CN105879219A - 用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器 - Google Patents
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Abstract
用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器，由AC-DC模块、n组DC-DC升压模块(n≥2)、n组储能-放电开关模块(n≥2)、主控模块四部分组成。AC-DC模块将输入的交流电压转换成直流电压，连接到n组DC-DC升压模块的输入端；n组DC-DC升压模块将AC-DC模块输出的直流电压升压变换成n路直流高压，给n组储能-放电开关模块中的n个储能电容供电；n组储能-放电开关模块在主控模块的控制下，对外接的n个刺激线圈放电；主控模块通过数据采集卡接口，与计算机连接；在计算机的控制下，主控模块控制n组DC-DC模块的接入和充电电压，控制n组储能-放电开关模块对刺激线圈放电，并对电源的温度/电压状态进行采集。本发明包含了多路充电电源模块，多个储能电容，多个放电控制开关，一台相当于多台经颅磁刺激高压脉冲电源发生器，可以实现多线圈同时刺激，也可以各个线圈分别刺激。
Description
技术领域
本发明属于经颅磁刺激领域，特别涉及一种用于经颅磁刺激的高压脉冲电源发生器。
背景技术
经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation，TMS)由英国的Barker等学者于1985年首先创立，利用时变脉冲电磁场产生的感应电场作用于大脑中枢神经***，改变大脑皮质神经细胞的膜电位，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的一种大脑神经领域治疗方法，具有无痛、无损伤、无X线辐射等优点。随着计算机技术的发展，重复经颅磁刺激技术(Repeated TMS，rTMS)在认知神经科学、临床神经精神疾病及康复领域获得越来越多的认可。2002年以色列批准进入临床应用，2008年美国食物与药品管理局(FDA)批准使用于抗药物难治性抑郁症。中国国药监械[2002]302号批准磁刺激器为II类医用电子仪器设备。
经颅磁刺激设备主要由高压脉冲电源发生器、刺激线圈和控制计算机组成。其工作原理为：控制计算机对高压脉冲电源发生器发出充电/放电指令；充电时高压脉冲电源发生器对内部储能电容充电；放电时储能电容对刺激线圈放电，产生脉冲磁场，作用于脑部，产生感应电场。
高压脉冲电源发生器是经颅磁刺激设备的核心，主要包括高压脉冲电源，储能电容，可控硅开关，反向二极管，其功能为接受计算机的控制指令，为储能电容充电，并控制储能电容放电。
目前市场上的经颅磁刺激设备由一台高压脉冲电源发生器和一个刺激线圈组成，如中国专利CN101984548A，此类设备的缺点是单独一台设备不能同时刺激多个部位。中国专利CN101234231A提出了一种多个刺激线圈的磁刺激器，特征之一为一台设备共用一个高压电源，一个储能电容，连接多个线圈；特征之二为多个电源，连接多个电容、多个放电开关和多个线圈。这种结构***复杂，效率降低。
发明内容
本发明提出一种用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器，从电源设计的角度，把各个电路模块集成到一个电源发生器内部，减少了TMS***的复杂度，降低了TMS***的成本，提高了***的电源效率。
本发明采用如下技术方案实现上述技术目的：
用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器，由AC-DC模块、n组DC-DC升压模块(n≥2)、n组储能-放电开关模块(n≥2)、主控模块四部分组成。其中，
AC-DC模块将输入的交流电压转换成直流电压，其特征在于，一路交流输入，n路直流输出，并联接到n组DC-DC升压模块的输入端；
n组DC-DC升压模块将AC-DC模块输出的直流电压升压变换成n路直流高压，给n组储能-放电开关模块中的n个储能电容供电，其特征在于DC-DC升压模块的接入受控于控制模块，输出的电压范围0～2000V可调，输出电压值受控于控制板的0～10V的直流电压信号；
n组储能-放电开关模块，其特征为每一组都包括一个储能电容，一个可控硅放电开关，一个保护二极管，主控模块控制打开每个可控硅开关，对外接的刺激线圈放电；
主控模块包括数据采集卡接口，光耦隔离电路，采集和控制电路。其特征为采集卡接口与计算机连接，计算机发出的控制信号，经光耦隔离，信号采集控制电路处理后，发出三种控制信号，主控模块对电源的温度/电压状态进行采集，并通过采集卡接口输入到计算机进行处理。
如上所述，主控模块发出的三种控制信号，其特征为：第一种n路高/低电平信号，控制n组DC-DC模块的接入与否；第二种n路0～10V电压信号，控制n组DC-DC模块充电电压范围在0～2000V；第三种输出n路时钟脉冲信号，控制n组储能-放电开关模块中的可控硅开关开通，放电频率可以设置为0～100Hz。
本发明中，n组DC-DC升压模块的输入端为同一个AC-DC模块，相比于采用多个高压电源的方式(CN101984548A)，提高了电源的整体效率。按照每路的峰值功耗1.5KVA计，本发明的电源发生器功耗在3KVA以上(n≥2)。
