CN217904088U - 一体化工作站的电源系统及一体化工作站 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一体化工作站的电源系统及一体化工作站，属于医疗领域。该电源系统包括：电源控制电路、时序电源、至少一个机架插排和至少一个开关电源。电源控制电路的输出端与时序电源的控制端连接，电源控制电路用于控制时序电源一键开启或一键关闭；时序电源的输入端与外接电源连接，时序电源的多个输出端分别与至少一个机架插排的输入端和至少一个开关电源的输入端连接，时序电源用于按照顺序依次对多个输出端进行上电或下电；至少一个机架插排的输出端和至少一个开关电源的输出端用于与数字化手术室内的用电设备连接，以为用电设备提供电源。本申请使一体化工作站内走线方便，利于使用，并可减小电网冲击，保护设备安全。

Description

一体化工作站的电源系统及一体化工作站

技术领域

本申请涉及医疗技术领域，特别涉及一体化工作站的电源系统及一体化工作站。

背景技术

在医疗行业中，数字化手术室中通常配置有一体化工作站，该一体化工作站可以与数字化手术室中的手术设备连接。在该一体化工作站集成有显示屏的情况下，医生可以通过操作显示屏来控制该一体化工作站所连接的手术设备。而且，该一体化工作站还可以与交换机、音视频采集设备等连接,在音视频采集设备采集到音视频信号后，一体化工作站能够对音视频信号进行处理，并将处理后的音视频信号传输给数字化手术室外的其他设备。同时，一体化工作站还可以向数字化手术室内的术野摄像机、全景摄像机、显示屏等设备供电。

相关技术中，一体化工作站通过机架插排、插座等与数字化手术室内的设备直接相连来向这些设备供电，而且，每台设备均配置有适配器或220V高压电源线。然而，上述方法会造成一体化工作站内走线困难、凌乱，不便于使用；并且，所有设备同时上电，对电网产生较大冲击，不利于电网安全和设备安全。

实用新型内容

为了解决相关技术中一体化工作站内走线困难、凌乱，不便于使用的问题，并且减小电网冲击，保护设备安全，本申请提供了一种一体化工作站的电源系统及一体化工作站。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种一体化工作站的电源系统，所述电源系统包括：电源控制电路、时序电源、至少一个机架插排和至少一个开关电源；

所述电源控制电路的输出端与所述时序电源的控制端连接，所述电源控制电路用于控制所述时序电源一键开启或一键关闭；

所述时序电源的输入端与外接电源连接，所述时序电源的多个输出端分别与所述至少一个机架插排的输入端和所述至少一个开关电源的输入端连接，所述时序电源用于按照顺序依次对所述多个输出端进行上电或下电；

所述至少一个机架插排的输出端和所述至少一个开关电源的输出端用于与数字化手术室内的用电设备连接，以为所述用电设备提供电源。

可选地，所述电源控制电路包括按键电路和控制电路；

所述按键电路的输入端与第一控制电源连接，所述按键电路的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与所述时序电源的控制端连接，所述控制电路用于在所述按键电路的控制下，向所述时序电源输出开启信号或者关闭信号，所述开启信号用于控制所述时序电源一键开启，所述关闭信号用于控制所述时序电源一键关闭。

