JP2015043684A - 共振インバーターのデッドタイム最適化 - Google Patents

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Abstract

【課題】移相フルブリッジ共振インバーターを使用する無線周波増幅器に関し、無線周波増幅器の効率およびダイナミックレンジを改善した電気外科用発電機を提供する。
【解決手段】電気外科用発電機は、Ｈ−ブリッジ１０４とタンク１０６とを含む共振インバーター１０２と、タンク１０６の少なくとも１つの特性を測定するように構成されているセンサーアレイ１２０と、第１のパルス幅変調（ＰＷＭ）タイミング信号および第２のＰＷＭタイミング信号をＨ−ブリッジに出力するように構成されているパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラー１１０とを含み、ＰＷＭコントローラー１１０は、センサーアレイ１２０によって測定される少なくとも１つの特性に基づいて、第１のＰＷＭタイミング信号と第２のＰＷＭタイミング信号との間のデッドタイムを制御する。
【選択図】図１

Description

背景
１．技術分野
本開示は、移相フルブリッジ共振インバーターを使用する無線周波増幅器に関する。特に、本開示は、無線周波増幅器の効率およびダイナミックレンジを改善することに関する。
２．関連技術の背景
エネルギーベースの組織処置は、当該分野において周知である。様々なタイプのエネルギー（例えば、電気的、超音波、マイクロ波、低温、熱、レーザーなど）が、所望の結果を達成するために、組織に適用される。電気外科は、組織を切断、切除、凝固、または密封するために、外科手術部位への高無線周波数電流の印加を含む。ソース電極または活性電極は、無線周波数エネルギーを電気外科用発電機から組織へ送達し、リターン電極は、電流を発電機に戻す。単極電気外科において、ソース電極は、代表的に、外科医によって保持される外科手術器具の一部であり、処置されるべき組織に当てられ、リターン電極は、電流を発電機に運び戻すために活性電極から離れて置かれる。双極電気外科において、手に持てるサイズの器具の電極のうちの一方は、活性電極として機能し、他方は、リターン電極として機能する。
電気外科用発電機は、電気外科手順を実施するために必要とされる電気外科エネルギーを発生させるために、移相フルブリッジ共振インバーターを使用し得る。共振インバーターの１つの例は、２対の電界効果トランジスター（ＦＥＴ）を有するＨ−ブリッジによって駆動されるＬＣＬＣタンクトポロジーを使用する。ＦＥＴの各対は、直列で接続されている２つのＦＥＴを含む。２つの直列に接続されているＦＥＴは、同時にオンに切り替えられるべきではなく、さもなければ、入力電圧源において短絡が起きる。短絡を避けるために、１対のＦＥＴの中で第１のＦＥＴに印加されるパルスと第２のＦＥＴに印加されるパルスとの間に、固定されたデッドタイムが提供される。共振インバーターの負荷条件に依存して、最適なデッドタイムも変化し得る。ＦＥＴのデッドタイムが、最適なデッドタイムに対して大き過ぎるか、または短すぎる場合、ＦＥＴ遷移は、部分的にゼロ電圧スイッチングおよび部分的にハードスイッチである。ＦＥＴが、より大きい程度までハードスイッチする場合、共振インバーターの効率は劇的に下がる。
概要
本記載は、句「１つの実施形態において」、「実施形態において」、「いくつかの実施形態において」、または「他の実施形態において」を使用し得、それらはそれぞれ、本開示に従う、同じかまたは異なる実施形態のうちの１つ以上を指し得る。本記載の目的のために、形態「Ａ／Ｂ」での句は、ＡまたはＢを意味する。本記載の目的のために、形態「Ａおよび／またはＢ」での句は、「（Ａ）、（Ｂ）、または（ＡおよびＢ）」を意味する。本記載の目的のために、形態「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」での句は、「（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（ＡおよびＢ）、（ＡおよびＣ）、（ＢおよびＣ）、または（Ａ、ＢおよびＣ）」を意味する。
本明細書中で用いられる場合、用語「発電機」は、エネルギーを提供することができるデバイスを指し得る。そのようなデバイスは、所望の強度、周波数、および／または波形を有するエネルギーを出力するために、電源と、電源によって出力されるエネルギーを改変することができる電気回路とを含み得る。
