CN216956169U - 电流采样电路及蒸汽发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电流采样电路及蒸汽发生装置，所述电流采样电路包括放大电压电路、光学隔离电路以及跟随器电路，所述放大电压电路包括正输入端与电流信号输出端连接的第三比较器、将所述第三比较器的负输入端与隔离地连接的限流电阻及连接于所述负输入端和输出端之间的第二反馈电路；所述光学隔离电路包括与所述第三比较器的所述输出端连接的光学隔离电压传感器；所述跟随器电路包括正负输入端分别与所述光学隔离电压传感器的正负输出端连接的第四比较器、连接于所述第四比较器的正负输入端之间的保护电容及连接于所述第四比较器的输出端和感应电流输出端之间的保护电阻。

Description

电流采样电路及蒸汽发生装置

技术领域

本实用新型涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种电流采样电路及蒸汽发生装置。

背景技术

目前，控制电路中往往需要对电路工作参数进行采样，电路工作参数通常包括电压参数和电流参数，将采样后的电路工作参数反馈给控制器，以提供控制器根据采样结果调节或优化控制参数，以提升控制精度。

其中，如何设计电流采样电路以能够更加精确地采集到电路中的电流参数，对于控制精度要求较高的领域而言，是一直以来均需致力解决的问题。

实用新型内容

为解决现有存在的技术问题，本实用新型提供一种能够有效提升控制精度的电流采样电路及蒸汽发生装置。

为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

一种电流采样电路，包括放大电压电路、光学隔离电路以及跟随器电路，所述放大电压电路包括正输入端与电流信号输出端连接的第三比较器、将所述第三比较器的负输入端与隔离地连接的限流电阻及连接于所述负输入端和输出端之间的第二反馈电路；

所述光学隔离电路包括与所述第三比较器的所述输出端连接的光学隔离电压传感器；

所述跟随器电路包括正负输入端分别与所述光学隔离电压传感器的正负输出端连接的第四比较器、连接于所述第四比较器的正负输入端之间的保护电容及连接于所述第四比较器的输出端和感应电流输出端之间的保护电阻。

其中，所述光学隔离电压传感器采用型号为ACPL-C87B的隔离芯片。

一种蒸汽发生装置，包括内部呈中空状的线圈、与所述线圈电连接的电极、驱动所述电极运动以调节所述线圈接入其所在电路的有效长度的电机及控制所述电机工作的控制电路，所述控制电路包括控制器及本申请实施例所述的电流采样电路，所述电流采样电路与所述线圈连接，液体在所述线圈中被加热转换成蒸汽；

所述电流采样电路用于采集所述线圈的当前工作电流发送给所述控制器，所述控制器根据所述当前工作电流控制所述电机转动，以驱动所述电极运动来调节所述线圈的所述有效长度。

其中，所述控制器包括主控芯片、与所述主控芯片连接的调试电路及电源转换电路，所述调试电路包括JTAG接口芯片、分别将所述JTAG接口芯片的测试复位端、测试数据串行输入端、测试模式选择端、测试数据串行输出端、测试时钟端、复位信号端、测试时钟返回信号端的多个电阻、将所述多个电阻连接至电极地的肖特基二极管及与所述JTAG接口芯片的电源输入端连接的滤波电容；

所述电源转换电路包括稳压电源芯片、分别将所述稳压电源芯片的第一电源输入端和第二电源输入端与电极地连接的滤波电容、及将所述稳压电源芯片的输出端与电极地连接的电解电容。

其中，所述主控芯片为型号为STM32F103RxT6的32位ARM微控制器。

其中，所述电流采样电路检测到所述当前工作电流异常时，所述主控芯片控制所述电机停止。

本实用新型实施例提供的电流采样电路及蒸汽发生装置，电流采样电路通过设计放大电压电路、光学隔离电路以及跟随器电路，采集线圈的当前电流信号输入到放大电压电路中的第三比较器，将电流信号放大，再将输出信号连接至光学隔离电压传感器的输入端进行隔离处理，从隔离电路得到的电流信号接至第四比较器构成的跟随器电路，经跟随器电路将电流采样值反馈到控制器，由控制器计算出对应的电流值，保护电阻可以起到防止输出短路失效的作用，如此，所述电流采样电路可基于放大电路实现指定的放大倍数，结合光学隔离电路和跟随器电路实现电路中电流参数的精确采集，提供控制器基于采样结果提升控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为已知的蒸汽消融设备的示意图；

