DE2332752A1

DE2332752A1 - Schaltungsanordnung zur periodischen erzeugung von gedaempften hochfrequenzschwingungen

Info

Publication number: DE2332752A1
Application number: DE19732332752
Authority: DE
Inventors: Gert Dipl Ing Hetzel; Martin Dipl Ing Kohl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-06-27
Filing date: 1973-06-27
Publication date: 1975-01-23
Also published as: FR2235531A1; IT1015361B

Description

Siemens Aktiengesellschaft Erlangen, 25. Juni 1973

Henkestraße 127

VPA 73/5087 Kue/Kof

Schaltungsanordnung zur periodischen Erzeugung von gedämpften Hochfrequenzschwingungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur periodischen Erzeugung von gedämpften Hochfrequenzschwingungen, insbesondere zur Anwendung in der Hochfrequenzchirurgie, mit einem an einer Ladevorrichtung zum Aufladen der Schwingkreiskapazität angeschlossenen, auf die gewünschte Hochfrequenz abgestimmten, bedämpften Schwingkreis sowie mit steuerbaren Schaltmitteln, die den Schwingkreis im Takt der. gewünschten Folgefrequenz der gedämpften Schwingungen für deren Dauer kurzschließen, nach Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 20 10 361).

Bei der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent sind als Ladevorrichtung ein Sinusgenerator und als Schaltmittel zum Kurzschließen des Schwingkreises Thyristoren verwendet. Die Kurzschlußzündung der Thyristoren geschieht dabei in Abhängigkeit von der Sinusspannung des Sinusgenerators jeweils mit dem Erreichen eines positiven oder negativen Sinusmaximalwertes.

Nachteilig bei dieser Schaltungsanordnung ist, daß mit dem Kurzschließen des Schwingkreises durch die Thyristoren auch

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gleichzeitig der Ausgang der ladevorrichtung mit kurzgeschlossen wird. Hierdurch wird der Ladevorrichtung unnötig viel Leistung entnommen, was schließlich zu einer nicht unerheblichen Verschlechterung des Wirkungsgrades der gesamten Schaltungsanordnung führt.

Aufgabe der Erfindung ist es,· diesen Nachteil der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent zu beseitigen, d.h. eine Schaltungsanordnung gemäß der eingangs genannten Art mit einem demgegenüber sehr viel besseren Wirkungsgrad aufzubauen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schalteinrichtung zum wechselweisen An- und Abschalten der Ladevorrichtung am bzw. vom Schwingkreis sowie durch ein Steuerglied zur Steuerung der Schalteinrichtung in dem Sinne, daß jeweils nur während der Zeitdauer des Aufladens der Schwingkreiskapazität die Ladevorrichtung am Schwingkreis angeschaltet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich wegen der lediglich auf die Zeitdauer der Aufladung der Schwingkreiskapazität begrenzten Anschaltzeitdauer der Ladevorrichtung an den Schwingkreis entsprechend geringere Leistungsanforderungen an die Ladevorrichtung. Diese geringeren Leistungsanforderungen wiederum bewirken einen nicht unerheblichen Anstieg des Gesamtwirkungsgrades der Schaltungsanordnung.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung soll das Steuerglied die Schalteinrichtung in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Schaltmittel zum Kurzschließen des Schwingkreises steuern in dem Sinne, daß jeweils mit dem den Schwingkreiskurzschluß bewirkenden Schließen der Schaltmittel die Ladevorrichtung vom Schwingkreis abgeschaltet und jeweils mit dem die Unterbrechung des Kurzschlusses bewirkenden Öffnen der Schaltmittel die Ladevorrichtung wieder am Schwingkreis angeschaltet