本明細書中に記載されるシステムはまた、１つ以上のコントローラーを利用して、様々な情報を受け取り、受け取られた情報を変換して、出力を生じさせ得る。コントローラーは、メモリーに記憶されている一連の命令を実行することができる任意のタイプのコンピューティングデバイス、計算回路、または任意のタイプのプロセッサーもしくは処理回路を含み得る。コントローラーは、複数のプロセッサーおよび／またはマルチコア中央処理装置（ＣＰＵ）を含み得、任意のタイプのプロセッサー（例えば、マイクロプロセッサー、デジタル信号プロセッサー、マイクロコントローラーなど）を含み得る。コントローラーは、一連の命令を実施するために、データおよび／またはアルゴリズムを記憶するためのメモリーも含み得る。
本明細書中に記載される方法、プログラム、アルゴリズム、またはコードのうちの任意のものは、プログラミング言語もしくはコンピュータープログラムに変換され得るか、またはプログラミング言語もしくはコンピュータープログラムで表現され得る。「プログラミング言語」および「コンピュータープログラム」は、コンピューターへの命令を指定するために使用される任意の言語であり、それには、以下の言語およびそれらのデリバティブが挙げられる（しかし、これらに限定されない）：Ａｓｓｅｍｂｌｅｒ、Ｂａｓｉｃ、Ｂａｔｃｈファイル、ＢＣＰＬ、Ｃ、Ｃ＋、Ｃ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｊａｖａ（登録商標）、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、Ｍａｃｈｉｎｅコード、オペレーティングシステム指令言語、Ｐａｓｃａｌ、Ｐｅｒｌ、ＰＬ１、スクリプト言語、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、メタ言語自体がプログラムを指定するメタ言語、ならびに全ての第１世代、第２世代、第３世代、第４世代、および第５世代のコンピューター言語。データベースおよび他のデータスキーマ、ならびに任意の他のメタ言語も含まれる。この定義の目的のために、インタプリタ言語、コンパイル言語、またはコンパイルおよびインタプリタの両方のアプローチを使用する言語間で区別はされない。この定義の目的のために、プログラムのコンパイルバージョンとソースバージョンとの間で区別はされない。従って、プログラミング言語が１つよりも多くの状態（例えば、ソース、コンパイル、オブジェクト、または連結）で存在し得るプログラムへの参照は、任意および全てのそのような状態への参照である。定義はまた、実際の命令およびそれらの命令の含意を包含する。
本明細書中に記載される方法、プログラム、アルゴリズム、またはコードのうちの任意のものは、１つ以上の機械読み取り可能なメディアまたはメモリーに含まれ得る。用語「メモリー」は、機械（例えば、プロセッサー、コンピューター、またはデジタル処理デバイス）によって読み取り可能な形態で情報を提供する（例えば、記憶する、および／または伝送する）機構を含み得る。例えば、メモリーとしては、読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶メディア、光学的記憶メディア、フラッシュメモリーデバイス、または任意の他の揮発性もしくは不揮発性メモリー記憶デバイスが挙げられ得る。そこに含まれるコードまたは命令は、搬送波信号、赤外線信号、デジタル信号によって、および他の類似の信号によって表され得る。
本開示の局面において、電気外科用発電機が提供される。電気外科用発電機は、Ｈ−ブリッジとタンクとを有する共振インバーターを含む。発電機は、タンクの少なくとも１つの特性を測定するように構成されているセンサーアレイも含む。パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラーが提供され、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラーは、第１のＰＷＭタイミング信号および第２のＰＷＭタイミング信号をＨ−ブリッジに出力するように構成されている。ＰＷＭコントローラーは、センサーアレイによって測定される少なくとも１つの特性に基づいて、第１のＰＷＭタイミング信号と第２のＰＷＭタイミング信号との間のデッドタイムを制御する。
いくつかの局面において、センサーアレイは、入力電圧、出力電圧、および出力電流を測定し、ＰＷＭコントローラーは、デッドタイムを決定するために、入力電圧、出力電圧、および出力電流を使用する。ＰＷＭコントローラーは、入力電圧および出力電圧に基づいて、効率測定値を算出する。ＰＷＭコントローラーは、出力電圧および出力電流に基づいて、負荷測定値も算出する。ＰＷＭコントローラーは、効率測定値に基づいて、デッドタイムを制御する。
