KR20220136177A - 전기 의료 발전기 - Google Patents

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콘스탄틴 도른호프
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에에르베에 엘렉트로메디찐 게엠베하
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Abstract

본 발명에 따른 발전기(22)는 자체 발진 방식으로 구성된다. 이는 2개의 캐스코드 회로들(31, 32)로 구성되며, 그의 출력부들(A1, A2)은 푸시-풀 방식으로 여기시키기 위해 병렬 공진 회로(23)와 연결된다. 상기 캐스코드 회로들(31, 32)의 입력 트랜지스터들(33, 35)은 교차 결합되는 반면, 출력 트랜지스터들(34, 36)의 제어 전극들은 비가변 전위와 연결된다. 상기 전력 발진기(22)는 상기 트랜지스터들(33-36)이 가장 낮은 전환 손실을 포함하도록 자체 제어된다.

Description

전기 의료 발전기{ELECTROMEDICAL POWER GENERATOR}
본 발명은 환자에 대한 전기 수술적 조치를 수행하기 위해 제공되는 하나 이상의 전극을 공급하기 위한 전기 의료 발전기에 관한 것이다.
신경근 자극을 피하기 위해, 전기 수술에서는 일반적으로 각각의 전력이 제공되어야 하는 100 kHz 초과의 현저한 주파수를 갖는 교류가 사용된다. 일반적으로 전력 출력은 1 와트를 훨씬 초과하며, 수 백 와트에 도달할 수도 있다. 이를 위해 각각의 발전기들이 요구된다.
전기 수술 기구, 프로브 등은 상기 기구에 무선 주파수 교류 전류를 공급하기 위한 전기 수술 발전기를 필요로 한다. 이를 위해, DE 60 2004 009 293 T2는 발전기로부터 무선 주파수 전류가 공급되는 기구가 연결될 수 있는 발전기를 갖는 전기 수술 시스템을 개시하고 있다. 일 실시예에서, 상기 기구는 동시에 작동하기 위해 빠른 순서로 교대로 공급되는 절단 전극뿐만 아니라 응고 전극을 포함한다. 이를 위해, 각각의 전자 전환 스위치가 상기 기구 자체에 제공된다.
US 7 896 875 B2 및 US 2011/0112530은 각각 배터리에 의해 외부 발전기가 공급되는 RF 기구를 기술하고 있다. US 9 155 585 B2는 외부에서 제어되는 트랜지스터를 갖는 배터리로 작동되는 전기 의료 발전기를 추가로 설명한다. 설치된 배터리 및 설치된 발전기를 갖는 기구는 US 2015/0305798에 공지되어 있다.
또한 의료 치료를 위한 마이크로파의 용도에 대하여는 EP 2 572 668 B1 및 EP 2 572 669 B1에 공지되어 있다. 각각의 기구는 상기 기구에 배열된 마이크로파 증폭기로부터 공급되는 길이 방향 생크의 원위 단부에 마이크로파 안테나를 포함한다. 상기 기구는 마이크로파 신호 발생기가 있는 케이블을 통해 연결되며, 그의 신호는 마이크로파 증폭기로 안내된다. 수정된 실시예에서, 상기 마이크로파 신호 발생기는 상기 기구의 핸들에 배열된다. 그런 다음 전환 스위치는 외부 신호 발생기의 마이크로파 신호와 내부 신호 발생기의 마이크로파 신호 사이의 전환을 허용한다.
US 6,039,734로부터, 환자 치료용 단극 전극을 포함하고 치료자를 통해 정전용량 방식으로 전류 회로를 폐쇄하는 발전기가 설치된 기구가 또한 공지되어 있다. 작동 주파수는 5 MHz보다 높다. 마지막으로, 추가 선행 기술로서는 US 2017/238987 A1, US 2017/202607 A1, US 2017/079710 A1, US 2016/0270841 A1, US 2014/148803 A1, DE 20 2008 001 365 U1 및 CA 2 286 835 A1이 공지되어 있다.
마이크로파 발전기가 마이크로파의 방사에 의해 조직을 가열하고 영향을 미치는 반면, 무선 주파수로 작동되는 수술 기구는 현저히 낮은 주파수에서 작동한다. 그와 같은 기구의 작동을 위해 제공되는 전류의 주파수는 일반적으로 약 100 kHz이다. 그와 같은 기구는 조직을 통해 유동하는 무선 주파수 전류로 작동하며 또한 이와 같은 목적을 위해 항상 조직과 접촉하는 2개의 전극들이 요구된다. 상기 기구는 예를 들어 절단, 응고, 융합, 절제 등과 같이 생물학적 조직을 통해 직접 유동하는 전류에 의존하는 다양한 조치를 수행하는 역할을 한다. 각각의 전극의 형태 및 적용에 의해, 원하는 수술 효과가 구체적으로 영향을 받을 수 있다. 따라서, 예를 들어 펄스 폭 변조 등의 유무에 관계없이 펄스된, 예를 들어 변조되지 않은 RF(CW - "연속파"), 진폭 변조와 같은, 상이한 변조 형식과 마찬가지로 상이한 RF 전압과 RF 전류가 사용된다. 또한, 전류/전압 의존성은 수술 성공에 유익한 각각의 발전기 출력 특성 곡선에 의해 한정될 수 있다.
