CN115054322A - 双模式供电电路、手术用能量器械及超声手术*** - Google Patents

双模式供电电路、手术用能量器械及超声手术*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双模式供电电路、手术用能量器械及超声手术***，电路包括外电源开关、电池、功耗电路模块、操作开关，其中，电池与第一晶体管的漏极电连接，第一晶体管的栅极与外电源开关连接，第一晶体管的源极通过操作开关与第三晶体管的栅极电连接，第二晶体管的栅极同时与第三晶体管的漏极、第一晶体管的源极电连接，第三晶体管的源极接地，第一晶体管和第二晶体管被配置为栅极电压低于相应阈值时导通，第三晶体管被配置为栅极电压高于相应阈值时导通；当外电源开关被断开且操作开关被导通时，电池通过第一晶体管、第二晶体管向功耗电路模块提供电能；当外电源开关被导通时，外部电源通过外电源开关、第二晶体管向功耗电路模块提供电能。

Description

双模式供电电路、手术用能量器械及超声手术***
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种双模式供电电路、手术用能量器械及超声手术***。
背景技术
在手术前，医院设备科需要为手术准备手术用的器材和耗材等，针对如超声刀这样的能量器械，需要确认其使用寿命，对于剩余可用次数为0的能量器械，必须在开始手术前更换可用的能量器械。
现有技术中，要查看设备状态，比如使用次数，则需要接通外部电源来启动超声手术刀，接线操作比较麻烦；为了解决这个问题，公告号为CN207804334U的中国专利，公开了一种内置电池的无线缆超声手术***，但是，在非手术阶段接通内置电池来启动超声手术刀以查看设备状态，造成了电能的损耗。而且，无线缆超声手术***价格比较昂贵，电池的续航时间和输出电能的稳定性均无法与外接交流电使用的有线超声手术***相比，因此，目前有线超声手术***还是主流器械产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种在不外接电源的情况下启动局部功耗电路的稳定性更高的解决方案。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种双模式供电电路，包括外电源开关、电池、功耗电路模块、操作开关、第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，其中，所述电池与第一晶体管的漏极电连接，所述第一晶体管的栅极与外电源开关连接，所述第一晶体管的源极通过所述操作开关与第三晶体管的栅极电连接，所述第二晶体管的栅极同时与第三晶体管的漏极、第一晶体管的源极电连接，所述第三晶体管的源极接地，其中，所述第一晶体管和第二晶体管被配置为栅极电压低于相应预设电压阈值时导通，所述第三晶体管被配置为栅极电压高于相应预设电压阈值时导通；
当所述外电源开关被断开且所述操作开关被导通时，所述电池通过第一晶体管、第二晶体管向所述功耗电路模块提供电能；当所述外电源开关被导通时，外部电源通过所述外电源开关、第二晶体管向所述功耗电路模块提供电能。
进一步地，所述外电源开关还与所述第三晶体管的栅极电连接。
进一步地，所述双模式供电电路还包括双基极二极管，其两个基极分别与外电源开关、电池连接，其发射极与所述第二晶体管的源极电连接；
且所述外电源开关导通得到的电压高于所述电池的正极电压。
进一步地，所述双模式供电电路还包括双基极二极管，其两个基极分别与操作开关、所述功耗电路模块的使能端口连接，其发射极同时与所述外电源开关、第三晶体管的栅极电连接。
进一步地，所述双模式供电电路还包括第四晶体管，所述第四晶体管被配置为栅极电压高于相应预设电压阈值时导通，所述第四晶体管的栅极与所述功耗电路模块的GPIO端口连接；
所述第四晶体管的漏极与所述外电源开关连接，其源极与所述第二晶体管的源极电连接。
进一步地，所述双模式供电电路还包括其他功耗模块，所述其他功耗模块与所述外电源开关连接，所述其他功耗模块的功耗大于所述功耗电路模块的功耗。
进一步地，所述外电源开关的一端与外部电源连接，另一端被配置为与DCDC变换器电连接。
根据本发明的另一方面，提供了一种手术用能量器械，包括如上所述的双模式供电电路，其中，所述功耗电路模块包括MCU单元和提示单元，在电池给功耗电路模块供电时，所述提示单元在所述MCU单元的控制下提示所述手术用能量器械的状态参数信息。
进一步地，所述外电源开关与所述第三晶体管的栅极之间还设有监测点，所述监测点被配置为向所述功耗电路模块的监测端口输入监测信号，若所述监测信号为0，则所述双模式供电电路处于电池给功耗电路模块供电的模式。
进一步地，若所述双模式供电电路处于电池给功耗电路模块供电的模式，则所述操作开关工作在第一模式，包括：响应于所述操作开关被按压，触发所述MCU单元向提示单元发送提示指令；