いくつかの局面において、ＰＷＭコントローラーは、ルックアップ表を記憶しているメモリーを含む。ＰＷＭコントローラーは、センサーアレイによって測定される出力電圧および出力電流に基づいて、Ｈ−ブリッジの移相および負荷測定値を決定する。ＰＷＭコントローラーは、移相および負荷測定値を、ルックアップ表におけるデータと比較することによってデッドタイムを決定する。
本開示の別の局面において、共振インバーターにおける電界効果トランジスター（ＦＥＴ）遷移のためのデッドタイムを最適化する方法が提供される。上記方法は、ＦＥＴ遷移のためのデッドタイムを初期設定することと、共振インバーターの第１の効率測定値を決定することとを含む。ＦＥＴ遷移のデッドタイムは増大させられ、共振インバーターの第２の効率測定値が決定される。デッドタイムは、第１の効率測定値と第２の効率測定値との間の比較に基づいて調整される。
いくつかの局面において、第２の効率測定値が、第１の効率測定値よりも所定のパーセンテージ分大きい場合、デッドタイムは増大させられる。第２の効率測定値が、第１の効率測定値よりも所定のパーセンテージ分小さい場合、デッドタイムは減少させられる。
本開示のさらに別の局面において、共振インバーターにおける電界効果トランジスター（ＦＥＴ）遷移のためのデッドタイムを最適化する方法が提供され、この共振インバーターは、Ｈ−ブリッジとタンクとを含む。上記方法は、Ｈ−ブリッジに印加される複数のパルス幅変調信号間の移相を決定することと、タンクの負荷測定値を決定することとを含む。移相および負荷測定値は、ルックアップ表と比較され、最適なデッドタイムは、移相および負荷測定値とルックアップ表との間の比較の結果に基づいて決定される。最適なデッドタイムに基づいて、ＦＥＴ遷移のためのデッドタイムは調整される。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
（項目１）
電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
Ｈ−ブリッジとタンクとを含む共振インバーターと、
該タンクの少なくとも１つの特性を測定するように構成されているセンサーアレイと、
第１のパルス幅変調（ＰＷＭ）タイミング信号および第２のＰＷＭタイミング信号を該Ｈ−ブリッジに出力するように構成されているパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラーと
を含み、該ＰＷＭコントローラーは、該センサーアレイによって測定される該少なくとも１つの特性に基づいて、該第１のＰＷＭタイミング信号と該第２のＰＷＭタイミング信号との間のデッドタイムを制御する、電気外科用発電機。
（項目２）
上記センサーアレイは、入力電圧、出力電圧、および出力電流を測定し、上記ＰＷＭコントローラーは、上記デッドタイムを決定するために、該入力電圧、該出力電圧、および該出力電流を使用する、上記項目に記載の電気外科用発電機。
（項目３）
上記ＰＷＭコントローラーは、上記入力電圧および上記出力電圧に基づいて、効率測定値を算出する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目４）
上記ＰＷＭコントローラーは、上記出力電圧および上記出力電流に基づいて、負荷測定値を算出する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目５）
上記ＰＷＭコントローラーは、上記効率測定値に基づいて、上記デッドタイムを制御する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目６）
上記ＰＷＭコントローラーは、ルックアップ表を記憶しているメモリーを含む、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目７）
上記ＰＷＭコントローラーは、上記Ｈ−ブリッジの移相を決定する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目８）
上記センサーアレイは、出力電圧および出力電流を測定し、プロセッサーは、該出力電圧および該出力電流に基づいて、負荷測定値を決定する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目９）
上記ＰＷＭコントローラーは、上記移相および上記負荷測定値を、上記ルックアップ表におけるデータと比較することによって上記デッドタイムを決定する、上記項目のうちのいずれか一項に記載の電気外科用発電機。
