CN217721043U - 一种基于h桥的心脏除颤放电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于H桥的心脏除颤放电电路，H桥包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关，包括自举电路、驱动电路和放电电路；自举电路的输入端和MCU的第一输出端连接，自举电路的输出端和驱动电路的电源端连接，驱动电路的输入端和MCU的第二输出端连接，驱动电路的输出端和放电电路的开关端连接，放电电路的输出端与负载连接。本实用新型集成自举电路，为H桥驱动电路提供工作电源，减少器件数量，从而节约了成本，提高了可靠性，还减小了体积。

Description

一种基于H桥的心脏除颤放电电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种基于H桥的心脏除颤放电电路。

背景技术

在人体心脏因为某些原因停止跳动的情况下，希望在最短的时间(小于4分钟)抢救过来，一般采用的方法是通过高电压大电流脉冲对心脏进行除颤电击。通常的方案是，首先控制充电电路对高压电容充电，然后控制放电电路将高压电容上的电荷对患者进行除颤放电。

对于该放电电路，双相波技术已成为主流，即采用H桥放电电路实施除颤放电。具体到放电电路的驱动控制，H桥放电电路的上肢需要浮地控制，常规的做法是单独设计隔离电源和隔离驱动。隔离电源一般选择隔离电源模块，隔离驱动一般选择光耦隔离然后再加IGBT驱动器。该方案的缺陷在于选用了较多的模块，成本较高，体积较大，数量较多，可靠性较低。

实用新型内容

针对现有技术中H桥放电电路器件复杂导致可靠性较低问题，本实用新型提出一种基于H桥的心脏除颤放电电路，通过4个IGBT构成H桥开关电路，并利用驱动电路控制开关电路的通断，从而控制充放电，避免电流的回流，提高可靠性、安全性。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种基于H桥的心脏除颤放电电路，H桥包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关，包括自举电路、驱动电路和放电电路；

自举电路的输入端和MCU的第一输出端连接，自举电路的输出端和驱动电路的电源端连接，驱动电路的输入端和MCU的第二输出端连接，驱动电路的输出端和放电电路的开关端连接，放电电路的输出端与负载连接。

优选地，所述自举电路包括第一自举电路和第二自举电路；驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路；放电电路包括第一放电电路和第二放电电路。

优选地，所述第一自举电路包括：

15V电源与第一电阻的一端连接；第一电阻的另一端与第一二极管的正极连接；第一二极管的负极与第一电容的一端连接；第一电容的另一端与第三IGBT开关的集电极连接；

第三驱动器U3的输入端与MCU的第一控制信号端连接，第三驱动器U3的输出端与第三IGBT开关的栅极连接，第三驱动器U3的电源端与15V电源连接，第三驱动器U3的接地端接地；第三IGBT开关的发射极接地。

优选地，所述第二自举电路包括：

15V电源与第二电阻的一端连接；第二电阻的另一端与第二二极管的正极连接；第二二极管的负极与第二电容的一端连接；第二电容的另一端与第四IGBT开关的集电极连接；

第四驱动器U4的输入端与MCU的第二控制信号端连接，第四驱动器U4的输出端与第四IGBT开关的栅极连接，第四驱动器U4的电源端与15V电源连接，第四驱动器U4的接地端接地。

优选地，所述第一驱动电路包括第一驱动器U1、第四驱动器U4：

第一驱动器U1的输入端与MCU的第三控制信号端连接，第一驱动器U1的输出端与第一IGBT开关的栅极连接，第一驱动器U1隔离前端的电源端与15V电源连接，第一驱动器U1隔离前端的第一接地端接地，第一驱动器U1隔离后端的电源端与第一电容的一端连接，第一驱动器U1隔离后端的第二接地端与第一电容的另一端并联后接地；

第四驱动器U4的输入端与MCU的第二控制信号端连接，第四驱动器U4的输出端与第四IGBT开关的栅极连接，第四驱动器U4的电源端与15V电源连接，第四驱动器U4的接地端接地。