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wird. Als Steuerglied soll dabei zweckmäßig ein Schaltimpulserzeuger verwendet werden, der zusammen mit einem Kurzschließimpuls für die Kurzschließschaltmittel auch einen Abschaltimpuls für die Schalteinrichtung zur Abschaltung der Ladevorrichtung, vom Schwingkreis erzeugt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird als Ladevorrichtung zweckmäßig eine Gleichspannungsquelle verwendet und die Schalteinrichtung soll Mittel zur Erzeugung eines konstanten Ladestromes für die Schwingkreiskapazität bei am Schwingkreis angeschalteter Gleichspannungsquelle beinhalten. Eine derartige Ausbildung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, weil sich im Zusammenspiel zwischen einer Gleichspannung als Ladespannung und dem während der Zeitdauer der Aufladung fließenden Konstantstrom gegenüber dem reinen Sinusbetrieb sehr viel kürzere Aufladezeiten für die Schwingkreiskapazität erreichen lassen, die dann auch zu entsprechend höheren Folgefrequenzen der Hochfrequenzentladeimpulse führen (bezogen auf eine Sinusspannung bestimmter Frequenz läßt sich unter Umständen gegenüber bisher nahezu der doppelte Folgefrequenzwert erreichen) . Als Schalteinrichtung kann hierbei zweckmäßig ein in den Verbindungsleitungen zwischen Ladevorrichtung und Schwingkreis eingebrachter Transistorschalter dienen, der gleichzeitig auch den Konstantstromerzeuger bildet.

Die günstigste Ausführungsform der Erfindung ergibt sich jedoch, wenn die· Schalteinrichtung und die Kurzschließschaltmittel durch mindestens je einen Thyristor gebildet werden, wobei der die Schalteinrichtung bildende Thyristor zusammen mit einer in Serie liegenden ersten Spulenwicklung in den Ladekreis und der die Kurzschließschaltmittel bildende Thyristor zusammen mit einer ebenfalls in Serie liegenden zweiten Spulenwicklung in den Entladekreis des Schwingkreises eingeschaltet und b«ide Spulenwicklungeri über mindestens eine v/eitere Spulenwicklung

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zusammen induktiv am Verbraucher angekoppelt sind.Bei einer solchen Ausführungsform wird sowohl während der Aufladezeit als auch der Entladezeit der Schwingkreiskapazität ein Hochfrequenzimpuls für den Verbraucher erzeugt. Einerseits ergibt sich hierdurch ein besonders hoher Wirkungsgrad und andererseits auch e-ine weitere Steigerungsmöglichkeit für die Folgefrequenz der an den Verbraucher abgegebenen Hochfrequenzimpulse.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand von zwei Figuren, die zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Prinzipschaltbild darstellen, im folgenden näher erläutert.

In der Fig. 1 ist mit 1 eine Gleichspannungsquelle bezeichnet, die als Aufladequelle für die Schwingkreiskapazität 2 eines aus dieser Kapazität sowie einer Spulenwicklung 3 gebildeten Hochfrequenzschwingkreises 4 dient. Die Spulenwicklung 3 ste].lt dabei die Primärwicklung eines Hochfrequenztransformators 5 dar. Die Sekundärwicklung 6 dieses Transformators 5 ist über einen Magnetkern 7 an der Primärwicklung angekoppelt. Der Transformator 5 dient zur Übertragung der vom Schwingkreis 4 erzeugten Hochfrequenzimpulse zu einem Verbraucher 8, z.B. Patientenkörper. Er entkoppelt außerdem gleichzeitig den Verbraucher 8 gleichstrommäßig vom Schwingkreis 4.

Die Aufladung der Kapazität 2 geschieht über einen Transistorschalter 9 zum wechselweisen An- und Abschalten der Schwingkreiskapazität 2 vom Gleichspannungserzeuger 1. Dieser Transistor 9 erzeugt ferner zusammen mit einem ohmschen Widerstand 9' für die Zeitdauer einer Aufladung der Schwingkreiskapazität 2 einen konstanten Ladestrom für die Schwingkreiskapazität. Die Steuerung des Transistorschalters 9 geschieht durch Schaltimpulse eines Impulserzeugers 10. Der Impulserzeuger 10 steuert ferner auch gleichzeitig einen Thyristor 11 zum periodischen