（項目１０）
共振インバーターにおける電界効果トランジスター（ＦＥＴ）遷移のためのデッドタイムを最適化する方法であって、該方法は、
該ＦＥＴ遷移のためのデッドタイムを初期設定することと、
該共振インバーターの第１の効率測定値を決定することと、
該ＦＥＴ遷移のデッドタイムを増大させることと、
該共振インバーターの第２の効率測定値を決定することと、
該第１の効率測定値と該第２の効率測定値との間の比較に基づいて、該デッドタイムを調整することと
を含む、方法。
（項目１１）
上記第２の効率測定値が、上記第１の効率測定値よりも所定のパーセンテージ分大きい場合、上記デッドタイムは増大させられる、上記項目のうちのいずれか一項に記載の方法。
（項目１２）
上記第２の効率測定値が、上記第１の効率測定値よりも所定のパーセンテージ分小さい場合、上記デッドタイムは減少させられる、上記項目のうちのいずれか一項に記載の方法。
（項目１３）
共振インバーターにおける電界効果トランジスター（ＦＥＴ）遷移のためのデッドタイムを最適化する方法であって、該共振インバーターは、Ｈ−ブリッジとタンクとを含み、該方法は、
該Ｈ−ブリッジに印加される複数のパルス幅変調信号間の移相を決定することと、
該タンクの負荷測定値を決定することと、
該移相および該負荷測定値をルックアップ表と比較することと、
該移相および該負荷測定値と該ルックアップ表との間の比較の結果に基づいて、最適なデッドタイムを決定することと、
該最適なデッドタイムに基づいて、該ＦＥＴ遷移のためのデッドタイムを調整することと
を含む、方法。
（摘要）
本開示は、共振インバーターを含む電気外科用発電機に関し、この共振インバーターは、Ｈ−ブリッジとタンクとを有する。センサーアレイは、タンクの少なくとも１つの特性を測定する。パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラーは、第１のＰＷＭタイミング信号および第２のＰＷＭタイミング信号をＨ−ブリッジに出力する。ＰＷＭコントローラーは、センサーアレイによって測定される少なくとも１つの特性に基づいて、第１のＰＷＭタイミング信号と第２のＰＷＭタイミング信号との間のデッドタイムを制御する。
本開示の上記および他の局面、特徴、ならびに利益は、添付の図面とともに用いられる場合、以下の詳細な説明を考慮してより明らかになる。
図１は、本開示の実施形態に従う、電気外科用発電機の概略的な例示である。 図２は、図１に示されるＨ−ブリッジに印加される信号のタイミングダイアグラムである。 図３Ａは、大きいデッドタイムに起因して、増幅器に印加される電圧の図式の例示である。図３Ｂは、短いデッドタイムに起因して、増幅器に印加される電圧の図式の例示である。図３Ｃは、最適化されたデッドタイムに起因して、増幅器に印加される電圧の図式の例示である。 図４は、本開示の実施形態に従う、最適化アルゴリズムを示しているフローチャートである。 図５は、本開示の別の実施形態に従う、最適化アルゴリズムを示しているフローチャートである。
詳細な説明
本開示の特定の実施形態が添付の図面を参照して以下に記載されるが、開示される実施形態は、単に本開示の例であり、様々な形態で具体化され得ることが理解されるべきである。周知の機能または構築は、本開示を不必要な詳細で不明瞭にすることを避けるために詳細に記載されない。従って、本明細書中に開示される特定の構造上および機能上の詳細は、限定するものではなく、単に特許請求の範囲のための基礎として、および事実上任意の適切に詳述した構造で本開示を様々に用いるために、当業者に教示するための代表的な基礎として解釈される。類似の参照数字は、図面の記載にわたって、同様の要素または同一の要素を指し得る。
本開示は、電気外科用発電機に関し、この電気外科用発電機は、ＬＣＬＣタンクトポロジーとＨ−ブリッジとを有する移相フルブリッジ共振インバーターを用いる。発電機は、Ｈ−ブリッジにおけるＦＥＴに印加されるパルス間のデッドタイムを最適化するために、デッドタイム最適化アルゴリズムを利用する。デッドタイムを最適化することによって、共振インバーターの効率およびダイナミックレンジは改善され得る。