若所述双模式供电电路处于外部电源给功耗电路模块供电的模式，则所述操作开关工作在第二模式，包括：响应于所述操作开关被按压，触发所述MCU单元发出其他指令，所述其他指令不同于向提示单元发送的提示指令。
进一步地，所述其他指令包括：
响应于所述操作开关被按压，所述MCU单元激发所述手术用能量器械的能量发生器以发生能量；或者，
响应于所述操作开关被按压，所述MCU单元调节所述手术用能量器械的能量发生器的输出功率；或者，
响应于所述操作开关被按压，所述MCU单元控制所述手术用能量器械的刀具端部作夹合动作。
根据本发明的再一方面，提供了一种超声手术***，包括超声能量发生器以及如上所述的手术用能量器械，所述手术用能量器械为超声手术刀。
进一步地，所述超声手术***还包括内镜、显微镜、高频电烧装置中的一种或多种。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
a.使用数量更少的(三个)晶体管实现内部电池供电模式和外部电源供电模式，提高电路响应速度和电路的整体稳定性；
b.有效防止外部电源对内置电池的倒灌，避免电池被毁坏或性能下降而影响内部电池供电模式的稳定性和可靠性。
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为本公开的一个示例性实施例提供的双模式供电电路的示意图；
图2为本公开的一个示例性实施例提供的能够降低外部供电压降的双模式供电电路的示意图。
其中，附图标记包括：102-外电源开关，104-DCDC变换器，200-电池，300-操作开关，402-第一晶体管，404第二晶体管，406第三晶体管，408-第四晶体管，502-第一双基极二极管，504-第二双基极二极管，602-MCU单元，604-提示单元，606-其他功耗模块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
超声手术刀的使用规范中限定了使用次数，因此在手术前确认其剩余使用次数是至关重要的。传统的办法是通过人工的方式在每次使用后记录其剩余可用次数。目前也研发出了能够统计剩余次数的器械，但这需要在器械上电后方能查询。本发明的构思在于提供一种不接外部电源的情况下可方便地查询器械的剩余可用次数的电路。公告号为CN113855175A的中国专利申请，随着超声刀的手术时间的累积，外接电源对内置电池会造成倒灌，影响内置电池为小功耗电路提供电能的稳定性，也影响了电池的使用寿命；并且该申请必须使用四个开关管才能实现电池供电和外部电源供电两种模式，四个开关管之间逐步触发使得电路响应速度较慢，一旦其中一个工作失效则会导致整个电路失效，因此电路稳定性较差。
在本发明的一个实施例中，提供了一种双模式供电电路，参见图1，所述电路包括外电源开关102、电池200、功耗电路模块、操作开关300、第一晶体管402、第二晶体管404和第三晶体管406，其中，所述电池200通过第一晶体管402和第二晶体管404与所述功耗电路模块电连接，其中，电池200的正极与第一晶体管402的漏极电连接，所述第一晶体管402的栅极与外部电源100开关连接，所述第一晶体管402的源极通过所述操作开关300与第三晶体管406的栅极电连接，所述第二晶体管404的栅极同时与第三晶体管406的漏极、第一晶体管402的源极电连接，所述第三晶体管406的源极接地，其中，所述第一晶体管402和第二晶体管404被配置为栅极电压低于相应预设电压阈值时导通(比如PMOS管)，所述第三晶体管406被配置为栅极电压高于相应预设电压阈值时导通(比如NMOS管)；
所述双模式供电电路具有内部电池供电模式和外部电源供电模式，当所述外电源开关被断开且所述操作开关被导通时，所述双模式供电电路处于内部电池供电模式，所述外电源开关102被断开且所述操作开关300被导通，由于外电源开关102被断开，则第一晶体管402的栅极为低电压，如上前述各个晶体管的特性可知，第一晶体管402导通，则电池200的正极与图1中的Power In连通，在操作开关300被导通之前，由于第二晶体管404的栅极与Power In连接而得到拉高栅极电压，因此第二晶体管404截止，一旦操作开关300导通，则Power In处的电压拉高第三晶体管406的栅极电压使其导通，进而第二晶体管404的栅极通过第三晶体管406接地，因此第二晶体管404导通，此时，电池200通过第一晶体管402和第二晶体管404为功耗电路模块提供电能。