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Kurzschließen des Schwingkreises 4. Die Steuerimpulse des Schaltimpulserzeugers 10 sind dabei so ausgelegt, daß mit der Abgabe eines Zündimpulses für den Thyristor 11 gleichzeitig ein Abschaltimpuls für den Transistorschalter 9 zur Abschaltung der Gleichspannungsquelle 1 vom Schwingkreis 4 für die Dauer des Schwingkreiskurzschlusses durch den Thyristor 11 erzeugt wird. Nach jeder erfolgten Entladung der Schwingkreiskapazität 2 wird hingegen über den Schaltimpulserzeuger 10 der Transistor 9 zur erneuten Aufladung der Schwingkreiskapazität 2 durch die Gleichspannungsquelle 1 in den leitenden Zustand gesteuert und gleichzeitig der Thyristor 11 während der Zeitdauer der Aufladung gesperrt.

Im Betriebszustand der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 wird demnach periodisch im Takt von Schaltimpulsen des Schaltimpulserzeugers 10 der Transistor 9 zur Aufladung der Schwingkreiskapazität 2 geöffnet und nach erfolgter Aufladung unter gleichzeitiger Zündung des Thyristors 11 wieder geschlossen. Die während der Zeitdauer des Schwingkreiskurzschlusses erzeugten Hochfrequenzimpulse werden über den Transformator 5 dem Verbraucher 8 (z.B. als Koagulationsimpulse bei der Hochfrequenzchirurgie) zugeleitet. Da der Transistor 9 während der Aufladezeit des Schwingkreises 2 als Konstantstromquelle arbeitet, lassen sich bei entsprechender Dimensionierung des Transistors auch relativ kurze Aufladezeiten erreichen, die entsprechend zu einer hohen Folgefrequenz der am Schwingkreis 4 erzeugten Hochfrequenzentladeimpulse führen. Außerdem kann hierdurch am Thyristor 11 der maximal zulässige Spannungsanstieg voll ausgenutzt werden.

In der Fig. 2 ist mit 12 wiederum eine Gleichspannungsquelle bezeichnet, die zur Aufladung der Schwingkreiskapazität 13 eines aus dieser Kapazität 13 sowie einer Spulenwicklung 14 be-

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stehenden Hochfrequenzschwingkreises 15 dient. Die Aufladung der Schwingkreiskapazität 13 geschieht dabei über einen ersten Thyristor 16 (Ladethyristor) mit einer nachgeschalteten weiteren Spulenwicklung 17. Die Entladung der Schwingkreiskapazität hingegen erfolgt über die Spulenwicklung 14 durch Zünden eines zweiten Thyristors 18 (Entladethyristor). Die Steuerung der Thyristoren 16 und 18 geschieht hierbei wiederum über einen entsprechende Zündimpulse liefernden Zündimpulserzeuger 19.

Die beiden Spulenwicklungen 14 bzw. 17 stellen im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 entsprechend wie auch bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 die Primärwicklung eines Hochfrequenztransformators 20 mit der Sekundärwicklung 21 und einem Magnetkern 22 dar, in dessen Sekundärkreis der Verbraucher 23 liegt.

Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 2 ergibt sich im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach der Fig.1 wie folgt:

Zur Aufladung der Schwingkreiskapazität 13 wird der Ladethyristor 16 gezündet. Der hierbei über die Spulenteilwicklung 17 fließende Ladestrom erzeugt bereits während der Ladezeit in der Sekundärwicklung 21 des Transformators 20 einen Hochfrequenzimpuls für den Verbraucher 23. Nach Beendigung der Aufladung wird der Thyristor 16 wieder gesperrt und damit die Spannungsquelle 12 vom Schwingkreis 15 abgetrennt. Gleichzeitig wird jedoch auch der Entladethyristor 18 gezündet und der dabei auftretende Entladeimpuls als weiterer. Hochfrequenz impuls dem Verbraucher 23 zugeführt. Bei der Schaltungsanordnung nach der Fig. 2 wird demnach sowohl während der Aufladezeit der Schwingkreiskapazität 13 als auch während deren Entladezeit je ein Hochfrequenzimpuls an den Verbraucher 23 abgegeben(beirn Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 hingegen jeweils immer nur ein

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Entladeimpuls während der Zeitdauer der Schwingkreiskapazitätentladung) . Die gekoppelten Wicklungen 14 und 17 verhindern dabei ein gleichzeitiges Zünden der Thyristoren 16 und 18, weil durch den jeweiligen Stromimpuls am gesperrten Thyristor jeweils eine Gegenspannung induziert wird.