优选地，所述第二驱动电路包括第二驱动器U2、第三驱动器U3：

第二驱动器U2的输入端与MCU的第四控制信号端连接，第二驱动器U2的输出端与第二IGBT开关的栅极连接，第二驱动器U2隔离前端的电源端与15V电源连接，第二驱动器U2隔离前端的第一接地端接地，第二驱动器U2隔离后端的电源端与第二电容的一端连接，第二驱动器U2隔离后端的第二接地端与第二电容的另一端并联后接地；

第三驱动器U3的输入端与MCU的第一控制信号端连接，第三驱动器U3的输出端与第三IGBT开关的栅极连接，第三驱动器U3的电源端与15V电源连接，第三驱动器U3的接地端接地；第三IGBT开关的发射极接地。

优选地，所述第一放电电路的具体电路为：

第一IGBT开关的栅极与第一驱动器U1的输出端连接，第一IGBT开关的集电极与第三电容的一端连接，第一IGBT开关的发射极与第三电阻的一端连接；第三电容的另一端接地；

第四IGBT开关的栅极与第四驱动器U4的输出端连接，第四IGBT开关的集电极与第三电阻的另一端连接，第四IGBT开关的发射极接地。

优选地，所述第二放电电路的具体电路为：

第二IGBT开关的栅极与第二驱动器U2的输出端连接，第二IGBT开关的集电极与第三电容的一端连接，第二IGBT开关的发射极与第三电阻另一端连接；

第三IGBT开关的栅极与第三驱动器U3的输出端连接，第三IGBT开关的集电极与第三电阻的一端连接，第三IGBT开关的发射极接地。

综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型通过4个IGBT(电子开关)构成开关电路，控制高压电容的放电以对患者进行除颤。同时集成自举电路和驱动电路，为H桥开关电路提供驱动工作电源，减少器件数量，从而节约了成本，提高了可靠性，还减小了体积。

附图说明：

图1为根据本实用新型示例性实施例的一种基于H桥的心脏除颤放电电路框图。

图2为根据本实用新型示例性实施例的一种基于H桥的心脏除颤放电电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种基于H桥的心脏除颤放电电路，包括自举电路、驱动电路和放电电路，可用于心脏除颤；其中，H桥包括第一IGBT开关K1、第二IGBT开关K2、第三IGBT开关K3、第四IGBT开关K4。

自举电路的输入端和MCU的第一输出端连接，自举电路的输出端和驱动电路的电源端连接，驱动电路的输入端和MCU的第二输出端连接，驱动电路的输出端和放电电路的开关端连接，放电电路的输出端与负载连接。

本实施例中，自举电路包括第一自举电路和第二自举电路。

第一自举电路包括电源(可设计为15V)、第一电阻R1、第一二极管D1、第一电容C1、第三驱动器U3和第三IGBT开关K3：

电源与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与第一二极管D1的正极连接；第一二极管D1的负极与第一电容C1的一端连接；第一电容C1的另一端与第三IGBT开关K3的集电极连接；

第三驱动器U3的输入端(IN)与MCU的L1控制信号端(第一控制信号端)连接，第三驱动器U3的输出端(OUT)与第三IGBT开关K3的栅极连接，第三驱动器U3的电源端(VDD)与电源(15V)连接，第三驱动器U3的接地端GND接地；第三IGBT开关K3的发射极接地。

第三驱动器U3为低边驱动芯片，型号可采用1EDN8511BXUSA1。

本实施例中，第一自举电路的工作原理为：

MCU发出L1控制信号控制第三驱动器U3开始工作，第三驱动器U3发出高电平驱动第三IGBT开关K3导通；15V的电源通过第一电阻R1、第一二极管D1对第一电容C1充电，一段时间后(20ms)，第一电容C1(参数为10uF/50V)被充电到目标电压14V左右，从而为第一驱动器U1提供电源。同时，当设备对负载放电时，第一电容C1的两端对地的电压将被同时抬高，将分别超过2000V，即产生浮地，此时，第一二极管D1将会反向截止，阻止第一电容C1对15V电源充电，从而确保第一电容C1继续为第一驱动器U1提供电源。