可选地，所述控制电路包括触发器、驱动电路和继电器，所述驱动电路用于驱动所述继电器；

所述触发器的输入端与所述按键电路的输出端连接，所述触发器的接地端接地，所述触发器的控制端与第二控制电源连接，所述触发器的输出端与所述驱动电路的输入端连接；

所述驱动电路的控制端与第三控制电源连接，所述驱动电路的输出端与所述继电器的输入端连接，所述继电器的输出端与所述时序电源的控制端连接。

可选地，所述控制电路还包括电容抑制电路；所述电容抑制电路并联在所述驱动电路的输入端与输出端之间。

可选地，所述控制电路还包括下拉电路；所述下拉电路的输入端与所述触发器的接地端连接，所述下拉电路的输出端接地。

可选地，所述按键电路包括限流电路和控制按键；

所述限流电路的输入端与所述第一控制电源连接，所述限流电路的输出端与所述控制按键的一端连接，所述控制按键的另一端与所述控制电路的输入端连接。

可选地，所述控制按键的两端还用于连接所述一体化工作站的电脑主机。

可选地，所述电源控制电路还包括防抖电路；

所述防抖电路串联在所述按键电路与所述控制电路之间，所述防抖电路用于对所述按键电路的抖动进行抑制。

可选地，所述第一控制电源的电压低于所述外接电源的电压。

另一方面，提供了一种一体化工作站，所述一体化工作站包括上述所述的电源系统。

本申请提供的技术方案的有益效果是：

本申请实施例提供的一体化工作站的电源系统实现了数字化手术室整体的一键开关机功能，便于用户使用，而且，数字化手术室内的所有用电设备均通过该电源系统进行供电，不直接接触电网，这样，当电网波动时，该电源系统中的时序电源和开关电源还可以起到缓冲作用，保护这些用电设备的安全。另外，通过电源控制电路控制时序电源的启动与关闭，再通过开关电源向系统内的其他设备集中供电，避免和减少了一体化工作站内部走线困难、凌乱的问题；并且，时序电源还可以控制数字化手术室内的用电设备时序上电，可以减少对电网的冲击、保护设备安全。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种一体化工作站的电源系统结构图；

图2是本申请实施例提供的另一种一体化工作站的电源系统的结构图；

图3是本申请实施例提供的又一种一体化工作站的电源系统的结构图；

图4是本申请实施例提供的一种电源控制电路的电路图；

图5是本申请实施例提供的另一种电源控制电路的电路图；

图6是本申请实施例提供的又一种电源控制电路的电路图；

图7是本申请实施例提供的再一种电源控制电路的电路图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，本申请实施例提供了一种一体化工作站的电源系统，该电源系统包括：电源控制电路1、时序电源2、至少一个机架插排3和至少一个开关电源4。电源控制电路1的输出端与时序电源2的控制端连接，电源控制电路1用于控制时序电源2一键开启或一键关闭。时序电源2的输入端与外接电源连接，时序电源2的多个输出端分别与至少一个机架插排3的输入端和至少一个开关电源4的输入端连接，时序电源2用于按照顺序依次对自身的多个输出端进行上电或下电。该至少一个机架插排3的输出端和至少一个开关电源4的输出端用于与数字化手术室内的用电设备连接，以为用电设备提供电源。

电源控制电路1的输出端连接时序电源2的控制端，电源控制电路1通过其输出的控制信号来控制时序电源2一键开启或一键关闭。时序电源2在接收到电源控制电路1输出的控制信号后，按照顺序依次对自身的多个输出端进行上电或者下电。而且，时序电源2的多个输出端可分别与至少一个机架插排3的输入端和至少一个开关电源4的输入端连接，该至少一个机架插排3和该至少一个开关电源4用于为数字化手术室内的用电设备供电。这样，就可以实现数字化手术室整体系统的时序上下电，而不是所有用电设备同时上下电，减小了电网冲击，保护设备安全。同时，时序电源2还具有短路保护、抗浪涌冲击等功能，通过在一体化工作站的电源系统中增加时序电源2，还可以提高该电源系统的鲁棒性。

电源控制电路1向时序电源2输出的控制信号包括开启信号和关闭信号。在时序电源2接收到电源控制电路1输出的开启信号时，可以进行一键开启，之后，按照顺序依次对自身的多个输出端进行上电。在时序电源2接收到电源控制电路1输出的关闭信号时，可以进行一键关闭，之后，按照顺序依次对自身的多个输出端进行下电。

时序电源2的多个输出端的上下电间隔可以事先设置，比如，相邻两个输出端的上下电间隔为1秒，当然，还可以为其他的数值。而且，上电间隔和下电间隔可以相同，也可以不同。

机架插排3的输出端可以与交换机、串口服务器等一体化工作站的内部设备连接，机架插排3的输出端还可以与数字化手术室的显示器、全景摄像机、术野摄像机等一体化工作站的外部设备连接，以为数字化手术室内的用电设备提供电源。

时序电源2所连接的外接电源可以为市电，比如220V的电源。在时序电源2的各个输出端上电之后，各个输出端均能够接通外接电源。时序电源2所连接的至少一个开关电源4的电压低于外接电源的电压，开关电源4可以分为12V开关电源、5V开关电源以及其他特定需求电压的开关电源。图1中以12V开关电源和5V开关电源为例，对该至少一个开关电源4进行示意性表示。在一些实施例中，可以将时序电源2所提供的电源称为强电，也即是，将外接电源称为强电，将开关电源4所提供的电源称为弱电。

