CN220530508U - 一种理疗仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种理疗仪，包括印刷电路板，印刷电路板上设置有低压电源电路、磁疗逆变与按摩控制电路、直流升压电路、电疗电路、中央处理器及显示控制电路，并且还设置有磁疗帽接口、电疗接口、显示屏及按键接口、充电接口、电池接口。本理疗仪具有更好的安全性和可靠性，磁疗档位的设置更加灵活多样。

Description

一种理疗仪

技术领域

本实用新型涉及医疗用品技术领域，特别地涉及一种理疗仪。

背景技术

理疗仪是物理治疗仪器的简称，是将物理因子作用于人体并且促进用户身体健康的设备，常见的物理因子包括电、声、光、磁、水、压力等等。目前市场上已有很多电磁疗仪器，常见的例如头戴的圈体，其中设置有磁疗线圈，利用磁疗线圈产生磁场并作用于人体，从而产生对于人体有益的效力。

现有的理疗仪的输入电压为市电220V，采用变压器和整流电路将220V交流电转换为磁疗线圈所需的低压的交流电。利用变压器的抽头，可以得到多个电压等级的电压，从而使磁疗线圈能够在不同的电压下工作，实现多档位的磁疗。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现，现有的理疗仪采用市电供电，主要存在以下问题：理疗仪在使用时需要与墙上的插座连接至床上，采用220V市电，会带来安全隐患，或者在接近睡眠状态时的无意识动作导致插头松脱，可靠性不足；采用变压器抽头实现多档位的磁疗，其档位数很少并且固定，在生产过程中档位的设置也完全依赖于变压器的结构，用户在使用时的档位数设置也完全受限于变压器的抽头数量，而该抽头数量通常只有几个，使档位设置不够丰富灵活，影响用户体验。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种理疗仪，其具有更好的安全性和可靠性，磁疗档位的设置更加灵活多样。本实用新型提供如下技术方案：

一种理疗仪，包括印刷电路板，所述印刷电路板上设置有低压电源电路、磁疗逆变与按摩控制电路、直流升压电路、电疗电路、中央处理器及显示控制电路，并且还设置有磁疗帽接口、电疗接口、显示屏及按键接口、充电接口、电池接口，其中：所述印刷电路板为矩形，按逆时针方向具有第一至第四边缘；磁疗逆变与按摩控制电路和直流升压电路位于低压电源电路与第四边缘之间，电疗电路和中央处理器及显示控制电路位于低压电源电路与第二边缘之间；磁疗逆变与按摩控制电路位于直流升压电路和第一边缘之间；中央处理器及显示电路位于电疗电路和第三边缘之间；磁疗帽接口位于第一边缘和磁疗逆变与控制电路之间；电疗接口位于第一边缘和电疗电路之间；显示屏及按键接口位于第三边缘和中央处理器及显示控制电路之间；充电接口、电池接口位于第四边缘和直流升压电路之间。

本实用新型进一步提出如下非惯用手段的可选方式：

可选地，磁疗逆变与按摩控制电路包括正弦脉宽调制电路和逆变功率电路；直流升压电路用于将电压升高，其与电池接口连接，并且与逆变功率电路连接；逆变功率电路与磁疗接口连接；低压电源电路用于将电压降低，其与正弦脉宽调制电路连接，并且与中央处理器连接。

可选地，电疗电路与直流升压电路、中央处理器、以及电疗接口连接；显示控制电路与中央处理器连接，并且与显示屏及按键接口连接。

可选地，还包括光耦隔离电路，该光耦隔离电路串联在所述中央处理器与所述正弦脉宽调制电路之间，用于进行光耦隔离以及电平转换。

可选地，所述逆变功率电路包括互斥电路、第一半桥驱动电路、第二半桥驱动电路、H桥电路、滤波电路，其中：所述互斥电路用于输出驱动信号互锁，并将所述正弦脉宽调制信号分为第一路信号和第二路信号；所述第一半桥驱动电路用于根据所述第一路信号生成第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号进入所述H桥电路第一臂的输入端，该第二控制信号进入所述H桥电路第二臂的输入端；所述第二半桥驱动电路用于根据所述第二路信号生成第三控制信号和第四控制信号，该第三控制信号进入所述H桥电路第三臂的输入端，该第四控制信号进入所述H桥电路第四臂的输入端；所述滤波电路的第一输入端与所述第一臂与所述第二臂的连接点连接，所述滤波电路的第二输入端与所述第三臂与所述第四臂的连接点连接，所述滤波电路的输出端用于输出所述交流电。

