CN111643183B - 一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路 - Google Patents

一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路，属于医疗器械技术领域，该电路包括调压电路、变频逆变电路、模式切换自匹配功率放大电路、输出功率检测模块、电刀输出选择模块、电刀型号与连接判定模块、能量吸收电路、变频及自匹配中心控制模块、电切与电凝踏板开关模块、参数输入与模式选择模块和显示电路，电路通过改变功率放电电路谐振参数、匹配变压器参数和闭环控制输出功率等方式，实现高频电刀电源自匹配单级纯切、单级混切、单级间断慢切、单级间断快切、单级软凝、单极强力电凝、单极喷射电凝、单极多功能电凝、双极电切、双极生理盐水电切、双极软凝、双极自动电凝、生理盐水电凝、硬凝、精细电凝、射频电凝等多种输出模式，实现了高频电刀单机适应不同手术的需要。

Description

一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路
技术领域
本发明涉及医疗器械技术，尤其涉及一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路。
背景技术
高频电刀，是一种通过有效电极尖端产生的特定频率，特定波形，特定负载功率曲线的高频高压和电流对组织进行切割和凝结的电外科器械。
为了达到不同的手术效果高频电刀可采用单级纯切、单级混切、单级间断慢切、单级间断快切、单级软凝、单极强力电凝、单极喷射电凝、单极多功能电凝、双极电切、双极生理盐水电切、双极软凝、双极自动电凝、生理盐水电凝、硬凝、精细电凝、射频电凝等多种模式。各种模式下最大电压和最大功率差别很大，目前市场上主流高频电刀的各种模式最大功率从几十瓦到几百瓦，最大电压从峰值几百伏到峰值几千伏。同时不同工作模式的工作原理不同，高频电刀的输出波形反映了不同模式下电刀的工作性能,因此对应着以不同能量形式输出的波形。
目前国内高频电刀单机大多输出模式只有其中的几种，采用正弦波和调制波变换以及幅值和频率变换来完成各种切凝，多数高频电刀单机不能根据需要任意调整输出模式；同时在输出波形上多数高频电刀单机不能在多种输出模式下达到最佳波形。其主要原因高频电刀的功率放大电路往往通过谐振电路输出特定波形，放电过程中不同最大电压和波形对应特定的负载特性，因此高频电刀单机实现的模式越多，对功率放大器电路谐振电路和控制电路的要求越高，谐振参数匹配和控制电路控制不当容易产生过高的电压和不佳的波形，对手术效果和安全产生影响。总之，输出模式数量少的高频电刀不能适应不同手术的需要，使用受到了一定的限制。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路，包括：
选择输出所需电刀模式并设定输出电刀功率值的参数输入与模式选择模块；
输出电切与电凝踏板开关信号的电切与电凝踏板开关模块；
接收所述参数输入与模式选择模块传送的输出所需电刀模式信号、设定的输出电刀功率值和设定的功率值和电切与电凝踏板开关模块传送的输出电切与电凝踏板开关信号的变频及自匹配中心控制模块，所述变频及自匹配中心控制模块对输出频率、幅值、占空比、峰值因数基本参数进行调节和控制，采用闭环控制的方式输出功率、特定频率、特定波形、特定负载功率曲线的高频高压和输出电流，从而对组织进行切割和凝结；
接收所述变频及自匹配中心控制模块传送的电压信号并对电压进行调节的调压电路；
接收所述调压电路传送的电压信号及所述变频及自匹配中心控制模块传送的控制信号同时进行变频和逆变控制的变频逆变电路；
接收所述变频逆变电路传送的变频和逆变后电压信号和所述变频及自匹配中心控制模块同时传送的控制信号的模式切换自匹配功率放大电路，所述模式切换自匹配功率放大电路对电刀的多种输出模式进行谐振参数匹配以及进行功率放大；
