CN218603192U - 一种用于aed的充电、放电及其保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于AED的充电、放电及其保护电路，涉及电子控制领域。所述用于AED的充电、放电及其保护电路，包括高频变压器、PWM控制电路、第一电容、全桥放电控制电路、第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路以及第四保护电路，所述第一电容还与所述全桥放电控制电路的输入端连接，在所述全桥放电控制电路的四个控制端和外部单片机之间分别连接所述第一保护电路、所述第二保护电路、所述第三保护电路以及所述第四保护电路，所述第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路以及第四保护电路的输入端均与外部单片机连接。本实用新型解决了在放电过程中因瞬间电流较大而导致外部单片机损坏的问题。

Description

一种用于AED的充电、放电及其保护电路

技术领域

本实用新型涉及医疗器械的除颤领域，具体是一种用于AED的充电、放电及其保护电路。

背景技术

心血管疾病患者致死的主要原因是心源性猝死，心源性猝死80％以上是由心室纤颤(简称室颤)等恶性心律失常引起的，占心血管病患者死亡总数的一半以上。能够进行电击除颤的仪器称为除颤仪，除颤仪是目前唯一能够进行有效的早期电除颤的医疗仪器，它能够产生高压脉冲作用于心脏从而终止心室纤颤，使心脏恢复正常节律。放电过程是电击除颤的重要步骤，由外部单片机发出控制信号，驱动控制开关的导通来完成放电过程，驱动但放电过程中因瞬间电流较大，容易对外部单片机造成损坏，导致除颤仪寿命缩短。

实用新型内容

本实用新型旨在至少部分解决上述技术问题，提供一种用于AED的充电、放电及其保护电路。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于AED的充电、放电及其保护电路，包括高频变压器、PWM 控制电路、第一电容、全桥放电控制电路、第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路以及第四保护电路，其中，高频变压器的第一初级绕组连接至外部电源，PWM控制电路的输出端连接至所述高频变压器的第二初级绕组，高频变压器的次级绕组连接至所述第一电容，第一电容的一端连接至PWM控制电路，第一电容还与全桥放电控制电路的输入端连接，第一保护电路的输出端、第二保护电路的输出端、第三保护电路的输出端以及第四保护电路的输出端分别连接至全桥放电控制电路的第一控制端、全桥放电控制电路的第二控制端，全桥放电控制电路的第三控制端，以及全桥放电控制电路的第四控制端，第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路以及第四保护电路的输入端均与外部单片机连接。

进一步的，第一保护电路包括晶体管、反相器光耦以及门级电路，其中，门级电路的输入端与外部单片机连接，门级电路的输出端连接至晶体管的基极，晶体管的发射极连接至光耦反相器的第二端，晶体管的集电极连接至11V电源，光耦反相器的第六端连接至全桥放电控制电路。进一步的，晶体管为达林顿晶体管。

进一步的，第二保护电路、所述第三保护电路以及所述第三保护电路与所述第一保护电路相同。

进一步的，反相器光耦采用TLP250H(F)栅极驱动IGBT调节器。

进一步的，PWM控制电路包括电流型控制芯片、MOSE管、光耦以及电压基准芯片；其中，MOSE管的栅极经第二电阻连接至所述电流型控制芯片的输出端，MOSE管的漏极连接至所述高频变压器的第二初级绕组，所述第三电阻和第四电阻的连接端连接至所述电流型控制芯片的电流传感端，电流型控制芯片的内部误差放大器的输出端连接至光耦的第一端，光耦的第三端与电压基准芯片的输出端连接，电压基准芯片的输入端经第八电阻连接至第一电容，光耦的第四端经第九电阻连接至第一电容。

进一步的，MOSE管的栅极还经第三电阻和第四电阻连接至MOSE管的源极，第三电阻和第四电阻的连接端还经第四电容接地，MOSE管的源极经第七电阻接地，电流型控制芯片的基准电压输出端经串联的第一电阻和第二电容后接地，电流型控制芯片的基准电压输出端还经第三电容接地，第一电阻和第二电容的连接端连接至电流型控制芯片的时钟端。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过在全桥放电控制电路的第一控制端与外部单片机之间连接第一保护电路，在全桥放电控制电路的第二控制端与外部单片机之间连接第二保护电路，在全桥放电控制电路的第三控制端与外部单片机之间连接第三保护电路，在全桥放电控制电路的第四控制端与外部单片机之间连接第四保护电路，起到了隔离和保护的作用，解决了在放电过程中因瞬间电流较大而导致外部单片机损坏的问题，使电路更加安全。