可选地，磁疗逆变与按摩控制电路中设有按摩调档电路、偏心震动电机、运算放大器以及第一场效应管，其中：该按摩调档电路包含第一至第四电阻以及第一至第三开关元件，其中第一至第三电阻并联成为并联体，该并联体的每个支路包含1个所述开关元件，该并联体与第四电阻串联成为混联体，所述低压电源电路向该混联体供电，所述中央处理器控制所述开关元件的通断从而控制第四电阻上的电压降；第四电阻上的电压输入至所述运算放大器的一个反向输入端，该运算放大器的同向输入端接第一场效应管漏极，该反向输入端与同向输入端对应的输出端连接至第一场效应管的栅极，该第一场效应管的源极与低压电源电路的输出端连接，漏极与所述偏心震动电机连接；该第一场效应管工作在放大区。

可选地，磁疗逆变与按摩控制电路中还设有过流保护电路，该过流保护电路中包含第二场效应管和第三场效应管，其中：第二场效应管源极和漏极与所述偏心震动电机串联；第三场效应管源极和漏极与所述并联体相串联并且与所述第四电阻并联，栅极连接至所述运算放大器的一个输出端；并且所述第二场效应管工作在饱和区，第三场效应管工作在放大区，使得所述偏心震动电机的电流过大时，第三场效应管的源极至漏极电流增大，从而使第四电阻上的电压下降。

可选地，所述电疗电路包括甲开关元件、乙开关元件、光耦H桥，其中：甲开关元件和乙开关元件的控制端分别与所述中央处理器的两个控制输出端连接，甲开关元件和乙开关元件的一端接地；所述光耦H桥具有4条通路，各端连接方式为：A1、A2端与所述低压电源电路的电源输出端连接，A3、A4端分别与K2、K1端连接，K3、K4端分别与甲开关元件和乙开关元件连接，C1、C3端与所述直流升压电路的电源输出端连接，C2、E1端共同与电疗接口的第一输入端连接，C4、E3端共同与电疗接口的第二输入端连接，电疗接口的第一输入端与第二输入端分别与电疗的两个电极片连接；E2、E4端用于连接线性稳流电路。

可选地，所述电疗电路还包括线性稳流电路，该线性稳流电路中包含电疗强度控制电路和负反馈稳流电路，其中：电疗强度控制电路中的甲运算放大器的同向输入端与所述中央处理器的一个模拟量输出端连接，反向输入端接甲运算放大器的输出端，该输出端与负反馈稳流电路中的乙运算放大器的同向输入端连接；所述负反馈稳流电路中包含场效应管，该场效应管的栅极与乙运算放大器的输出端连接，源极通过采样电阻接地，漏极连接所述E2、E4端，并且该源极与乙运算放大器的负向输入端连接。

可选地，还包括蓄电池，该蓄电池为扁平状的长方体，最大的一个面与所述印刷电路板平行设置，该蓄电池与所述电池接口连接。

根据本实用新型的技术方案，采用低压直流逆变为交流电的方式向磁疗线圈供电，具有更好的档位设定灵活性，同时，因为采用安全电压逆变的方式，具有更突出的安全性；还可以方便地附带有电疗和按摩功能，同样有丰富的档位设置，适应用户使用时的各种需求。

附图说明

附图用于更好地理解本实用新型，不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1是本实用新型中的理疗仪的壳体及其内容物的示意图；