図１に目を向けると、本開示の実施形態に従う電気外科用発電機の１つの例が、全体的に１００として示されている。発電機１００は、発電機１００を制御するための適切な入力制御装置（例えば、ボタン、アクチベータ、スイッチ、タッチスクリーンなど）を含む。さらに、発電機１００は、使用者に多様な出力情報（例えば、強度設定、処置完了指標など）を提供するための１つ以上のディスプレースクリーン（示されない）を含み得る。制御装置は、使用者がＲＦエネルギーのパワー、波形、ならびに許容される最大アークエネルギーのレベルを調整することを可能にし、この許容される最大アークエネルギーは、特定のタスク（例えば、凝固、組織密封、強度設定など）に適した所望の波形を達成するために、所望の組織効果および他のパラメーターに依存して変動する。発電機１００に接続され得る器具（示されない）は、発電機１００の特定の入力制御装置との冗長性をもち得る複数の入力制御装置も含み得る。器具に入力制御装置を設置することは、外科手術手順中、発電機１００との相互作用を必要とすることなく、ＲＦエネルギーパラメーターのより容易でより速い改変を可能にする。
発電機１００は、様々なタイプの電気外科用器具を適応させるために、複数のコネクターを含み得る。さらに、発電機１００は、コネクター間のＲＦエネルギーの供給を切り替えるために、スイッチング機構（例えば、継電器）を含むことによって、単極モードまたは双極モードで動作し得る。
発電機１００は、共振インバーター回路１０２と、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラー１１０と、センサーアレイ１２０とを含む。共振インバーター回路１０２は、ＦＥＴ Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４を有するＨ−ブリッジ１０４と、ＬＣＬＣタンク１０６とを含む。ＰＷＭコントローラー１１０は、プロセッサー１１２とメモリー１１４とを含む。
共振インバーター回路１０２において、Ｈ−ブリッジ１０４は、陽性高圧直流（＋ＨＶＤＣ）を供給される。ＬＣＬＣタンク１０６の直並列またはＬＣＬＣコンバーターは、活性ＦＥＴスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４によって、フルブリッジ構成で駆動される。ＰＷＭコントローラー１１０は、図２に示されるように、ＦＥＴスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４に移相ＰＷＭタイミング信号を供給する。ＦＥＴ Ｑ１およびＱ２は、電圧ＶＳ１をＬＣＬＣタンク１０６に提供し、ＦＥＴ Ｑ３およびＱ４は、電圧ＶＳ２をＬＣＬＣタンク１０６に提供する。
構成要素ＬＳ、ＣＳ、ＬＭ、およびＣＰは、共振出力振幅を提供するために選択され、共振出力振幅は、移相ＰＷＭデューティサイクル×電力供給レールの＋ＨＶＤＣおよびグラウンドに比例する。ＬＣＬＣタンク１０６は、活性端子１３０を介して電気外科エネルギーを器具（示されない）に出力する。特に、活性端子１３０は、高ＲＦエネルギーの連続したの正弦波形またはパルス状の正弦波形のいずれかを提供する。活性端子１３０は、様々なデューティサイクル、ピーク電圧、波高因子、および他の適切なパラメーターを有する複数の波形を提供するように構成されている。特定のタイプの波形は、特定の電気外科モードに適している。例えば、活性端子１３０は、切断モードにおいて、１００％のデューティサイクル正弦波形を提供し得、この波形は、組織を切除、融合、および切開するのに最も適しており、活性端子１３０は、凝固モードにおいて、１％〜２５％のデューティサイクル波形を提供し得、この波形は、出血を止めるために、組織を焼灼するのに最も良好に使用される。
リターン端子１３２は、単極手順のためにリターンパッド（示されない）に連結される。あるいは、リターン端子１３２は、器具におけるリターン電極（示されない）に電気的に連結される。
発電機１００は、閉ループおよび／または開ループ制御スキームを実装し得、これらは、複数のセンサーを有するセンサーアレイ１２０を含み、多様な組織およびエネルギー特性（例えば、組織インピーダンス、組織温度、出力電流、および／または電圧など）を測定し、ＰＷＭコントローラー１１０にフィードバックを提供する。電流センサー１２２は、活性電流もしくはリターン電流の経路のいずれか、または両方において配置され得、出力電流（ＩＯ）を提供し得る。電圧センサー１２４は、端子１３０および１３２における電圧を感知し得、出力電圧（ＶＯ）を提供し得る。出力電流および出力電圧は、センサーアレイ１２０に提供される。センサーアレイ１２０は、出力電流および／または出力電圧をＰＷＭコントローラー１１０に提供し得る。ＰＷＭコントローラー１１０は、次に、適切な信号をＦＥＴ Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４に伝送する。ＰＷＭコントローラー１１０はまた、発電機１００または器具の入力制御装置からの入力信号を受け取る。ＰＷＭコントローラー１１０は、発電機１００によるパワー出力を調整するために入力信号を利用し、および／またはそこにおける他の制御機能を実施する。
