CN219231221U - 一种通过电刺激输出口进行充电的电刺激器 - Google Patents

一种通过电刺激输出口进行充电的电刺激器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，包括壳体、电刺激模块、电池、选择模块、端口、电极和充电器，所述电刺激模块、电池、选择模块设置在所述壳体内部，所述端口设置在所述壳体上，所述端口通过所述选择模块可选择地与所述电刺激模块和电池相连接，当所述电刺激器处于电刺激模式时，所述端口作为电刺激输出口与所述电极相连接，当所述电刺激器处于充电模式时，所述端口作为充电输入口与所述充电器相连接。本实用新型使电刺激器不需要单独的充电口，减少了外接端口，简化了电刺激器的结构，并有利于防水；在充电时电极无法与电刺激模块连接，避免充电时可能的漏电流对患者安全的影响。

Description

一种通过电刺激输出口进行充电的电刺激器
技术领域
本实用新型涉及功能性电刺激技术领域，尤其涉及一种通过电刺激输出口进行充电的电刺激器。
背景技术
功能性电刺激（Functional Electrical Stimulation, FES）是应用低强度的电脉冲刺激恢复或改善肢体的功能，通常将功能性电刺激器及其电极贴身穿戴在患者身上，即时改善患者肢体运动功能，并通过长期日常使用使患者运动功能逐渐康复。但是，现有的功能性电刺激器内置有电池，需要将充电器插入单独的充电口对电池充电，端口多，容易损坏，不利于防水；在电极连接到人体的情况下充电，增加了充电器漏电流对人体造成的安全隐患。而无线充电容易发热，电磁辐射较大。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，可以减少外接端口，产品更耐用，并有利于防水；避免充电时可能的漏电流对患者安全的影响。
实用新型内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是如何减少电刺激器的外接端口，使得产品更耐用，并有利于防水；避免充电时可能的漏电流对患者安全的影响。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，包括壳体、电刺激模块、电池、选择模块、端口、电极和充电器，所述电刺激模块、电池、选择模块设置在所述壳体内部，所述端口设置在所述壳体上，所述端口通过所述选择模块可选择地与所述电刺激模块和电池相连接，当所述电刺激器处于电刺激模式时，所述端口作为电刺激输出口与所述电极相连接，当所述电刺激器处于充电模式时，所述端口作为充电输入口与所述充电器相连接。
进一步地，当所述电刺激器处于电刺激模式时，所述端口通过所述选择模块与所述电刺激模块相连接；当所述电刺激器处于充电模式时，所述端口通过所述选择模块与所述电池相连接。
进一步地，还包括电池充电管理单元，所述电池充电管理单元设置在所述电池与所述选择模块之间。
进一步地，所述选择模块能够耐受130V以上的电压。
进一步地，所述端口包括第一导体和第二导体，所述第一导体和第二导体分别作为所述端口的正极和负极。
进一步地，所述电刺激模块包括负载阻抗检测单元，所述负载阻抗检测单元被配置为检测电刺激模块的负载阻抗。
进一步地，所述电刺激模块还包括控制器单元，所述控制器单元被配置为判断所述负载阻抗检测单元测得的负载阻抗是否超过预设阻抗阈值，如超过预设阻抗阈值，则控制电刺激器模块停止电刺激输出。
进一步地，所述选择模块包括第一开关、第二开关、开关控制单元，所述第一开关和第二开关为双刀单掷开关，所述第一开关的第一输入端连接至所述电刺激模块的正输出端，所述第一开关的第二输入端连接至所述电刺激模块的负输出端，所述第二开关的第一输入端连接至所述电池的正极，所述第二开关的第二输入端连接至所述电池的负极，所述第一开关的第一输出端连接至所述端口的正极，所述第一开关的第二输出端和所述第二开关的第二输出端并接至所述端口的负极，所述第二开关的第一输出端连接至所述开关控制单元的输出端，所述第一开关的控制端通过与逻辑门接收所述控制器单元的控制信号以及所述开关控制单元的第一开关控制信号，所述第二开关的控制端接收所述开关控制单元的第二开关控制信号，所述开关控制单元被配置为根据端口的正极和负极之间的电压来切换所述第一开关和第二开关的通断。