第二自举电路包括电源(可设计为15V)、第二电阻R2、第二二极管D2、第二电容C2、第四驱动器U4和第四IGBT开关K4：

电源与第二电阻R2的一端连接；第二电阻R2的另一端与第二二极管D2的正极连接；第二二极管D2的负极与第二电容C2的一端连接；第二电容C2的另一端与第四IGBT开关K4的集电极连接；

第四驱动器U4的输入端(IN)与MCU的L2控制信号端(第二控制信号端)连接，第四驱动器U4的输出端(OUT)与第四IGBT开关K4的栅极连接，第四驱动器U4的电源端(VDD)与电源(15V)连接，第四驱动器U4的接地端GND接地；

第四驱动器U4为低边驱动芯片，型号可采用1EDN8511BXUSA1。

本实施例中，第二自举电路的工作原理为：

MCU发出L2控制信号控制第四驱动器U4开始工作，第四驱动器U4发出高电平驱动第四IGBT开关K4导通；15V的电源通过第二电阻R2、第二二极管D2对第二电容C2充电，一段时间后(20ms)，第二电容C2(参数为10uF/50V)被充电到目标电压14V左右，从而为第二驱动器U2提供电源。同时，当设备对负载放电时，第二电容C2的两端对地的电压将被同时抬高，将分别超过2000V，即产生浮地，此时，第二二极管D2将会反向截止，阻止第二电容C2对15V电源充电，从而确保第二电容C2继续为第二驱动器U2提供电源。

本实施例中，MCU的第一输出端包括第一控制信号端和第二控制信号端。

本实施例中，驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路，用于分别控制第一IGBT开关K1、第四IGBT开关K4和第二IGBT开关K2、第三IGBT开关K3的通断。

第一驱动电路的具体电路为：

第一驱动器U1为隔离驱动器(型号可采用1ED3121MU12HXUMA1)，包括隔离前端和隔离后端。第一驱动器U1的输入端(IN)与MCU的H1控制信号端(第三控制信号端)连接，第一驱动器U1的输出端(OUT)与第一IGBT开关K1的栅极连接，第一驱动器U1的隔离前端的电源端(VDD)与电源(15V)连接，第一驱动器U1的隔离前端的第一接地端GND接地，第一驱动器U1的隔离后端的电源端(VCC)与第一电容C1的一端连接，第一驱动器U1的隔离后端的第二接地端GND2和第一电容C1的另一端并联后接第一浮地GND-F1。

第四驱动器U4的输入端(IN)与MCU的L2控制信号端连接，第四驱动器U4的输出端(OUT)与第四IGBT开关K4的栅极连接，第四驱动器U4的电源端(VDD)与电源(15V)连接，第四驱动器U4的接地端GND接地；

本实施例中，第一驱动电路的工作原理为：

当操作人员按下工作按钮时，MCU发出H1控制信号控制第一驱动器U1开始工作，第一驱动器U1输出高电平驱动第一IGBT开关K1导通；同时MCU通过L2控制信号控制第四驱动器U4开始工作，第四驱动器U4输出高电平驱动第四IGBT开关K4导通；这样，放电电路开始工作，对心脏放电一段时间t1(1～20ms)；此时，因为第一二极管D1反向截止，第一电容C1持续为第一驱动器U1提供电源；当第一驱动器U1工作时间t1后，MCU通过H1控制信号关闭第一驱动器U1，从而驱动第一IGBT开关K1断开，同时，MCU通过L2控制信号关闭第四驱动器U4，从而驱动第四IGBT开关K4断开，结束第一放电电路的放电。

第二驱动电路的具体电路为：

第二驱动器U2为隔离驱动器(型号可采用1ED3121MU12HXUMA1)，包括隔离前端和隔离后端。第二驱动器U2的输入端(IN)与MCU的H2控制信号端(第四控制信号端)连接，第二驱动器U2的输出端(OUT)与第二IGBT开关K2的栅极连接，第二驱动器U2的隔离前端的电源端(VDD)与电源(15V)连接，第二驱动器U2的隔离前端的第一接地端GND接地，第二驱动器U2的隔离后端的电源端(VCC)与第二电容C2的一端连接，第二驱动器U2的隔离后端的第二接地端GND2和第二电容C2的另一端并联后接第二浮地GND-F2。

