DE2910196B1 - Gegentakt-HF-Oszillator fuer ein Elektrochirurgiegeraet - Google Patents

Description

• Es ist zwar bekannt, bei einem Röhren-Oszillator zur Hochfrequenzerwärmung von Kunststoffen, die Anodenspannung der Röhren an Anzapfungen der Schwingkreisspule abzunehmen und die Ausgangsspannung an weiteren Anzapfungen der Schwingkreisspule über Kondensatoren a uszukoppeln (Radio-Electronic-Engineering«, Mai 1944), doch ist man bei Röhren weitgehend frei in der Wahl der Betriebsspannung, da sie wesentlich höheren Spannungen standhalten als Transistoren. So wird der bekannte Röhren-Oszillator mit Gleichspannung von 3000 Volt betrieben. Da bei einem Elektrochirurgiegerät die Elektroden-Betriebswechselspannung wesentlich niedriger liegt, etwa in der Größenordnung von 1000 Volt, ließe sich die gewünschte Elektroden-Betriebswechselspannung einfach durch Heruntertransformieren der Oszillatorspannung erzielen, weil dabei gleichzeitig die Dämpfung des Oszillators vermindert wird.
• Es ist auch schon bekannt (Radio Engineersi Handbook, 1950, Seite 614) bei einem Gegentakt-HF-Röhrenoszillator die Anodenspannungen und die Gitterspannungen an verschiedenen Anzapfungen der Schwingkreisspule abzunehmen. Hierbei erfolgt die Stromversorgung des Oszillators über einen Hochspannungstransformator, und ein Ausgangstransformator ist nicht vorgesehen. Dieser Stand der Technik vermittelt daher keine Anregungen bezüglich der Ausbildung eines Transformator-Übersetzungsverhältnisses durch entsprechende Wahl der Anzapfungen.
• Ferner sind zur Erzeugung von Hochfrequenzschwingungen Gegentakt-Transistoroszillatoren bekannt, bei denen zwar die Basisspannungen an Anzapfungen der Schwingkreisspule, die Kollektorspannungen jedoch an äußeren Enden der Schwingkreisspule abgegriffen werden und ebenfalls kein Ausgangstransformator vorgesehen ist (Funk-Technik, 1966, Nr. 15, Seiten 560-561).
• Sodann ist es bekannt, zur Regelung der Ausgangsleistung eines Oszillators die Gleichstromversorgung periodisch an den Oszillator anzulegen (US-PS 40 51 885 und DE-OS 2345 812).
• Im vorliegenden Falle hat diese Regelung jedoch eine besondere Bedeutung: bei verminderter Eingangsspannung und der Gefahr des Abreißens der Hochfrequenzschwingungen ist diese Art der Leistungsregelung besonders vorteilhaft.
• Sodann kann an der Sekundärwicklung ein fester Widerstand liegen. Dieser Widerstand stellt eine Grundlast dar, die den Schwankungsbereich der Belastung und damit des Schwingverhaltens des Oszillators einengt. Gleichzeitig wird eine bessere Anpassung der Belastung an den Innenwiderstand des Oszillators zur Vermeidung einer vollständigen Reflektion erreicht, die die abgegebene Leistung verringern und gegebenenfalls zu einer Zerstörung von Halbleiterbauelementen, insbesondere Transistoren, in der Rückkopplungseinrichtung führen kann.
• Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dar.
• Der dargestellte Gegentakt-Oszillator enthält einen Transformator mit einer Primärwicklung 1 und einer Sekundärwicklung 2. An der Sekundärwicklung 2 liegt eine Grundlast in Form eines ohmschen Widerstands 3.
• Das eine Ende der Sekundärwicklung 2 ist geerdet, und am anderen Ende ist die Aktivelektrode 4 angeschlossen. Parallel zur Primärwicklung 1 liegt ein Kondensator 5, der zusammen mit der Primärwicklung 1 einen Parallelschwingkreis bildet.
• Eine Mittelanzapfung 6 der Primärwicklung list mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle 7 in einer Gleichstromversorgungseinrichtung 8 verbunden Die Gleichspannungsquelle 7 enthält einen mit etwa 24 Volt Wechselspannung gespeisten Brückengleichrichter mit Glättungseinrichtung. Mittlere Anschlüsse 9 und 10 beider Wicklungshälften der Primärwicklung 1 sind ferner über eine im Gegentakt arbeitende Rückkopplungseinrichtung 11 und ein in der Gleichstromversorgungseinrichtung 8 liegendes elektronisches Schaltglied 12 in Form eines Transistors mit parallelgeschaltetem Kondensator 13 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 verbunden. Das Schaltglied 12 wird von einem ebenfalls aus der Gleichspannungsquelle 7 gespeisten, astabilen Multivibrator 14 mit einstellbarem Tastverhältnis gesteuert.