センサー回路１２０は、ＬＣＬＣタンク１０６に供給される入力電圧（ＶＩ）と、活性端子１３０およびリターン端子１３２によって供給される出力電圧（ＶＯ）および出力電流（ＩＯ）とをリアルタイムで測定して、手順中に電気外科プロセスを特徴付ける。これは、フィードバック制御を達成するために、測定された電気的特性が動的入力制御変数として使用されることを可能にする。電流および電圧の値はまた、他の電気的パラメーター（例えば、パワー（Ｐ＝Ｖ＊Ｉ）およびインピーダンス（Ｚ＝Ｖ／Ｉ））を導くために使用され得る。センサー回路１２０はまた、電流および電圧の波形の特性を測定して、その形状を決定し得る。
入力電圧（ＶＩ）、出力電圧（ＶＯ）、および出力電流（ＩＯ）は、閉ループフィードバックスキームを実装するために、ＰＷＭコントローラー１１０に提供される。より詳細に下に記載されるように、ＰＷＭコントローラー１１０のプロセッサー１１２は、ＦＥＴ Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４に提供されるＰＷＭタイミング信号のデッドタイムを調整するために、メモリー１１４に記憶されるアルゴリズムを実装している。
図２は、それぞれＦＥＴ Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４に提供されるＰＷＭタイミング信号Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤの例を示す。図２に示されるように、ＰＷＭ信号ＡおよびＢは、立ち下りエッジデッドタイム１４０と立ち上がりエッジデッドタイム１４２とを含む。ＰＷＭ信号ＣおよびＤは、立ち下りエッジデッドタイム１４４と立ち上がりエッジデッドタイム１４６とを含む。デッドタイムとは、本明細書中に記載される実施形態において使用される場合、第１の入力信号における変化と第２の入力信号における変化との間の時間の間隔のことである。例えば、デッドタイム１４０は、信号Ａの立ち下りエッジと信号Ｂの立ち上がりエッジとの間で起きる。デッドタイム１４０、１４２、１４４、および１４６は、実質的に同様であり得るか、または以下に記載されるアルゴリズムに依存して変化し得る。
図３Ａ〜図３Ｃは、様々なデッドタイム状況によりＬＣＬＣタンク１０６に印加される電圧ＶＳ１を示す。図３Ａに示されるように、デッドタイムが最適なデッドタイムよりも大きい場合、ＦＥＴ遷移は、部分的にゼロ電圧スイッチング（１５０）および部分的にハードスイッチング（１５２）である。図３Ｂに示されるように、デッドタイムが最適なデッドタイムよりも小さい場合、ＦＥＴ遷移は、部分的にゼロ電圧スイッチング（１５４）およびハードスイッチング（１５６）である。従って、デッドタイムが最適ではない場合、ＦＥＴ遷移は、ハードスイッチング（１５２、１５６）を経て、ＦＥＴの効率の低下をもたらす。図３Ｃは、ＦＥＴ遷移がゼロ電圧スイッチング（１５８）であり、ハードスイッチングが存在しない最適なデッドタイムを示す。
本開示の実施形態において、ＰＷＭタイミング信号のデッドタイムは、図４のフローチャートに示されるように、アルゴリズムに従って最適化される。図４に示されるアルゴリズムは、ＦＥＴの各対（すなわち、Ｑ１とＱ２とを含む第１の対、およびＱ３とＱ４とを含む第２の対）についてのＦＥＴ遷移を試験するために利用される。図１とともに図４に目を向けると、カウンターは、ステップｓ１６０において、ゼロに初期設定される。カウンターは、プロセッサー１１２において実装されるか、またはＰＷＭコントローラー１１０における別個の構成要素として提供され得る。カウンターは、ＲＦサイクルの数、持続時間などをカウントするために使用され得る。ステップｓ１６２において、初期デッドタイムが、ＦＥＴ遷移に対して選択される。デッドタイムは、製造業者によって設定された所定のデッドタイムであり得るか、またはデッドタイムは、使用者が設定したデッドタイムであり得る。センサー回路１２０は、入力電圧（ＶＩ）および出力電圧（ＶＯ）を測定し、プロセッサー１１２は、ステップｓ１６４において効率測定値Ｅｔを決定する。効率測定値Ｅｔは、ステップｓ１６６において、Ｅｔ−１としてメモリー１１４内に記憶される。センサー回路１２０は、出力電流も測定し、プロセッサー１１２は、ステップｓ１６８において、出力電流および出力電圧の測定値を使用して、出力インピーダンスまたは負荷測定値Ｌｔを決定する。負荷測定値Ｌｔは、ステップｓ１７０において、Ｌｔ−１としてメモリー１１４に記憶される。
