CN101745179A

CN101745179A - 能量泄放电路、除颤设备和调压电路

Info

Publication number: CN101745179A
Application number: CN200810217749A
Authority: CN
Inventors: 邵安岑; 安敏
Original assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-23

Abstract

本发明公开了一种能量泄放电路、除颤设备和调压电路，包括能量存储部件和能量泄放支路，所述能量泄放支路的一端耦合到所述能量存储部件的正极，另一端耦合到地，所述能量存储部件的负极耦合到地，所述能量泄放支路包括能量泄放部件和第一开关，所述第一开关与能量泄放部件串联，所述第一开关用于响应控制信号，在导通和断开状态之间切换，所述第一开关为快速型控制开关器件。本发明采用快速型控制开关器件，开关延时小，电磁干扰也小，因此能量泄放和停止时不会由于开关器件的导通或关断而带来延时和严重的电磁干扰的问题。

Description

能量泄放电路、除颤设备和调压电路

【技术领域】

本发明涉及一种能量泄放电路及使用该能量泄放电路的除颤设备。

【背景技术】

除颤仪(或称为除颤设备)是一种广泛用于治疗心室纤颤的设备，除颤仪一般包含有至少一个能量储存装置，通常是电容。能量储存电容储存高压能量并以单相波或双相波的形式对患者释放能量，以达到除纤颤的目的。实际应用中，用以除颤治疗的能量往往只是能量储存装置所储存能量的一部分，而另一部分能量，也称为剩余能量必须通过其他方式进行泄放，对剩余能量泄放的电路称为能量泄放电路。

现有的一种能量泄放电路如图1。它采用的是常闭合状态的继电器与能量吸收电阻的串联。继电器闭合时能量储存电容能量经电阻和继电器泄放，继电器断开时，停止能量泄放。由于采用机械式继电器，继电器闭合进行能量泄放时，触点的闭合往往在高电压和大电流情况下闭合，因此带来较大的电磁干扰，严重者甚至会影响控制电路的正常工作。同时由于继电器的控制延时往往有几毫秒甚至10多毫秒，因此无法做到泄放电路的快速导通和停止。

【发明内容】

本发明要解决的主要问题是，提供一种能量泄放电路，减少开关切换时的延时和电磁干扰。

为实现上述目的，本发明提供一种能量泄放电路，包括能量泄放支路，所述能量泄放支路的一端耦合到用于存储能量的能量存储部件的正极，另一端耦合到地，所述能量泄放支路包括能量泄放部件和第一开关，所述第一开关与能量泄放部件串联，所述第一开关用于响应控制信号，在导通和断开状态之间切换，所述第一开关为快速型控制开关器件。

本发明还提供一种除颤设备，包括用于存储能量的能量存储部件和能量泄放电路，所述能量泄放电路包括能量泄放支路，所述能量泄放支路的一端耦合到所述能量存储部件的正极，另一端耦合到地，所述能量泄放支路包括能量泄放部件和第一开关，所述第一开关与能量泄放部件串联，所述第一开关用于响应控制信号，在导通和断开状态之间切换，所述第一开关为快速型控制开关器件。

本发明还提供一种调压电路，包括控制器、能量存储部件、能量泄放支路、第一开关和电压检测电路，所述能量泄放支路的一端耦合到所述能量存储部件的正极，另一端耦合到地，所述电压检测电路用于检测所述能量存储部件的剩余电压，并将检测结果输出到控制器，所述控制器用于根据检测结果和预设条件进行判断，并输出相应的控制信号，所述第一开关用于响应控制信号，在导通和断开状态之间切换，所述第一开关为快速型控制开关器件。