附图说明

图1为本实用新型的用于AED的充电、放电及其保护电路的原理图；

图2为本实用新型的用于AED的充电、放电及其保护电路的充电电路连接图；

图3为本实用新型的用于AED的充电、放电及其保护电路的放电电路连接图；

图4为本实用新型的用于AED的充电、放电及其保护电路的第一保护电路和第二保护电路连接图；

图5为本实用新型的用于AED的充电、放电及其保护电路的第三保护电路和第四保护电路连接图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种用于AED的充电、放电及其保护电路，包括高频变压器、PWM控制电路、第一电容、全桥放电控制电路、第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路以及第四保护电路，其中，高频变压器的第一初级绕组连接至外部电源，PWM控制电路的输出端连接至所述高频变压器的第二初级绕组，高频变压器的次级绕组连接至第一电容，第一电容的一端连接至所述PWM控制电路，第一电容还与所述全桥放电控制电路的输入端连接，第一保护电路的输出端、第二保护电路的输出端、第三保护电路的输出端以及第三保护电路的输出端分别连接至全桥放电控制电路的第一控制端、全桥放电控制电路的第二控制端，全桥放电控制电路的第三控制端，以及全桥放电控制电路的第四控制端，第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路以及第四保护电路的输入端均与外部单片机连接。

进一步的，如图1和图3所示，全桥放电控制电路由两组控制开关Q0 和Q1构成，通过脉冲控制Q0、Q1的导通和截止从而实现双相波放电。要将除颤负载连接到第一电容上，控制开关需要具有很高的额定电压、额定电流，以及很高的灵敏度，使用普通的三极管或者场效应管无法承受放电时的电压和电流。考虑到以上因素，本发明实例采用IGBT作为全桥放电控制电路的控制开关。IGBT是将一个MOSFET与一个晶体管结合制成的，该管兼具了MOSFET和晶体管两者的优点，拥有极低的导通阻抗和较快的开关速度，并且能够承受很大的工作电压和电流。

进一步的，如图1和图3所示，第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路以及第四保护电路的输入端用于接收外部的TTL控制信号，并转换为驱动信号输送至全桥放电控制电路，进而驱动全桥放电控制电路的导通。

进一步的，如图2所示，所述高频变压器为隔离变压器，匝数比为 1:200。

本实用新型一实施例中，第一保护电路包括晶体管Q1、反相器光耦 U13以及门级电路U1，其中，门级电路U1的输入端与外部单片机连接，所述门级电路U1的输出端连接至晶体管Q1的基极，晶体管Q1的发射极连接至光耦反相器U13的第二端，晶体管的集电极连接至11V电源光耦反相器U13的第六端连接至所述全桥放电控制电路。

进一步的，如图4所示，门级电路U1包括两个与非门和一个或非门，通过门级电路U1将来自外部的TTL控制信号转换为电压范围更宽的 CMOS信号，增加驱动能力的同时起到一定信号隔离的作用。其中，与非门将外部TTL控制信号转换为电平极性相反的CMOS信号，多个CMOS 信号通过第二级或非门进行逻辑整合后输出至晶体管Q1的基极，提高了系统控制的稳定性。

本实用新型一实施例中，如图4所示，晶体管Q1为达林顿晶体管。达林顿晶体管由两个三极管按照电流流向复合的接在一起，相比普通的三极管的好处是放大倍数高，具体放大倍数等于两个三极管的放大倍数乘积，常用于进行功率放大。晶体管Q1的作用是将来自门级电路的控制信号进行放大处理，并传输至全桥放电控制电路。

本实用新型一实施例中，如图4和5所示，第二保护电路、第三保护电路以及第三保护电路与第一保护电路相同。其中，第二保护电路包括晶体管Q2、反相器光耦U14以及门级电路U2；第三保护电路包括晶体管 Q3、反相器光耦U15以及门级电路U3，第四保护电路包括晶体管Q4、反相器光耦U16以及门级电路U4。

本实用新型一实施例中，反相器光耦U13采用TLP250H(F)栅极驱动 IGBT调节器，是一种大功率MOSFET栅极驱动。

本实用新型一实施例中，如图1和图2所示，PWM控制电路包括电流型控制芯片U18、MOSE管Q17、光耦U17以及电压基准芯片Z2；其中，所述MOSE管Q17的栅极经第二电阻R59连接至所述电流型控制芯片U18的输出端，MOSE管Q17的栅极还经第三电阻R60和第四电阻R61连接至MOSE管Q17的源极，MOSE管Q17的漏极连接至高频变压器的第二初级绕组，第三电阻和第四电阻的连接端连接至电流型控制芯片的电流传感端，第三电阻R60和第四电阻R61的连接端还经第四电容C54接地，MOSE管Q17的源极经第七电阻R64接地，电流型控制芯片U18的基准电压输出端经串联的第一电阻R58和第二电容C52后接地，电流型控制芯片的基准电压输出端还经第三电容C53接地，第一电阻R58和第二电容C52的连接端连接至所述电流型控制芯片U18的时钟端，电流型控制芯片U18的内部误差放大器的输出端连接至光耦U17的第一端，光耦的第三端与电压基准芯片U18的输出端连接，电压基准芯片U18的输入端经第八电阻R65连接至第一电容C0，光耦U17的第四端经第九电阻 R66连接至第一电容C0。