12V开关电源与一体化工作站内的12V用电设备连接，如HDMI(High DefinitionMultimedia Interface，高清多媒体接口)编码器、HUB(多端口转发器)、转换器等设备。12V开关电源最大可以承载12V80A即一共1000瓦的用电设备。5V开关电源与一体化工作站内的5V用电设备连接，如HDMI分配器、压缩器、转换器等设备。5V开关电源最大可承载5V10A即一共50瓦的用电设备。开关电源4也同时具有短路保护以及过流检测抗浪涌等功能。

请参考图2，该电源控制电路1包括按键电路11和控制电路12。按键电路11的输入端与第一控制电源连接，按键电路11的输出端与控制电路12的输入端连接，控制电路12的输出端与时序电源2的控制端连接，控制电路12用于在按键电路11的控制下，向时序电源2输出开启信号或者关闭信号，开启信号用于控制时序电源2一键开启，关闭信号用于控制时序电源2一键关闭。

由于按键电路11的输入端与第一控制电源相连，按键电路11的输出端与控制电路12的输入端相连，所以在按键电路11中的按键被按下后，按键电路11导通，进而控制电路12导通。又由于控制电路12的输出端与时序电源2的控制端连接，所以，在控制电路12导通之后，控制电路12向时序电源2输出控制信号来控制时序电源2一键开启或一键关闭。在时序电源2接收到控制电路12输出的开启信号时，可以进行一键开启；在时序电源2接收到控制电路12输出的关闭信号时，可以进行一键关闭。

请参考图3，该按键电路11包括限流电路111和控制按键112。限流电路111的输入端与第一控制电源连接，限流电路111的输出端与控制按键112的一端连接，控制按键112的另一端与控制电路12的输入端连接。

可选地，如图3所示，限流电路111可以仅由一个单独的电阻R1构成，也可以由多个电阻串联或并联构成。其中，电阻R1的值可以为1KΩ(千欧姆)，也可以取其他值，本申请实施例对此不做限定。控制按键112是一个自复按键K1，即在控制按键112按下时可以自动复位。初始状态时，控制按键112断开，用户按下控制按键112使得按键电路11导通，进而控制电路12导通，控制电路12向时序电源2输出开启信号来控制时序电源2一键开启。用户再次按下控制按键112时，按键电路11断开，进而控制电路12断开，控制电路12向时序电源2输出关闭信号来控制时序电源2一键关闭。

该第一控制电源的电压低于外接电源的电压。而且，基于上文描述，外接电源为强电。此时，将第一控制电源可以称为弱电。由于用户通过控制按键112直接接触的是第一控制电源，为弱电。这样，避免了用户直接接触强电，大大提升了安全性。

控制按键112的两端还用于连接一体化工作站的电脑主机。一体化工作站内包含有显示屏和操作界面，需要通过操作界面来控制手术设备。因此，在一体化工作站内还设有电脑主机，在控制按键112还连接一体化工作站内的电脑主机的情况下，在触发数字化手术室内用电设备上电的同时，可以触发电脑主机的开机，进而实现数字化手术室整体的一键开关机。

请参考图4，该控制电路12包括触发器121、驱动电路122和继电器123，驱动电路122用于驱动继电器123。触发器121的输入端与按键电路11的输出端连接，触发器121的接地端接地，触发器121的控制端与第二控制电源连接，触发器121的输出端与驱动电路122的输入端连接。驱动电路122的控制端与第三控制电源连接，驱动电路122的输出端与继电器123的输入端连接，继电器123的输出端与时序电源2的控制端连接。

其中，上述第一控制电源、第二控制电源与第三控制电源的电压可以相同，也可以不相同，本申请实施例对此不做限定。

触发器121可以为T触发器，根据按键电路11的输出信号的取值不同，触发器121具有保持和翻转功能，在按键电路11的输出为高电位时，触发器121的输出也为高电位。其中，如图4所示，触发器121的端口A为该触发器的输入端，触发器121的端口GND为该触发器的接地端，触发器121的端口VCC为该触发器的控制端，触发器121的端口Y为该触发器的输出端。