所述外电源开关102还与所述第三晶体管406的栅极电连接，当外电源开关102导通时，电路进入外部电源供电模式，则外部电源通过所述外电源开关102、第二晶体管404向所述功耗电路模块提供电能，具体如下：外电源开关102导通使得第一晶体管402的栅极电压拉高而截止通路，使得电池200的电能无法到达Power In，具体如图1所示的第一双基极二极管502，其两个基极分别与外电源开关102、电池200连接，其发射极与所述第二晶体管404的源极电连接，并且由于外电源开关102导通得到的电压(比如3.3V)高于所述电池200的正极电压(比如3V)，因此发射极的电势较电池200的正极电势更高，因此第一双基极二极管502的其中一个连接电池200的二极管被反向截止。综上，3.3V外部电压到达Power In，即第二晶体管的源极。同时，第三晶体管406的栅极电压被外部电源拉高而导通，同内部电池供电模式那样，第二晶体管404的栅极通过第三晶体管406接地，因此第二晶体管404导通，即外部电源到Power In的电压为功耗电路模块提供电能，此模式下电池200在第一双基极二极管502的反向截止作用下与外部电源隔离，这有效地解决了外部电源向电池200倒灌的问题，避免电池200被毁坏或性能下降而影响内部电池供电模式的稳定性和可靠性。
在本发明的一个实施例中，实现了在内部电池供电模式下，按下操作开关300后即使松开，也可以使功耗电路模块继续工作(至少延长一段时间)，具体如下：参见图1或图2中的第二双基极二极管504，其两个基极分别与操作开关300、所述功耗电路模块的使能端口(图中的PowerEN)连接，其发射极同时与所述外电源开关102、第三晶体管406的栅极电连接，在功耗电路模块工作的前提下，可以通过预设的程序控制使能端口拉高第三晶体管406的栅极电压，使得即使此时操作开关300被断开，也可以使功耗电路模块继续工作，本实施例中可以预设程序为延长10s，在计时结束后撤去使能端口的输出，即功耗电路停止工作。
将上述实施例的电路应用在手术用能量器械，比如超声手术刀、电刀或激光刀等等，可以很好地解决在不通电的情况下开启至少部分功耗电路，比如功耗电路模块包括MCU单元602和提示单元604，在内部电池供电模式下，所述提示单元604在所述MCU单元602的控制下提示所述手术用能量器械的状态参数信息(比如器械可用剩余次数等参数)。
在本发明的一个实施例中，所述外电源开关102的一端与外部电源(比如24V，图2中的V1)连接，另一端被配置为与DCDC变换器104电连接，将输入24V电压转换为3.3V低压(图2中的V2)，外电源开关102(即V1点)与所述第三晶体管406的栅极之间还设有监测点，所述监测点被配置为向所述功耗电路模块的监测端口输入监测信号，即采集电阻R6和R8之间的分压值，这里将DCDC变换器变换之前的高压点接入监测，使得监测更灵敏。若所述监测信号为0，则所述双模式供电电路处于内部电池供电模式，这使得MCU单元602可以监控外部电源是否接入，以便于MCU单元602作出相应的控制动作。比如：
在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述双模式供电电路还包括第四晶体管408，所述第四晶体管408被配置为栅极电压高于相应预设电压阈值时导通(比如NMOS管)，所述第四晶体管408的漏极与所述外电源开关102连接，其源极与所述第二晶体管404的源极电连接。所述第四晶体管408的栅极与所述功耗电路模块的GPIO端口连接，若监测到外部电源被接入，则通过该端口输出电压以控制第四晶体管408导通，使得外部电源直接通过第四晶体管408、而不是通过第一双基极二极管502导通Power In，降低了外部电源至PowerIn的压降。
再比如，在监测到外部电源未接入的情况下，按下操作开关300则使提示单元604，比如显示屏显示剩余可用次数；在监测到外部电源接入的情况下，可以控制显示屏显示其他信息，比如超声刀的工作参数，或者提供人机交互界面。
再比如，所述双模式供电电路还包括其他功耗模块606，所述其他功耗模块606与所述外电源开关102连接(其他功耗模块606不接通电池200，在内部电池供电模式下，其他功耗模块606没有被启用)，所述其他功耗模块606的功耗大于所述功耗电路模块的功耗，比如其他功耗模块606可以是驱动电路或数字处理电路。当外电源开关102导通时，所有功耗电路均被启动，MCU单元602进入预备工作状态，而不是将剩余可用次数发送给显示屏。
再比如，操作开关300可以利用超声刀手柄上的既有按钮来代替，但同时又要保持既有按钮原来的功能，这种情况下，该既有按钮具有两种模式：
若所述双模式供电电路处于内部电池供电模式，则所述操作开关300工作在第一模式，包括：响应于所述操作开关300被按压，触发所述MCU单元602向提示单元604发送提示指令；
若所述双模式供电电路处于外部电源供电模式，则所述操作开关300工作在第二模式，包括：响应于所述操作开关300被按压，触发所述MCU单元602发出其他指令，所述其他指令不同于向提示单元604发送的提示指令。这里的其他指令比如：
响应于所述操作开关300被按压，所述MCU单元602激发所述手术用能量器械的能量发生器以发生能量；或者，
响应于所述操作开关300被按压，所述MCU单元602调节所述手术用能量器械的能量发生器的输出功率；或者，