进一步的，高频变压器初级绕组导通时次级绕组处于截止状态，初级绕组截止时次级绕组处于导通状态，电流型控制芯片U18通过输出PWM 信号控制MOSE管Q17的导通与关断，电压基准芯片Z2和光耦U17用于将第一电容C0的电压反馈给电流型控制芯片U18。当MOSE管Q17导通时，电流流进初级绕组，从而次级绕组产生上负下正的反向电动势，但由于整流二极管D41的作用，故此时次级绕组处于截止状态，没有电流，能量被储存在次级绕组中；当MOSE管Q17截止时，初级绕组电流截止，从而次级绕组电压方向反转，此时二极管D41和次级绕组导通，产生电流，能量由此转移到第一电容中。将高频变压器与PWM控制电路连接的最大优势是电路可进行非线性升压，充电时间短、转换效率高，且此时高频变压器遵守秒伏平衡原理和安匝比守恒原理，从而可以实现在变压器匝数比小于初次级电压比的情况下完成升压任务。

MOSE管Q17的栅极还经第三电阻R60和第四电阻R61连接至MOSE 管Q17的源极，第三电阻R60和第四电阻R61的连接端还经第四电容C54 接地，MOSE管Q17的源极经第七电阻R64接地，电流型控制芯片U18 的基准电压输出端经串联的第一电阻R58和第二电容C52后接地，电流型控制芯片的基准电压输出端还经第三电容C53接地，第一电阻R58和第二电容C52的连接端连接至所述电流型控制芯片U18的时钟端。

本实用新型的用于AED的充电、放电及其保护电路的原理如下：

在本实用新型中，高频变压器在PWM控制电路的控制作用下进行非线性升压，快速完成对第一电容的充电。在全桥放电控制电路的四个控制端分别连接第一保护电路、第一保护电路、第一保护电路以及第一保护电路，通过四组保护电路将外部单片机的TTL控制信号转换成CMOS信号，并经放大处理后传输至全桥放电控制电路的四个控制端，控制全桥放电控制电路的导通，在完成对第一电容进行放电处理的同时，起到隔离和保护的作用，解决了在放电过程中因瞬间电流较大而导致外部单片机损坏的问题，使电路更加安全。

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所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于AED的充电、放电及其保护电路，其特征在于，包括高频变压器、PWM控制电路、第一电容、全桥放电控制电路、第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路以及第四保护电路，其中，所述高频变压器的第一初级绕组连接至外部电源，所述PWM控制电路的输出端连接至所述高频变压器的第二初级绕组，所述高频变压器的次级绕组连接至所述第一电容，所述第一电容的一端连接至所述PWM控制电路，所述第一电容还与所述全桥放电控制电路的输入端连接，所述第一保护电路的输出端、所述第二保护电路的输出端、所述第三保护电路的输出端以及所述第四保护电路的输出端分别连接至所述全桥放电控制电路的第一控制端、所述全桥放电控制电路的第二控制端，所述全桥放电控制电路的第三控制端，以及所述全桥放电控制电路的第四控制端，所述第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路以及第四保护电路的输入端均与外部单片机连接。

2.根据权利要求1所述的用于AED的充电、放电及其保护电路，其特征在于，所述第一保护电路包括晶体管、反相器光耦以及门级电路，其中，所述门级电路的输入端与外部单片机连接，所述门级电路的输出端连接至晶体管的基极，所述晶体管的发射极连接至光耦反相器的第二端，所述晶体管的集电极连接至11V电源，所述光耦反相器的第六端连接至所述全桥放电控制电路。

3.根据权利要求2所述的用于AED的充电、放电及其保护电路，所述第二保护电路、所述第三保护电路以及所述第三保护电路与所述第一保护电路相同。

4.根据权利要求2所述的用于AED的充电、放电及其保护电路，其特征在于，所述晶体管为达林顿晶体管。

5.根据权利要求2所述的用于AED的充电、放电及其保护电路，其特征在于，所述反相器光耦采用TLP250H(F)栅极驱动IGBT调节器。

6.根据权利要求1所述的用于AED的充电、放电及其保护电路，其特征在于，所述PWM控制电路包括电流型控制芯片、MOSE管、光耦、电压基准芯片、第三电阻和第四电阻；其中，所述MOSE管的栅极经第二电阻连接至所述电流型控制芯片的输出端，所述MOSE管的漏极连接至所述高频变压器的第二初级绕组，所述第三电阻和第四电阻的连接端连接至所述电流型控制芯片的电流传感端，所述电流型控制芯片的内部误差放大器的输出端连接至光耦的第一端，所述光耦的第三端与电压基准芯片的输出端连接，所述电压基准芯片的输入端经第八电阻连接至第一电容，所述光耦的第四端经第九电阻连接至第一电容。

7.根据权利要求6所述的用于AED的充电、放电及其保护电路，其特征在于，所述MOSE管的栅极还经第三电阻和第四电阻连接至所述MOSE管的源极，所述第三电阻和第四电阻的连接端还经第四电容接地，所述MOSE管的源极经第七电阻接地，所述电流型控制芯片的基准电压输出端经串联的第一电阻和第二电容后接地，所述电流型控制芯片的基准电压输出端还经第三电容接地，所述第一电阻和第二电容的连接端连接至所述电流型控制芯片的时钟端。

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