• Die Rückkopplungseinrichtung 11 enthält zwei emitterseitig verbundene Transistoren 15 und 16. Der Kollektor des Transistors 15 ist mit dem Anschluß 9 und über einen Kondensator 17 mit der Basis des Transistors 16 verbunden. Der Kollektor des Transistors 16 ist mit dem Anschluß 10 und über einen Kondensator 18 mit der Basis des Transistors 15 verbunden. Zwischen Basis und Emitter des Transistors 15 liegt ein ohmscher Widerstand 19 und zwischen Basis und Emitter des Transistors 16 ein ohmscher Widerstand 20. Die Werte der Kondensatoren 17 und 18 sind einander gleich, ebenso die der Widerstände 19 und 20. Auch die Transistoren 15 und 16 haben gleiche Parameter. Auf diese Weise ergibt sich ein symmetrischer Aufbau des Oszillators. Sodann liegt zwischen der Verbindungsstelle 21 beider Emitter und dem Schaltglied 12 ein gemeinsamer niederohmiger Widerstand 22 als Gegenkopplungswiderstand.
• Bezeichnet man bei einem Gegentakt-Oszillator herkömmlicher Bauart, bei dem die Kollektoren der Transistoren der Rückkopplungseinrichtung mit den äußeren Enden der Primärwicklung 1 verbunden sind, mit n=n2/nt das Übersetzungsverhåltnis des Transformators 1, wobei nl die Windungszahl der Primärwicklung 1 und n2 die Windungszahl der Sekundärwicklung 2 ist, dann gilt R1 =R2/n2, wobei R1 der auf die Primärseite transformierte Wert des gesamten Widerstandswertes R2 der sekundärseitigen Belastung ist. Zur Erzielung einer genügend großen Hitzeentwicklung in dem der Aktivelektrode 4 anliegenden Gewebe, dessen Widerstandswert zwischen etwa 500 Ohm und 3000 Ohm liegt, ist sekundärseitig eine Mochfrequenz-Wechselspannung von etwa 1000 Volt von Spitze zu Spitze erforderlich.
• Will man aus Sicherheitsgründen die bisher benutzte, etwa 48 Volt betragende Betriebswechselspannung für die Gleichspannungsquelle 7 auf einen niedrigeren Wert von etwa 24 Volt verringern, dann ist ein höheres Übersetzungsverhältnis n des Transformators erforderlich. Dies führt allerdings dazu, daß der auf die Primärseite transformierte Belastungswiderstandswert R1 verhältnismäßig niedrig wird. Je niedriger dieser Wert Rl ist, um so höher ist jedoch die Dämpfung des Parallelschwingkreises aus Primärwicklung 1 und Kondensator 5. Mit steigender Dämpfung besteht die Gefahr, daß der aperiodische Grenzfall des Parallelschwingkreises erreicht wird, bei dem die Schwingungen des Oszillators aussetzen. Durch Verlegung der Anschlüsse 9 und 10 zwischen die äußeren Enden und die Mittelanzapfung 6, vorzugsweise in die Mitte, wie dargestellt, erhöht sich nunmehr zwar das für die Transformation der Spannung wirksame Übersetzungsverhältnis der Sekundärwicklung 2 zu dem zwischen den Anschlüssen 9 und 10 liegenden Wicklungsabschnitt.
• Der auf die Primärseite zwischen die äußeren Enden der Primärwicklung 1 transformierte Belastungswiderstand bleibt jedoch unverändert, so daß die Bedämpfung des Parallelschwingkreises im Vergleich zu dem bekannten Gerät ebenfalls unverändert bleibt.
• Auf diese Weise gelingt es, mit niedrigerer Versorgungsspannung zu arbeiten, ohne die Spannung an der Aktivelektrode 4 zu verringern und ohne die Gefahr eines Aussetzens der Oszillatorschwingungen zu erhöhen. Andererseits ist es nummehr auch möglich, das Übersetzungsverhältnis n entsprechend der Erhöhung des wirksamen Übersetzungsverhältnisses zu verringern, so daß die eingangsseitige Betriebsspannung und die Ausgangsspannung unverändert bleiben, sich jedoch der auf die Primärseite bezogene Belastungswiderstand erhöht und damit die Dämpfung verringert. Eine geringere Dämpfung erleichtert das Anschwingen des Oszillators und erhöht die Stabilität seiner Schwingungen.