图2是本实用新型中的理疗仪的印刷电路板的平面布置图；

图3是本实用新型实施方式的理疗仪的电路原理示意图；

图4是本实用新型实施方式的直流升压电路的主要组成部分的示意图；

图5是本实用新型实施方式的逆变功率电路的主要电路的示意图；

图6A至图6C是本实用新型实施方式的按摩电路的主要部件的示意图；

图7是本实用新型实施方式的电疗电路的主要部分的电路图；

图8是本实用新型实施方式中的电疗电路中的线性稳流电路的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的示范性实施例做出说明，其中包括本实用新型实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本实用新型的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是本实用新型中的理疗仪的壳体及其内容物的示意图。图1是理疗仪的沿水平方向观察的视图，理疗仪的壳体3呈扁盒形，内部设有印刷电路板1和蓄电池2。该理疗仪也可以直接使用外部低压直流电源。蓄电池2和外部低压直流电源的输出电压可以是12V。

图2是本实用新型中的理疗仪的印刷电路板的平面布置图。如图2所示，印刷电路板上设置有低压电源电路、磁疗逆变与按摩控制电路、直流升压电路、电疗电路、中央处理器及显示控制电路，并且还设置有磁疗帽接口、电疗接口、显示屏及按键接口、充电接口、电池接口。低压电源电路位于中间，磁疗逆变与按摩控制电路和直流升压电路会产生一些电磁干扰，因此将二者同置于低压电源电路的一侧，而将需要防干扰的中央处理器及显示控制电路置于低压电源电路的另一侧。相应地，在电路板的布置中，各接口与其对应的功能电路位置接近。

图3是本实用新型实施方式的理疗仪的电路原理示意图。参见图1，本实用新型实施方式的理疗仪采用现有的磁疗线圈作为磁疗工作元件，并且采用将低压直流电逆变为交流电的方式为磁疗线圈供电，这里的低压直流电是指符合人体安全电压即36V以下电压的直流电。如图3所示，直流升压电路将蓄电池或外部直流电源(例如车载电源或变压整流装置)提供的直流电，通常为5V至30V，升至35V，然后提供给逆变功率电路。

图4是本实用新型实施方式的直流升压电路的主要组成部分的示意图。如图4所示，该升压稳压模块可以包括滤波电路(图中电感L和电容C构成)、DCDC电源控制芯片、以及由功率MOSFET功率电感和续流二极管组成的BOOST开关电源拓扑结构，该部分电路作为整个系统的输入电源模块，具有效率高、输入电压范围宽等优点。

低压电源电路将蓄电池或外部直流电源提供的直流电转换为更低电压的直流电，例如3.3V，再提供给中央处理器及显示控制电路。中央处理器是具有运算处理功能的集成电路模块，例如可采用单片机，也可采用其他微处理器。

中央处理器能够向逆变控制电路发送逆变波形设定参数信号，二者之间可以添加一个光耦隔离电路以进行光耦隔离，隔离掉来自正弦脉宽调制电路的冲击电压，同时还能匹配中央处理器(例如采用3.3V电压)和正弦脉宽调制电路(例如采用5V)的电压，起通信保护的作用，保护二者的串口。

逆变功率电路根据正弦脉宽调制电路提供的正弦脉宽调制信号，将直流电转换为交流电，然后经磁疗接口提供给磁疗线圈。图5是本实用新型实施方式的逆变功率电路的主要电路的示意图，如图5所示，逆变功率电路50主要包括互斥电路、第一半桥驱动电路、第二半桥驱动电路、H桥电路51，以及由图中电容和电感组成的滤波电路。

互斥电路用于输出驱动信号互锁，防止因为干扰等原因造成驱动信号控制半桥上下桥臂直通，并将正弦脉宽调制信号分为第一路信号和第二路信号，分别进入第一半桥驱动电路和第二半桥驱动电路，以控制H桥臂的通断状态，从而将供电模块11提供的直流电逆变为交流电，再通过滤波电路将输出变为平滑的正弦交流电，最后输送至磁疗线圈。

本实施方式中的理疗仪可以带有按摩功能，具体如图1所示，按摩电路与中央处理器连接并且与按摩部件连接。按摩部件可选用偏心震动电机。为示意清晰，将按摩电路分为三部分示出，即图6A、图6B、图6C。图6A至图6C是本实用新型实施方式的按摩电路的主要部件的示意图，其中图6A的电阻R122即为图6B中的电阻R122图6B中的A、B、C点分别连接至图6C中的A、B、C点。