本发明所述的用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器各路之间充电电源，储能电容，放电开关和刺激线圈方面完全独立，可以在多方面满足磁刺激治疗需要。应用之一为n个线圈对应n个病人，一台设备给多个病人同时治疗。应用之二为同一个病人采用n个线圈同时刺激n个部位，扩展了治疗的应用领域。应用之三为n个储能电容作用于同一个线圈，通过改变各路的放电时钟，使刺激频率叠加，增加了单个线圈的刺激频率。
本发明采用一台多路高压脉冲电源发生器替代多个电源，增加了刺激数量，减少了TMS***的复杂度，降低了TMS***的成本，扩展了治疗的种类和范围。
附图说明
图1用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器结构框图；
图2a图1中所述的AC-DC电路实施例1；
图2b图1中所述的AC-DC电路实施例2；
图3图1中所述的一种DC-DC升压模块电路实施原理图；
图4图1中所述的一种储能-放电开关模块实施原理图；
图5图1中所述的主控模块实施原理框图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。
图1是用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器结构框图。本发明的工作过程：输入的交流电经过AC-DC模块变换成直流电，该直流分成n路，经过n组DC-DC升压模块后，给n组储能-放电开关模块中的电容充电；主控模块控制n组DC-DC升压模块是否接入，并通过主控模块的充电控制信号控制输出电压，给电容器充电；在计算机的发出放电时钟控制下，开通n组储能-放电开关模块中的可控硅，控制n个储能电容对n个刺激线圈放电。
图2a为AC-DC电路实施例1，交流额定输入220V，采用EMI电路和整流桥，转变成标称值为300V的直流电，并分成n路，通过开关K1，K2，......，Kn，给DC-DC升压模块输入级供电。其中开关K1，K2，......，Kn的开通受控于主控模块。这个电路的特点是输出的直流电压随负载变化波动较大，在200V～310V之间，给后级DC-DC升压模块电路电压调整增加了难度。
图2b为AC-DC电路实施例2，交流输入90～260V，采用EMI电路、整流桥和PFC电路，转变成标称值为400V的直流电，并分成n路，通过开关K1，K2，......，Kn，给DC-DC升压模块输入级供电。AC-DC电路实施例2具有宽的交流电压输入范围，适应世界范围内的主要国家的电网交流电压。400V输出的直流电波动范围小，降低了后级DC-DC升压模块电路电压调整的难度。
图3为图1中所述的一种DC-DC升压模块电路实施例原理图。本发明由n组电路实现了n路高压的输出。对于其中的一路来说，输入的直流电压经过全桥逆变电路和高频变压，以及高频整流电路，变成直流高压，给储能电容充电。通过0～10V的直流信号，通过调节全桥逆变电路PWM信号的占空比，实现与之对应的0～2000V的调压。DC-DC升压模块的实现不限于全桥逆变，也可以半桥或其他的DC-DC拓扑结构。
图4为图1中所述的一种储能-放电开关模块实施原理图。本发明由n组电路实现了n路储能-放电开关模块。对于其中的一路来说，都包括一个储能电容Cs，一个可控硅放电开关SCR，一个保护二极管Dp，每个可控硅开关由主控模块发出时钟脉冲信号控制打开，时钟脉冲信号0～100Hz可调。
图5为图1中所述的主控模块实施原理框图。主控模块包括数据采集卡接口，光耦隔离电路，采集和控制电路。主控模块通过采集卡接口接收计算机控制信号，上传电压和温度的采集信号；光耦隔离电路实现计算机信号和电源的信号隔离；采集和控制电路将计算机发出的三种控制信号调理以后给不同的功能模块。三种控制信号包括：n路高/低电平信号，控制n组DC-DC模块的接入与否；n路0～10V电压信号，控制n组DC-DC模块充电电压范围在0～2000V；n路时钟脉冲信号，控制n组储能-放电开关模块中的可控硅开关开通。采集和控制电路还将电压电压和温度信号调理以后经光耦传给计算机接口。
Claims (3)
1.用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器，由AC-DC模块、n组DC-DC升压模块(n≥2)、n组储能-放电开关模块(n≥2)、主控模块四部分组成。
2.按照权利要求1所述的用于经颅磁刺激的多路高压脉冲电源发生器，AC-DC模块其特征在于，一路交流输入，n路直流输出，并联接到n组DC-DC升压模块的输入端；n组DC-DC升压模块，其特征在于DC-DC升压模块的接入受控于控制模块，输出的电压范围0～2000V可调，输出电压值受控于控制板的0～10V的直流电压信号；n组储能-放电开关模块，其特征为每一组都包括一个储能电容，一个可控硅放电开关，一个保护二极管，每个可控硅开关由主控模块发出时钟脉冲信号控制打开；主控模块包括数据采集卡接口，光耦隔离电路，采集和控制电路，其特征为发出三种控制信号，并对电源的温度/电压状态进行采集。
3.按照权利要求2所述的主控模块发出的三种控制信号，其特征为：第一种n路高/低电平信号，控制n组DC-DC模块的接入与否；第二种n路0～10V电压信号，控制n组DC-DC模块充电电压范围在0～2000V；第三种输出n路时钟脉冲信号，控制n组储能-放电开关模块中的可控硅开关开通。
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