• Um die Leistung des Chirurgiegeräts auf einen gewünschten Wert einzustellen, wird das Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer des Gegentakt-Oszillators mittels des monostabilen Multivibrators 14 und des Schaltgliedes 12 entsprechend eingestellt. Bei eingeschaltetem Schaltglied 12 (durchgesteuertem Transistor 12) ist der Oszillator eingeschaltet, dagegen bei ausgeschaltetem Schaltglied 12 (gesperrtem Transistor 12) ausgeschaltet, wobei der Kondensator 13 die Gleichstromversorgung unterbricht und bezüglich hochfrequenter Ströme durchlässig ist, um sicherzustellen, daß der Transistor 12 nicht über seine Eigeninduktivitäten und Eigenkapazitäten mit dem hochfrequenten Wechselstrom des Oszillators belastet und übermäßig erwärmt wird. Der Vorteil dieser Rechteck-Tastung des Oszillators besteht darin, daß sein Schwingungseinsatz durch die Einschaltstöße erleichtert wird.
• In dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die Bauelemente folgende Werte haben, wobei die Indizes der Bezugszeichen sich auf Bauelemente mit gleicher Bezugszahl beziehen.
• nl = 12 Windungen n2 = 60 Windungen ci = 1 Nanofarad C18 = Cs7 = 4,7 Nanofarad R3 = 10 Kiloohm R19 = R20 = 180 Ohm R22 = 1,2 Ohm Oszillatorfrequenz = 1 bis 2 Megahertz (abhängig von der Belastung) f14 = 150 Hertz Abwandlungen vom dargestellten Ausführungsbeispiel liegen im Rahmen der Erfindung. So ist es auch möglich, das Schaltglied 12 zwischen den Pluspol der Gleichspannungsquelle 7 und die Mittelanzapfung 6 zu legen. Ferner kann das Tastverhältnis des Schaltgliedes 12 konstant gehalten und nur der Betrag der Ausgangsgleichspannung der Gleichspannungsquelle 7 geändert werden, z. B. durch eine Tastverhältnis-Steuerung oder Phasenanschnitt-Steuerung mit anschließender Glättung.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Gegentakt-HF-Oszillator für ein Elektrochirurgiegerät mit einem die HF-Energie zu den Arbeitselektroden überkoppelnden Ausgangstransformator, dessen Primärwicklung einen Teil eines Parallelschwingkreises bildet, mit einer an je eine Hälfte der Primärwicklung angeschlossenen Rückkopplungseinrichtung, mit einer Gleichstromversorgungseinrichtung, die einerseits mit einer Mittelanzapfung der Primärwicklung und andererseits mit der Rückkopplungseinrichtung verbunden ist, und mit zwei in der Rückkopplungseinrichtung im Gegentakt in Hartley-Schaltung arbeitenden Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Rükkopplungseinrichtung t11) einerseits zwischen der Mittelanzapfung (6) und dem einen Ende und andererseits zwischen der Mittelanzapfung (6) und dem anderen Ende der Primärwicklung (t) an der Primärwicklung angeschlossen ist und daß die Gleichstromversorgungseinrichtung (8) mit einem einstellbaren Tastverhältnis periodisch ein- und ausschaltbar ist.
2. 2 Gegentakt-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sekundärwicklung (2) ein fester Widerstand (3) liegt Die Erfindung betrifft einen Gegentakt-HF-Oszillator für ein Elektrochirurgiegerät mit einem die HF-Energie zu den Arbeitselektroden überkoppelnden Ausgangstransformator, dessen Primärwicklung einen Teil eines Parallelschwingkreises bildet, mit einer an je eine Hälfte der Primärwicklung angeschlossenen Rückkopplungseinrichtung, mit einer Gleichstromver sorgungseinrichtung, die einerseits mit einer Mittelanzapfung der Primärwicklung und andererseits mit der Rückkopplungseinrichtung verbunden ist, und mit zwei in der Rückkopplungseinrichtung im Gegentakt in Hartley-Schaltung arbeitenden Transistoren.