그러나, 그와 같은 수술 기구의 작동을 위해서는, 일반적으로 필요한 모드를 제공해야 하고 또한 무선 주파수 전력이 케이블을 통해 상기 기구로 전송되는 외부 수술 발전기가 필요하다. 상기 모드는 예를 들어 전압, 전류, 전력, 변조 등으로 구분된다.
DE 29 01 153 A1, US 2010/0137854 A1, US 2011/0245826 A1 및 EP 1 599 146 B1은 하나 이상의 공진 회로의 여기를 위한 외부 제어 스위치를 갖는 발전기를 개시하고 있다.
의료적 응용 이외에, 예를 들어, 통신 기술에 있어서, 예를 들어 DE 197 80 481 D1, DE 197 80 470 T1, DE 197 19 440 C2 또는 DE 197 19 441 C2에 공지된 바와 같은 자체 발진 발전기가 사용된다. 이와 같은 발전기들은 1 내지 20 GHz의 초/고주파 범위용 전압 제어 푸시풀 발진기로서 구성된다. 따라서, 예를 들어 4.5 V의 매우 낮은 작동 전압으로 작동되어야 한다. 상기 회로는 밀리와트 범위에 적합한다. 반대로, 전기 수술 분야에서 수술은 현저하게 더 높은 전력과 실질적으로 더 높은 전압으로 수행된다. 따라서, 개별 구성 요소들의 전압 과부하 위험이 존재한다.
본 발명의 목적은 전기 수술에 사용하기에 적합하고 간단한 구성으로 고효율을 달성하는 발전기 회로를 제공하는 것이다.
그와 같은 목적은 청구범위 제1 항에 따른 발전기에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 발전기는 2개의 캐스코드 회로들의 출력부들 사이에 배치되는 공진 회로를 포함한다. 상기 캐스코드 회로들은 피드백(포지티브 피드백) 방식으로 서로 연결되어, 상기 공진 회로와 함께 자체 발진 발전기를 형성한다. 이와 같은 개념은 캐스코드 회로의 높은 저항 출력이 공진 회로의 품질을 손상시키지 않으며, 생성된 교류 전압의 우수한 주파수 안정성과 높은 스펙트럼 순도 결과를 초래하는 단순한 발전기 구성을 초래한다. 상기 2개의 캐스코드 회로들은 푸시-풀 방식으로 작동하므로, 교번하는 포지티브 피드백으로 인해, 2개의 캐스코드 회로들에서 전환 손실이 최소화된다. 개별 트랜지스터들의 전환 시점은 이상적인 방식으로 병렬 공진 회로의 발진에 의해 한정된다. 상기 전환 손실을 최소화함으로써, 이와 같은 개념은 전기 수술에 사용하기에 적합한 전력을 출력하는 발전기에 특히 적합한다.
상기 캐스코드 회로들은 각각의 경우 공통 이미터 또는 공통 소스 회로의 입력 트랜지스터 및 공통 베이스 또는 공통 게이트 회로의 출력 트랜지스터를 포함한다. 공통 베이스 또는 공통 게이트 회로에서 작동하는 출력 트랜지스터들은 개별 출력 트랜지스터에 대한 위험 없이 상기 공진 회로에서 발생하는 고전압을 출력 전극(컬렉터 또는 드레인)에서 지원할 수 있다. 또한, 이러한 이유로, 본 발명에 따른 발전기 회로는 특히 전기 수술에서 사용하기에 적합하다.
캐스코드 회로의 입력 트랜지스터의 제어 전극(베이스 또는 게이트)은 다른 캐스코드 회로의 입력 트랜지스터의 출력 전극(컬렉터 또는 드레인)와 연결된다. 상기 입력 트랜지스터들의 출력 전극들은 상기 캐스코드 회로들의 출력 트랜지스터들의 전류 입력부들(이미터 또는 소스)와 연결된다. 상기 입력 트랜지스터의 출력 전극과 상기 출력 트랜지스터의 전류 입력부 사이의 연결 지점은 탭을 형성한다. 이와 같은 탭에서는, 상기 입력 트랜지스터들이 그들의 제어 전극들(베이스 또는 게이트)에서 높은 전압을 받지 않도록 높은 작동 전압의 경우에조차 낮은 전압(0 내지 예를 들면 20 V 사이)만을 발생한다. 따라서, 여기에서도 또한 제어 전극을 보호하기 위한 기술적 노력이 최소화된다. 과전압으로부터 보호하기 위한 다이오드 등과 같은 추가 부품들이 생략될 수 있다. 상기 제어 전극의 용량성 부하가 최소화되어, 최대 급경사를 갖는 스위칭 플랭크(switching flank)가 효과적일 수 있고 순차로 전환 손실이 감소될 수 있다.