効率測定値および負荷測定値がＥｔ−１およびＬｔ−１として記憶された後、ステップｓ１７２において、ＦＥＴ遷移のデッドタイムは増大させられる。別の効率測定値Ｅｔおよび負荷測定値Ｌｔが、それぞれステップｓ１７４およびｓ１７６において取得される。ステップｓ１７８において、ＬｔとＬｔ−１との間で比較がなされる。ＬｔがＬｔ−１よりもＸ％大きい場合、または小さい場合（ここでＸは、製造業者によってプログラムされた数字または使用者によって入力された数字である）、次に、アルゴリズムは、ステップｓ１７６からの負荷測定値ＬｔがＬｔ−１として記憶されるステップｓ１８０に進み、アルゴリズムは、ステップｓ１７４に戻る。ＬｔがＬｔ−１よりもＸ％大きくも小さくもない場合、次に、アルゴリズムは、ＥｔとＥｔ−１との間で比較がなされるステップｓ１８２に進む。ＥｔがＥｔ−１よりもＹ％大きい場合（ここでＹは、製造業者によってプログラムされた数字または使用者によって入力された数字である）、次に、アルゴリズムは、ステップｓ１７４からの効率測定値ＥｔがＥｔ−１として記憶されるステップｓ１８４に進み、アルゴリズムは、ステップｓ１７２に戻って、デッドタイムを増大させる。ＥｔがＥｔ−１よりもＹ％大きくない場合、アルゴリズムは、ＥｔがＥｔ−１よりもＹ％小さいかどうかについて決定がなされるステップｓ１８６に進む。ＥｔがＥｔ−１よりもＹ％小さい場合、次に、アルゴリズムは、デッドタイムが減少させられるステップｓ１８８に進む。
デッドタイムが減少させられた後、アルゴリズムは、ステップｓ１７４からの効率測定値ＥｔがＥｔ−１として記憶されるステップｓ１９０に進む。ＥｔがＥｔ−１よりもＹ％小さい場合、次に、アルゴリズムは、ステップｓ１８８を飛ばし、ステップｓ１９０に進行する。図４のアルゴリズムは、ＦＥＴ遷移のデッドタイムを最適化するために使用されるが、カウンターは、それが所定の値に到達するまで動き続ける。ステップｓ１６０におけるカウンターが所定の値に到達する場合、アルゴリズムは終了させられ、異なるＦＥＴ遷移のために再度開始させられる。
本開示の別の実施形態において、ＰＷＭタイミング信号のデッドタイムは、図５のフローチャートに示されるように、ルックアップ表（ＬＵＴ）に従って最適化される。ＬＵＴは、製造業者によって作り出され、メモリー１１８に記憶される。特に、最適なデッドタイムは、Ｈ−ブリッジの様々な移相および負荷測定値に基づいて経験的に導かれる。最適なデッドタイムは、次に、製造業者によって、対応する移相および負荷測定値データとともにＬＵＴ内に記憶させられる。図１とともに図５に目を向けると、カウンターは、ステップｓ１９０において、ゼロに初期設定される。カウンターは、プロセッサー１１２において実装されるか、またはＰＷＭコントローラー１１０における別個の構成要素として提供され得る。カウンターは、ＲＦサイクルの数、持続時間などをカウントするために使用され得る。ステップｓ１９２において、Ｈ−ブリッジの移相は、プロセッサー１１２によって決定される。移相は、Ｈ−ブリッジ１０４における２対のＦＥＴ（Ｑ１、Ｑ２およびＱ３、Ｑ４）に提供されるタイミング信号間（すなわち、タイミング信号Ａ−ＢおよびＣ−Ｄ）におけるものである。ＦＥＴの各対は、固定されたデューティサイクル（例えば、５０％）−最適化されたデッドタイムにおいて動作する。移相は、負荷に送達される出力パワーに比例する。
センサー回路１２０は、ステップｓ１９４において、出力電流（ＩＯ）および出力電圧（ＶＯ）を測定して、共振インバーター１０２の出力インピーダンスまたは負荷測定値Ｌｔを決定する。プロセッサー１１２は、Ｈ−ブリッジ１０４の移相および負荷測定値Ｌｔを、ＰＷＭコントローラー１１０のメモリー１１４に記憶されたＬＵＴにおけるデータと比較する。Ｈ−ブリッジ１０４の移相および負荷測定値Ｌｔに基づいて、プロセッサー１１２は、ステップｓ１９８において、ＰＷＭタイミング信号についての最適なデッドタイムを決定する。特に、Ｈ−ブリッジ１０４の移相および共振インバーター１０２の負荷測定値は、ステップｓ１９６において、ＬＵＴにおける移相および負荷測定値データと比較される。プロセッサー１１２は、次に、ステップｓ１９８において、Ｈ−ブリッジの移相および共振インバーター１０２の負荷測定値に対応する最適なデッドタイムを決定する。最適なデッドタイムは、ステップｓ２００において、ＰＷＭコントローラーによって出力されるＰＷＭタイミング信号に適用される。