图2为一实施例中蒸汽发生装置的示意图；

图3为一实施例中控制电路的原理图；

图4为一实施例中电流采样电路的电路示意图；

图5为一实施例中主控芯片的电路示意图；

图6为一实施例中调试电路的电路示意图；

图7为一实施例中电源转换电路的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

蒸汽消融术是一项新兴的无植入的支气管内镜介入技术，它通过气管镜将蒸汽导管送入高分辨CT识别的靶肺组织，释放预定计量的高温水蒸气产生热反应作用于患者靶肺区组织，引起局部肺组织发生急性炎症反应及损伤修复，产生肺组织纤维化和瘢痕修复，或者形成肺不张而达到肺减容的目的。请参阅图1，目前已知的蒸汽消融设备10主要包括依次连接的灌注装置11、蒸汽发生装置12、消融导管13及接头主体14，其中，所述接头主体14接通外界气源，气体通过消融导管13进入膨胀气囊，使得膨胀气囊扩张，以抵持病灶处的气管内壁，蒸汽发生装置12通过消融导管13从接头主体14接入并穿过膨胀气囊，通过消融导管13向病灶处输出蒸汽。灌注装置11用于向蒸汽发生装置12的线圈内灌注用于形成蒸汽的液体，以保持蒸汽发生装置形成蒸汽的连续性。

蒸汽发生装置中线圈将水转换成蒸汽的过程中，加热线圈达到的最高温度可为250摄氏度。请结合参阅图2至图4，本申请实施例提供一种蒸汽发生装置、及可用于采集蒸汽发生装置的线圈120电压的电流采样电路25。其中，所述蒸汽发生装置包括内部呈中空状的线圈120、与所述线圈120电连接的电极121、驱动所述电极121运动以调节所述线圈120接入其所在电路的有效长度的电机、及与所述线圈120连接的控制电路，所述控制电路包括控制器20及所述电流采样电路25。

在一些实施例中，所述电流采样电路25包括放大电压电路251、光学隔离电路252和跟随器电路253，所述放大电压电路251包括正输入端与电流信号输出端连接的第三比较器U13B、将所述第三比较器U13B的负输入端与隔离地ISO_GND连接的限流电阻R30及连接于所述负输入端和输出端之间的第二反馈电组R31；所述限流电阻R30起限流作用；所述光学隔离电路252包括与所述第三比较器U13B的所述输出端连接的光学隔离电压传感器U11；所述跟随器电路253包括正负输入端分别与所述光学隔离电压传感器U11的正负输出端连接的第四比较器U12B、连接于所述第四比较器U12B的正负输入端之间的保护电容C40及连接于所述第四比较器U12B的输出端和感应电流输出端之间的保护电阻R45。所述保护电容C40起避免高频交流信号和直流脉冲信号干扰的作用，所述保护电阻R45起防止输出短路失效作用。

上述实施例中，电流采样电路25通过设计依次连接的电压放大电路251、光学隔离电路252及跟随器电路253，采集线圈120的当前电流信号输入到放大电压电路251中的第三比较器U13B，将电流信号放大，再将输出信号连接至光学隔离电压传感器U11的输入端进行隔离处理，从隔离电路得到的电流信号接至第四比较器U12B构成的跟随器电路253，经跟随器电路253将电流采样值反馈到控制器20，由控制器20计算出对应的电流值，保护电阻R45可以起到防止输出短路失效的作用，如此，所述电流采样电路25可基于电压放大电路251实现指定的放大倍数，结合光学隔离电路252和跟随器电路253实现电路中电流参数的精确采集，提供控制器20基于采样结果提升控制精度。