进一步地，所述开关控制单元包括第一开关管、第一电阻、第一电容，所述第一开关管为P沟道MOSFET管，所述端口的正极连接至所述第一电容的一端和所述第一开关管的源极，所述第一电容的另一端连接至所述第一电阻的一端和所述第一开关管的栅极，所述第一电阻的另一端连接至所述端口的负极，所述第一开关管的漏极作为所述开关控制单元的输出端，所述第一开关管的漏极发送所述第二开关控制信号，并通过反相器发送所述第一开关控制信号。
进一步地，所述充电器包括充电模块、第三开关、第三开关控制单元，所述第三开关为双刀单掷开关，所述第三开关控制单元包括第二开关管和第二电阻，所述第二开关管为P沟道MOSFET管，所述充电模块的正极连接至所述第三开关的第一输入端，所述第三开关的第一输出端作为所述充电器的正极，所述充电模块的负极连接至第三开关的第二输入端，所述第三开关的第二输出端作为所述充电器的负极，所述充电模块的正极还连接至所述第二开关管的源极，所述充电模块的负极还经所述第二电阻连接至所述第二开关管的栅极，所述第二开关管的漏极连接至所述第三开关的控制端。
本实用新型的有益效果在于：
1、不需要单独的充电口，通过电刺激输出口进行充电，可以减少外接端口，产品更耐用，并有利于防水；
2、在充电时电极无法与电刺激模块连接，避免充电时可能的漏电流对患者安全的影响。
以下将对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本实用新型的一个较佳实施例的系统框图；
图2是本实用新型的一个较佳实施例的选择模块的工作原理图；
图3是本实用新型的一个较佳实施例的充电器的工作原理图。
其中，1-壳体，2-电刺激模块，3-电池，4-选择模块，5-端口，6-电极，7-充电器，21-负载阻抗检测单元，22-控制器单元，41-第一开关，42-第二开关，43-与逻辑门，44-反相器，51-第一导体，52-第二导体，71-充电模块，72-第三开关。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，包括壳体1、电刺激模块2、电池3、选择模块4、端口5、电极6和充电器7，电刺激模块2、电池3、选择模块4设置在壳体1内部，端口5设置在壳体1上，端口1可以通过选择模块4选择性地与电刺激模块和电池相连接，当电刺激器处于电刺激模式时，端口5外部作为电刺激输出口与电极6相连接，内部通过选择模块4与电刺激模块2相连接。当电刺激器处于充电模式时，端口5外部作为充电输入口与充电器7相连接，内部通过选择模块4与电池3相连接。
在另一些实施例中，电刺激器还包括电池充电管理单元，电池充电管理单元设置在电池3与选择模块4之间。
优选地，选择模块4能够耐受130V以上的电压。
如图2所示，端口5包括第一导体51和第二导体52，第一导体51和第二导体52分别作为端口5的正极P+和负极P-。
电刺激模块2包括负载阻抗检测单元21和控制器单元22，负载阻抗检测单元21用于检测电刺激模块2的负载阻抗，控制器单元22判断负载阻抗检测单元21测得的负载阻抗是否超过预设阻抗阈值，如超过预设阻抗阈值，则控制电刺激器模块2停止电刺激输出。优选地，控制器单元22采用微控制器单元（Microcontroller Unit, MCU）。
选择模块4包括第一开关41、第二开关42、开关控制单元，第一开关41和第二开关42为双刀双掷开关，第一开关41的第一输入端连接至电刺激模块2的正输出端，第一开关41的第二输入端连接至电刺激模块2的负输出端，第二开关42的第一输入端连接至电池3的正极B+，第二开关42的第二输入端连接至电池3的负极B-，第一开关42的第一输出端连接至端口5的正极P+，第一开关41的第二输出端和第二开关42的第二输出端并接至端口的负极P-，第二开关42的第一输出端连接至开关控制单元的输出端，第一开关41的控制端通过与逻辑门43接收控制器单元22的控制信号以及开关控制单元的第一开关控制信号s1，第二开关的控制端接收开关控制单元的第二开关控制信号s2，开关控制单元根据端口5的正极P+和负极P-之间的电压来切换第一开关41和第二开关42的通断。