前述の記載は、本開示の例証となるに過ぎないことが理解されるべきである。様々な代替物および改変は、本開示から逸脱することなく、当業者によって考案され得る。従って、本開示は、全てのそのような代替物、改変、および変化を包含することが意図される。添付の図面を参照して記載される実施形態は、本開示の特定の例を実証するためのみに表される。上記および／または添付の特許請求の範囲に記載されるものとわずかに異なる他の要素、ステップ、方法、および技術は、本開示の範囲内であることも意図される。
１００ 発電機
１０２ 共振インバーター
１０４ Ｈ−ブリッジ
１０６ （ＬＣＬＣ）タンク
１１０ パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラー
１２０ センサーアレイ
１４０、１４２、１４４、および１４６ デッドタイム

Claims (13)

  1. 電気外科用発電機であって、該電気外科用発電機は、
    Ｈ−ブリッジとタンクとを含む共振インバーターと、
    該タンクの少なくとも１つの特性を測定するように構成されているセンサーアレイと、
    第１のパルス幅変調（ＰＷＭ）タイミング信号および第２のＰＷＭタイミング信号を該Ｈ−ブリッジに出力するように構成されているパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラーと
    を含み、該ＰＷＭコントローラーは、該センサーアレイによって測定される該少なくとも１つの特性に基づいて、該第１のＰＷＭタイミング信号と該第２のＰＷＭタイミング信号との間のデッドタイムを制御する、電気外科用発電機。
  2. 前記センサーアレイは、入力電圧、出力電圧、および出力電流を測定し、前記ＰＷＭコントローラーは、前記デッドタイムを決定するために、該入力電圧、該出力電圧、および該出力電流を使用する、請求項１に記載の電気外科用発電機。
  3. 前記ＰＷＭコントローラーは、前記入力電圧および前記出力電圧に基づいて、効率測定値を算出する、請求項２に記載の電気外科用発電機。
  4. 前記ＰＷＭコントローラーは、前記出力電圧および前記出力電流に基づいて、負荷測定値を算出する、請求項２に記載の電気外科用発電機。
  5. 前記ＰＷＭコントローラーは、前記効率測定値に基づいて、前記デッドタイムを制御する、請求項３に記載の電気外科用発電機。
  6. 前記ＰＷＭコントローラーは、ルックアップ表を記憶しているメモリーを含む、請求項１に記載の電気外科用発電機。
  7. 前記ＰＷＭコントローラーは、前記Ｈ−ブリッジの移相を決定する、請求項６に記載の電気外科用発電機。
  8. 前記センサーアレイは、出力電圧および出力電流を測定し、プロセッサーは、該出力電圧および該出力電流に基づいて、負荷測定値を決定する、請求項７に記載の電気外科用発電機。
  9. 前記ＰＷＭコントローラーは、前記移相および前記負荷測定値を、前記ルックアップ表におけるデータと比較することによって前記デッドタイムを決定する、請求項８に記載の電気外科用発電機。
  10. 共振インバーターにおける電界効果トランジスター（ＦＥＴ）遷移のためのデッドタイムを最適化する方法であって、該方法は、
    該ＦＥＴ遷移のためのデッドタイムを初期設定することと、
    該共振インバーターの第１の効率測定値を決定することと、
    該ＦＥＴ遷移のデッドタイムを増大させることと、
    該共振インバーターの第２の効率測定値を決定することと、
    該第１の効率測定値と該第２の効率測定値との間の比較に基づいて、該デッドタイムを調整することと
    を含む、方法。
  11. 前記第２の効率測定値が、前記第１の効率測定値よりも所定のパーセンテージ分大きい場合、前記デッドタイムは増大させられる、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第２の効率測定値が、前記第１の効率測定値よりも所定のパーセンテージ分小さい場合、前記デッドタイムは減少させられる、請求項１０に記載の方法。
  13. 共振インバーターにおける電界効果トランジスター（ＦＥＴ）遷移のためのデッドタイムを最適化する方法であって、該共振インバーターは、Ｈ−ブリッジとタンクとを含み、該方法は、
    該Ｈ−ブリッジに印加される複数のパルス幅変調信号間の移相を決定することと、
    該タンクの負荷測定値を決定することと、
    該移相および該負荷測定値をルックアップ表と比較することと、
    該移相および該負荷測定値と該ルックアップ表との間の比較の結果に基づいて、最適なデッドタイムを決定することと、
    該最適なデッドタイムに基づいて、該ＦＥＴ遷移のためのデッドタイムを調整することと
    を含む、方法。
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