TW201301719A - 充磁裝置 - Google Patents

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Abstract

一種充磁裝置包括一電源供應單元、一儲能元件以及一電壓箝位單元。電源供應單元係產生至少一激磁訊號，以激磁一磁場產生裝置的至少一線圈。儲能元件係與電源供應單元電性連接。電壓箝位單元係與電源供應單元及儲能元件電性連接，並具有一箝位電壓，箝位電壓的準位係高於激磁訊號的電壓準位，且低於儲能元件的額定電壓，其中，當激磁訊號為低準位時，電壓箝位單元控制儲能元件的兩端電壓準位小於或等於箝位電壓的準位。本發明可藉由電壓箝制單元提高儲能元件的壽命，並可減少能量損耗而提高效率。

Description

充磁裝置
本發明係關於一種充磁裝置，特別關於一種可提高儲能元件的壽命，並可減少能量損耗而提高效率的充磁裝置。
按，標靶治療係於體內注入一標靶藥物，使其針對特定的細胞進行攻擊而達到治療的效果。然而，注入身體內的標靶藥物易分散於體內，導致標靶治療的功效降低。另外，藥物的分散亦對患者產生很大的副作用，造成患者另一種傷害。為了改善標靶治療的效果，磁導引控制系統結合標靶治療的方式因應而生。磁導引控制系統係利用一磁場產生裝置產生磁力，以導引具磁性之標靶藥物至一特定區域，以對某一疾病進行有效地治療。
請參照圖1所示，其為習知一種充磁裝置1的電路示意圖。其中，充磁裝置1可控制一磁場產生裝置產生磁場，以導引磁性粒子或磁性藥物至一特定位置，以對某一疾病進行有效地治療。
充磁裝置1係包括一直流電壓供應單元11、一儲能元件12、一能量洩放單元13、三全橋轉換單元141～143以及一電流回授單元15。
直流電壓供應單元11係產生至少一激磁訊號ES以分別使磁場產生裝置的線圈TA、TB、TC產生磁場，以操控磁性粒子或磁性藥物。儲能元件12係與直流電壓供應單元11電性連接，並儲存線圈TA、TB、TC去磁時所產生的能量E。能量洩放單元13係與直流電壓供應單元11及儲能元件12電性連接，並消除線圈TA、TB、TC去磁時所產生的能量E。全橋轉換單元141～143係分別與直流電壓供應單元11、儲能元件12、能量洩放單元13及線圈TA、TB、TC電性連接。其中，全橋轉換單元141～143不可同時間切換，須一相的線圈去磁並將其去磁能量E消除後，另一相的線圈才可進行激磁。另外，各全橋轉換單元141～143分別具有四開關S1～S4。在圖1中，只標示與線圈TA連接之開關S1～S4。另外，電流回授單元15係分別感測流經線圈TA、TB、TC的電流，並分別輸出一控制訊號DS，以分別控制全橋轉換單元141～143之開關S1～S4導通或截止，並可分別對線圈TA、TB、TC激磁或去磁，以達到導引並控制磁性粒子或磁性藥物至特定位置的目的。
然而，如圖所示，以線圈TA去磁為例，當激磁訊號ES為低準位時，控制訊號DS係控制全橋轉換單元141之開關S2、S3導通及開關S1、S4截止，以消除去磁時所產生的能量E。此時，線圈TA去磁時產生的能量E將藉由開關S2、S3回流至儲能元件12及能量洩放單元13，導致儲能元件12兩端的端電壓上升並超過儲能元件12之額定電壓，因此，容易造成儲能元件12的壽命降低。另外，習知的能量洩放單元13因無被動式去磁功能，故需與直流電壓供應單元11同步。換言之，需某一線圈的激磁訊號ES為低準位時，同時能量洩放單元13作動以吸收該線圈去磁時所產生的能量E後，才可激磁另一線圈。例如，須於線圈TA去磁且能量洩放單元13吸收線圈TA去磁時所產生的能量E後，直流電壓供應單元11再輸出另一激磁訊號ES，以對另一線圈TB激磁，於此，將造成能量E損耗於能量洩放單元13而降低充磁裝置1的效率。
因此，如何提供一種充磁裝置，可提高儲能元件的壽命，並可減少能量損耗而提高效率，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種可提高儲能元件的壽命，並可減少能量損耗而提高效率之充磁裝置。