상기 입력 트랜지스터들의 제어 전극들은 특히 용량 방식으로 탭과 연결될 수 있다. 또한, 그들은 잠재적인 드리프트(drift)를 방지하고 2개의 캐스코드 회로들 간의 대칭 전환을 시행하기 위해 저항 방식으로 서로 연결될 수 있다.
상기 출력 트랜지스터들의 제어 전극들은 바람직하게는 불변 전위, 예를 들어, 접지 또는 직류 전압과 연결된다. 상기 직류 전압은 작동 전압으로부터 파생될 수 있다. 예를 들어, 상기 트랜지스터가 만약 GaN-트랜지스터의 경우와 같이 일반적으로 전도성이면, 상기 제어 전극들은 접지에 직접 연결될 수 있다.
특히, 이것은 예를 들어 기준 전위(접지)와 관련하여 불변 전압을 생성하는 제너 다이오드(Zener diode) 또는 다른 요소일 수 있는 선형 또는 비선형 전압 분배기에 의해 실현될 수 있다. 바람직하게도 상기 출력 트랜지스터들의 제어 전극들은 상기 기준 전위(접지)와 용량 방식으로 연결된다.
상기 캐스코드 회로들의 출력부들에 연결된 병렬 공진 회로는 바람직하게는 리액터를 통해 직류 전압원과 연결되는 중앙 탭을 갖는 인덕터를 포함한다. 상기 직류 전압원은 예를 들어 100 V, 150 V, 200 V 또는 그 이상의 직류 전압을 제공할 수 있다. 기구의 전극에 공급되어야 하는 전압은 이와 같은 인덕터에 의해 변압기 방식으로 픽업될 수 있다.
예를 들어, 최소값과 최대값 사이에서 교번한다는 점에서 상기 직류 전압을 변조하는 것이 가능한다. 각각의 구성된 공급 장치는 예를 들면 고정 장치로서 기구의 외부에 형성될 수 있다. 상기 발전기는 회로와 관련하여 간단하게 구성되며 또한 그의 낮은 전력 손실로 인해 기구의 내부에 직접 배치될 수 있다. 예를 들면, 변조되지 않은 무선 주파수 또는 펄스 또는 기타 변조된 무선 주파수를 갖는 상기 기구의 상이한 작동 모드들은 상기 공급 장치가 일정한 직류 전압, 또는 상이한 직류 전압값들 사이에서 교번하거나 또는 평균값 주위에서 발진하는 직류 전압을 공급하는 방식으로 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 개념에 의하면, 100 kHz의 배수, 예를 들면 500 kHz를 초과하는 주파수에서도 최고의 고효율을 갖는 전기 수술용 RF 발전기가 취급된다. 최저 전환 손실로 최대 4 MHz 이상의 주파수를 생성할 수 있으므로, 높은 주파수 안정성과 우수한 스펙트럼 순도를 얻을 수 있다.
본 발명의 세부 사항은 도면들 및 그와 관련된 상세한 설명 및 청구범위로부터 도출된다. 도면들은 다음과 같다:
도 1은 공급 장치에 연결된 전기 의료용 기구.
도 2는 도 1에 따른 기구의 전극 공급을 위한 발전기의 기본 도면.
도 3은 도 2에 따른 발전기의 상세 회로도.
도 4는 다이어그램 형태의 상이한 작동 모드들을 나타내는 도 3에 따른 발전기에 의한 전압 출력.
도 5는 공급 장치 및 발전기의 개략적인 블록 다이어그램 설명도.
도 1에는 케이블(12)에 의해 서로 연결되거나 연결될 수 있는 전기 수술 기구(10) 및 공급 장치(11)가 도시되어 있다. 상기 공급 장치(11)는 상기 케이블(12)을 통해 상기 기구(10)에 전력을 공급하도록 구성된다. 상기 기구(10)는 개방 외과적 용도를 위해 제공된 기구 또는 복강경 또는 다른 용도를 위해 제공된 기구(10')일 수 있다. 이와 같은 도 1의 경우는 개방 외과적 및 복강경 기구를 보여준다.