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Claims

Patentansprüche

/T) Schaltungsanordnung zur periodischen Erzeugung von gedämpften Hochfrequenzschwingungen, insbesondere zur Anwendung in der Hochfrequenzchirurgie, mit einem an einer Ladevorrichtung zum Aufladen der Schwingkreiskapazität angeschlossenen, auf die gewünschte Hochfrequenz abgestimmten, bedämpften Schwingkreis sowie mit steuerbaren Schaltmitteln, die den Schwingkreis im Takt der gewünschten Folgefrequenz der gedämpften Schwingungen für deren Dauer kurzschließen, nach Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 20 10 361), gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (9 oder 16) zum wechselweisen An- und Abschalten der ladevorrichtung (1 oder 12) am bzw. vom Schwingkreis (4.oder 15) sowie durch ein Steuerglied (10 oder 19) zur Steuerung der Schalteinrichtung in dem Sinne, daß jeweils nur während der Zeitdauer des Aufladens der Schwingkreiskapazität (2 oder 13) die Ladevorrichtung am Schwingkreis angeschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (10 oder 19) die Schalteinrichtung (9 oder 16) in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Schaltmittel (11 oder 18) zum Kurzschließen des Schwingkreises steuert in dem Sinne, daß jeweils mit dem den Schwingkreiskurzschluß bewirkenden Schließen der Schaltmittel (11 oder 18) die Ladevorrichtung (1 oder 12) vom Schv/ingkreis abgeschaltet und jeweils mit dem die Unterbrechung des Kurzschlusses bewirkenden Öffnen der Schaltmittel (11 oder 18) die Ladevorrichtung (1 oder 12) wieder an den Schwingkreis angeschaltet wird.-
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (10 oder 19) ein SchaltimpuL-serzeuger .ist, der susamiren v:.it einem KurzschiJ.eßimpuls für die Kurzschließ-

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schaltmittel (11 oder 18) auch einen Abschaltimpuls für die Schalteinrichtung (9 oder 16) zur Abschaltung der Ladevorrichtung vom Schwingkreis erzeugt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladevorrichtung (1 oder 12) eine Gleichspannungsquelle ist und die Schalteinrichtung (9 oder 16) Mittel zur Erzeugung eines konstanten Ladestromes für die Schwingkreiskapazität bei am Schwingkreis angeschalteter Gleichspannungsquelle beinhaltet.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein in den Verbindungsleitungen zwischen Ladevorrichtung (1) und Schwingkreis (4) eingebrachter Transistorschalter (9) ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (9) zusammen mit einem ohmschen Widerstand (9^!) den Konstantstromerzeuger bildet.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung und die Kurzschließschal tmittel durch mindestens je einen Thyristor (16 bzw. 18) gebildet sind, wobei der die Schalteinrichtung bildende Thyristor (16) zusammen mit einer in Serie liegenden ersten Spulenwicklung (17) in den Ladekreis und der die Kurzschließschaltmittel bildende Thyristor (18) zusammen mit einer ebenfalls in Serie liegenden zweiten Spulenwicklung (14) in den Entladekreis des Schwingkreises (15) eingeschaltet sind, und daß beide Spulenwicklungen (14, 17) über mindestens eine weitere Spulenwicklung (21) zusammen induktiv am Verbraucher (23) angekoppelt sind.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Spulenwicklung (17, 14) die Primärwicklung und die weitere Spulenwicklung (21) die Sekundärwicklung eines Transformators (20) bilden.

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9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (14, 17) des Transformators (20) eine Mittenanzapfung aufweist und die Schwingkreiskapazität (13) zwischen dieser Mittenanzapfung und dem Anschluß des die Kurzschließschaltmittel bildenden Thyristors (18) an die Ladevorrichtung (12) eingeschaltet ist.

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