作为一个可选的具体示例，电流采样电路用于精准地采样线圈电流的电流值，以CURRENT_SENSOR信号反馈回主控芯片。整个信号由电阻器R90输出的当前电流信号输入到第三比较器U13B的脚5实现电压放大功能，将电流信号的电压值放大，将输出信号连接至光学隔离电压传感器U11的脚2输入端进行隔离处理，从隔离电路得到的信号接至跟随器电路，通过脚6、7两端输出电压连接第三比较器U12B构成的跟随器电路，最后由脚7输出CURRENT_SENSOR信号反馈回主控芯片U1，能准确将电流采样值反馈到主控芯片中，经主控芯片可以计算出对应的电流值。第三比较器U13B采用型号为OPA2237EA比较器，第三比较器U13B，电阻R30、R31构成的电路实现放大电压的功能，将电压放大32.6倍，第三比较器U13B的脚5接电阻器R90的输出当前电流信号输入，第三比较器U13B的脚7串联一个电阻R33接至光学隔离电压传感器U11的脚2(VIN输入电压信号)。第三比较器U13B的脚6连接一个电阻R30接至隔离地，第三比较器U13B的脚4接隔离地，第三比较器U13B的脚8接隔离电压5V。负反馈电阻R31接至第三比较器U13B反相输入端经过第三比较器U13B的放大电路，光学隔离电压传感器U11采用型号为ACPL-C87B芯片，光学隔离电压传感器U11，电阻R33、R35，电容C34、C35、C39～41组成光学隔离电路。光学隔离电压传感器U11的脚1接至隔离电源电压5V和一个电容C34接至隔离地。经过电阻R33的电压接至光学隔离电压传感器U11的脚3(SHDN关机引脚)，该引脚在高电位时起作用。脚3连接电阻R35的一端，电阻R35另一端连接至隔离地，以及连接一个电容C35至电阻R33的输出端。光学隔离电压传感器U11的脚4接到隔离地，光学隔离电压传感器U11的脚5接地以及连接一个电容C41接至3.3V。脚8(输出端的电源电压)接至3.3V电源电压，连接一个电容C39接至地。脚6(负极电压输出)、脚7(正极电压输出)之间连接一个电容C40。跟随器电路包括U12B芯片OPA2237，电阻R40～43、R45。由光学隔离电压传感器U11的脚7(正极电压输出)串联一个电阻R40接至U12B的脚5(同相输入端)，光学隔离电压传感器U11的脚6(负极电压输出)串联一个电阻R41接至U12B的脚6(反相输入端)，第四比较器U12B的脚4接地，脚8接至3.3V，电阻R42一端与脚5(同相输入端)相连，另一端与地相连。电阻R43一端与脚6(反相输入端)相连，另一端与输出端相连，输出端串联一个电阻R45，最后输出一个电流采样值CURRENT_SENSOR。其中，根据电阻R30、R31的电阻值决定了该放大电路放大的倍数，放大的倍数通过公式u＝1+Rf/R1＝1+R31/R30＝1+1K/31.6K＝32.6，可知电压放大32.6倍。通过公式u＝|-Rf/R1|＝|-R43/R41|＝|-10K/10K|＝1，可知跟随器的放大倍数为1。电阻R30起限流的作用，电容C34、C39、C41起滤波的作用，电容C40起避免高频交流信号的干扰和直流脉冲干扰信号的干扰的作用，R45起防止输出短路失效的作用。

本申请实施例另一方面，还提供一种蒸汽发生装置，所述蒸汽发生装置的结构如图2所示，目标负载是指蒸汽发生装置中的线圈120，所述电流采样电路25用于采集所述线圈120的当前工作电流发送给所述控制器20，所述控制器20根据所述当前工作电流控制所述电机转动，以驱动所述电极121运动来调节所述线圈120的所述有效长度。

其中，电极121通过电极夹片122与丝杆124连接，所述丝杆124与电机123的输出轴连接，电极夹片122将电极121夹持固定于丝杆124上，电机123的输出轴转动可驱动电极夹片122沿丝杆124的长度延伸方向移动，电极夹片122带动电极121移动从而可以调节电极121与线圈120上的不同位置接触，如此，线圈120可形成为滑动变阻器，与线圈120连接的电极121作为滑动变阻器的滑动部，电机123驱动电极夹臂122带动电极121顺沿线圈120的长度方向上运动，实现滑动部在滑动变阻器上的滑动，以改变滑动变阻器的电阻值。电机优选可以采用步进电机，步进电机协同丝杆控制改变电极在线圈上的位置，可以实现对线圈接入其所在电路中的有效长度进行精确地控制，相应实现对线圈接入其所在电路中的阻抗值进行精确地控制。