본 실시예에 있어서, 기구(10)는 직류 전압으로 작동된다. 상기 공급 장치(11)는 직류 전압, 온/오프로 전환될 수 있는 직류 전압, 맥동 직류 전압, 평균값 부근에서 발진하는 직류 전압 또는 상기 기구(10)에 대한 직류를 제공한다. 또한, 상기 공급 장치(11)는 교류 전압을 출력하도록 구성될 수 있지만, 이 때 발전기를 작동시키기 위해 상기 기구(10)에서 먼저 정류된다.
상기 기구(10)는, 예를 들어, 설상 전극(spatula electrode), 바늘 전극 등과 같은 전극(14) 및 필요에 따라 상대 전극(15)이 제공되는, 핸들(13)을 갖는 기구일 수 있다. 또한 복강경 용도를 위해 제공되는 기구(10')는 길고 슬림한 생크(16)가 멀리 연장되는 핸들(13)을 포함한다. 예를 들어. 소작 겸자(cauterization forcep) 형태의 도구(17)가 섕크(16)의 원위 단부상에 배열되며, 그의 조들(18, 19)이 상기 전극들(14, 15)을 지지한다. 상기 핸들(13)에는 상기 도구(17)를 기계적으로 작동하기 위해 그리고/또는 전극들(14, 15)의 전기적 활성화를 위해 작동 요소들(20, 21)이 제공될 수 있다.
발전기(22)는 도 2에 도시된 전극들(14, 15)을 공급하는 역할을 한다. 이와 같은 발전기(22)는 바람직하게 기구(10, 10') 내부에 배치되고, 바람직하게는 핸들(13) 내부에 배치된다. 그러나, 상기 발전기(22)는 기본적으로 다른 실시예들에 있어서는 다른 다른 위치에, 예를 들면, 케이블(12)의 연장부, 케이블(12)의 커넥터 또는 내부 공급 장치(11) 자체에 배열될 수도 있다. 이와 같은 다른 실시예에 있어서, 케이블(12)은 상기 다른 실시예들과 상이한 무선 주파수 전압 및 무선 주파수 전류를 안내한다. 상기 기구(10)는 단극 기구로 구성될 수 있다. 그 다음, 상기 기구는 바람직하게도 상기 원위 단부상에 배열된 치료용 전극 및 중성 도체를 통해 상기 기구와 연결되는 광범위한 중성 전극을 포함한다. 상기 기구는 전류 피드백을 위해 환자에게 부착되는 접착 전극으로 구성될 수 있다. 이와 같은 실시예들에 있어서, 상기 발전기는 상기 중성 전극 내부 또는 그 위에, 상기 중성 도체 내부에 또는 상술된 임의의 다른 위치에 배치될 수도 있다.
상기 발전기(22)는 그의 구성 요소들에 대한 설명을 위해 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 예를 들어, 서로 병렬로 연결된 인덕터(24) 및 커패시터(25)로 구성된 공진 회로(23)는 상기 발전기(22)의 일부이다. 이와 같은 공진 회로(23)는 발전기(22)의 주파수 결정 구성 요소이다. 상기 인덕터(24)에는 바람직하게도 필요에 따라 리액터(27)를 통해 작동 전압(VCC)에 연결되는 중앙 탭(26)이 제공된다. 상기 작동 전압(VCC)은 공급 장치(11)로부터 케이블(12)을 통해 공급될 수 있다. 상기 중앙 탭(26)은 상기 제공된 2개의 인덕터 절반부들이 정확하게 동일한 유도성을 갖도록 상기 중앙부에 정확하게 배열될 수 있다. 또한, 상기중앙 탭(26)은 또한, 상기 2개의 인덕터 절반부들이 (약간) 상이한 유도성을 포함하도록, 약간 "편심적으로" 배열될 수 있다. 이는 발전기(22)의 발진 축적을 단순화할 수 있다. 이는 펄스 모드에서의 동작을 단순화할 수 있다.
상기 인덕터(24)는 디커플링 인덕터(28)와 자기 결합할 수 있고 그와 함께 변압기를 형성할 수 있다. 상기 디커플링 인덕터(28)에 대한 인덕터(24)의 권선비는 전기 수술적 치료 공정의 요건에 따라 한정되고, 따라서 1보다 클 수도 있고 1보다 작을 수도 있다. 또한, 0과 1 사이에 있는 인덕터(24)와 디커플링 인덕터(28) 사이의 결합 인자도 전기 수술적 치료 공정의 요건에 따라 한정될 수 있다. 바람직하게도, 상기 디커플링 인덕터는 상기 전극들(14, 15) 사이에 유지된 조직과 함께 분기들이 없는 갈바니 회로(galvanic circuit)를 형성한다.