本发明的有益效果是：本发明采用快速型控制开关器件，开关延时小，电磁干扰也小，因此能量泄放和停止时不会由于开关器件的导通或关断而带来延时和严重的电磁干扰的问题。

【附图说明】

图1为一种能量泄放电路的示意图；

图2为本发明一种实施例的原理方框图；

图3为驱动电路一种实施例的电路图；

图4为本发明一种实施例的电路图；

图5为本发明另一种实施例的电路图；

图6为本发明又一种实施例的电路图；

图7为包括能量泄放电路的除颤仪的一种实施例电路图。

【具体实施方式】

本申请的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

实施例一：

能量泄放电路包括能量泄放支路，能量泄放支路的一端耦合到用于存储能量的能量存储部件的正极，另一端耦合到地，所述能量存储部件的两端通常连接充电电路的两端，或所述能量存储部件的负极耦合到地，能量存储部件所存储的能量能够通过能量泄放支路泄放掉。能量泄放支路包括能量泄放部件和第一开关，所述第一开关与能量泄放部件串联。能量存储部件为容性器件或感性器件，能量泄放部件为阻性器件，本实施例中采用电容作为能量存储部件，采用电阻作为能量泄放部件来吸收储能电容泄放的能量。第一开关采用快速型控制开关器件，快速型控制开关器件可以为半导体开关器件，也可以是具有与半导体开关器件性能相近的其他类型开关器件，本实施例中采用半导体器件串联能量吸收电阻，串联后的支路一端连接电容的正极，另一端接地，电容的负极也接地。可以是能量吸收电阻与储能电容连接，也可以是第一开关与储能电容连接。所述第一开关响应控制信号，在导通和断开状态之间进行切换。当第一开关断开时，电容储能，当第一开关导通时，电容通过能量吸收电阻和第一开关构成回路，将能量泄放。

第一开关可以是IGBT、MOSFET、三极管或晶闸管等半导体器件。

本实施例中，直接影响能量泄放开始和停止的是半导体开关器件等快速型控制开关器件，半导体开关器件的延时非常小，只有几微秒的延时，并且电磁干扰非常小，因此能量泄放和停止时不会由于半导体开关器件的导通或关断带来延时和严重的电磁干扰的问题。半导体开关器件可以采用半控型半导体器件，实现快速开通功能，也可以采用全控型半导体器件，不仅可实现快速开通，还可以实现快速关断功能，并且全控型半导体器件抗干扰能力强，需要较强的干扰才能使其工作，并且一旦干扰消失后，能量泄放电路可恢复到关断状态。

实施例二：

因第一开关是串联在能量泄放支路中，比较优选的方案是采用可耐高压和大电流的开关管。如果采用高耐压的开关管，则其所需要的驱动能力较大，而设备中的控制器输出的控制信号的驱动能力比较小，所以为适应高耐压的开关管，本实施例中增加了驱动电路，请参考图2，驱动电路响应控制器输出的驱动信号，输出具有与所述第一开关相匹配的驱动能力的控制信号至所述第一开关，控制第一开关的导通和断开。

驱动电路可以包括一个开关电路，该开关电路不需要具有高耐压的特性，所以可以在控制器输出小驱动能力的驱动信号的控制下在导通和断开状态之间进行切换，并输出具有与所述第一开关相匹配的驱动能力的控制信号至所述第一开关，控制第一开关的导通和断开。

图3所示，为驱动电路的一种具体实施方式，驱动电路包括第二开关SW2、第三开关SW3和第四开关SW4，所述第四开关SW4的控制端响应驱动信号S1，输出端耦合到第三开关SW3的控制端，所述第三开关SW3的输出端耦合到第二开关SW2的控制端，所述第二开关SW2的输出端耦合到第一开关。当驱动信号S1是高电平时，第四开关SW4导通，第三开关SW3和第二开关SW2以及第一开关SW1截止，能量泄放回路截止，停止能量泄放。当驱动信号S1是低电平时，第四开关SW4截止，第三开关SW3和第二开关SW2以及第一开关SW1导通，能量泄放回路导通，启动能量泄放。SW1导通时，储能电容C1的能量经电阻R1和SW1泄放。

第二开关Q2、第三开关Q3和第四开关Q4可以为IGBT、MOSFET、三极管或晶闸管等半导体器件，在图4所示的具体实施例中，以第二开关Q2为P沟道MOSFET，第三开关Q3和第四开关Q4为N沟道MOSFET为例对电路进行分析。第二开关Q2还可以为PNP型三极管，第三开关Q3和第四开关Q4还可以为NPN型三极管。

电容C1是前面所述的储能电容，开关管Q1是能量泄放电路半导体开关器件，电阻R1是能量吸收电阻。当Q1导通时，电容C1的能量通过R1、Q1泄放，能量被电阻R1吸收以热的形式耗散。Q2是一个P沟道MOSFET，Q3、Q4是N沟道MOSFET。第二开关Q2的源极、第三开关Q3的栅极和第四开关Q4的漏极还耦合到电压源VS，电压源VS为驱动电路提供19V的供电电压。控制器的输出端耦合到第四开关Q4的栅极。

信号S1是来自于控制器的驱动信号。当S1为高电平时，Q1截止；当S1为低电平时，Q1导通。对其分析如下：当S1高电平时，Q4导通，因此Q4的漏极电压为低电平；因此Q3的栅极驱动电压为低，Q3截止；由于Q3的截止状态，因此Q3的漏极(同时也是Q2的栅极)电压与Q2的源极电压经R5后保持同一电位，因此Q2截止。所以Q1的栅极驱动电压为低，Q1截止。能量泄放电路截止。

