CN105251123B - 一种用于体外除颤器的放电保护电路及体外除颤器 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开一种用于体外除颤器的放电保护电路及体外除颤器。电容的一端与电感的一端相连，另一端分别与第二开关及第四开关的第二端相连；电感的另一端分别与第一开关及第三开关的第一端相连；第一开关的第二端分别与第一电极片及第二开关的第一端相连；第三开关的第二端分别与第二电极片及第四开关的第一端相连；第一隔离驱动电路的第一输出端与第一开关的第三端相连；第二输出端与第四开关的第三端相连；第二开关的第三端与第二隔离驱动电路的第一输出端相连；第三开关的第三端与第二隔离驱动电路的第二输出端相连；或非门逻辑电路的第一输出端及第二输出端分别输出双相信号。应用本发明，可以提高体外除颤器的工作可靠性。

Description

一种用于体外除颤器的放电保护电路及体外除颤器

技术领域

本发明涉及医疗设备技术，尤其涉及一种用于体外除颤器的放电保护电路及体外除颤器。

背景技术

心脏猝死(SCD，Sudden Cardiac Death)是心血管疾病的主要死亡原因，占心血管疾病死亡总数的50％以上。造成SCD的原因大部分是在各类心血管病变基础上发生的一时性功能障碍和电生理改变，并引起恶性室性心律失常，例如，室性心动过速(VT，Ventricular Tachycardia，简称室速)以及心室纤维颤动(VF，VentricularFibrillation，简称室颤)等。研究表明，一旦发生室颤，每延宕一分钟，除颤成功率将下降10％，在室颤发生10分钟之后，除颤成功率几乎为零，因而，在室颤发生时，利用除颤器及时对病人进行电除颤是挽救病人的关键。

除颤器包括体内除颤器以及体外除颤器，由于体外除颤器具有使用方便、能够即时进行除颤，得到了广泛的应用。例如，体外除颤器(AED，Automated ExternalDefibrillator)在接通电源后，通过按下放电按钮启动放电电路，通过脉冲放电电击人体，可以自动完成心电图自动分析，基于分析结果自动识别室颤和室速，从而及时实施除颤，由于除颤实施早，成功率较高，可提高患者心肺复苏成功率，是在心跳突然停止、发生室颤的情况下，通过电击刺激心脏使其恢复正常状态的便携式医疗器械。

其中，用于放电的放电电路的电容值大小为几十到几百微法，最高储存能量可达600焦耳，电压达几千伏，脉冲放电的时间只有几毫秒到几十毫秒。因而，在放电时，放电电路的稳定性以及安全可靠性显得尤为重要。

图1为现有技术放电电路结构示意图。参见图1，该放电电路包括：电容(C)、第一电感(L1)、第一电极片、第二电极片、第一开关(SW1)、第二开关(SW2)、第三开关(SW3)、第四开关(SW4)以及人体电阻(R)，其中，

第一电极片、第二电极片、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关以及人体电阻组成一H桥，第一开关以及第二开关为H桥的一同臂侧，第三开关以及第四开关为H桥的另一同臂侧。

电容的一端与电感的一端相连，电感的另一端分别与第一开关以及第三开关的第一端相连，电容的另一端分别与第二开关以及第四开关的第二端相连，第一开关的第二端分别与第一电极片以及第二开关的第一端相连，第三开关的第二端分别与第二电极片以及第四开关的第一端相连，第一电极片、第二电极片分别与人体相连。

第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关的通断通过Ui信号进行控制，在利用放电电路通过脉冲放电电击人体的过程中，要求在同一时间点，H桥的同臂侧开关不能同时导通，以避免H桥出现直通现象，导致开关烧坏，从而影响体外除颤器的正常使用。但现有的通过Ui信号控制第一开关至第四开关通断的方法，由于Ui信号从高电频信号转换至低电平信号时，存在相互交叠的部分，从而容易引起H桥的同臂侧开关同时导通，使得体外除颤器的安全可靠性较低，降低了体外除颤器的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种用于体外除颤器的放电保护电路及体外除颤器，提高体外除颤器的工作可靠性。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种用于体外除颤器的放电保护电路，包括：电容、电感、第一电极片、第二电极片、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一隔离驱动电路、第二隔离驱动电路以及或非门逻辑电路，其中，