상기 (병렬) 공진 회로(23)는 2개의 캐스코드 회로들(31, 32)의 출력부들(29, 30)에 연결된다. 제1 입력 트랜지스터(33) 및 제1 출력 트랜지스터(34)는 상기 제1 캐스코드 회로(31)의 일부이다. 제2 입력 트랜지스터(35) 및 제2 출력 트랜지스터(36)는 상기 제2 캐스코드 회로(32)의 일부이다. 상기 트랜지스터들(33-36)은 전환 트랜지스터, 바람직하게는 전계 효과 트랜지스터들이다. 그러나, 기본적으로, 바이폴라 트랜지스터, IGBT 또는 기타 제어 스위치들 사용될 수 있다. 베이스, 이미터 및 콜렉터가 게이트, 소스 및 드레인을 대체한다는 조항에 따라, 다음의 설명이 대응적으로 전계 효과 트랜지스터들 및 바이폴라 트랜지스터들에 적용된다. 제시된 회로 원리는 pnp- 또는 npn-바이폴라 트랜지스터뿐만 아니라 강화형 또는 공핍형(depletion type)의 p- 또는 n-전계 효과 트랜지스터에 적합한다.
상기 제1 캐스코드 회로(31)는 제1 입력부(E1), 중간 탭(Z1) 및 제1 출력부(A1)를 포함한다. 대응해서, 상기 제2 캐스코드 회로(32)는 제2 입력부(E2), 제2 중간 탭(Z2) 및 출력부(A2)를 포함한다. 상기 제1 입력부(E1)는 상기 제1 입력 트랜지스터(33)의 제어 전극에 의해 형성된다. 상기 제1 입력 트랜지스터(33)가 전계 효과 트랜지스터 또는 IGBT인 경우, 상기 제어 전극은 게이트이다. 바이폴라 트랜지스터의 경우, 상기 제어 전극은 그의 베이스이다.
상기 제2 입력 트랜지스터(35)는 또한 각각의 제어 전극, 예를 들면, 상기 제2 입력부(E2)를 형성하는 게이트 또는 베이스를 포함한다.
상기 제 1 입력 트랜지스터(33)는 기준 전위, 예를 들어, 접지(37)와 연결되는 소스 연결부를 포함한다. 바이폴라 트랜지스터를 사용하는 경우, 이와 같은 제1 입력 트랜지스터(33)의 이미터는 접지(37)와 연결된다. 상기 제2 입력 트랜지스터(35)에 대하여도 동일하게 대응적으로 적용된다.
상기 입력 트랜지스터들(33, 35)은 각각 상기 중간 탭(Z1 또는 Z2)을 형성하고 또한 상기 출력 트랜지스터(34, 36)의 전류 입력부과 각각 연결되는 출력 전극(드레인 또는 컬렉터)을 포함한다. 상기 출력 트랜지스터(34, 36)의 전류 입력부는 각각 그의 소스 전극(또는 바이폴라 기술이 사용되는 경우 이미터)이다. 상기 2개의 출력 트랜지스터들(34, 36)의 제어 전극들은 서로 독립적이거나 또는 둘 다 불변 전위로 연결된다. 이를 위해 상기 전극들은 상기 기준 전위(37)보다 실질적으로 일정한 전위를 공급하는 정전압원(38)과 연결될 수 있다. 상기 출력 트랜지스터들(34, 36)의 제어 전극들은 게이트 전극들 또는 바이폴라 트랜지스터의 경우 베이스들이 된다. 만약 정상적인 전도성 트랜지스터를 사용하는 경우, 상기 기준 전위도 0V(접지)로 될 수 있다.
상기 2개의 출력 트랜지스터들(34, 36)의 드레인 또는 컬렉터 전극들은 상기 2개의 캐스코드 회로들(31, 32)의 출력부들(A1, A2)을 형성한다.
상기 입력부(E1)는 상기 중간 탭(Z2)과 연결된다. 상기 입력부(E2)는 상기 중간 탭(Z1)과 연결된다. 그렇게 함으로써, 상기 입력 트랜지스터들(33, 35)은 함께, 단독으로 발진할 수 없고 오히려 쌍안정 특성을 포함하는 플립플롭(flip-flop) 회로를 형성한다. 공통 게이트 회로의 하류 출력 트랜지스터들(34, 36)은 입력 트랜지스터들(33, 35)에 의해 형성된 상기 플립플롭 회로를 위한 동시 부하 및 클록 펄스 발전기이다.
지금까지 설명된 발전기(22)는 다음과 같이 동작한다:
상기 발전기(22)를 작동시키기 위해 상기 중앙 탭(26)에서 작동 전압(VCC)이 공급된다. 상기 전압은 예를 들어 기준 전위(37)(접지)에 대해 + 150 V의 양을 갖는다. 예를 들어, 10 V의 전후 값을 갖는 기타 전압 값들도 사용될 수 있다.