当S1低电平时，Q4截止，因此Q4的漏极电压为高电平(电平接近VCC)；因此Q3的栅极驱动电压为高，Q3导通；由于Q3的导通状态，因此Q3的漏极(同时也是Q2的栅极)电压变低电平，而Q2的源极电压则是VCC，因此Q2的栅极和源极存在-VCC的电压差，Q2导通。驱动电压VCC经Q2和驱动电阻R3后施加于Q1的栅极，驱动Q1导通。能量泄放电路开始对能量储存电容C1进行能量泄放。

如图4所示，由于驱动电路的Q2、Q3、Q4采用的都是半导体MOSFET，因此信号S1对开关管Q1的导通和截止控制可以快速及时，通过合理选择参数可以使时间延迟小于1us。

根据上述说明，本领域技术人员还可以采用其他形式的驱动电路。

实施例三：

为防止设备意外掉电时无法实现能量泄放，驱动电路还可以进一步包括为所述开关电路提供电源的供电模块，用于在设备意外掉电时，提供电压给驱动电路的开关电路，使开关电路能够继续工作，驱动第一开关导通，使能量泄放。供电模块可以采用储能电容或电池。

具体电路如图5所示，以供电模块采用供电电容C3为例进行说明。电容C3可选用大容量的电容器，第二开关Q2的源极、第三开关Q3的栅极和第四开关Q4的漏极还耦合到电容C3的正极，电容C3的负极接地，在电容C3的正极和电压源VS之间串联一二极管D1，一种具体实施例中，电压源VS输出19V电压，经二极管D1后电压VCC为18.3V左右。根据具体情况，电压源VS的输出电压也可以是其他值。为保证电容C3的放电时间可支持储能电容C1泄放能量，电容C3的容量要满足其对驱动电路的放电时间常数至少大于能量存储部件放电时间常数的两倍，即大于2R1*C1，这样才能保证C1对R1能够彻底放电。

当***整机设备意外断电时，此时电压源VS不再能够提供电压给驱动电路，但由于二极管D1的反向阻断作用和C3具有很大的电容量，使得电容C3的电压仍维持在一个较高的电平并给驱动电路供电，为驱动电路中的开关管提供工作电压。而控制器也将由于掉电停止工作并使信号S1变低电平。由前面所述，当S1为低电平时，开关管Q1将会被高电平驱动导通。因此此时Q1处于导通状态，并对能量储存电容C1进行能量泄放。

实施例四：

由于采用的是半导体控制器件的控制电路，该发明还可以对储能电容C1的电压进行调节。控制器通过监测储能电容C1的电压可随时改变信号S1的电平，以快速停止能量泄放。如图6所示，在上述实施例基础上，增加了电压检测电路，电压检测电路用于采集储能电容C1的剩余电压，并将检测到的结果输出到控制器，由控制器将储能电容C1的剩余电压和预设值进行比较，根据比较结果确定输出高或低电平的驱动信号。例如当储能电容C1的剩余电压低于某个值时，控制器输出高电平，控制第一开关Q1截止，快速停止能量泄放，而当储能电容C1的剩余电压高于某个值时，控制器输出低电平，控制第一开关Q1导通，快速使能量泄放。从而使C1的电压维持在任意的电压水平上。

图7是本发明在除颤设备电路中的一种应用。充电电路对储能电容C1进行充电完毕后，由除颤波形发生电路产生除颤波并通过隔离继电器对患者进行治疗。储能电容C1的剩余能量可通过上述能量泄放支路进行泄放。在已经完成高能量充电的情况下，用户若发现此时需要小能量除颤时，硬件可通过图6所示的实施例中的电路以能量泄放的方式快速调节储能电容C1的电压达到目标值，进行小能量除颤。

基于通过第一开关的快速开关性能和检测储能电容的电压，本发明还可作为一种调压电路，包括控制器、能量存储部件、能量泄放支路、第一开关和电压检测电路，所述能量泄放支路的一端耦合到所述能量存储部件的正极，另一端耦合到地，所述能量存储部件的负极耦合到地，所述电压检测电路用于检测所述能量存储部件的剩余电压，并将检测结果输出到控制器，所述控制器用于根据检测结果和预设条件进行判断，并输出相应的控制信号，所述第一开关用于响应控制信号，在导通和断开状态之间切换，所述第一开关为快速型控制开关器件。