驱动电路122的电路结构可以为多种，接下来以该驱动电路122包括一个MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)晶体管为例进行介绍，而且，这里以NMOS晶体管为例来说明。NMOS晶体管的栅极为驱动电路122的输入端，与触发器121的输出端连接；漏极为驱动电路122的控制端，与第三控制电源连接；源极为驱动电路122的输出端，与继电器123的输入端连接。在NMOS晶体管中，栅极与源极之间的电压大于电压阈值时，NMOS晶体管导通，该电压阈值是指能够导通NMOS晶体管的电压；栅极与源极之间的电压小于该电压阈值时，NMOS晶体管断开。因此，当触发器121的输出为高电位时，即驱动电路122的输入为高电位，此时栅极与源极之间的电压大于电压阈值，该驱动电路122导通。

驱动电路122用于驱动继电器123，继电器123是一种电子控制器件，只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。如此吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。该继电器123的线圈的一端可以作为一个输入端与驱动电路122的输出端连接，驱动电路122导通时，该输入端为高电位；该继电器123的线圈的另一端可以作为另一输入端接地，为低电位，线圈两端产生电位差，即有一定的电压，继电器123导通。驱动电路122断开时，继电器123的线圈两端无电位差，即没有电压，则继电器123断开。这样，可以控制整个电源控制电路1的导通或断开，从而向时序电源2输出开启信号或关闭信号，进而控制时序电源2的一键开启或一键关闭。

可选地，该继电器123的线圈的另一端不仅可以直接接地，还可以与下拉电阻连接。也即是，该继电器123的线圈的另一端可以与一个下拉电阻的一端连接，该下拉电阻的另一端接地，本申请实施例对此不做限定。

请参考图5，该控制电路12还包括电容抑制电路124，电容抑制电路124并联在驱动电路122的输入端与输出端之间。

MOS晶体管在使用过程中会产生米勒效应，这里仍以NMOS晶体管为例来说明。NMOS晶体管导通前，漏极电压大于栅极电压，NMOS晶体管的漏极与源极之间的寄生电容，记作Cgd(即米勒电容)，其储存的电量需要在NMOS晶体管导通时注入栅极与其中的电荷中和，因此，NMOS晶体管完全导通后栅极电压大于漏极电压。NMOS晶体管的栅极驱动过程，可以理解为驱动源对NMOS晶体管的输入电容的充放电过程，其中，该输入电容主要是栅极与源极之间的电容，记作Cgs；当栅极与源极之间的电压达到电压阈值之后，NMOS晶体管就会进入导通状态；当NMOS晶体管导通后，漏极和源极之间的电压开始下降，通过漏极的电流开始上升，此时NMOS晶体管进入饱和区。但是由于米勒效应，栅极与源极之间的电压会持续一段时间不再上升，此时通过漏极的电流已经达到最大，而漏极和源极之间的电压还在继续下降，直到米勒电容充满电，栅极与源极之间的电压又上升到驱动电压的值，此时漏极和源极之间的电压彻底降下来，NMOS晶体管导通结束。

米勒效应会严重增加NMOS晶体管的导通损耗，即NMOS晶体管不能很快的进入导通或断开状态。米勒电容阻止了栅极与源极之间的电压的上升，从而也就阻止了漏极和源极之间的电压的下降，这样就会使损耗的时间加长。因此，在栅极与源极之间添加电容可以消除米勒效应。

电容抑制电路124的结构可以包括多种，图5所示的电容抑制电路仅为一种示例，该电容抑制电路124可以并联在驱动电路122的输入端与输出端之间以减小导通损耗。也即是，电容C1的一端与驱动电路122的输入端连接，电容C1的另一端与电容C2的一端连接后接地，电容C2的另一端与驱动电路122的输出端连接。其中，电容C1、C2的值可以为0.1μF(微法)，也可以取其他值，本申请实施例对此不做限定。

请参考图6，该控制电路12还包括下拉电路125，下拉电路125的输入端与触发器121的接地端连接，下拉电路125的输出端接地。

该下拉电路125与上述限流电路111的设置相似，可以仅由一个单独的电阻R2构成，也可以由多个电阻串联或并联构成。其中，电阻R2的值可以为1KΩ，也可以取其他值，本申请实施例对此不做限定。

请参考图7，电源控制电路1还包括防抖电路13。防抖电路13串联在按键电路11与控制电路12之间，防抖电路13用于对按键电路11的抖动进行抑制。

由于按键开关的机械式设计，在实际应用中，无法完全确保按键按下时电路立即导通，按键断开时，电路立即断开。按键在按下和断开的过程中可能会出现状态的变化，这种现象通常称之为抖动。

