)，所述第一放大器(U2)的同相输入端通过第二电阻(R2)与所述第一基准芯片(U1)的输出端连接，所述第一放大器(U2)的反相输入端通过第三电阻(R3)接地、通过第四电阻(R4)连接所述第一放大器(U2)的输出端，所述第一放大器(U2)的输出端通过第五电阻(R5)连接所述第一MOS管(Q1)的栅极(G)；

第二放大单元(12)包括第二放大器(U3)，所述第二放大器(U3)的同相输入端通过第六电阻(R6)与所述第一基准芯片(U1)的输出端连接，所述第二放大器(U3)的反相输入端通过第七电阻(R7)接地、通过第八电阻(R8)连接所述第二放大器(U3)的输出端，所述第二放大器(U3)的输出端通过第九电阻(R9)连接所述第二MOS管(Q2)的栅极(G)，所述第二放大器(U3)的负极接地，所述第二放大器(U3)的正极用于与可调12V电源连接。

6.根据权利要求5所述的用于超声换能器的逆变电路，其特征在于，所述变压器分别与所述第一MOS管(Q1)和所述第二MOS管(Q2)之间均设置有吸收单元(3)。

7.根据权利要求6所述的用于超声换能器的逆变电路，其特征在于，所述吸收单元(3)具体结构为：

包括第十电阻(R10)、第一电容(C1)和二极管(D2)，所述第十电阻(R10)与所述二极管(D2)并联设置，所述第十电阻(R10)和所述二极管(D2)的一端分别与每个MOS管的漏极(D)连接，所述第十电阻(R10)的另一端与第一电容(C1)的一端连接，所述第一电容(C1)的另一端、二极管(D2)的另一端和每个MOS管的源极(S)分别接地。

8.根据权利要求2所述的用于超声换能器的逆变电路，其特征在于，所述发生器分别与上桥直流偏置单元(1)和下桥直流偏置单元(2)之间均设置有用于将发生器输出的交流信号与上桥直流偏置单元(1)和下桥直流偏置单元(2)输出的直流信号隔离的隔离单元(4)。

9.根据权利要求8所述的用于超声换能器的逆变电路，其特征在于，所述隔离单元(4)为第二电容(C2)。

10.一种超声切割止血刀系统，包括：

超声换能器，用于将变压器输出的电能转化为机械能；

超声手术刀，由所述超声换能器驱动以切割活体组织；

其特征在于，还包括如权利要求1至9中任一项所述的用于超声换能器的逆变电路，所述的逆变电路用于产生消除交越失真的正弦波形以驱动超声换能器。

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