综上所述，本发明具有如下特点：

1.能量泄放和停止时由于采用半导体器件，不会由于导通或关断带来严重的电磁干扰的问题。

2.抗干扰能力强，采用电压全控型半导体器件时，需要较强的干扰才能使其工作，并且一旦干扰消失后，能量泄放电路可恢复到关断状态。

3.特殊的驱动电路使得即使整机设备意外掉电情况下，也能可靠迅速的进行能量泄放。

4.能量泄放可以随时由控制器控制开始或停止，并且控制延时非常小，因此可精确控制泄放后能量储存电容的电压，因此可作为电压调节电路。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种能量泄放电路，包括能量泄放支路，所述能量泄放支路的一端耦合到用于存储能量的能量存储部件的正极，另一端耦合到地，其特征在于：所述能量泄放支路包括能量泄放部件和第一开关，所述第一开关与能量泄放部件串联，所述第一开关用于响应控制信号，在导通和断开状态之间切换，所述第一开关为快速型控制开关器件。

2.如权利要求1所述的能量泄放电路，其特征在于：所述快速型控制开关器件为半导体开关器件。

3.如权利要求2所述的能量泄放电路，其特征在于：所述半导体开关器件为半控型半导体开关器件或全控型半导体开关器件。

4.如权利要求1所述的能量泄放电路，其特征在于：所述能量泄放部件为电阻性器件。

5.如权利要求1至4中任一项所述的能量泄放电路，其特征在于：还包括驱动电路，所述驱动电路包括开关电路，所述开关电路响应驱动信号，输出具有与所述第一开关相匹配的驱动能力的控制信号至所述第一开关。

6.如权利要求5所述的能量泄放电路，其特征在于：所述驱动电路还包括为所述开关电路提供电源的供电模块。

7.如权利要求6所述的能量泄放电路，其特征在于：所述供电模块为供电电容或电池。

8.如权利要求6所述的能量泄放电路，其特征在于：所述供电电容的容量满足以下条件：所述供电模块对驱动电路的放电时间常数至少大于能量存储部件对能量泄放部件的放电时间常数的两倍。

9.如权利要求5所述的能量泄放电路，其特征在于：所述驱动电路包括第二开关、第三开关和第四开关，所述第四开关的控制端响应驱动信号，输出端耦合到第三开关的控制端，所述第三开关的输出端耦合到第二开关的控制端，所述第二开关的输出端耦合到第一开关。

10.如权利要求1所述的能量泄放电路，其特征在于：所述电路还包括电压检测电路和控制器，所述电压检测电路用于检测所述能量存储部件的剩余电压，并将检测结果输出到控制器，所述控制器用于根据检测结果和预设条件进行判断，并输出相应的控制信号。

11.一种除颤设备，包括用于存储能量的能量存储部件和能量泄放电路，所述能量泄放电路包括能量泄放支路，所述能量泄放支路的一端耦合到所述能量存储部件的正极，另一端耦合到地，其特征在于：所述能量泄放支路包括能量泄放部件和第一开关，所述第一开关与能量泄放部件串联，所述第一开关用于响应控制信号，在导通和断开状态之间切换，所述第一开关为快速型控制开关器件。

12.如权利要求11所述的除颤设备，其特征在于：所述半导体开关器件为半控型半导体开关器件或全控型半导体开关器件。

13.如权利要求11所述的除颤设备，其特征在于：所述能量存储部件为电容或电感，所述能量泄放部件为电阻。

14.如权利要求11至13中任一项所述的除颤设备，其特征在于：还包括驱动电路，所述驱动电路包括开关电路，所述开关电路响应驱动信号，输出具有与所述第一开关相匹配的驱动能力的控制信号至所述第一开关。

15.如权利要求14所述的除颤设备，其特征在于：所述驱动电路还包括为所述开关电路提供电源的供电模块。

16.如权利要求14所述的除颤设备，其特征在于：所述驱动电路包括第二开关、第三开关和第四开关，所述第二开关为P沟道MOSFET，第三开关和第四开关为N沟道MOSFET，所述第四开关的栅极响应驱动信号，第四开关的源极接地，第四开关的漏极耦合到第三开关的栅极，所述第三开关的漏极耦合到第二开关的栅极，所述第三开关的源极接地，所述第二开关的漏极耦合到第一开关，所述第二开关的源极、第三开关的栅极和第四开关的漏极还耦合到供电模块的正极。

17.如权利要求11所述的除颤设备，其特征在于：所述电路还包括电压检测电路和控制器，所述电压检测电路用于检测所述能量存储部件的剩余电压，并将检测结果输出到控制器，所述控制器用于根据检测结果和预设条件进行判断，并输出相应的控制信号。

18.一种调压电路，其特征在于：包括控制器、能量存储部件、能量泄放支路、第一开关和电压检测电路，所述能量泄放支路的一端耦合到所述能量存储部件的正极，另一端耦合到地，所述电压检测电路用于检测所述能量存储部件的剩余电压，并将检测结果输出到控制器，所述控制器用于根据检测结果和预设条件进行判断，并输出相应的控制信号，所述第一开关用于响应控制信号，在导通和断开状态之间切换，所述第一开关为快速型控制开关器件。