接收所述模式切换自匹配功率放大电路传送的模式选择切换信号和所述变频及自匹配中心控制模块传送的控制信号同时进行能量吸收的能量吸收电路；
接收所述模式切换自匹配功率放大电路传送的电压、电流和功率信号进行功率检测的输出功率检测模块，所述输出功率检测模块将检测后的信号传送至所述变频及自匹配中心控制模块；
接收所述输出功率检测模块传送的功率信号及所述变频及自匹配中心控制模块传送的控制信号同时进行电刀的型号判定选择并将选择后电刀型号输出的电刀输出选择模块；
接收所述电刀输出选择模块输出电刀的型号并判定不同型号的电刀连接是否正确的电刀连接判定模块，所述电刀连接判定模块输出电刀型号并将选择后电刀型号传送至所述变频及自匹配中心控制模块；
接收所述电刀连接判定模块传送的电刀型号判定的信号并判定输出需要输出的双极电刀、单极电刀和中性极板。
进一步地，还包括，对输出模式、输出功率值和电刀运行状态进行显示的显示模块，所述变频及自匹配中心控制模块与显示模块进行电连接。
进一步地，所述变频及自匹配中心控制模块还包括辅助电源电路、驱动电路、控制电路和信号整定及保护电路。
进一步地，所述变频逆变电路包括滤波电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、谐振电感和谐振电容；
所述调压电路通过滤波电容进行直流电压滤波；滤波后的直流电压再通过第一开关和第二开关、第三开关和第四开关转换为交流电压；
其中所述第一开关和第二开关串联连接后与串联连接的第三开关和第四开关并联；
串联连接的所述谐振电感和谐振电容对转换后的交流电压进行干扰阻挡和保护。
进一步地，模式切换自匹配功率放大电路包括第五开关、第六开关、第一电租、第一变压器、第三电容，第十开关第二电感、第九开关、第三电感、第四电容、第七开关、第八开关，第四电感、第五电容、第六电容，第七电容、第十一开关；
所述第一变压器第二绕组W2通过与第五开关并联连接，调节所述第一变压器初级的参数来，进行高低频模式切换的自动匹配；
所述第一变压器第三绕组W3与第六开关和第一电阻构成的串联电路并联，将高频输出信号迅速归零；
所述第一变压器第四绕组W4的第12端口与第三电容和第二电感串联联接来调节输出的谐振参数，其中所述第十开关与所述第三电容并联连接；
所述第一变压器的第10端口和第11端口与第九开关、第三电感、第四电容串联连接，
所述第一变压器的第9端口和第8端口与第七开关、第四电感、第五电容串联连接，
所述第一变压器的第7端口与第八开关、第四电感、第五电容串联连接
其中所述第二电感、所述第四电容及所述第五电容还和所述第六电容相连接；
所述第六电容与第七电容和第十一开关构成的串联电路进行并联，同上述电路一起在不同模式下改变输出的第六电容与第七电的容电容值，进行不同电刀波形输出。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路，通过改变功率放电电路谐振参数、匹配变压器参数和闭环控制输出功率等方式，实现高频电刀电源自匹配单级纯切、单级混切、单级间断慢切、单级间断快切、单级软凝、单极强力电凝、单极喷射电凝、单极多功能电凝、双极电切、双极生理盐水电切、双极软凝、双极自动电凝、生理盐水电凝、硬凝、精细电凝、射频电凝等多种输出模式，实现了高频电刀单机适应不同手术的需要；在宽频率范围内通过电刀型号及连接判定模块判定电刀类型，通断变频及自匹配中心控制模块选择输出模式然后自匹配谐振参数，使电刀有效电极尖端产生的特定频率，特定波形，特定负载功率曲线的高频高压和电流对组织进行切割和凝结，实现在电刀电源输出模式切换时自动匹配产生对应模式需要的高频输出波形，从而使电刀切割和止血的效果好，另外该高频电刀电源电路成本低，电压高，效率高，可靠性高，可实现宽电压和频率范围稳定输出，条件范围内特定手术要求波形仅需调整或改变功率放电电路谐振参数。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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他的附图。
