專利名稱：一種具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，可防止放電電路短路直通和實現(xiàn)了過流保護(hù)，可用于除顫器中的高壓電脈沖輸出電路。
背景技術(shù)：
心室纖顫是最為惡性的心律失常，電擊除顫是目前最為直接有效的終止心室纖顫的方式。目前較為通用的除顫波形為雙相截尾指數(shù)波，一般先將電能儲存在大電容上，電子開關(guān)控制是否放電，電容放電波形即是指數(shù)波形。雙相波是通過橋式放電電路實現(xiàn)的，控制電子開關(guān)的組合和導(dǎo)通順序可形成橋式放電電路。在實際的除顫過程中，有高電壓和大電流產(chǎn)生，稍有不慎就會造成重大損失，輕則損壞除顫器，重則危及患者和除顫器操作者的健康和生命。所以，除顫放電電路的安全性和穩(wěn)定性就顯得尤為重要。本發(fā)明即是基于上述出發(fā)點而發(fā)明的對橋式放電電路的保護(hù)設(shè)計，防止放電電路短路直通和實現(xiàn)了過流保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
基于對除顫器放電電路安全性和穩(wěn)定性的考慮，本發(fā)明設(shè)計了一種具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，防短路直通和實現(xiàn)了過流保護(hù)。防短路直通是指防止橋式放電電路負(fù)載被電子開關(guān)短路而直接導(dǎo)通；過流保護(hù)是指當(dāng)放電電路的電流大于某一閾值時快速切斷放電電路。本發(fā)明提供的具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，包括四個部分:橋式放電電路，防短路直通電路和/或過流采樣電路，邏輯控制電路，和開關(guān)驅(qū)動模塊。其中，橋式放電電路由四支電子開關(guān)組成，形成兩路通路，其中，對角線位置的電子開關(guān)同時導(dǎo)通形成一路通路，兩路通路交替導(dǎo)通形成橋式放電電路；防短路直通電路通過兩個或非門實現(xiàn)電子開關(guān)的互鎖，防止放電電路中電子開關(guān)短路直通；過流采樣電路采集放電電路的電流，其輸出控制電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷；邏輯控制電路通過兩個與非門實現(xiàn)防短路直通電路與過流采樣電路對電子開關(guān)的共同控制；開關(guān)驅(qū)動模塊為一光耦集成電路，實現(xiàn)高壓電路與低壓電路的隔離，并可直接驅(qū)動電子開關(guān)。本發(fā)明同時完成了兩種放電保護(hù)功能，即防短路直通和實現(xiàn)了過流保護(hù)。橋式放電電路和開關(guān)驅(qū)動模塊為兩種保護(hù)功能所共有，獨立設(shè)計了防短路直通電路和過流采樣電路，最后由邏輯控制電路將兩者合并，實現(xiàn)對放電電路的共同保護(hù)。所述橋式放 電電路共由四支電子開關(guān)組成，四支電子開關(guān)的控制端接開關(guān)驅(qū)動模塊的輸出，第一電子開關(guān)和第三電子開關(guān)組成橋路一側(cè)，第二電子開關(guān)和第四電子開關(guān)組成橋路另一側(cè)。兩側(cè)通路呈軸對稱排布，第一電子開關(guān)的一端接高壓電源，另一端接第三電子開關(guān)的一端，第二電子開2的一端接高壓電源，另一端接第四電子開關(guān)的一端，第三電子開關(guān)的另一端與第四電子開關(guān)的另一端相接。一支除顫電極接在第一電子開關(guān)與第三電子開關(guān)的連接處，另一支除顫電極接在第二電子開關(guān)與第四電子開關(guān)的連接處。