开关控制单元包括开关管Q1、电阻R1、电容C1，开关管Q1为P沟道MOSFET管，端口5的正极P+连接至电容C1的一端和开关管Q1的源极S，电容C1的另一端连接至电阻R1的一端和开关管Q1的栅极G，电阻R1的另一端连接至端口5的负极P-，开关管Q1的漏极D作为开关控制单元的输出端，开关管Q1的漏极D发送第二开关控制信号s2，并通过反相器44发送第一开关控制信号s1。
电阻R1和电容C1会成为电刺激器的电刺激模块2的负载阻抗，为使负载阻抗检测单元21正常工作，电阻R1要超过预设阻抗阈值，例如10kΩ。
当端口5有外接直流电压时，选择模块4自动停止电刺激输出，并将端口5与电池3相连并强制使第一开关41断开使端口5与电刺激模块2断开，从而实现对电池3的充电；当端口5没有外接直流电压时，选择模块4中的开关管Q1自动关闭，第二开关42断开，从而将端口5与电池3断开，此时第一开关41的通断由电刺激模块2内的控制器单元22控制，从而使端口5安全输出电刺激。
充电时，充电器7的正极与第一导体51相连，充电器7的负极与第二导体52相连，第一导体51与第二导体52之间呈现正直流电位时，开关管Q1导通，从而使开关管Q1的漏极D呈现正电位，使第二开关42导通，从而使第二导体52与电池3负极B-连接起来，并通过反相器输出低电平至与逻辑门43，使第一开关41断开，从而使第一导体51和第二导体52与电刺激模块2断开；开关管Q1的漏极D可以直接与电池3正极B+连接起来；也可以通过选择双刀单掷开关作第二开关42，使开关管Q1的漏极D通过第二开关42与电池3正极B+连接起来。
电容C1的电容值要足够大（例如0.1μF）且耐压要高于最大电刺激电压。在没有充电电压的情况下，电刺激器处于电刺激模式时，电刺激脉冲电压直接通过电容C1，从而使VGS接近于0，低于开关管Q1的导通阈值，因此第二开关42不会导通。为减少脉冲造成可能的误导通，可以在开关管Q1的漏极D并接一个电容和一个电阻到P-，以有效滤除脉冲。
当输出端口5空载时（把电极6拔掉，准备换成与充电器7连接时），负载阻抗检测单元21检测到的负载阻抗超过预设阻抗阈值，从而控制电刺激器停止电刺激输出，并且控制器单元22输出低电平至与逻辑门43使第二开关42断开；此时可以安全地将充电器7接入端口5，而不会造成电刺激电流流向充电器7。
充电器7连接了端口5，但是没有插电源所以没有充电电压，或者充电电压太低或者为误为负，此时电刺激器有可能输出电刺激，损坏充电器。因此，在充电器7内设置开关及开关控制单元，如图3所示，充电器7包括充电模块71、第三开关72和第三开关控制单元，第三开关72为双刀单掷开关，第三开关控制单元包括开关管Q2和电阻R2，开关管Q2为P沟道MOSFET管，充电模块71的正极DC+连接至第三开关72的第一输入端，第三开关72的第一输出端作为充电器7的正极Ch+，充电模块71的负极DC-连接至第三开关72的第二输入端，第三开关72的第二输出端作为充电器7的负极Ch-。
充电模块71的正极DC+连接至开关管Q2的源极S，充电模块71的负极DC-经电阻R2连接至开关管Q2的栅极G，开关管Q2的漏极D连接至第三开关72的控制端。
当充电模块71的电压输出小于预设电压阈值（没有电压输出、电压输出太低或为负）时，第三开关72断开；当充电模块71的电压输出达到预设电压阈值时，第三开关72闭合。
本实用新型使电刺激器不需要单独的充电口，减少了外接端口，简化了电刺激器的结构，并有利于防水；在充电时电极无法与电刺激模块连接，避免充电时可能的漏电流对患者安全的影响。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，包括壳体、电刺激模块、电池、选择模块、端口、电极和充电器，所述电刺激模块、电池、选择模块设置在所述壳体内部，所述端口设置在所述壳体上，所述端口通过所述选择模块可选择地与所述电刺激模块和电池相连接，当所述电刺激器处于电刺激模式时，所述端口作为电刺激输出口与所述电极相连接，当所述电刺激器处于充电模式时，所述端口作为充电输入口与所述充电器相连接。
