DE2939255A1 - Schaltungsanordnung zur beaufschlagung eines ladungsspeichers mit einer ladespannung - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Beaufschlagung eines Ladungs-
• speichers mit einer Ladespannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Beaufschlagung eines Ladungsspeichers, insbesondere Reizimpulskondensators eines Herzschrittmachers, mit einer Ladespannung, deren funktioneller Verlauf durch einen Ladespannungserzeuger vorgebbar ist, wobei der Ladungsspeicher gegenüber der Belastbarkeit des Ladespannungserzeugers eine niedrigere Belastung anbietet.
• Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist beispielsweise durch die DE-OS 22 17 400 als integraler Bestandteil eines Herzschrittmachers bekannt. Der dort vorgesehene Ladespannungserzeuger umfaßt ein Schrittschaltwerk, das eine Serie von Festwiderständen schaltet. Die Festwiderstände sind gemäß einer geometrischen Reihe gestuft und sie sind durch das Schrittschaltwerk einzeln so miteinander kombinierbar, daß sich ein schrittweise abgesenkter Verlauf der Amplitude der Reizimpulse ergibt.
• Die Erzeugung eines solchen Ladeimpulsverlaufes dient speziell zur Erfassung der Reizschwelle des Herzens des schrittmachertragenden Patienten. Eigenschaft des Ladespannungserzeugers des in der DE-OS beschriebenen Herzschrittmachers ist, daß die Widerstandswerte der einzelnen Festwiderstände zur besseren Anpassung an den niederohmige Last (Herz) tragenden impulserzeugenden Kondensator relativ niederohmig sein müssen. Aus Gründen längerer Lebensdauer werden heute jedoch Batterien, insbesondere Lithium-Batterien, eingesetzt, die einen recht hohen Innenwiderstand aufweisen. Die Ungleichheit zwischen dem relativ hohen Innenwiderstand der Batterie und dem relativ niederohmigen Widerstandsnetzwerk des Ladespannungserzeugers führt zu Schwankungen im Verlauf der Ladespannung.
• Aufgabe vorliegender Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, insbesondere zur Anwendung bei Herzschrittmachern, anzugeben, die einen schwankungsfreien Verlauf der Ladespannung gewährleistet.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ladespannung des Ladespannungserzeugers als Sollspannung zusammen mit dem Istwert der Ladespannung des Ladungsspeichers einem eingangsseitig hochohmigen Komparator mit vorgegebener Regelhysterese zugeleitet wird, und daß zwischen Komparatorausgang und Ladungsspeicher eine Hilfs-Lade/Entladeschaltung für den Ladungsspeicher vorgesehen ist, die vom Ausgangssignal des Komparators in der Weise gesteuert ist, daß sie dem Ladungsspeicher Ladespannung zuführt, wenn die Speicherspannung kleiner ist als die Regelspannung minus der halben Regelhysterese und daß sie dem Ladungsspeicher Ladespannung entnimmt, wenn die Speicherspannung größer ist als die Regelspannung plus der halben Regelhysterese.
• Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung trifft der Ladespannungserzeuger ausgangsseitig auf den hochohmigen Eingangswiderstand des Komparators. Es entsteht somit also nicht mehr ein hochohmig/niederohmiges Gefälle. Der Widerstand des Ladespannungserzeugers kann vielmehr gegenüber bisher ebenfalls sehr hochohmig ausgelegt werden, wodurch letztendlich dann auch Stabilität des Ladespannungsverlaufes erreicht wird.
• Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
• In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Prinzipschaltbild, Fig. 2 eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Ladespannungserzeugers zur Anwendung bei einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1.
• In der Fig. 1 ist mit 1 als niederohmiger Widerstand (ca. 500 n) das menschliche Herz schematisch angedeutet.
• Am Herzen liegt die aktive Reizelektrode 2 des Herzschrittmachers. Mit 3 ist die indifferente Elektrode bezeichnet. Ein Kondensator 4, der über einen ohmschen Widerstand 5 (ca. 20#n) ladbar ist, kann durch Schließen eines Schalters 6 seine Ladung in Form von Herzschrittmacher-Reizimpulsen an das Patientenherz 1 abgeben. Das Schließen des Schalters 6 erfolgt im Takt fHI des Herzschrittmacher-Taktgebers 7. Dem Patientenherz werden demnach im Takt fHI Entladepulse des Kondensators 4 als Herzschrittmacher-Reizimpulse zugeführt. Das Laden des Kondensators 4 erfolgt über die Batteriespannung Ug durch Schalter 8 bzw. 9, die in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Komparators 10 mit vorgegebener Regelhysterese UH (sog. Fenster-Komparator) geschaltet werden. Diesem Komparator 10 wird eingangsseitig die Ausgangsspannung UR eines Ladespannungserzeugers 11 zusammen mit dem Istwert Uc der Ladespannung des Kondensators 4 zugeleitet. Der Ladespannungserzeuger 11 gibt den erwünschten Verlauf der Ladespannung am Kondensator 4 als Sollwert vor. Der Komparator 10 vergleicht diesen Sollwert UR mit dem Istwert Uc. Die Regelung erfolgt dann in der Weise, daß dem Kondensator 4 durch Schließen des Schalters 8 erhöhtes Potential zugeführt wird, wenn der Komparator UC < UR - UH/2 registriert. Ist dagegen UC > UR + UH/2, so wird der Schalter 9 betätigt und somit überschüssige Ladung vom Kondensator 4 gegen Masse entladen.
• Der Komparator 10 hat einen hohen Eingangswiderstand.