在一些实施例中，请参阅图5至图7，所述控制器包括主控芯片U1、与所述主控芯片U1连接的调试电路及电源转换电路，所述调试电路包括JTAG接口芯片J1、分别将所述JTAG接口芯片的测试复位端、测试数据串行输入端、测试模式选择端、测试数据串行输出端、测试时钟端、复位信号端、测试时钟返回信号端的多个电阻、将所述多个电阻连接至电极地的肖特基二极管及与所述JTAG接口芯片J1的电源输入端连接的滤波电容；所述电源转换电路包括稳压电源芯片U2、分别将所述稳压电源芯片U2的第一电源输入端和第二电源输入端与电极地连接的滤波电容、及将所述稳压电源芯片U2的输出端与电极地连接的电解电容。

其中，主控芯片U1采用微控制器MCU，主控芯片U1与其它电路之间进行控制和反馈。主控芯片U1可以通过SPI通信交互控制电机驱动，进而控制电机123驱动电极121进行相应运动。电机123运动控制线圈120的加热程度，对线圈120进行温度采样，当采样测得的线圈120温度处于预先设定的合适范围时，主控芯片U1控制输出一定的电压提供给线圈120，以维持线圈120的正常工作状态。开启线圈120的电压采样、电流采样，将采样得到的数据反馈给主控芯片U1，再计算出接入线圈120的电阻大小，继而将得到的电阻值与设定的标准阈值相比，再去控制电机123运动或者急停。所述调试电路与主控芯片U1相连，在时钟正常的情况下，调试电路通过Debug接口，可以访问主控芯片U1来下载程序用以调试。电源转换电路是用于给主控芯片U1提供3.3V电压，保证主控芯片U1的正常运行。

作为一种可选的具体示例，主控芯片U1采用型号为STM32F103RxT6的32位ARM微控制器。主控芯片U1的脚15用于反馈开关电源的状态，确保使开关电源保持持续输出状态，脚20、21、22、23四路为SPI的通信接口与电机进行交互通信，脚41、42、43、44分别连接四路状态灯，通过LED1～4来反映是否故障的状态。脚45输出电源状况。脚46、49、50是由调试电路的信号输入到主控芯片U1，脚55、56输出信号连接到调试电路。脚26、27、61、62分别由按键间接控制电机的启停、正转、反转、加速四个功能，将按键输出的命令反馈到主控芯片U1，再控制电机进行相应的运动。脚58、59为一路I2C通信接口，用于与电压采样电路相连，通过I2C读取电压值。脚29、30为另一路I2C通信接口，用于与温度采样电路相连，用以传输温度信号。脚35、36为故障信号的输入，用来控制脚34输出并控制步进电机如何工作的功能，若处于故障状态时，使电机驱动实现急停；正常情况下，正常驱动电机进行正反转。脚32、48、64、19表示的器件内部工作电压。脚12、31、47、18、63表示接地端电压。脚13为模拟信号输入正极。脚8为线圈的电压采样信号的反馈输入端。脚9为线圈的电流采样信号的反馈输入端。脚10为温度采样信号的反馈输入端。脚11是在线圈的温度采样、电压采样、电流采样的采样电路一旦出现异常时，反馈回主控芯片，控制立刻急停电机的情况。脚24输入电流异常状态信号。脚25为温度异常状态的信号输入端。脚25、37、39、40、51、52、53均为电源反馈相关引脚。其中，脚25输入电源管理时钟信号，并通过脚37输出电源管理数据信号。脚39输入风扇异常状态信号。脚40、51、52、53四路均输入电源状态是否良好的信号。脚34用于实现控制步进电机工作的功能，脚34连接N沟道晶体管Q1，电阻R18、R19。晶体管Q1的栅极连接主控芯片的脚34，漏极连接至5V电源，源极连接一个信号电机驱动电路以及一个电阻R19接至电极地，在栅极和源极之间连接一个电阻R18。当晶体管Q1处于导通状态时，即满足晶体管Q1的栅极电压比漏极的电压大10V以上时，栅极才能准确输出驱动信号，控制电机急停；当晶体管Q1处于截止状态时，不输出信号到电机驱动电路中。

