DE2447105C3 - Oscillator for a high-frequency surgical device - Google Patents

Oscillator for a high-frequency surgical device

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DE2447105C3 DE19742447105 DE2447105A DE2447105C3 DE 2447105 C3 DE2447105 C3 DE 2447105C3 DE 19742447105 DE19742447105 DE 19742447105 DE 2447105 A DE2447105 A DE 2447105A DE 2447105 C3 DE2447105 C3 DE 2447105C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Oszillator für ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät mit einem Transistor, der durch einen Übertrager rückgekoppelt istThe invention relates to an oscillator for a High-frequency surgical device with a transistor that is fed back through a transformer

Hochfrequenz-Chirurgiegeräte arbeiten im Kurzzeitbetrieb mit einer sehr kleinen Einschaltdauer. Nur während der Einschaltzeiten müssen sie die zum Schneiden erforderliche elektrische Leistung abgeben. Zur Einschaltung ist ein im allgemeinen durch den Fuß zu betätigender Schalter vorgesehen. Der Arzt drückt auf diesen Schalter, wenn er mit der aktiven Elektrode des Chirurgiegeräts arbeiten will. Die elektrischen Bauelemente brauchen i.ur dem Kurzzeitbetrieb entsprechend bemessen zu werri n; es ist also nicht erforderlich, zur Wärmeabfuhr Maßnahmen zu treffen, die verhindern, daß sich Bauelemente, insbesondere der Transistor, während einer längeren Zeit zu stark erwärmen. Die Kühleinrichtung für den Transistor muß nur dem Kurzzeitbetrieb entsprechend bemessen sein.High-frequency surgical devices work in short-term operation with a very short duty cycle. Just During the switch-on times, they have to deliver the electrical power required for cutting. A switch, which is generally operated by the foot, is provided for switching on. The doctor presses on this switch if he wants to work with the active electrode of the surgical device. The electric Components only need short-term operation accordingly measured to werri n; it is therefore not necessary to take measures to dissipate heat, which prevent components, in particular the transistor, from becoming too strong for a prolonged period of time heat. The cooling device for the transistor only has to be dimensioned according to the short-term operation.

Bei der Benutzung eines Hochfrequenz-Chirurgiegerätes ist es nun möglich, daß der Einschalter defekt und daher der Oszillator dauernd eingeschaltet ist. Während derjenigen Zeit, in der mit dem Hochfrequenz-Chirurgiegerät nicht gearbeitet wird, läuft der Oszillator in diesem Fall im Leerlauf und es ist daher erforderlich, Maßnahmen zu treffen, die verhindern, daß bei einer solchen Störung der Oszillator, insbesondere der Transistor darin, zerstört wird.When using a high-frequency surgical device, it is now possible that the switch is defective and therefore the oscillator is always on. During the time when using the high-frequency surgical device is not being worked, the oscillator runs in idle mode in this case and it is therefore necessary to To take measures to prevent the oscillator, especially the Transistor in it, is destroyed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator für ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei schadhaftem Einschalter eine Zerstörung des Transistors ausgeschlossen ist.The invention is based on the object of providing an oscillator for a high-frequency surgical device To create the type mentioned at the outset, in which the transistor is destroyed if the switch is defective is excluded.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß ohne zusätzliche Bauelemente durch Verwendung eines Ferritkerns für den Übertrager des Oszillators und geeignete Bemessung eine Zerstörung des Transistors im Leerlauf bei schadhaftem Einschalter verhindert werden kann.According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1. The invention is based on the surprising finding that without additional components by Use of a ferrite core for the transmitter of the oscillator and suitable dimensioning a destruction of the transistor idling with a defective switch can be prevented.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Ausgestaltunggen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigtFurther advantageous details and embodiments of the invention emerge from the following Description of an embodiment based on the drawing. It shows

Fig. 1 das Schaltbild eines Oszillators für ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach der Erfindung,1 shows the circuit diagram of an oscillator for a high-frequency surgical device according to the invention,

F i g. 2 eine Kurve zur Erläuterung der Erfindung,
Fig.3 das Ersatzschaltbild des Übertragers des Oszillators gemäß F i g, 1.F i g. 2 shows a curve to explain the invention,
3 shows the equivalent circuit diagram of the transformer of the oscillator according to FIG. 1.