如图6A和图6B所示，3个晶体管U24、U25、U26分别作为第一至第三开关元件，3个基极(B端)分别经由电阻R114、R113、R112连接至中央处理器的3个I/O口(图中MD_11、MD_21、MD31)，3个射极(E端)分别连接至低压电源电路的低压电平输出端V_MCU，3个集电极(C端)分别与电阻R120、R119、R118连接，这3个电阻的阻值各不相同，例如选用图中示出的4.7K、3K、2.7K。另选用1K的电阻R121，其一端与上述3个电阻连接，另一端接地。

通过控制上述3个晶体管U24、U25、U26的通断组合方式，可以在电阻R121上形成8种电压降，电阻R121上的电压经由R122馈送至放大器U37(见图6B)的反向输入端A-，该放大器应用其与同向输入端的反馈电压之间的差值来控制输出，该输出至图中右侧的MOS管V43(见图6B)的控制端G1，从而控制低压电源电路的5V输出至端口MD_OUT1/MD_OUT2(见图6C)的供电，作为按摩部件的偏心震动电机两端即跨接于此端口。

现有技术的调档设计一般是通过电源串接多个二极管链接到偏心电机，然后利用二极管的压降给振动电机降压，然后用三个或者多个继电器，短接不同数量的二极管，实现不同的电压输出，达到输出不同的按摩强度的作用。与利用变压器抽头控制电压的方式相比，本实施方式采用中央处理器控制3个开关元件的通断，能够向按摩部件提供更多种电压值，从而使按摩部件的档位更丰富。

图6C所示的电路中，场效应管V34的电流被反馈至运算放大器U37的同向输入端B+(见图6B)，输出端OUTB连接至场效应管V54的G极，场效应管V43与V54皆工作在放大区，V34工作在饱和区，起到控制按摩节拍的作用，在偏心震动电机的电流(即端口MD_OUT1/MD_OUT2的电流)增大时场效应管V54的源极与漏极电流增大，相应地电阻R121的电流减小从而电压降低，经运放U37处理后使得场效应管V43(工作在放大区)的源极至漏极的电流减小。因此形成了一种过流保护功能，此过流保护与常规的过流即断电的保护方式相比，在发生过电流时并不将电路完全断开，而是减小电流。这是本实用新型实施方式中针对理疗仪的一种特殊设计。因为在理疗仪的日常使用时可能会有一些因素导致电路元件的电阻减小，例如液体自壳体缝隙渗入等，因为整机工作在低电压状态下，不会对人体有影响，所以此时允许整机继续工作，以免按摩中断而影响用户体验。

电疗电路用于向电极片输送交变电流，电极片可贴在用户耳部，以提供电击刺激。图7是本实用新型实施方式的电疗电路的主要部分的电路图，如图7所示，左边两个场效应管接至中央处理器的两个控制输出端，分别是DL_H和DL_L，右边采用光耦H桥，连接方式如图所示，入光端供电电源来自低压电源电路，例如5V，出光端供电来自直流升压电路，例如35V。出光端的E1、C2、E3、C4连接至电疗接口的输入端。

在图7所示电路的基础上可以添加一个线性稳流电路，这是考虑到尽量使电极片上的电流稳定，使用户感受良好。图8是本实用新型实施方式中的电疗电路中的线性稳流电路的示意图，上方的场效应管V62连接至图7中的H桥的E4端，即图7右下角的悬空端点。如图8所示，中央处理器根据用户设定的电击刺激强度，将反映该强度的模拟量从模拟量输出口提供给DL_SET，经图中两个运算放大器处理，对图中的场效应管V62进行控制，该场效应管V62工作在放大区，当其电流增大时栅极受控从而电流减小，形成负反馈稳流。