第三驱动器U3的输入端(IN)与MCU的L1控制信号端连接，第三驱动器U3的输出端(OUT)与第三IGBT开关K3的栅极连接，第三驱动器U3的电源端(VDD)与电源(15V)连接，第三驱动器U3的接地端GND接地；第三IGBT开关K3的发射极接地。

本实施例中，第二驱动电路的工作原理为：

当第一驱动电路断开后，第二驱动电路开始工作(也可以在第一驱动电路断开时间t2后，第二驱动电路开始工作，t2为0.5～1.0ms；也可使第二驱动电路先工作，待第二驱动电路断开后使第一驱动电路工作)：MCU通过H2控制信号控制第二驱动器U2开始工作，第二驱动器U2输出高电平驱动第二IGBT开关K2导通；同时MCU通过L1控制信号控制第三驱动器U3开始工作，第三驱动器U3输出高电平驱动第三IGBT开关K3导通；这样，放电电路开始工作，对心脏放电一段时间t3(1～20ms)；此时，因为第二二极管D2反向截止，第二电容C2持续为第二驱动器U2提供电源；当第二驱动器U2工作时间t3后，MCU通过H2控制信号关闭第二驱动器U2，从而驱动第二IGBT开关K2断开，同时，MCU通过L1控制信号关闭第三驱动器U3，从而驱动第三IGBT开关K3断开，结束第二放电电路的放电。

本实施例中，MCU的第二输出端包括第三控制信号端和第四控制信号端。

本实施例中，放电电路包括第一放电电路和第二放电电路，用于对心脏放电。

第一放电电路的具体电路为：

第一IGBT开关K1的栅极与第一驱动器U1的输出端连接，第一IGBT开关K1的集电极与第三电容C3(高压电容)的一端连接，第一IGBT开关K1的发射极与第三电阻R3的一端连接；第三电容C3的另一端接地；

第四IGBT开关K4的栅极与第四驱动器U4的输出端连接，第四IGBT开关K4的集电极与第三电阻R3的另一端连接，第四IGBT开关K4的发射极接地；

当第三电容C3(参数为容值100uF/耐压2500V)电压达到一定数量，比如2000V的情况下，表明它已经存储了200J的能量，这些能量可以用于对人体心脏除颤放电；则当第一IGBT开关K1和第四IGBT开关K4导通后，第三电容C3上的能量通过第三电阻R3释放，从而应用于心脏除颤；当第一放电电路工作t1时间后，第一IGBT开关K1和第四IGBT开关K4断开。

第二放电电路的具体电路为：

第二IGBT开关K2的栅极与第二驱动器U2的输出端连接，第二IGBT开关K2的集电极与第三电容C3的一端连接，第二IGBT开关K2的发射极与第三电阻R3另一端连接；

第三IGBT开关K3的栅极与第三驱动器U3的输出端连接，第三IGBT开关K3的集电极与第三电阻R3的一端连接，第三IGBT开关K3的发射极接地；

当第二IGBT开关K2和第三IGBT开关K3导通后，第三电容C3上的能量通过第三电阻R3释放，从而应用于心脏除颤；当第二放电电路工作t3时间后，第二IGBT开关K2和第三IGBT开关K3断开。

本实用新型通过4个IGBT(电子开关)构成开关电路，控制第三电容C3的放电时序。同时集成自举电路，为H桥高边驱动电路提供电源，减少器件数量，从而节约了成本，提高了可靠性，还减小了体积。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于H桥的心脏除颤放电电路，H桥包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关，其特征在于，包括自举电路、驱动电路和放电电路；

自举电路的输入端和MCU的第一输出端连接，自举电路的输出端和驱动电路的电源端连接，驱动电路的输入端和MCU的第二输出端连接，驱动电路的输出端和放电电路的开关端连接，放电电路的输出端与负载连接。