2.根据权利要求1所述的通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，当所述电刺激器处于电刺激模式时，所述端口通过所述选择模块与所述电刺激模块相连接；当所述电刺激器处于充电模式时，所述端口通过所述选择模块与所述电池相连接。
3.根据权利要求1所述的通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，还包括电池充电管理单元，所述电池充电管理单元设置在所述电池与所述选择模块之间。
4.根据权利要求1所述的通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，所述选择模块能够耐受130V以上的电压。
5.根据权利要求1所述的通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，所述端口包括第一导体和第二导体，所述第一导体和第二导体分别作为所述端口的正极和负极。
6.根据权利要求1所述的通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，所述电刺激模块包括负载阻抗检测单元，所述负载阻抗检测单元被配置为检测电刺激模块的负载阻抗。
7.根据权利要求6所述的通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，所述电刺激模块还包括控制器单元，所述控制器单元被配置为判断所述负载阻抗检测单元测得的负载阻抗是否超过预设阻抗阈值，如超过预设阻抗阈值，则控制电刺激器模块停止电刺激输出。
8.根据权利要求7所述的通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，所述选择模块包括第一开关、第二开关、开关控制单元，所述第一开关和第二开关为双刀单掷开关，所述第一开关的第一输入端连接至所述电刺激模块的正输出端，所述第一开关的第二输入端连接至所述电刺激模块的负输出端，所述第二开关的第一输入端连接至所述电池的正极，所述第二开关的第二输入端连接至所述电池的负极，所述第一开关的第一输出端连接至所述端口的正极，所述第一开关的第二输出端和所述第二开关的第二输出端并接至所述端口的负极，所述第二开关的第一输出端连接至所述开关控制单元的输出端，所述第一开关的控制端通过与逻辑门接收所述控制器单元的控制信号以及所述开关控制单元的第一开关控制信号，所述第二开关的控制端接收所述开关控制单元的第二开关控制信号，所述开关控制单元被配置为根据端口的正极和负极之间的电压来切换所述第一开关和第二开关的通断。
9.根据权利要求8所述的通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，所述开关控制单元包括第一开关管、第一电阻、第一电容，所述第一开关管为P沟道MOSFET管，所述端口的正极连接至所述第一电容的一端和所述第一开关管的源极，所述第一电容的另一端连接至所述第一电阻的一端和所述第一开关管的栅极，所述第一电阻的另一端连接至所述端口的负极，所述第一开关管的漏极作为所述开关控制单元的输出端，所述第一开关管的漏极发送所述第二开关控制信号，并通过反相器发送所述第一开关控制信号。
10.根据权利要求9所述的通过电刺激输出口进行充电的电刺激器，其特征在于，所述充电器包括充电模块、第三开关、第三开关控制单元，所述第三开关为双刀单掷开关，所述第三开关控制单元包括第二开关管和第二电阻，所述第二开关管为P沟道MOSFET管，所述充电模块的正极连接至所述第三开关的第一输入端，所述第三开关的第一输出端作为所述充电器的正极，所述充电模块的负极连接至第三开关的第二输入端，所述第三开关的第二输出端作为所述充电器的负极，所述充电模块的正极还连接至所述第二开关管的源极，所述充电模块的负极还经所述第二电阻连接至所述第二开关管的栅极，所述第二开关管的漏极连接至所述第三开关的控制端。
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