回到图3，触摸按键与中央处理器相连，用于进行人机交互。这种形式的按键可将手指触摸信号转换成高低电平给中央处理器，具有反应灵敏、寿命长、无机械疲劳的优点。

图3示出了与中央处理器连接的背光调节电路和显示控制电路，后二者连接至显示屏。具体地，可以采用FPC排线连接中央处理器和显示屏，体积小且稳定性高。中央处理器通过两个I/O口控制接入背光回路中的电阻，实现背光强度4档可调，应对用户的不同需求。

理疗仪还可以包括与中央处理器相连的蜂鸣器。蜂鸣器配合触摸按键起到发声提醒的作用，另外可以发出治疗结束、报警等提醒。

本实用新型实施方式的理疗仪，至少具有如下优点：

(1)安全性高。整机输入电压为人体安全电压，整机内部电压也低于36V。这使得机器整体工作在安全电压范围内，即便出现漏电，也不会引起使用者触电事故。

(2)用户体验佳。整机可采用5V至30V直流输入，可采用车载电源或充电宝等多种电源，与只能插接市电的产品相比拓宽了使用场景。按摩时若发生内部电阻异常降低，不会中断按摩。电疗刺激采用恒流电路，刺激程度平稳舒适。

(3)体积小巧。现有的理疗仪采用变压器，即便是应用50VA-60VA低功率变压器，其重量也在1公斤左右，并且因变压线圈形状限制，整机难以制成扁平形状。而本实施方式的技术方案中，理疗仪采用电子电路进行变压，无需大体积的变压线圈，如采用蓄电池，其形状设计相较变压线圈也更灵活，使整机形状能够扁平化，更加便携。

(4)灵活性佳。工频变压器方法是切换变压器抽头的方式来实现磁疗档位的切换的，但是受体积和成本的影响不可能增加很多抽头，所以其治疗档位不会很精细。本实施方式中通过直流逆变交流的方式，输出电压只需要通过软件设定即可轻松满足0到最大值的255个档位的调节(例如可以设定档位是9个)，输出频率也可以灵活调节。作为理疗产品，用户需要能够精细地调节档位以获得最佳使用体验，本实施方式中的磁疗、电疗和按摩均可提供多种档位，适应广大用户的需求。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种理疗仪，包括印刷电路板，其特征在于，所述印刷电路板上设置有低压电源电路、磁疗逆变与按摩控制电路、直流升压电路、电疗电路、中央处理器及显示控制电路，并且还设置有磁疗帽接口、电疗接口、显示屏及按键接口、充电接口、电池接口，其中：

所述印刷电路板为矩形，按逆时针方向具有第一至第四边缘；

磁疗逆变与按摩控制电路和直流升压电路位于低压电源电路与第四边缘之间，电疗电路和中央处理器及显示控制电路位于低压电源电路与第二边缘之间；

磁疗逆变与按摩控制电路位于直流升压电路和第一边缘之间；

中央处理器及显示电路位于电疗电路和第三边缘之间；

磁疗帽接口位于第一边缘和磁疗逆变与控制电路之间；

电疗接口位于第一边缘和电疗电路之间；

显示屏及按键接口位于第三边缘和中央处理器及显示控制电路之间；

充电接口、电池接口位于第四边缘和直流升压电路之间。

2.根据权利要求1所述的理疗仪，其特征在于，

磁疗逆变与按摩控制电路包括正弦脉宽调制电路和逆变功率电路；

直流升压电路用于将电压升高，其与电池接口连接，并且与逆变功率电路连接；逆变功率电路与磁疗接口连接；

低压电源电路用于将电压降低，其与正弦脉宽调制电路连接，并且与中央处理器连接。

3.根据权利要求2所述的理疗仪，其特征在于，

电疗电路与直流升压电路、中央处理器、以及电疗接口连接；

显示控制电路与中央处理器连接，并且与显示屏及按键接口连接。

4.根据权利要求2或3所述的理疗仪，其特征在于，

还包括光耦隔离电路，该光耦隔离电路串联在所述中央处理器与所述正弦脉宽调制电路之间，用于进行光耦隔离以及电平转换。

5.根据权利要求2所述的理疗仪，其特征在于，所述逆变功率电路包括互斥电路、第一半桥驱动电路、第二半桥驱动电路、H桥电路、滤波电路，其中：

所述互斥电路用于输出驱动信号互锁，并将所述正弦脉宽调制电路的信号分为第一路信号和第二路信号；

所述第一半桥驱动电路用于根据所述第一路信号生成第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号进入所述H桥电路第一臂的输入端，该第二控制信号进入所述H桥电路第二臂的输入端；