為達上述目的，依據本發明之一種充磁裝置包括一電源供應單元、一儲能元件以及一電壓箝位單元。電源供應單元係產生至少一激磁訊號，以激磁一磁場產生裝置的至少一線圈。儲能元件係與電源供應單元電性連接。電壓箝位單元係與電源供應單元及儲能元件電性連接，並具有一箝位電壓，箝位電壓的準位係高於激磁訊號的電壓準位，且低於儲能元件的額定電壓，其中，當激磁訊號為低準位時，電壓箝位單元控制儲能元件的兩端電壓準位小於或等於箝位電壓的準位。
在一實施例中，電源供應單元係包含一定電壓電源供應器或一定電壓限電流電源供應器。
在一實施例中，當激磁訊號為低準位時，線圈去磁產生之能量係輸入儲能元件。
在一實施例中，當激磁訊號為低準位後，電壓箝位單元係依據儲能元件之兩端電壓控制其內部開關，以控制儲能元件的兩端電壓的準位小於或等於箝位電壓的準位。
在一實施例中，激磁訊號係包含直流訊號或脈衝訊號。
在一實施例中，激磁訊號包含一過驅動電流訊號。
在一實施例中，過驅動電流訊號係與激磁訊號相同相位或相反相位。
在一實施例中，當線圈的數量為複數時，電源供應單元係輸出複數激磁訊號以分別激磁該等線圈。
在一實施例中，該等激磁訊號係部分重疊。
在一實施例中，充磁裝置更包括至少一全橋轉換單元，其係與線圈、電源供應單元，電壓箝位單元及儲能元件電性連接，全橋轉換單元與線圈對應設置。
在一實施例中，充磁裝置更包括一控制單元，其係與全橋轉換單元電性連接，控制單元控制全橋轉換單元動作，以使激磁訊號激磁線圈或使線圈去磁。
在一實施例中，充磁裝置更包括一電流回授單元，其係感測線圈之電流以控制全橋轉換單元動作，以使激磁訊號激磁線圈或使線圈去磁。
承上所述，因本發明之一種充磁裝置的電壓箝位單元具有一箝位電壓，而箝位電壓的準位係高於電源供應單元輸出之激磁訊號的電壓準位，藉此，可使電壓箝位單元具有被動式去磁的功能，故可將某一線圈去磁時所產生的能量，用以對另一線圈激磁，如此，不會造成去磁能量損耗於電壓箝位單元而可提高充磁裝置的效率。另外，箝位電壓的準位係低於儲能元件的額定電壓，且當激磁訊號為低準位時，電壓箝位單元可控制儲能元件的兩端電壓準位小於或等於箝位電壓的準位，藉此，可使儲能元件的兩端電壓被電壓箝位單元所箝制，因此，儲能元件兩端的端電壓不會超過其額定電壓，故本發明之充磁裝置也可提高儲能元件的使用壽命。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種充磁裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖2A及圖2B所示，其分別為本發明較佳實施例之一種充磁裝置2的電路示意圖。充磁裝置2例如可應用於磁導引控制系統之磁場產生裝置的激磁與去磁，而磁導引控制裝置例如可應用於醫療上的標靶治療、心血管治療、醫用微型機具導引、手術用導管方位導引等領域。其中，充磁裝置2可控制磁場產生裝置的線圈產生磁場，以導引一磁性粒子、一醫用導管、一醫用機具(微型機具)或上述的任意組合。而磁性粒子例如可為奈米磁性粒子、奈米磁性藥物等。於此，並不加以限制。
充磁裝置2係與磁場產生裝置配合應用，磁場產生裝置具有至少一線圈，於此，係以具有三組線圈TA、TB、TC為例。另外，充磁裝置2係包括一電源供應單元21、一儲能元件22以及一電壓箝位單元23。
電源供應單元21係產生至少一激磁訊號ES，以激磁線圈TA、TB、TC。於此，電源供應單元21可輸出複數激磁訊號ES，以分別激磁該等線圈TA、TB、TC。其中，激磁訊號ES係為一電流訊號。而流經線圈TA、TB、TC之電流訊號係可包含如圖3A之直流訊號，或為圖3B之脈衝訊號。當電源供應單元21輸出激磁訊號ES時，可分別控制線圈TA、TB、TC產生磁場，以導引及控制例如一磁性粒子移動。另外，當激磁訊號ES為低準位時，線圈TA、TB、TC係去磁。
其中，電源供應單元21係可包含一定電壓電源供應器或一定電壓限電流電源供應器，於此，係以定電壓限電流電源供應器為例。其中，定電壓限電流電源供應器的目的是，當流過線圈TA、TB、TC的電流上升至定電壓限電流電源供應器所設定之最大的電流值時，定電壓限電流電源供應器的輸出係為固定電流，藉此，可使磁性粒子所感應的磁力具有線性關係，以利磁場產生裝置操控磁性粒子。