第一电极片、第二电极片、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关组成一H桥，第一开关以及第二开关为H桥的一同臂侧，第三开关以及第四开关为H桥的另一同臂侧；

电容的一端与电感的一端相连，另一端分别与第二开关以及第四开关的第二端相连；

电感的另一端分别与第一开关以及第三开关的第一端相连；

第一开关的第三端与第一隔离驱动电路的第一输出端相连；

第四开关的第三端与第一隔离驱动电路的第二输出端相连；

第二开关的第三端与第二隔离驱动电路的第一输出端相连；

第三开关的第三端与第二隔离驱动电路的第二输出端相连；

其中，第一隔离驱动电路的第一输出端输出的第一开关驱动信号与第二输出端输出的第四开关驱动信号状态同步，第二隔离驱动电路的第一输出端输出的第二开关驱动信号与第二输出端输出的第三开关的驱动信号状态同步；

或非门逻辑电路用于对输入的脉宽调制信号进行处理，通过第一输出端输出双相信号中的第一输出信号至第一隔离驱动电路的输入端，通过第二输出端输出双相信号中的第二输出信号至第二隔离驱动电路的输入端。

优选地，所述或非门逻辑电路包括：第一或非门、第二或非门、第三或非门、第四或非门、第五或非门以及第六或非门，其中，

第一或非门的第一输入端以及第二输入端接收PWM信号，输出端与第二或非门的第一输入端相连；

第二或非门的第二输入端接收预先设置的制动信号，输出端与第三或非门的第一输入端以及第二输入端相连；

第三或非门的输出端分别与第四或非门的第一输入端以及第六或非门的第二输入端相连；

第四或非门的第二输入端接收预先设置的方向信号，输出端输出第一驱动信号至第一隔离驱动电路的输入端；

第五或非门的第一输入端以及第二输入端接收预先设置的方向信号，输出端与第六或非门的第一输入端相连；

第六或非门的输出端输出第二驱动信号至第二隔离驱动电路的输入端。

优选地，所述制动信号、方向信号以及PWM信号由预先设置的微控制器根据具体的控制策略输出。

优选地，所述第一开关至第四开关包括：绝缘栅双极型晶体管、互补金属氧化物半导体管、三极管或双极型晶体管。

优选地，所述MOS管包括但不限于：P沟道MOS管或N沟道MOS管。

优选地，所述第一端为漏极，第二端为源极，第三端为栅极。

本发明实施例提供的用于体外除颤器的放电保护电路及体外除颤器，通过加入或非门逻辑电路，在放电时，PWM信号经过具有使能和控制方向的或非门逻辑电路，输出一组双相信号，用以控制H桥同侧臂的两个开关的导通状态，从而可以保证在放电过程中，H桥同侧臂上，都只有一个开关是导通的，避免了因H桥同侧臂的两个开关同时导通而烧坏开关，提高放电保护电路的可靠性和稳定性，进而提升了体外除颤器的工作可靠性以及工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术放电电路结构示意图；

图2为本发明实施例用于体外除颤器的放电保护电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例用于体外除颤器的放电保护电路结构示意图。参见图2，该放电保护电路包括：电容21、电感22、人体电阻23、第一开关24、第二开关25、第三开关26、第四开关27、第二电极片20、第一电极片28、第一隔离驱动电路38、第二隔离驱动电路37以及或非门逻辑电路29，其中，

人体电阻23、第一开关24、第二开关25、第三开关26、第四开关27以及第一电极片28、第二电极片20组成一H桥，第一开关24以及第4开关27为H桥的一同臂侧，第三开关26以及第四开关27为H桥的另一同臂侧；

电容21的一端与电感22的一端相连，另一端分别与第二开关25以及第四开关27的第二端相连；

电感22的另一端分别与第一开关24以及第三开关26的第一端相连；

第一开关24的第二端分别与第一电极片28以及第二开关25的第一端相连；

第三开关26的第二端分别与第二电极片20的一端以及第四开关27的第一端相连；

人体23分别与第一电极片28、第二电极片20相连接；

第一开关24的第三端与第一隔离驱动电路38的第一输出端相连；

第四开关27的第三端与第一隔离驱动电路38的第二输出端相连；

第二开关25的第三端与第二隔离驱动电路37的第一输出端相连；

第三开关26的第三端与第二隔离驱动电路37的第二输出端相连；

其中，第一隔离驱动电路38的第一输出端输出的第一开关驱动信号与第二输出端输出的第四开关驱动信号状态同步，幅值不同，第二隔离驱动电路37的第一输出端输出的第二开关驱动信号与第二输出端输出的第三开关的驱动信号状态同步，幅值不同；