2.如权利要求1所述的一种基于H桥的心脏除颤放电电路，其特征在于，所述自举电路包括第一自举电路和第二自举电路；驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路；放电电路包括第一放电电路和第二放电电路。

3.如权利要求2所述的一种基于H桥的心脏除颤放电电路，其特征在于，所述第一自举电路包括：

15V电源与第一电阻的一端连接；第一电阻的另一端与第一二极管的正极连接；第一二极管的负极与第一电容的一端连接；第一电容的另一端与第三IGBT开关的集电极连接；

第三驱动器U3的输入端与MCU的第一控制信号端连接，第三驱动器U3的输出端与第三IGBT开关的栅极连接，第三驱动器U3的电源端与15V电源连接，第三驱动器U3的接地端接地；第三IGBT开关的发射极接地。

4.如权利要求2所述的一种基于H桥的心脏除颤放电电路，其特征在于，所述第二自举电路包括：

15V电源与第二电阻的一端连接；第二电阻的另一端与第二二极管的正极连接；第二二极管的负极与第二电容的一端连接；第二电容的另一端与第四IGBT开关的集电极连接；

第四驱动器U4的输入端与MCU的第二控制信号端连接，第四驱动器U4的输出端与第四IGBT开关的栅极连接，第四驱动器U4的电源端与15V电源连接，第四驱动器U4的接地端接地。

5.如权利要求2所述的一种基于H桥的心脏除颤放电电路，其特征在于，所述第一驱动电路包括第一驱动器U1、第四驱动器U4：

第一驱动器U1的输入端与MCU的第三控制信号端连接，第一驱动器U1的输出端与第一IGBT开关的栅极连接，第一驱动器U1隔离前端的电源端与15V电源连接，第一驱动器U1隔离前端的第一接地端接地，第一驱动器U1隔离后端的电源端与第一电容的一端连接，第一驱动器U1隔离后端的第二接地端与第一电容的另一端并联后接地；

第四驱动器U4的输入端与MCU的第二控制信号端连接，第四驱动器U4的输出端与第四IGBT开关的栅极连接，第四驱动器U4的电源端与15V电源连接，第四驱动器U4的接地端接地。

6.如权利要求2所述的一种基于H桥的心脏除颤放电电路，其特征在于，所述第二驱动电路包括第二驱动器U2、第三驱动器U3：

第二驱动器U2的输入端与MCU的第四控制信号端连接，第二驱动器U2的输出端与第二IGBT开关的栅极连接，第二驱动器U2隔离前端的电源端与15V电源连接，第二驱动器U2隔离前端的第一接地端接地，第二驱动器U2隔离后端的电源端与第二电容的一端连接，第二驱动器U2隔离后端的第二接地端与第二电容的另一端并联后接地；

第三驱动器U3的输入端与MCU的第一控制信号端连接，第三驱动器U3的输出端与第三IGBT开关的栅极连接，第三驱动器U3的电源端与15V电源连接，第三驱动器U3的接地端接地；第三IGBT开关的发射极接地。

7.如权利要求2所述的一种基于H桥的心脏除颤放电电路，其特征在于，所述第一放电电路的具体电路为：

第一IGBT开关的栅极与第一驱动器U1的输出端连接，第一IGBT开关的集电极与第三电容的一端连接，第一IGBT开关的发射极与第三电阻的一端连接；第三电容的另一端接地；

第四IGBT开关的栅极与第四驱动器U4的输出端连接，第四IGBT开关的集电极与第三电阻的另一端连接，第四IGBT开关的发射极接地。

8.如权利要求2所述的一种基于H桥的心脏除颤放电电路，其特征在于，所述第二放电电路的具体电路为：

第二IGBT开关的栅极与第二驱动器U2的输出端连接，第二IGBT开关的集电极与第三电容的一端连接，第二IGBT开关的发射极与第三电阻另一端连接；

第三IGBT开关的栅极与第三驱动器U3的输出端连接，第三IGBT开关的集电极与第三电阻的一端连接，第三IGBT开关的发射极接地。

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