儲能元件22係與電源供應單元21電性連接。儲能元件22係儲存線圈TA、TB、TC因激磁訊號ES為低準位(去磁)時所產生之能量E。於此，儲能元件22可為一電容器。
電壓箝位單元23係與電源供應單元21及儲能元件22電性連接，並具有一箝位電壓VC，且箝位電壓VC的準位係低於儲能元件22的額定電壓。其中，電壓箝位單元23可為一定電壓直流電子負載。而電子負載可依據輸入之電壓準位控制內部功率開關(例如功率電晶體)的導通量，使多餘的能量被電子負載的內部負載所消耗。
另外，箝位電壓VC的準位係高於電源供應單元21所設定之電壓準位，使得電壓箝位單元23具有被動式去磁的功能，因此，電壓箝位單元23與電源供應單元21兩者並不需同步動作。換言之，可於某一線圈未去磁之前，電源供應單元21再輸出另一激磁訊號ES，以對另一線圈同時進行激磁動作。例如線圈TA未去磁時，另一線圈TB可同時激磁，因此，當線圈TA的激磁訊號ES為低準位而去磁時，可使去磁能量E輸入線圈TB，以激磁線圈TB，如此，將不會造成能量E損耗於電壓箝位單元23而提高充磁裝置2的效率。
另外，充磁裝置2包括有全橋轉換單元24A、24B、24C，其係分別與線圈TA、TB、TC、電源供應單元21，電壓箝位單元23及儲能元件22電性連接，全橋轉換單元24A、24B、24C與線圈TA、TB、TC對應設置。其中，全橋轉換單元24A、24B、24C分別具有四個開關S1～S4，控制單元25可分別控制該等開關S1～S4的導通與截止，以使線圈TA、TB、TC激磁或去磁。在圖2A及圖2B中，只標示與線圈TA連接之開關的編號S1～S4。
此外，充磁裝置2更可包括一控制單元25，控制單元25係與全橋轉換單元24A、24B、24C電性連接。控制單元25可分別控制全橋轉換單元24A、24B、24C動作，以使激磁訊號ES分別激磁線圈TA、TB、TC或使線圈TA、TB、TC分別去磁。
請再參照圖2A及圖2B所示，以分別說明本發明之充磁裝置2係如何對線圈TA、TB、TC激磁與去磁。
如圖2A所示，當控制單元25輸出之一控制訊號DS控制線圈TA對應之全橋轉換單元24A的開關S1與S4導通時，電源供應單元21輸出定電壓之激磁訊號ES係流經開關S1、線圈TA及開關S4，以對線圈TA激磁，此時，係以定電壓激磁線圈TA。當線圈TA的激磁電流上升至電源供應單元21(於此，係為定電壓限電流電源供應器)所設定之最大的電流值時，電源供應單元21係以定電流輸出，以利磁性粒子的操控。其中，控制訊號DS可為脈寬調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號。
特別說明的是，如圖3C至圖3F所示，當激磁訊號ES對線圈TA、TB、TC激磁時，流經線圈TA、TB、TC之電流訊號包含有一過驅動電流(over-drive current)訊號，如圖3C至圖3F之區域R所示。過驅動電流訊號可增加磁性粒子導引的可控制性。另外，過驅動電流訊號可與激磁訊號ES相同相位或相反相位，於此，並不加以限制。
其中，電源供應單元21係可輸出正向或負向電流脈衝的激磁訊號ES，並可具有正向並流經線圈TA、TB、TC之過驅動電流(如圖3E所示)，以利克服磁性粒子的靜摩擦力而移動。另外，激磁訊號ES並可具有負向並流經線圈TA、TB、TC之過驅動電流(如圖3F所示)，以控制磁性粒子瞬間減速而定位。又如圖3C及圖3D所示，流經線圈TA、TB、TC之過驅動電流係為可控制的電流訊號，其中，可控制的部份係為正向過驅動電流I1、正向過驅動電流時間T1、負向過驅動電流I2、負向過驅動電流時間T2、電流峰值IP與激磁(導通)時間T。因此，使用者可藉由上述之過驅動電流方式，並依實際需求控制磁性粒子，以利克服磁性粒子的靜摩擦力而移動，並可控制磁性粒子瞬間減速而定位。