如图7所示，该防抖电路13可以包括一个电容C3、一个电阻R3，以及一个瞬态抑制二极管D1，该电容C3、电阻R3和瞬态抑制二极管D1并联。控制按键112按下，电源控制电路1导通，此时电容C3进行充电，由于二极管的单向导电性，在电路导通时，该瞬态抑制二极管D1不发挥作用；按键电路11发生抖动时，电容C3和该瞬态抑制二极管D1进行放电，使控制按键112与控制电路2相连的端口仍然维持在高电位，以保持电路导通；控制按键112断开时，由于电阻R3的存在，可以使控制按键112与控制电路2相连的端口快速下降到低电位，电源控制电路1快速断开，以抑制按键电路11的抖动。其中，电阻R3的值可以为1KΩ，电容C3的值可以为0.1μF，也可以取其他值，本申请实施例对此不做限定。

综上所述，本申请实施例提供的一体化工作站的电源系统实现了数字化手术室整体的一键开关机功能，便于用户使用，而且，数字化手术室内的所有用电设备均通过该电源系统进行供电，不直接接触电网，这样，当电网波动时，该电源系统中的时序电源和开关电源还可以起到缓冲作用，保护这些用电设备的安全。另外，通过电源控制电路控制时序电源的启动与关闭，再通过开关电源向系统内的其他设备集中供电，避免和减少了一体化工作站内部走线困难、凌乱的问题；并且，时序电源还可以控制数字化手术室内的用电设备时序上电，可以减少对电网的冲击、保护设备安全。

应当理解的是，本文提及的“至少一个”是指一个或多个，“多个”是指两个或两个以上。在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体化工作站的电源系统，其特征在于，所述电源系统包括：电源控制电路、时序电源、至少一个机架插排和至少一个开关电源；

所述电源控制电路的输出端与所述时序电源的控制端连接，所述电源控制电路用于控制所述时序电源一键开启或一键关闭；

所述时序电源的输入端与外接电源连接，所述时序电源的多个输出端分别与所述至少一个机架插排的输入端和所述至少一个开关电源的输入端连接，所述时序电源用于按照顺序依次对所述多个输出端进行上电或下电；

所述至少一个机架插排的输出端和所述至少一个开关电源的输出端用于与数字化手术室内的用电设备连接，以为所述用电设备提供电源。

2.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述电源控制电路包括按键电路和控制电路；

所述按键电路的输入端与第一控制电源连接，所述按键电路的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与所述时序电源的控制端连接，所述控制电路用于在所述按键电路的控制下，向所述时序电源输出开启信号或者关闭信号，所述开启信号用于控制所述时序电源一键开启，所述关闭信号用于控制所述时序电源一键关闭。

3.如权利要求2所述的电源系统，其特征在于，所述控制电路包括触发器、驱动电路和继电器，所述驱动电路用于驱动所述继电器；

所述触发器的输入端与所述按键电路的输出端连接，所述触发器的接地端接地，所述触发器的控制端与第二控制电源连接，所述触发器的输出端与所述驱动电路的输入端连接；

所述驱动电路的控制端与第三控制电源连接，所述驱动电路的输出端与所述继电器的输入端连接，所述继电器的输出端与所述时序电源的控制端连接。

4.如权利要求3所述的电源系统，其特征在于，所述控制电路还包括电容抑制电路；所述电容抑制电路并联在所述驱动电路的输入端与输出端之间。

5.如权利要求3所述的电源系统，其特征在于，所述控制电路还包括下拉电路；所述下拉电路的输入端与所述触发器的接地端连接，所述下拉电路的输出端接地。

6.如权利要求2所述的电源系统，其特征在于，所述按键电路包括限流电路和控制按键；

所述限流电路的输入端与所述第一控制电源连接，所述限流电路的输出端与所述控制按键的一端连接，所述控制按键的另一端与所述控制电路的输入端连接。

7.如权利要求6所述的电源系统，其特征在于，所述控制按键的两端还用于连接所述一体化工作站的电脑主机。

8.如权利要求2-7任一所述的电源系统，其特征在于，所述电源控制电路还包括防抖电路；

所述防抖电路串联在所述按键电路与所述控制电路之间，所述防抖电路用于对所述按键电路的抖动进行抑制。

9.如权利要求2所述的电源系统，其特征在于，所述第一控制电源的电压低于所述外接电源的电压。

10.一种一体化工作站，其特征在于，所述一体化工作站包括如权利要求1-9任一所述的电源系统。

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