图1为本发明的实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的变频逆变电路图和模式切换自匹配功率放大电路图；
图3本发明实施例控制流程示意图。
图中：101、调压电路，102、变频逆变电路，103、模式切换自匹配功率放大电路，104、输出功率检测模块，105、电刀输出选择模块，106、电刀型号及连接判定模块，107、双极电刀，108、单极电刀，109、中性极板，110、变频及自匹配中心控制模块，111、显示电路，112、参数输入与模式选择模块，113、电切与电凝踏板开关模块，114、能量吸收电路，201、第一电容，202、第一开关，203、第二开关，204、第一电感，205、第三开关，206、第四开关，207、第二电容，208、第五开关，209、第六开关，210、第一电租，211、第一变压器，212、第三电容，213、第二电感、214、第十开关，215、第九开关，216、第三电感，217、第四电容，218、第七开关，219、第八开关，220、第四电感，221、第五电容，222、第六电容，223、第七电容，224、第十一开关。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路，通过改变功率放电电路谐振参数、匹配变压器参数和闭环控制输出功率等方式，实现在电刀电源输出模式切换时自动匹配产生对应模式需要的高频输出波形，实现了高频电刀单机适应不同手术的需要。
图1为本发明的实施例的结构示意图；该输出模式切换自匹配高频电刀电源电路包括，选择输出各种电刀模式并通过人机交互设定电刀功率值的参数输入与模式选择模块112，
各种电刀模式包括:单级纯切、单级混切、单级间断慢切、单级间断快切、单级软凝、单极强力电凝、单极喷射电凝、单极多功能电凝、双极电切、双极生理盐水电切、双极软凝、双极自动电凝、生理盐水电凝、硬凝、精细电凝、射频电凝等；
输出电切与电凝踏板开关信号的电切与电凝踏板开关模块113，对输出频率、幅值、占空比、峰值因数基本参数进行调节和控制，采用闭环控制的方式输出功率、特定频率、特定波形、特定负载功率曲线的高频高压和输出电流，从而对组织进行切割和凝结变频及自匹配中心控制模块110，进行电压调节的调压电路101，进行变频和逆变控制的变频逆变电路102，对电刀的多种输出模式进行谐振参数匹配以及进行功率放大的模式切换自匹配功率放大电路103，对电压、电流和功率信号进行功率检测输出功率检测模块104，控制选择输出端口的电刀输出选择模块105，输出电刀的型号并判定不同型号的电刀连接是否正确的电刀型号及连接判定模块106，进行能量吸收的能量吸收电路114，对各种输出模式、输出功率值，电刀运行状态进行的显示的显示电路111；
所述参数输入与模式选择模块112将输出电刀模式信号、设定的输出电刀功率值和电切与电凝踏板开关模块113输出的输出电切与电凝踏板开关信号传送给所述变频及自匹配中心控制模块110；
所述变频及自匹配中心控制模块110对输出频率、幅值、占空比、峰值因数基本参数进行调节和控制，采用闭环控制的方式输出功率、特定频率、特定波形、特定负载功率曲线的高频高压和输出电流，从而对组织进行切割和凝结；
所述调压电路101在所述自匹配中心控制电路110的控制下将调节后的电压传输给所述变频逆变电路102；
所述变频逆变电路102通过自匹配中心控制电路110的控制进行逆变和变频；
所述模式切换自匹配功率放大电路103接收所述变频逆变电路102传送的变频和逆变后电压信号和所述变频及自匹配中心控制模块110同时传送的模式选择切换信号，对电刀的多种输出模式进行谐振参数匹配以及进行功率放大；所述模式切换自匹配功率放大电路103将需要泄放的能量和通过所述变频及自匹配中心控制模块110将控制传送给所述能量吸收电路114；