발전기(22)의 발진 축적 후에, 약 180° 위상 변위된 작동 전압(VCC)에 대해 대칭인 발진이 상기 출력부들(A1 및 A2)에 제공된다. 상기 출력 트랜지스터들(34, 36)을 통해 주기적으로 유동하는 전류는 결과적으로 상기 공진 회로(23)의 발진 리듬을 왔다 갔다 전환시키는 (입력 트랜지스터(33, 35)로 구성되는) 플립플롭 회로용 클록 펄스 발전기에 관련된다. 다시 말해서, 상기 입력 트랜지스터들(33, 35)은 교대로 온 및 오프로 전환된다(교대로 전도성 또는 비전도성으로 된다). 상기 중간 탭들(Z1, Z2)에 제공된 대략적인 구형파 전압은 상기 출력 트랜지스터들(34, 36)에 의해 증폭되어, 디커플링 인덕터(28)를 통해 상기 전극들(14, 15)에 전류를 공급할 때조차도 상기 공진 회로(23)의 발진을 유지한다. 이와 같은 발전기는 주파수가 안정적인 것으로 판명되어, 높은 스펙트럼 순도의 발진을 생성할 수 있다.
상기 발전기(22)에 제공되는 작동 전압(VCC)의 양 및/또는 인덕터(24)와 디커플링 인덕터(28) 사이의 권선비에 기초하여, 전압이 응고, 절단, 절제, 축출 또는 조직 융합 또는 다른 목적에 적합한 전극(14, 15)에 제공된다. 따라서, 상기 전압 범위는 100 V 미만에서 최대 100 V의 배수 범위일 수 있다. 1 내지 100 W의 중간 전력 범위의 전력뿐만 아니라 100 W에서 최대 100 W의 배수의 전력 범위의 전력이 달성될 수 있다. 따라서, 상기 트랜지스터들(33-36)은 전환 동작에서 정밀한 동위상(in-phase) 전환으로 인한 최소 전환 손실로 배타적으로 작동한다. 상기 트랜지스터들(33-36)은 전류 및 무전압 상태에서 전환한다. 따라서, 발전기(22)는 매우 소형화될 수 있다. 전력 손실은 몇 와트 또는 와트 분율의 범위에 있게 된다. 이는 특히 100 kHz 내지 5 MHz의 주파수에 적용된다.
상기 발전기에 직류 전압이 제공되기 때문에, 발전기(22)가 기구(10, 10') 내부에 배치되는 경우 특히 유리하다. 상기 케이블(12)에 존재하는 전기 전도체들은 직류 전압을 겪는다. 추가로 도시되지 않은 버퍼 커패시터와 관련하여 필요에 따라 - 리액터(27)에 의해, 상기 케이블(12)에서 유동하는 전류는 중첩된 리플이 무시될 수 있을 정도로 균질화될 수 있다. 이것은 비차폐된 또는 약간만 차폐된 케이블의 사용을 허용하며, 이는 대응적으로 유연할 수 있고 따라서 기구(10)의 취급을 단순화한다.
도 3은 발전기(22)를 약간 더 상세한 형태로 다시 설명한다. 이에 대한 설명을 위해, 이미 도입된 참조 부호 및 설명이 대응적으로 적용된다.
상기 정전압원(38)은 본 실시예에서 제너 다이오드(40)에 의해 형성되며, 그의 캐소드가 상기 출력 트랜지스터들(34, 36)의 제어 전극들과 연결되고, 그의 애노드가 상기 기준 전위(접지)(37)와 연결된다. 제너 다이오드(40)의 캐소드에 제공된 신호를 접지와 교류 전압 방식으로 연결하기 위해, 커패시터(41)가 제너 다이오드(40)에 병렬로 연결될 수 있다. 저항기(42)가 상기 정전압원(38)에 전류를 공급할 수 있고, 또한 대응적으로 작동 전압 연결부(VCC)를 트랜지스터들(32, 34)의 제어 전극들(게이트들) 및 상기 정전압원(38)과 연결한다. 제너 다이오드들(ZD1 및 ZD2)은 상기 출력부들(A1 및 A2)을 접지(기준 전위(37))와 연결하여 그들을 과전압으로부터 보호할 수 있다.