所述第二半桥驱动电路用于根据所述第二路信号生成第三控制信号和第四控制信号，该第三控制信号进入所述H桥电路第三臂的输入端，该第四控制信号进入所述H桥电路第四臂的输入端；

所述滤波电路的第一输入端与所述第一臂与所述第二臂的连接点连接，所述滤波电路的第二输入端与所述第三臂与所述第四臂的连接点连接，所述滤波电路的输出端用于输出交流电。

6.根据权利要求1所述的理疗仪，其特征在于，磁疗逆变与按摩控制电路中设有按摩调档电路、偏心震动电机、运算放大器以及第一场效应管，其中：

该按摩调档电路包含第一至第四电阻以及第一至第三开关元件，其中第一至第三电阻并联成为并联体，该并联体的每个支路包含1个所述开关元件，该并联体与第四电阻串联成为混联体，所述低压电源电路向该混联体供电，所述中央处理器控制所述开关元件的通断从而控制第四电阻上的电压降；

第四电阻上的电压输入至所述运算放大器的一个反向输入端，该运算放大器的同向输入端接第一场效应管漏极，该反向输入端与同向输入端对应的输出端连接至第一场效应管的栅极，该第一场效应管的源极与低压电源电路的输出端连接，漏极与所述偏心震动电机连接；该第一场效应管工作在放大区。

7.根据权利要求6所述的理疗仪，其特征在于，磁疗逆变与按摩控制电路中还设有过流保护电路，该过流保护电路中包含第二场效应管和第三场效应管，其中：

第二场效应管源极和漏极与所述偏心震动电机串联；

第三场效应管源极和漏极与所述并联体相串联并且与所述第四电阻并联，栅极连接至所述运算放大器的一个输出端；

并且所述第二场效应管工作在饱和区，第三场效应管工作在放大区，使得所述偏心震动电机的电流过大时，第三场效应管的源极至漏极电流增大，从而使第四电阻上的电压下降。

8.根据权利要求1所述的理疗仪，其特征在于，所述电疗电路包括甲开关元件、乙开关元件、光耦H桥，其中：

甲开关元件和乙开关元件的控制端分别与所述中央处理器的两个控制输出端连接，甲开关元件和乙开关元件的一端接地；

所述光耦H桥具有4条通路，各端连接方式为：

A1、A2端与所述低压电源电路的电源输出端连接，A3、A4端分别与K2、K1端连接，

K3、K4端分别与甲开关元件和乙开关元件连接，

C1、C3端与所述直流升压电路的电源输出端连接，

C2、E1端共同与电疗接口的第一输入端连接，C4、E3端共同与电疗接口的第二输入端连接，电疗接口的第一输入端与第二输入端分别与电疗的两个电极片连接；

E2、E4端用于连接线性稳流电路。

9.根据权利要求8所述的理疗仪，其特征在于，所述电疗电路还包括线性稳流电路，该线性稳流电路中包含电疗强度控制电路和负反馈稳流电路，其中：

电疗强度控制电路中的甲运算放大器的同向输入端与所述中央处理器的一个模拟量输出端连接，反向输入端接甲运算放大器的输出端，该输出端与负反馈稳流电路中的乙运算放大器的同向输入端连接；

所述负反馈稳流电路中包含场效应管，该场效应管的栅极与乙运算放大器的输出端连接，源极通过采样电阻接地，漏极连接所述E2、E4端，并且该源极与乙运算放大器的负向输入端连接。

10.根据权利要求1所述的理疗仪，其特征在于，还包括蓄电池，该蓄电池为扁平状的长方体，最大的一个面与所述印刷电路板平行设置，该蓄电池与所述电池接口连接。