第一隔离驱动电路38用于对输入的第一驱动信号进行变压隔离，隔离出状态同步，幅值不同的第一开关驱动信号以及第四开关驱动信号，第二隔离驱动电路37用于对输入的第二驱动信号进行变压隔离，隔离出状态同步，幅值不同的第二开关驱动信号以及第三开关驱动信号；其中，第一开关驱动信号输出至第一开关24的第三端，第四开关驱动信号输出至第四开关27的第三端，第二开关驱动信号输出至第二开关25的第三端，第三开关驱动信号输出至第三开关26的第三端；

或非门逻辑电路29用于对输入的脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)信号进行处理，通过第一输出端输出双相信号中的第一输出信号至第一隔离驱动电路38的输入端，通过第二输出端输出双相信号中的第二输出信号至第二隔离驱动电路37的输入端。

本发明实施例中，较佳地，第一开关至第四开关包括但不限于：绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)、互补金属氧化物半导体管(MOS，MetalOxide Semiconductor)、三极管或双极型晶体管(BJT，Bipolar Junction Transistor)等。其中，MOS管包括但不限于：P沟道MOS管、N沟道MOS管等。

以开关(第一开关至第四开关)为绝缘栅双极型晶体管为例，本发明实施例中，第一端为漏极，第二端为源极，第三端为栅极。当然，实际应用中，也可以是第一端为源极，第二端为漏极，第三端为栅极。这样，如果绝缘栅双极型晶体管栅极的电压大于源极的电压，绝缘栅双极型晶体管处于导通状态，如果绝缘栅双极型晶体管栅极的电压小于漏极的电压，绝缘栅双极型晶体管处于断开状态。

本发明实施例中，作为一可选实施例，或非门逻辑电路包括：第一或非门31、第二或非门32、第三或非门33、第四或非门34、第五或非门35以及第六或非门36，其中，

第一或非门31的第一输入端以及第二输入端接收PWM信号，输出端与第二或非门32的第一输入端相连；

第二或非门32的第二输入端接收预先设置的制动信号，输出端与第三或非门33的第一输入端以及第二输入端相连；

第三或非门33的输出端分别与第四或非门34的第一输入端以及第六或非门36的第二输入端相连；

第四或非门34的第二输入端接收预先设置的方向信号，输出端输出第一驱动信号至第一隔离驱动电路38的输入端；

第五或非门35的第一输入端以及第二输入端接收预先设置的方向信号，输出端与第六或非门36的第一输入端相连；

第六或非门36的输出端输出第二驱动信号至第二隔离驱动电路37的输入端。

本发明实施例中，或非门是具有多端输入和单端输出的门电路。当任一多端的输入端为高电平(逻辑“1”)时，输出就是低电平(逻辑“0”)；只有当所有输入端都是低电平(逻辑“0”)时，输出才是高电平(逻辑“1”)。

较佳地，PWM信号可由微控制器产生并输出，微控制器产生并输出占空比固定或变化可调的PWM信号。制动信号为信号，方向信号为DIR信号，第一驱动信号为AHEAD信号，第二驱动信号为CONTRARY信号。

本发明实施例中，对人体进行放电时需要三个信号：PWM信号、制动信号以及方向信号。作为一可选实施例，制动信号、方向信号以及PWM信号也可以由微控制器根据具体的控制策略输出，在此不再赘述。

表1为放电保护电路中各信号的真值表。

表1

PWM信号	制动信号	方向信号	第一驱动信号	第二驱动信号
					0	0	0	0	0
0	0	1	0	0
					0	1	0	0	0
0	1	1	0	0
					1	0	0	1	0
1	0	1	0	1
					1	1	0	0	0
1	1	1	0	0