• Aus diesem Grunde kann auch der Innenwiderstand des Ladespannungserzeugers 11 relativ hoch gewählt werden (ca. 10 Mn). In der Regelstrecke entsteht also kein hochohmig/niederohmiges Gefälle. Es ergeben sich somit Ladespannungsverläufe am Kondensator 4, die dem Soll-Zeitverlauf der Ladespannung des Ladespannungserzeugers 11 folgen.
• Im vorliegenden Falle erzeugt der Ladespannungserzeuger 11 eine Pulsfolge von z. B. 16 Pulsen, die schrittweise in der Amplitude abgesenkt werden. Ein entsprechender Spannungsverlauf ergibt sich auch an Kondensator 4. Die schrittweise abgesenkte Amplitude der Reizimpulse ermöglicht die Erfassung der Reizschwelle des Herzens.
• In praktischer Ausbildung kann der Ladespannungserzeuger 11 als Widerstandsreihe mit Schrittschaltwerk entsprechend Ausführung im Schrittmacher der DE-OS 22 17 400 aufgebaut sein. Im Unterschied zu bisher, sind die Festwiderstände jetzt jedoch hochohmig, z. B.
• im Bereich 20 M n, dimensioniert. Der Ladespannungserzeuger kann jedoch in bevorzugter Ausgestaltung auch die Form des Prinzipschaltbildes der Fig. 2 aufweisen. -Dort umfaßt der Ladespannungserzeuger einen aus Zählerketten 12 bis 15 bzw. 16 bis 19 mit Logikgatter 20 bestehenden Ladepulsfolgenerzeuger, der im Zusammenspiel mit einem Invertierschaltglied 21 für die Batteriespannung UB einem RC-Zeitglied 22, 23 mit hochohmigem Widerstand 22 (ca. 20 M n) Ladepulse der Batterie mit variablem Tastverhältnis N nach der Beziehung UB x Nn (n = Impulsdauer, N = Periodendauer, wobei N durch Endzählerstand der Zählerkette 12 bis 15, undndurch Einzelzählerstände bei Durchtaktung in logischer Verknüpfung vorgegeben sind) zuführt. Das RC-Glied läßt sich in besonders einfacher Weise integrieren, so daß sich besonders kompakte Bauform ergibt.

Claims (8)

1. Patentansprüche 3; Schaltungsanordnung zur Beaufschlagung eines Ladungsspeichers, insbesondere Reizimpulskondensators eines Herzschrittmachers, mit einer Ladespannung, deren funktioneller Verlauf durch einen Ladespannungserzeuger vorgebbar ist, wobei der Ladungsspeicher gegenüber der Belastbarkeit des Ladespannungserzeugers eine niedrigere Belastung anbietet, d a durch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ladespannung des Ladespannungserzeugers (11) als Sollspannung (UR) zusammen mit dem Istwert (Uc) der Ladespannung des Ladungsspeichers (4) einem eingangsseitig hochohmigen Komparator (10) mit vorgegebener Regelhysterese UH zugeleitet wird, und daß zwischen Komparatorausgang und Ladungsspeicher (4) eine Hilfs-Lade/Entladeschaltung (+UB, Masse, 8, 9) für den Ladungsspeicher (4) vorgesehen ist, die vom Ausgangssignal des Komparators (10) in der Weise gesteuert ist, daß sie dem Ladungsspeicher (4) Ladespannung zuführt, wenn die Speicherspannung (Uc) kleiner ist als die Regelspannung minus der halben Regelhysterese (Uc < UR -UH/2) und daß sie dem Ladungsspeicher (4) Ladespannung entnimmt, wenn die Speicherspannung größer ist als die Regelspannung plus der halben Regelhysterese (UC > UR + Um/2)~
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Hilfs-Lade/Entladeschaltung eine Schaltvorrichtung (8, 9) umfaßt, die im Falle zu niedriger Spannung (Uc) den Ladungsspeicher (4) an höheres Potential, insbesondere Batteriespannung (UB), und bei zu hoher Spannung (Uc) an niedrigeres Potential, z. B. indifferentes Potential (Masse), schaltet.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für Anwendung bei Herzschrittmachern der Ladespannungserzeuger (11) ein mit einem Schrittschaltwerk versehener Pulserzeuger ist, der durch das Schrittschaltwerk im RhythmusfHI) der Reizimpulse in der Amplitude veränderbar ist, insbesondere in dem Sinne, daß die Amplitude stufenweise herabgesetzt wird.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Innenwiderstand des Ladespannungserzeugers (11) dem hochohmigen Eingangswiderstand des Komparators (10) entsprechend hochohmig ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Aufbau des Ladungsspannungserzeugers (11) als Anordnung eine Mehrzahl von Festwiderständen, die Werte der einzelnen Widerstände hochohmig sind.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Ladespannungserzeuger (11) #n Schrittschaltwerk eine Zeitglied-Schaltung hoher Zeitkonstante, insbesondere RC-Glied (22, 23) nebst einem Ladepulsfolgenerzeuger (12 - 21) umfaßt, welcher Ladepulsfolgenerzeuger die Zeitglied-Schaltung (22, 23) mit einer Ladepulsfolge des Betriebssparnungserzeugers (UB) beaufschlagt, deren Tastverhältnis NS mit n = Pulsdauer und N = Periodendauer, im Takt (fHI) der Reizimpulse des Reizimpulserzeugers (7) schrittweise änderbar ist.
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der am Ladespannungserzeuger vorgebbare Verlauf der Ladespannung nach Programm wahlweise Treppenverlauf, insbesondere zur Reizschwellenmessung, oder Verlauf mit konstanter Amplitude, insbesondere zur reinen Reizung des Herzens im Schrittmachertakt, oder sonstwie funktionellen Verlauf ist.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umschaltung zwischen einzelnen Verläufen von Hand oder durch Programmgeber nach Programm erfolgt.