响应于所述操作开关300被按压，所述MCU单元602控制所述手术用能量器械的刀具端部作夹合动作。
显然，本发明并不限定操作开关300具有两种工作模式，在其他实施例中，操作开关300为专用于控制在内部电池供电模式下启动功耗电路模块的开关，即在现有的手术用能量器械的操作键基础上再增加新的按键。相比于此，具有两种工作模式的实施例不需要改变现有的超声手术刀的刀柄硬件结构，可以通过软件实现。
在本发明的一个实施例中，提供了一种超声手术***，包括超声能量发生器以及如上所述的手术用能量器械，所述手术用能量器械为超声手术刀。所述超声手术***还可以包括内镜、显微镜、高频电烧装置中的一种或多种。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种双模式供电电路，其特征在于，包括外电源开关、电池、功耗电路模块、操作开关、第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，其中，所述电池与第一晶体管的漏极电连接，所述第一晶体管的栅极与外电源开关连接，所述第一晶体管的源极通过所述操作开关与第三晶体管的栅极电连接，所述第二晶体管的栅极同时与第三晶体管的漏极、第一晶体管的源极电连接，所述第三晶体管的源极接地，其中，所述第一晶体管和第二晶体管被配置为栅极电压低于相应预设电压阈值时导通，所述第三晶体管被配置为栅极电压高于相应预设电压阈值时导通；
当所述外电源开关被断开且所述操作开关被导通时，所述电池通过第一晶体管、第二晶体管向所述功耗电路模块提供电能；当所述外电源开关被导通时，外部电源通过所述外电源开关、第二晶体管向所述功耗电路模块提供电能。
2.根据权利要求1所述的双模式供电电路，其特征在于，所述外电源开关还与所述第三晶体管的栅极电连接。
3.根据权利要求1所述的双模式供电电路，其特征在于，还包括双基极二极管，其两个基极分别与外电源开关、电池连接，其发射极与所述第二晶体管的源极电连接；
且所述外电源开关导通得到的电压高于所述电池的正极电压。
4.根据权利要求2所述的双模式供电电路，其特征在于，还包括双基极二极管，其两个基极分别与操作开关、所述功耗电路模块的使能端口连接，其发射极同时与所述外电源开关、第三晶体管的栅极电连接。
5.根据权利要求1所述的双模式供电电路，其特征在于，还包括第四晶体管，所述第四晶体管被配置为栅极电压高于相应预设电压阈值时导通，所述第四晶体管的栅极与所述功耗电路模块的GPIO端口连接；
所述第四晶体管的漏极与所述外电源开关连接，其源极与所述第二晶体管的源极电连接。
6.根据权利要求1所述的双模式供电电路，其特征在于，还包括其他功耗模块，所述其他功耗模块与所述外电源开关连接，所述其他功耗模块的功耗大于所述功耗电路模块的功耗。
7.根据权利要求1所述的双模式供电电路，其特征在于，所述外电源开关的一端与外部电源连接，另一端被配置为与DCDC变换器电连接。
8.一种手术用能量器械，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的双模式供电电路，其中，所述功耗电路模块包括MCU单元和提示单元，在电池给功耗电路模块供电时，所述提示单元在所述MCU单元的控制下提示所述手术用能量器械的状态参数信息。
9.根据权利要求8所述的手术用能量器械，其特征在于，所述外电源开关与所述第三晶体管的栅极之间还设有监测点，所述监测点被配置为向所述功耗电路模块的监测端口输入监测信号，若所述监测信号为0，则所述双模式供电电路处于电池给功耗电路模块供电的模式。
10.根据权利要求8所述的手术用能量器械，其特征在于，若所述双模式供电电路处于电池给功耗电路模块供电的模式，则所述操作开关工作在第一模式，包括：响应于所述操作开关被按压，触发所述MCU单元向提示单元发送提示指令；
若所述双模式供电电路处于外部电源给功耗电路模块供电的模式，则所述操作开关工作在第二模式，包括：响应于所述操作开关被按压，触发所述MCU单元发出其他指令，所述其他指令不同于向提示单元发送的提示指令。
11.根据权利要求10所述的手术用能量器械，其特征在于，所述其他指令包括：
响应于所述操作开关被按压，所述MCU单元激发所述手术用能量器械的能量发生器以发生能量；或者，
响应于所述操作开关被按压，所述MCU单元调节所述手术用能量器械的能量发生器的输出功率；或者，
响应于所述操作开关被按压，所述MCU单元控制所述手术用能量器械的刀具端部作夹合动作。
12.一种超声手术***，其特征在于，包括超声能量发生器以及如权利要求8至11中任一项所述的手术用能量器械，所述手术用能量器械为超声手术刀。
13.根据权利要求12所述的超声手术***，其特征在于，还包括内镜、显微镜、高频电烧装置中的一种或多种。
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