請再參照圖2B所示，當激磁訊號ES為低準位時，全橋轉換單元24A之開關S1與S4係截止，而開關S2與S3係導通，線圈TA去磁並藉由開關S2與S3將能量E釋放至儲能元件22。其中，電壓箝位單元23係依據儲能元件22兩端的電壓來控制電壓箝位單元23動作。當儲能元件22因能量E而充電，使得其兩端之電壓上升至與電壓箝位單元23之箝位電壓VC相等時，電壓箝位單元23可控制電壓箝位單元23之內部開關導通，能量E將釋放至電壓箝位單元23而可被電壓箝位單元23所吸收，使儲能元件22的兩端電壓下降而箝制於箝位電壓VC。因此，當電源供應單元21輸出之激磁訊號ES為低準位時，由於儲能元件22的兩端電壓係被電壓箝位單元23所箝制，故電壓箝位單元23可控制儲能元件22的兩端電壓準位小於或等於箝位電壓VC的準位，並使儲能元件22的兩端電壓低於儲能元件22的額定電壓而可提升儲能元件22的壽命。
另外，請同時參照圖4A及圖4B所示，電源供應單元21係可輸出複數激磁訊號ES，以分別激磁線圈TA、TB、TC，且流經線圈TA、TB、TC之驅動電流係可部分重疊(如圖4B之斜線所示)，而重疊的時間係可因需求而加以調整的。換言之，當線圈TA激磁時，另一相的線圈TB係可同時進行激磁。而當線圈TA去磁時，去磁的能量E可提供給線圈TB激磁，以同時對線圈TB進行激磁的動作。因此，如圖4A所示，線圈TA去磁所產生的能量E不會消耗在電壓箝位單元23上，故可減少能量損耗而達到節能的效果，並可提高充磁裝置2的效率。同樣地，當線圈TB激磁時，另一相的線圈TC係可同時進行激磁動作。而當線圈TB去磁時，去磁的能量也可提供給線圈TC，以同時對線圈TC進行激磁動作。因此，充磁裝置2可同時控制全橋轉換單元24A、24B、24C，以同時對線圈TA或TB或TC激磁或去磁。
請參照圖5所示，其為本發明另一較佳實施例之充磁裝置3的電路示意圖。
充磁裝置3包括一電源供應單元31、一儲能元件32、以及一電壓箝位單元33。另外，充磁裝置3更可包括一全橋轉換單元34A、34B、34C。
充磁裝置3與上一實施例之充磁裝置2主要的不同在於，充磁裝置3之電源供應單元31係為一定電壓電源供應器(無限電流)。另外，充磁裝置3更可包括一電流回授單元35，電流回授單元35係分別感測流經線圈TA、TB、TC之電流，以控制全橋轉換單元34A、34B、34C動作，以使激磁訊號ES激磁線圈TA、TB、TC或使線圈TA、TB、TC去磁。充磁裝置3係利用電流回授單元35偵測流經線圈TA、TB、TC的電流，並輸出一電壓訊號(圖未顯示)，此電壓訊號與一電流追蹤訊號TS比較後，可產生一驅動全橋轉換單元34A的脈寬調變控制訊號DS，以控制全橋轉換單元34A之開關S1～S4之導通與截止。其中，電流追蹤訊號TS可為一脈衝訊號。
此外，充磁裝置3其它元件的技術特徵可參照充磁裝置2之相同元件，於此不再贅述。
綜上所述，因依據本發明之一種充磁裝置的電壓箝位單元具有一箝位電壓，而箝位電壓的準位係高於電源供應單元輸出之激磁訊號的電壓準位，藉此，可使電壓箝位單元具有被動式去磁的功能，故可將某一線圈去磁時所產生的能量，用以對另一線圈激磁，如此，不會造成去磁能量損耗於電壓箝位單元而可提高充磁裝置的效率。另外，箝位電壓的準位係低於儲能元件的額定電壓，且當激磁訊號為低準位時，電壓箝位單元可控制儲能元件的兩端電壓準位小於或等於箝位電壓的準位，藉此，可使儲能元件的兩端電壓被電壓箝位單元所箝制，因此，儲能元件兩端的端電壓不會超過其額定電壓，故本發明之充磁裝置也可提高儲能元件的使用壽命。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1、2、3．．．充磁裝置
11．．．直流電壓供應單元
12、22、32．．．儲能元件
13．．．能量洩放單元
141～143、24A、24B、24C、34A、34B、34C．．．全橋轉換單元
15、35．．．電流回授單元
21、31．．．電源供應單元
23、33．．．電壓箝位單元
25．．．控制單元
DS．．．控制訊號
E．．．能量
ES．．．激磁訊號
I1、I2、iL、iTA、iTB、iTC．．．電流