调试电路包括JTAG接口芯片J1，电阻R3～R10，电容C13、C14，肖特基二极管U3、U4。调试电路对主控芯片U1内部起下载程序的作用，JTAG接口芯片J1的脚1、2接3.3V电源，分别串联电容C13、C14接至电极地。脚3为测试复位端，串联一个电阻R5，将输出信号接至主控芯片的脚5、6用以调试。脚5为测试数据串行输入端，串联一个电阻R6，将输出信号接至主控芯片的脚50用以调试。脚7为测试模式选择端，串联一个电阻R7，并输出信号接至主控芯片的脚46用以调试。脚9为测试时钟端，串联一个电阻R8，并输出信号接至主控芯片的脚49用以调试。脚13为测试数据串行输出端，串联一个电阻R9，并输出信号接至主控芯片的脚55用以调试。脚15为复位信号端，串联一个电阻R10，并输出信号接至主控芯片的脚7用以复位。脚11为测试时钟返回信号端，脚17串联一个电阻R3接至地，脚19串联一个电阻R4接至地。其中脚3、5、7、9、13、15经过二极管U3和U4，即各串联一个二极管接至地。其中，电阻R3～R10以及肖特基二极管U3、U4起防止反冲电流的作用，滤波电容C13、C14起到滤波的作用。

电源转换电路用于将5V电压转3.3V电压，包括稳压电源芯片U2，电容C5、C6，电解电容E4。稳压电源芯片U2采用型号为LM3940IMP-3.3电源芯片。其中，电源转换电路的作用是为了给主控芯片U1供电。稳压电源芯片U2的脚1接至5V电源电压，脚3接至3.3V，脚2、4接电极地，在5V电源电压和地之间连接一个滤波电容C5，在3.3V与地之间接一个滤波电容C6，其中滤波电容C5、C6起滤波的作用，输出端与电极地之间连一个电解电容E4，电解电容E4起滤波和储能的作用。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电流采样电路，其特征在于，包括放大电压电路、光学隔离电路以及跟随器电路，所述放大电压电路包括正输入端与电流信号输出端连接的第三比较器、将所述第三比较器的负输入端与隔离地连接的限流电阻及连接于所述负输入端和输出端之间的第二反馈电路；

所述光学隔离电路包括与所述第三比较器的所述输出端连接的光学隔离电压传感器；

所述跟随器电路包括正负输入端分别与所述光学隔离电压传感器的正负输出端连接的第四比较器、连接于所述第四比较器的正负输入端之间的保护电容及连接于所述第四比较器的输出端和感应电流输出端之间的保护电阻。

2.如权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述光学隔离电压传感器采用型号为ACPL-C87B的隔离芯片。

3.一种蒸汽发生装置，其特征在于，包括内部呈中空状的线圈、与所述线圈电连接的电极、驱动所述电极运动以调节所述线圈接入其所在电路的有效长度的电机及控制所述电机工作的控制电路，所述控制电路包括控制器及如权利要求1或2所述的电流采样电路，所述电流采样电路与所述线圈连接，液体在所述线圈中被加热转换成蒸汽；

所述电流采样电路用于采集所述线圈的当前工作电流发送给所述控制器，所述控制器根据所述当前工作电流控制所述电机转动，以驱动所述电极运动来调节所述线圈的所述有效长度。

4.如权利要求3所述的蒸汽发生装置，其特征在于，所述控制器包括主控芯片、与所述主控芯片连接的调试电路及电源转换电路，所述调试电路包括JTAG接口芯片、分别将所述JTAG接口芯片的测试复位端、测试数据串行输入端、测试模式选择端、测试数据串行输出端、测试时钟端、复位信号端、测试时钟返回信号端的多个电阻、将所述多个电阻连接至电极地的肖特基二极管及与所述JTAG接口芯片的电源输入端连接的滤波电容；

所述电源转换电路包括稳压电源芯片、分别将所述稳压电源芯片的第一电源输入端和第二电源输入端与电极地连接的滤波电容、及将所述稳压电源芯片的输出端与电极地连接的电解电容。

5.如权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，所述主控芯片为型号为STM32F103RxT6的32位ARM微控制器。

6.如权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，所述电流采样电路检测到所述当前工作电流异常时，所述主控芯片控制所述电机停止。

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