또한, 상기 입력 전극(E1)과 상기 중간 탭(Z2) 사이의 연결은 커플링 커패시터(42)에 의해 실현될 수 있다. 또한, 커플링 커패시터(43)는 상기 중간 탭(Z1)과 상기 제어 전극(E2) 사이의 연결을 실현할 수 있다. 상기 제어 전극들 또는 제어 입력부들(E1, E2)은 시간 평균에서 상기 제어 전극들(E1, E2)에서 대응하는 전위들을 생성하기 위해 저항(44)을 통해 직류 방식으로 서로 연결될 수 있다.
또한, 이와 같은 발전기(22)에서 상기 공진 회로(23)는 주파수 결정 요소이다. 반대로, 상기 커플링 커패시터들(42, 43)은 주파수를 결정하지 않는다. 그들은 오히려 치수가 너무 커서, 상기 발전기(22)가 작동하지 않거나 또는 주파수 결정 공진 회로 없이 현저하게 낮은 주파수로만 작동될 것이다.
위의 설명에서는 상기 공급 장치(11)가 상기 기구(10)에 직류 전압과 직류 전류를 연속적으로 공급하는 것으로 가정하였다. 상기 작동 요소들(20, 21)은 상기 발전기(22)를 상기 공급 장치(11)와 선택적으로 연결하거나 또는 그로부터 분리하기 위한 전기 스위치로서의 역할을 할 수 있다. 그렇게 함으로써, 기구(10, 10')는 활성화 또는 비활성화될 수 있다. 이를 위해, 도 4는 상기 발전기(22)가 작동하는 시점(t0)으로부터 상기 발전기(22)가 스위치 오프되는 시점(t1)까지 전압 UHF의 시간 의존적 진행을 설명한다. 상기 시점들(t0 및 t1) 사이의 기간은 상기 기구(10, 10')의 활성화에 대응한다. 상기 RF 전압 UHF는 이와 같은 활성화 동안 실질적으로 감소되지 않고 연속적으로 상기 전극(14, 15)에 제공된다.
그러나, 맥동(또는 변조된) 직류 전압의 출력을 위해 공급 장치(11)를 구성하는 것도 가능하다. 상기 공급 장치는, 예를 들어, 도 5에서 설명된 바와 같이, 상기 공급 장치(11)의 좌측상의 150 V의 전압 값과 10 V의 전압 값 사이에서 변경할 수 있다. 도 5의 전압 진행에 따라 상위 전압 값(Vo)뿐만 아니라 하위 전압 값(Vu)은 예를 들어 150 V 및 10 V로 불변 방식으로 한정될 수 있다. 또한, 다른 전압 값들도 사용될 수 있다. 또한, 상기 상위 전압 값(Vo) 및 하위 전압 값(Vu)은 조정될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 공급 장치(11)는 상기 상부 전압 값(Vo)과 하부 전압 값(Vu) 사이에서의 교번적으로 전환하도록 구성되어 - 구형파 형태가 얻어진다. 그러나, 상기 작동 전압(VCC)은 또한, 예를 들면, 톱니 진행, 삼각형 전압 진행, 사다리꼴 전압 진행 또는 파형 전압 진행(예를 들면, 정현파 형태 + 직류 전압 성분)과 같은, 다른 시간 의존적 진행을 가질 수도 있다. 도 5에 설명된 작동 전압(VCC)의 구형파 형태에 대해, 무선 주파수 전압의 협 대역 변조를 갖는 도 4에 설명된 RF 전압 진행이 얻어진다.
도 5는 또한 케이블(12)을 통한 기구(10, 10') 및 공급 장치(11) 사이의 협력을 도시한다. 이는 상기 작동 전압(VCC)을 공급하는 적어도 하나의 코어(45)뿐만 아니라 기준 전위(37), 즉, 접지가 제공되는 코어(46)를 포함한다. 또한, 기구(10, 10')와 공급 장치(11) 사이의 제어 신호들을 전송하기 위해 작용하는 하나 이상의 코어(47)가 제공될 수 있다. 그렇게 함으로써, 상기 기구(10, 10')에서, 예를 들어, 작동 전압(VCC)의 양, 그의 변조(변조 형태, 변조 깊이, 변조 주파수 등)를 조정할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 발전기(22)는 자체 발진 방식으로 구성된다. 이는 2개의 캐스코드 회로들(31, 32)를 포함하고, 그의 출력부들(A1, A2)은 푸시-풀 방식으로 여기시키기 위해 병렬 공진 회로(23)와 연결된다. 캐스코드 회로들(31, 32)의 입력 트랜지스터들(33, 35)은 교차 결합되는 반면, 상기 출력 트랜지스터들(34, 36)의 제어 전극들은 불변 전위와 연결된다. 상기 발전기(22)는 상기 트랜지스터들(33-36)이 가장 낮은 전환 손실을 갖도록 자체 제어된다.