IP．．．電流峰值
R．．．區域
S1～S4．．．開關
t、T、T1、T2．．．時間
TA、TB、TC．．．線圈
TS．．．電流追蹤訊號
VC．．．箝位電壓
圖1為習知一種充磁裝置的電路示意圖；
圖2A及圖2B分別為本發明較佳實施例之一種充磁裝置的電路示意圖；
圖3A至圖3F分別為流經線圈之電流訊號的波形示意圖；
圖4A為充磁裝置的電路示意圖；
圖4B為激磁訊號之波形示意圖；以及
圖5為本發明另一較佳實施例之充磁裝置的電路示意圖。
2．．．充磁裝置
21．．．電源供應單元
22．．．儲能元件
23．．．電壓箝位單元
24A、24B、24C．．．全橋轉換單元
25．．．控制單元
DS．．．控制訊號
E．．．能量
S1～S4．．．開關
TA、TB、TC．．．線圈

Claims (12)

  1. 一種充磁裝置，係與一磁場產生裝置配合應用，該磁場產生裝置具有至少一線圈，該充磁裝置包括：一電源供應單元，係產生至少一激磁訊號，以激磁該線圈；一儲能元件，係與該電源供應單元電性連接；以及一電壓箝位單元，係與該電源供應單元及該儲能元件電性連接，並具有一箝位電壓，該箝位電壓的準位係高於該激磁訊號的電壓準位，且低於該儲能元件的額定電壓，其中，當該激磁訊號為低準位時，該電壓箝位單元控制該儲能元件的兩端電壓準位小於或等於該箝位電壓的準位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之充磁裝置，其中該電源供應單元係包含一定電壓電源供應器或一定電壓限電流電源供應器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之充磁裝置，其中當該激磁訊號為低準位時，該線圈去磁產生之能量係輸入該儲能元件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之充磁裝置，其中當該激磁訊號為低準位後，該電壓箝位單元係依據該儲能元件之兩端電壓控制其內部開關，以控制該儲能元件的兩端電壓的準位小於或等於該箝位電壓的準位。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之充磁裝置，其中該激磁訊號係包含直流訊號或脈衝訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之充磁裝置，其中該激磁訊號係包含一過驅動電流訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之充磁裝置，其中該過驅動電流訊號係與該激磁訊號相同相位或相反相位。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之充磁裝置，其中當該線圈的數量為複數時，該電源供應單元係輸出複數激磁訊號以分別激磁該等線圈。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之充磁裝置，其中該等激磁訊號係部分重疊。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之充磁裝置，更包括：至少一全橋轉換單元，係與該線圈、該電源供應單元，該電壓箝位單元及該儲能元件電性連接，該全橋轉換單元與該線圈對應設置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之充磁裝置，更包括：一控制單元，係與該全橋轉換單元電性連接，該控制單元控制該全橋轉換單元動作，以使該激磁訊號激磁該線圈或使該線圈去磁。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之充磁裝置，更包括：一電流回授單元，係感測該線圈之電流以控制該全橋轉換單元動作，以使該激磁訊號激磁該線圈或使該線圈去磁。
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