所述输出功率检测模块104接收所述模式切换自匹配功率放大电路103传送的电压、电流和功率信号进行检测,并将检测后的信号传输给所述变频及自匹配中心控制模块114和电刀输出选择模块105；
所述电刀输出选择模块105在所述变频及自匹配中心控制模块114的控制下进行电刀的型号判定选择，并将选择后电刀型号输出给所述电刀连接判定模块106；
所述电刀连接判定模块106判定不同型号的电刀连接是否正确，并将电刀连接是否正确的判定信号传送给所述变频及自匹配中心控制模块114，并控制双极电刀107、单极电刀108和中性极板109的输出。
所述变频及自匹配中心控制模块110主要包括，辅助电源电路、驱动电路、控制电路、信号整定及保护电路；变频及自匹配中心控制模块110是本套电源电路的核心控制电路。起到提供辅助电源，对***参量检测反馈信号整定、保护电源以及使电源对负载自匹配的控制功能。能够实现对输出频率、幅值、占空比、峰值因数等的基本参数调节与控制；能够实现闭环控制输出功率，实现特定频率，特定波形，特定负载功率曲线的高频高压和电流输出从而对组织进行切割和凝结。
图2为本发明实施例的变频逆变电路图和模式切换自匹配功率放大电路图，变频逆变电路102主要包含主电路滤波电容201、开关202、开关203、开关205、开关206、谐振电感204、谐振电容207,
调压电路101输出连接到变频逆变电路102的滤波电容201，进行直流电压滤波；
变频逆变电路102通过开关202、开关203、开关205、开关206将直流电压转换为交流输出，
谐振电感204起到串联的作用并阻挡输出电压的干扰和保护变频逆变电路102的作用。
如图2所示，模式切换自匹配功率放大电路103作为优选主要包括208、第五开关，209、第六开关，210、第一电租，211、第一变压器，212、第三电容，214、第十开关，213、第二电感，215、第九开关，216、第三电感，217、第四电容，218、第七开关，219、第八开关，220、第四电感，221、第五电容，222、第六电容，223、第七电容，224、第十一开关；
第一变压器211第二绕组W2与第五开关208并联连接，通过调节第一变压器211初级的参数来完成高低频模式切换的自动匹配；
第一变压器211第三绕组W3与第六开关209和第一电阻210构成的串联电路并联，其主要作用是使得谁的高频输出信号迅速归零；
第一变压器211第四绕组W4的12端口与第三电容212和第四电感213串联接输出Uo的P端；第十开关213与第三电容212并联连接；第四电感213和第三电容212与负载谐振，通过第十开关213调节输出的谐振参数；
第一变压器211的第10端口和第11端口连接在一起与第九开关215、第三电感216、第四电容217串联接输出Uo的N端；；
第一变压器211的第9端口和第8端口连接在一起与第七开关218、第四电感220、第五电容221串联接输出Uo的N端，
其中所述第二电感213、所述第四电容217及所述第五电容221还和所述第六电容222相连接；
第一变压器211的第7端口与第八开关219、第四电感220、第五电容221串联接输出Uo的N端，
通过第七开关218，第八开关219，第九开关215的开关状态改变变压器的次级绕组状态从而使最大电压可以达到上万伏；
第六电容222与第七电容223和第十一开关224构成的串联电路并联在输出Uo的两端,在不同模式下改变输出的第六电容222与第七电容223，从而满足电刀输出波形的要求。
图3本发明实施例控制流程示意图，开机后通过电刀型号及连接判定模块106判定电刀连接是否正常以及连接的电刀型号，然后通过参数输入与模式选择模块112选择输出模式并设定功率值，通过变频及自匹配中心控制模块110控制期望输出电压，频率、保护电压、保护电流、最大功率，通过电刀输出选择模块105控制选择输出端口，通过模式切换自匹配功率放大电路103自匹配谐振参数，通过调压电路101调节电压值，通过电切与电凝踏板开关模块113控制输出开关，通过输出功率检测模块104对输出电压、电流、功率进行检测，反馈到变频及自匹配中心控制模块110并形成闭环控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路，其特征在于：包括：