   Bei einem Gegentakt-Oszillator dieser Art ist die Rückkopplungseinrichtung mit den äußeren Enden der Primärwicklung verbunden. Die Gleichstromversorgungseinrichtung liefert eine verhältnismäßig hohe Betriebsspannung durch Gleichrichtung einer entsprechend hohen, bei etwa 48 Volt liegenden Betriebswech selspannung. Die verhältnismäßig hohe Betriebsgleich spannung hat den Vorteil, daß zur Erzielung der wesentlich höheren Versorgungswechselspannung für die an der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossene Aktivelektrode des Chirurgiegeräts ein entsprechend niedriges Übersetzungsverhältnis des Transformators erforderlich ist. Bei niedrigem Obersetzungsverhältnis ist der auf die Primärseite transformierte Widerstandswert des durch das Gewebe des Patienten gebildeten Belastungswiderstands verhältnismäßig hoch und dementsprechend die Bedämpfung des Parallelschwingkreises des Gegentakt-Oszillators gering.

   Aus Sicherheitsgründen ist es häufig jedoch erwünscht, die Betriebsspannung des Oszillators weiter herabzusetzen. Da aber die Spannung an der Aktivelektrode zur Erzielung der erforderlichen Hitzeentwick- lung im Gewebe des Patienten im wesentlichen festliegt, ist ein Betrieb des Oszillators mit geringerer Spannung nur möglich, wenn das Übersetzungsverhältnis des Transformators entsprechend erhöht wird. Einer Erhöhung des Transformator-Übersetzungsverhältnisses steht jedoch die Gefahr eines Aussetzens der Oszillatorschwingungen aufgrund einer zu hohen Bedämpfung des Parallelschwingkreises durch den entsprechend niedrigen, açuf- die Primärseite des Transformators ~ transformierten Belastungswiderstand entgegen. Die Gefahr des Aussetzens der Schwingungen ist besonders hoch, wenn die Betriebsgleichspannung des Oszillators entsprechend der jeweiligen Belastung veränderbar sein soll.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oszillator der gattungsgemäßen Art dosierbar und mit aus Sicherheitsgründen niedriger Eingangsspannung und stabilen HF-Schwingungen am Ausgang auszubilden.

   Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rückkopplungseinrichtung einerseits zwischen der Mittelanzapfung und dem einen Ende und andererseits zwischen der Mittelanzapfung und dem anderen Ende der Primärwicklung an der Primärwicklung angeschlossen ist und daß die Gleichstromversorgungseinrichtung mit einem einstellbaren Tastverhältnis periodisch ein- und ausschaltbar ist.

   Bei dieser Anschlußart der Rückkopplungseinrichtung ist das wirksame Spannungs-Übersetzungsverhältnis gleich dem Verhältnis der Windungszahl der Sekundärwicklung zur Windungszahl des zwischen den Anschlüssen der Rückkopplungseinrichtung liegenden Wicklungsabschnitts; wenn hierbei die primär- und sekundärseitigen Windungszahlen im Vergleich zum bekannten Fall unverändert bleiben, kann die Betriebsspannung des Oszillators entsprechend verringert werden, ohne daß sich die Ausgangsspannung des Transformators verringert, weil das wirksame Übersetzungsverhältnis größer ist. Trotz dieser Erhöhung des Spannungs-Übersetzungsverhältnisses bleibt der auf die Primärseite parallel zur gesamten Primärwicklung transformierte Belastungswiderstand und damit die Bedämpfung des Parallelschwingkreises unverändert.

   Eine geringere Dämpfung erleichtert das Anschwingen des Oszillators und vermeidet die Gefahr des Aussetzens seiner Schwingungen. Durch entsprechende Wahl des Tastverhältnisses läßt sich die Leistung des Chirurgiegerätes steuern und/oder regeln, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, daß der Oszillator durch die Einschaltstöße sicher wieder anschwingt.