10, 10' 기구
11 공급 장치
12 케이블
13 핸들
14, 15 전극
16 생크
17 도구
18, 19 조
20, 21 작동 요소
22 발전기
23 공진회로
24 인덕터
25 커패시터
26 중앙 탭
27 리액터
VCC 작동 전압
28 디커플링 인덕터
A1, A2 캐스코드 회로의 출력부
31 제1 캐스코드 회로
32 제2 캐스코드 회로
33 제1 입력 트랜지스터
34 제1 출력 트랜지스터
35 제2 입력 트랜지스터
36 제2 출력 트랜지스터
G34 제1 출력 트랜지스터(34)의 제어 전극
G36 제2 출력 트랜지스터(36)의 G36 제어 전극
VG 직류 전압
37 기준 전위
38 정전압원
40 제너 다이오드
41 커패시터
42, 43 커플링 커패시터
44 저항
45, 46 케이블(12)의 코어
47 제어 신호용 케이블(12)의 추가 코어
ZD1, ZD2 제너 다이오드

Claims (15)

  1. 특히 생물학적 조직의 치료를 위한 무선 주파수 전압(UHF)의 생성을 위한 전기 의료 발전기(22)로서,
    병렬 공진 회로를 형성하기 위해 서로 병렬로 연결되는 하나 이상의 커패시터(25) 및 하나 이상의 인덕터(24)를 포함하는 공진 회로(23),
    제1 입력 트랜지스터(33) 및 제1 출력 트랜지스터(34)를 포함하는 제1 캐스코드 회로(31), 및
    제2 입력 트랜지스터(35) 및 제2 출력 트랜지스터(36)를 포함하는 제2 캐스코드 회로(32)를 포함하며,
    상기 2개의 출력 트랜지스터들(34, 36)은 상기 공진 회로(23)와 연결되고, 상기 2개의 입력 트랜지스터들(33, 35)은 서로 연결되는, 발전기.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 캐스코드 회로(31)는 제1 입력부(E1), 제1 출력부(A1) 및 제1 중간 탭(Z1)을 포함하고,
    상기 제2 캐스코드 회로(32)는 제2 입력부(E2), 제2 출력부(A2) 및 제2 중간 탭(Z2)을 포함하고,
    상기 캐스코드 회로들(31, 32)의 출력부들(A1, A2)은 상기 병렬 공진 회로(23)와 연결되고,
    상기 제1 중간 탭(Z1)은 상기 제2 입력부(E2)과 연결되고, 상기 제2 중간 탭(Z2)은 상기 제1 입력부(E1)와 연결되는 것을 특징으로 하는 발전기.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 입력부들(E1, E2)은 용량 방식으로 상기 중간 탭들(Z2, Z1)과 연결되는 것을 특징으로 하는 발전기.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 항에 있어서, 상기 2개의 출력 트랜지스터들(34, 36)은 각각 제어 전극(G34, G36)을 포함하고, 상기 제어 전극들(G34, G36)은 직류 전압(VG)과 연결되는 것을 특징으로 하는 발전기.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 항에 있어서, 상기 입력 트랜지스터들(33, 35)은 전계 효과 트랜지스터들이고, 또한 각각의 경우에 기준 전위(37)와 연결되는 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 입력 트랜지스터들(33, 35)은 각각의 경우에 상기 중간 탭(Z1, Z2)과 연결되는 드레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서, 상기 입력 트랜지스터들(33, 35)은 각각의 경우에 제어 전극으로서 게이트를 포함하고, 상기 게이트들은 상기 2개의 캐스코드 회로들(31, 32)의 입력부들(E1, E2)인 것을 특징으로 하는 발전기.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 항에 있어서, 상기 출력 트랜지스터들(34, 36)은 전계 효과 트랜지스터들인 것을 특징으로 하는 발전기.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 출력 트랜지스터들(34, 36)은 각각의 경우에 상기 중간 탭(Z1, Z2)과 연결되는 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 항에 있어서, 상기 인덕터(24)는 공급 전압원(VCC)과 연결되는 중앙 탭(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 항에 있어서, 상기 인덕터(24)는 디커플링 인덕터(28)와 자기 결합으로 배열되는 것을 특징으로 하는 발전기.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 디커플링 인덕터(28)는 적어도 하나의 전극(14, 15)과 연결되는 것을 특징으로 하는 발전기.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 항에 따른 발전기가 배열되는 기구(10, 10').
  14. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 발전기 또는 제13 항에 따른 기구(10, 10')뿐만 아니라 일정하거나 또는 맥동하는 직류 전압(VCC)의 출력을 위해 구성되는 공급 장치(11)를 갖는 설비.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 공급 장치(11)는 최소값(Vu)과 최대값(Vo) 사이에서 교번하는 직류 전압(VCC)을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 설비.
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