Der in der F i g. 1 dargestellte Oszillator enthält einen Transistor 1, der mittejs eines Netzwerkes rückgekoppelt ist das aus einem Übertrager mit den Wicklungen 2 und 3 sowie zwei Kapazitäten 4 und 5 besteht Zwischen Kollektor und Basis des Transistors 1 liegt ferner ein RC- Kreis 6 und ein Basiswiderstand 7. Eme Diode 8 schützt die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 1 vor negativen Spannungsspitzen. Die Ausgangsspannung des Oszillators wird über einen Kondensator 9 ausgekoppelt und über die Leitung 10 einer aktiven Elektrode zugeführt Die neutrale Elektrode liegt über die Leitung 11 an Masse. Der Oszillator ist hochfrequenzmäßig über einen Kondensator 12 an Masse gelegt Frequenzbestimmende Teile sind in erster Linie das Rückkopplungsnetzwerk 2,3,4,5. Außerdem ist die Frequenz des Oszillators in geringem Maße noch von der Belastung und der Basis-Emitter-Kapazität des Transistors 1 abhängig. Die Frequenz liegt in der Größenordnung von 1 MHz.The one shown in FIG. 1 contains a transistor 1, which is fed back in the middle of a network that consists of a transformer with windings 2 and 3 and two capacitors 4 and 5. An RC circuit 6 and a base resistor 7 are also located between the collector and base of transistor 1. Eme diode 8 protects the base-emitter path of transistor 1 from negative voltage peaks. The output voltage of the oscillator is decoupled via a capacitor 9 and fed to an active electrode via line 10. The neutral electrode is connected to ground via line 11. The high frequency of the oscillator is connected to ground via a capacitor 12. The frequency-determining parts are primarily the feedback network 2, 3, 4, 5. In addition, the frequency of the oscillator is still dependent to a small extent on the load and the base-emitter capacitance of the transistor 1. The frequency is in the order of 1 MHz.

Das Netzwerk 13 bis 16 dient zum Abblocken der Hochfrequenzspannung von der Versorgungsleitung.The network 13 to 16 is used to block the high frequency voltage from the supply line.

Zur Einschaltung dient ein Fußschalter 17, der die Betriebsspannung an den Eingang des Oszillators anlegtA foot switch 17 is used for switching on, which supplies the operating voltage to the input of the oscillator applies

Die Wicklungen 2 und 3 des Rückkopplungsübertragers sind auf einen Ferritkern 18 gewickelt.The windings 2 and 3 of the feedback transformer are wound on a ferrite core 18.

Ferrite verlieren beim Erreichen der Curietemperatur praktisch ihre magnetischen Eigenschaften. Die F i g. 2 zeigt den Verlauf der Anfangspermeabilität μ in Abhängigkeit von der Temperatur δ eines Ferritkernes. Ebenfalls geht hieraus hervor, daß die Curietemperatur für diesen speziellen Werkstoff bei etwa 1900C liegt. Bei dieser Temperatur erfolgt ein steiler Abfall der Anfangspermeabilität μ.Ferrites practically lose their magnetic properties when they reach the Curie temperature. The F i g. 2 shows the course of the initial permeability μ as a function of the temperature δ of a ferrite core. Is also apparent from this that the Curie temperature for this particular material is approximately 190 0 C. At this temperature there is a steep drop in the initial permeability μ.

Bedingt durch die Kernverluste kommt es zu der Erwärmung des Ferritkerns 18. Per Kernverlustwiderstand wird bei Ferrit im wesentlichen durch den Rest-Verlustwiderstand Rv sowie durch den Hysterese-Verlustwiderstand Rh verursacht. Die Wirbelstromverluste spielen bei Ferriten eine untergeordnete Rolle. Diese Verluste erfaßt man beim Ersatzschaltbild des Übertragers dadurch, daß man parallel zur Kopplungsinduktivität Lk einen ohmschen Widerstand Rt zeichnet, wie dies in der F i g. 3 dargestellt ist. Aus der F i g. 3 geht hervor, daß im Leerlauf an Rk die maximale Spannung und hiermit auchrdie maximale Verlustleistung auftritt.As a result of the core losses, the ferrite core 18 is heated. In the case of ferrite, the core loss resistance is essentially caused by the residual loss resistance R v and the hysteresis loss resistance Rh . Eddy current losses play a subordinate role in ferrites. These losses are recorded in the equivalent circuit diagram of the transformer by drawing an ohmic resistance Rt parallel to the coupling inductance Lk , as shown in FIG. 3 is shown. From FIG. 3 it can be seen that the maximum voltage and thus also the maximum power loss occurs at Rk when idling.