选择输出所需电刀模式并设定输出电刀功率值的参数输入与模式选择模块(112)；
输出电切与电凝踏板开关信号的电切与电凝踏板开关模块(113)；
接收所述参数输入与模式选择模块(112)传送的输出所需电刀模式信号、设定的输出电刀功率值和设定的功率值和电切与电凝踏板开关模块(113)传送的输出电切与电凝踏板开关信号的变频及自匹配中心控制模块(110)，所述变频及自匹配中心控制模块(110)对输出频率、幅值、占空比、峰值因数基本参数进行调节和控制，采用闭环控制的方式输出功率、特定频率、特定波形、特定负载功率曲线的高频高压和输出电流，从而对组织进行切割和凝结；
接收所述变频及自匹配中心控制模块(110)传送的电压信号并对电压进行调节的调压电路(101)；
接收所述调压电路(101)传送的电压信号及所述变频及自匹配中心控制模块(110)传送的控制信号同时进行变频和逆变控制的变频逆变电路(102)；
接收所述变频逆变电路(102)传送的变频和逆变后电压信号和所述变频及自匹配中心控制模块(110)同时传送的控制信号的模式切换自匹配功率放大电路(103)，所述模式切换自匹配功率放大电路(103)对电刀的多种输出模式进行谐振参数匹配以及进行功率放大；
接收所述模式切换自匹配功率放大电路(103)传送的模式选择切换信号和所述变频及自匹配中心控制模块(110)传送的控制信号同时进行能量吸收的能量吸收电路(114)；
接收所述模式切换自匹配功率放大电路(103)传送的电压、电流和功率信号进行功率检测的输出功率检测模块(104)，所述输出功率检测模块(104)将检测后的信号传送至所述变频及自匹配中心控制模块(110)；
接收所述输出功率检测模块(104)传送的功率信号及所述变频及自匹配中心控制模块(110)传送的控制信号同时进行电刀的型号判定选择并将选择后电刀型号输出的电刀输出选择模块(105)；
接收所述电刀输出选择模块(105)输出电刀的型号并判定不同型号的电刀连接是否正确的电刀连接判定模块(106)，所述电刀连接判定模块(106)输出电刀型号并将选择后电刀型号传送至所述变频及自匹配中心控制模块(110)；
接收所述电刀连接判定模块(106)传送的电刀型号判定的信号并判定输出需要输出的双极电刀(107)、单极电刀(108)和中性极板(109)。
2.根据权利要求1所述的一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路，其特征还在于：还包括，对输出模式、输出功率值和电刀运行状态进行显示的显示模块(111)，所述变频及自匹配中心控制模块(114)与显示模块(111)进行电连接。
3.根据权利要求1所述的一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路，其特征还在于：所述变频及自匹配中心控制模块(110)还包括辅助电源电路、驱动电路、控制电路和信号整定及保护电路。
4.根据权利要求1所述的一种输出模式切换自匹配高频电刀电源电路，其特征还在于：所述变频逆变电路(102)包括滤波电容(201)、第一开关(202)、第二开关(202)、第三开关(205)、第四开关(206)、谐振电感(204)和谐振电容(207)；
所述调压电路(101)通过滤波电容(201)进行直流电压滤波，将滤波后的直流电压再通过第一开关(202)和第二开关(202)、第三开关(205)和第四开关(206)转换为交流电压；
其中所述第一开关(202)和第二开关(202)串联连接后与串联连接的第三开关(205)和第四开关(206)并联；
串联连接的所述谐振电感(204)和谐振电容(207)对转换后的交流电压进行干扰阻挡和保护。
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