表1中，高电平信号为逻辑“1”，低电平信号为逻辑“0”。由表1可见，第一驱动信号与第二驱动信号不会出现同时为高电平的状态，也就是H桥的同侧臂的两个IGBT开关不会同时导通。这种驱动方式可以防止H桥上同侧臂的两个IGBT开关直通，造成IGBT开关短路烧坏，对放电保护电路起到了充分保护的作用，提高了电路的稳定性和可靠性。

本发明实施例中，关于电容、电感的参数取值，可依据实际需要确定，属于公知技术，在此略去详述。

关于制动信号以及方向信号的设置，或非门以及放电保护电路的工作原理属于公知技术，在此略去详述。

本发明实施例中，在放电保护电路进行放电时，保证H桥上位于同侧臂的两个IGBT开关(例如，第一开关和第四开关，或者，第二开关和第三开关)不会同时导通非常重要。在体外除颤器正常工作时，电容21、电感22、第一开关24、人体23、第二电极片20、第一电极片28以及第四开关27形成第一工作回路，或者，电容21、电感22、第三开关26、第一电极片28、第二电极片20、人体23以及第二开关25形成第二工作回路，放电保护电路的总阻抗为放电保护电路各元器件的阻抗与人体阻抗(第一电极片28、第二电极片20与人体相连形成的阻抗R)之和，而各元器件的阻抗远小于人体阻抗。如果H桥同侧臂的两个IGBT开关同时导通时，由于各元器件的阻抗极小，第一工作回路变为电容21、电感22、第一开关24以及第二开关25，或者，第二工作回路变为电容21、电感22、第三开关26以及第四开关27，使得工作回路中的电流从放电保护电路的正极经过同侧臂的两个IGBT开关直接流回到负极，由于放电保护电路中的电压为1500v左右，因此放电保护电路上流过的电流过大，使得同侧臂的两个IGBT开关被烧坏。

本发明实施例中，通过加入或非门逻辑电路，在放电时，通过微控制器控制输出1MHZ的PWM信号(脉冲信号)，经过具有使能和控制方向的或非门逻辑电路，输出一组双相信号。其中，在放电时，第一驱动信号为脉冲信号，第二驱动信号为与第一驱动信号相反的信号，两个以第一驱动信号为驱动信号的IGBT开关(第一开关以及第四开关)导通，持续时间为脉冲信号的宽度，两个以第二驱动信号为驱动信号的IGBT开关(第二开关以及第三开关)截止。当第一驱动信号变为低电平，第二驱动信号为脉冲信号，此时，两个以第二驱动信号为驱动信号的IGBT开关导通，进行反相放电，持续时间为脉冲信号的宽度，然后同时截止，此时一组双相信号放电结束。

这样，通过双相信号控制H桥同侧臂的两个IGBT开关的导通状态，从而可以保证在放电过程中，H桥同侧臂上，都只有一个IGBT开关是导通的，即对侧臂导通状态一致，而同侧臂的导通状态不一致，从而通过硬件电路设计，控制H桥的同侧臂的两个IGBT开关不会出现同时导通状态，避免了因H桥同侧臂的两个IGBT开关同时导通而烧坏IGBT开关，提高放电保护电路的可靠性和稳定性，进而保证体外除颤器在放电时能够正常的使用，提升了体外除颤器的工作可靠性以及工作效率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于体外除颤器的放电保护电路，其特征在于，该放电保护电路包括：电容、电感、人体电阻、第一电极片、第二电极片、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一隔离驱动电路、第二隔离驱动电路以及或非门逻辑电路，其中，

人体电阻、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电极片以及第二电极片组成一H桥，第一开关以及第二开关为H桥的一同臂侧，第四开关以及第三开关为H桥的另一同臂侧；

电容的一端与电感的一端相连，另一端分别与第二开关以及第四开关的第二端相连；

电感的另一端分别与第一开关以及第三开关的第一端相连；

第一开关的第二端分别与第一电极片以及第二开关的第一端相连；

第三开关的第二端分别与第二电极片以及第四开关的第一端相连；

人体电阻分别与第一电极片、第二电极片相连接；

第一开关的第三端与第一隔离驱动电路的第一输出端相连；

第四开关的第三端与第一隔离驱动电路的第二输出端相连；

第二开关的第三端与第二隔离驱动电路的第一输出端相连；

第三开关的第三端与第二隔离驱动电路的第二输出端相连；

其中，第一隔离驱动电路的第一输出端输出的第一开关驱动信号与第二输出端输出的第四开关驱动信号状态同步，幅值不同，第二隔离驱动电路的第一输出端输出的第二开关驱动信号与第二输出端输出的第三开关的驱动信号状态同步，幅值不同；