Rcu\ und Rciti sind die ohmschen Kupferverluste der beiden Übertragerwicklungen, L\d und Led die primäre und sekundäre Streuinduktivität und ü das Übersetzungsverhältnis.
Wie schon erwähnt, treten im Leerlauffall, d. h. bei geschlossenem Schalter 17 und nicht benutzter aktiver Elektrode, im Ferritkern 18 die größten Kernverluste auf. Die Bauelemente des Oszillators gemäß F i g. I sind so bemessen, daß der Ferritkern 18 im Leerlauffall relativ schnell seine Curietemperatur erreicht. Die Rcu \ and Rciti are the ohmic copper losses of the two transformer windings, L \ d and Led the primary and secondary leakage inductance and ü the transformation ratio.
As already mentioned, when the switch 17 is closed and the active electrode is not in use, the greatest core losses occur in the ferrite core 18 when idling. The components of the oscillator according to FIG. I are dimensioned so that the ferrite core 18 reaches its Curie temperature relatively quickly when idling. the

Aufheizung des Ferritkerns 18 geschieht aber nicht gleichzeitig Über seine ganze Länge. Die heißeste Stelle kann etwa in die Mitte des stabförmigen Ferritkerns 18 gelegt werden. An dieser Stelle wird nun zuerst die Curietemperatur erreicht und der Ferritkern 18 verliertHowever, the ferrite core 18 does not heat up at the same time over its entire length. The hottest place can be placed approximately in the middle of the rod-shaped ferrite core 18. At this point the Curie temperature reached and the ferrite core 18 loses

hier seine magnetischen Eigenschaften. Dieser Teil deshere its magnetic properties. This part of the

Ferritkerns 18 wirkt nun wie in Luftspalt und dieFerrite core 18 now acts as in air gap and the Permeabilität des Gesamtkerns wird erheblich geringer.The permeability of the entire core is considerably lower. Dies hat zur Folge, daß der Kopplungsfaktor desThis has the consequence that the coupling factor of the

Übertragers 2,3 kleiner wird. Der Leistungstransistor I wird daher weniger ausgesteuert und zieht damit weniger Strom- Die Leerlaufstromaufnahme wird verringert. Da sie zusammen mit den Kondensatoren 4, 5 frequenzbestimmend ist, schwingt der Oszillator infolge der kleineren Induktivität des Übertragers 2, 3 mit einer höheren Frequenz. Die Stromverstärkung des Transistors 1 geht zurück und die Stromaufnahme im Leerlauf wird noch zusätzlich verringert.Transformer 2.3 becomes smaller. The power transistor I is therefore less controlled and thus draws less current. The no-load current consumption is decreased. Since it determines the frequency together with the capacitors 4, 5, the oscillator oscillates due to the smaller inductance of the transformer 2, 3 with a higher frequency. The current gain of the Transistor 1 goes back and the current consumption when idling is further reduced.

Die Folge des Erreichens der Curietemperatur im Ferritkern 18 ist, daß der Leerlaufstrom auf einenThe consequence of reaching the Curie temperature in the ferrite core 18 is that the no-load current to a

unkritischen Wert begrenzt und der Transistor vor thermischer Überlastung geschützt wird.uncritical value is limited and the transistor is protected from thermal overload.

Ohne zusätzliche Bauelemente, allein durch die Verwendung eines Ferritkerns im Übertrager 2,3 kann also erreicht werden, daß bei schadhaftem Schalter 17 im Leerlauf, d. h. bei nicht benutzter aktiver Elektrode, eine Zerstörung des Transistors 1 ausgeschlossen ist. Der Ferritkern 18 kann als Stab ausgebildet sein, auf den die Wicklungen 2 und 3 koaxial hintereinander oder aufeinander gewickelt sind.Without additional components, simply by using a ferrite core in the transformer 2.3 thus achieved that if the switch 17 is defective in idle, d. H. if the active electrode is not used, destruction of the transistor 1 is excluded. The ferrite core 18 can be designed as a rod on the the windings 2 and 3 are wound coaxially one behind the other or on top of one another.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Oszillator für ein Hochfrequenz-Chirurgiegerät mit einem Transistor, der durch einen Übertrager rückgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragerkern (18) ein Ferritkern und der Oszillator (Fig. 1) so dimensioniert ist, daß der Ferritkern (18) im Leerlauf des Oszillators seine Curietemperatur erreicht1. Oscillator for a high-frequency surgical device with a transistor that is driven by a transformer is fed back, characterized in that that the transformer core (18) is a ferrite core and the oscillator (Fig. 1) is dimensioned so that the ferrite core (18) reaches its Curie temperature when the oscillator is idle 2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (2,3,18) so ausgebildet ist, daß sich der Kern (18) ungleichmäßig erwärmt2. Oscillator according to claim 1, characterized in that the transformer (2,3,18) is designed is that the core (18) is heated unevenly 3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Kern (18) ein Ferritstab ist und der Übertrager (2, 3, 18) so ausgebildet ist daß die heißeste Stelle des Ferritstabs (18) im Leerlauf etwa in seiner Mitte liegt3. Oscillator according to claim 2, characterized in that the core (18) is a ferrite rod and the The transformer (2, 3, 18) is designed so that the hottest point of the ferrite rod (18) is approximately idle lies in its center
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