第一隔离驱动电路用于对输入的第一驱动信号进行变压隔离，隔离出状态同步，幅值不同的第一开关驱动信号以及第四开关驱动信号，第二隔离驱动电路用于对输入的第二驱动信号进行变压隔离，隔离出状态同步，幅值不同的第二开关驱动信号以及第三开关驱动信号；其中，第一开关驱动信号输出至第一开关的第三端，第四开关驱动信号输出至第四开关的第三端，第二开关驱动信号输出至第二开关的第三端，第三开关驱动信号输出至第三开关的第三端；

或非门逻辑电路用于对输入的脉宽调制信号进行处理，通过第一输出端输出双相信号中的第一输出信号至第一隔离驱动电路的输入端，通过第二输出端输出双相信号中的第二输出信号至第二隔离驱动电路的输入端；

所述或非门逻辑电路包括：第一或非门、第二或非门、第三或非门、第四或非门、第五或非门以及第六或非门，其中，

第一或非门的第一输入端以及第二输入端接收PWM信号，输出端与第二或非门的第一输入端相连；

第二或非门的第二输入端接收预先设置的制动信号，输出端与第三或非门的第一输入端以及第二输入端相连；

第三或非门的输出端分别与第四或非门的第一输入端以及第六或非门的第二输入端相连；

第四或非门的第二输入端接收预先设置的方向信号，输出端输出第一驱动信号至第一隔离驱动电路的输入端；

第五或非门的第一输入端以及第二输入端接收预先设置的方向信号，输出端与第六或非门的第一输入端相连；

第六或非门的输出端输出第二驱动信号至第二隔离驱动电路的输入端；

所述制动信号、方向信号以及PWM信号由预先设置的微控制器根据具体的控制策略输出；PWM信号可由微控制器产生并输出，微控制器产生并输出占空比固定或变化可调的PWM信号；制动信号为信号，方向信号为DIR信号，第一驱动信号为AHEAD信号，第二驱动信号为CONTRARY信号；所述第一驱动信号与第二驱动信号不会出现同时为高电平的状态，即H桥的同侧臂的两个IGBT开关不会同时导通；

所述第一开关至第四开关包括：绝缘栅双极型晶体管、互补金属氧化物半导体管、三极管或双极型晶体管；

在体外除颤器正常工作时，电容、电感、第一开关、人体、第二电极片、第一电极片以及第四开关形成第一工作回路，或者，电容、电感、第三开关、第一电极片、第二电极片、人体以及第二开关形成第二工作回路，放电保护电路的总阻抗为放电保护电路各元器件的阻抗与人体阻抗之和，而各元器件的阻抗远小于人体阻抗， 所述人体阻抗为：第一电极片、第二电极片与人体相连形成的阻抗R；

在放电时，通过微控制器控制输出1MHZ的PWM信号(脉冲信号)，经过具有使能和控制方向的或非门逻辑电路，输出一组双相信号；

其中，第一驱动信号为脉冲信号，第二驱动信号为与第一驱动信号相反的信号，两个以第一驱动信号为驱动信号的IGBT开关导通，持续时间为脉冲信号的宽度，两个以第二驱动信号为驱动信号的IGBT开关截止； 当第一驱动信号变为低电平，第二驱动信号为脉冲信号，此时，两个以第二驱动信号为驱动信号的IGBT开关导通，进行反相放电，持续时间为脉冲信号的宽度，然后同时截止，此时一组双相信号放电结束。

2.根据权利要求1所述的用于体外除颤器的放电保护电路，其特征在于，所述MOS管包括但不限于：P沟道MOS管或N沟道MOS管。

3.根据权利要求2所述的用于体外除颤器的放电保护电路，其特征在于，所述第一端为漏极，第二端为源极，第三端为栅极。

4.一种体外除颤器，其特征在于，包括前述权利要求1-3任一项所述的放电保护电路。