對角線位置的電子開關(guān)同時導(dǎo)通，即第一電子開關(guān)和第三電子開關(guān)同時導(dǎo)通，或第二電子開關(guān)和第四電子開關(guān)同時導(dǎo)通，形成兩路放電電路，兩路放電電路交替導(dǎo)通，即實現(xiàn)了橋式放電電路(此電路可參見專利《適用于體外除顫器的高壓脈沖發(fā)生電路》，專利號ZL200720074627.7)。關(guān)于防短路直通電路，在對橋式放電電路的控制上，首先必須保證對同一橋路的控制時序同步，然后要防止兩路橋路同時導(dǎo)通，傳統(tǒng)的微控制器的輸出由程序員軟件控制，可能存在程序跑飛等不可預(yù)知的情況，于是本發(fā)明在微控制器的輸出與橋式放電電路驅(qū)動之前添加了一級互鎖電路，該互鎖電路不可同時輸出高電平，避免了兩路放電電路同時導(dǎo)通的情況。關(guān)于過流采樣電路，串聯(lián)在放電電路中的采樣電阻采集通路電流，采樣電阻兩端的電壓接入電壓比較器的負(fù)相輸入端，電壓比較器的參考比較電壓由兩支分壓電阻R2和R3對隔離電源電壓分壓得到，其數(shù)值由隔離電源電壓和分壓電阻R2與R3的比值確定，最后接入電壓比較器的正相輸入端。另外，邏輯門電路位于低壓電路區(qū)，過流采樣電路位于高壓電路區(qū)，所以必須采用光耦將兩者隔離。邏輯控制電路由兩個與非門實現(xiàn)，其功能是實現(xiàn)防短路直通電路對過流采樣電路對放電電路的共同控制，當(dāng)只需實現(xiàn)其中一種功能時，邏輯控制電路不是必需的。 關(guān)于開關(guān)驅(qū)動電路，可自行設(shè)計驅(qū)動電路，也可采用開關(guān)驅(qū)動模塊。出于對穩(wěn)定性可靠性和電路復(fù)雜度的考慮，本發(fā)明采用了市售的開關(guān)驅(qū)動模塊。該模塊可直接由邏輯門的輸出控制，同時可直接驅(qū)動電子開關(guān)。


圖1電路總框圖。圖2橋式放電電路。圖3防短路直通電路。圖4過流采樣電路。圖5邏輯控制電路。圖6開關(guān)驅(qū)動模塊。
具體實施例方式本實施例提供了一種具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路的實現(xiàn)方案，該方案可防止放電電路短路直通和實現(xiàn)了過流保護(hù)。根據(jù)發(fā)明內(nèi)容的分析介紹，此處選擇一種優(yōu)選方式予以說明。
具體實施方式
如下:
本實施例所采用的 電子開關(guān)為IGBT，先對IGBT作簡單介紹。IGBT是絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)的簡稱，是由雙極型三極管(BJT)和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式半導(dǎo)體器件，兼有BJT的輸入阻抗高導(dǎo)通壓降低和MOSFET驅(qū)動功率小開關(guān)速度快兩方面的優(yōu)點，非常適合應(yīng)用于直流聞壓的開關(guān)控制。圖1是本發(fā)明的電路總框圖。一種用于體外除顫器的放電電路，可防止IGBT的短路直通和實現(xiàn)了過流保護(hù)。該框圖包括四個部分，橋式放電電路、過流采樣電路、邏輯控制電路和IGBT驅(qū)動模塊。橋式放電電路由四支IGBT組成兩路通路，兩側(cè)對稱位置IGBT的同時導(dǎo)通實現(xiàn)了橋式放電電路。過流采樣電路采集放電電路的電流，其輸出控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷。邏輯控制電路通過兩個或非門實現(xiàn)IGBT的互鎖，防止IGBT放電電路中IGBT的短路直通，互鎖電路的輸出與過流采樣電路的輸出接入兩個與非門，控制IGBT的驅(qū)動模塊。IGBT驅(qū)動模塊為一光耦集成電路，可直接驅(qū)動IGBT。圖2是本發(fā)明的橋式放電電路。該橋式放電電路共由四支IGBT組成，IGBTl和IGBT2組成橋路一側(cè)，IGBT3和IGBT4組成橋路另一側(cè)。兩側(cè)通路呈軸對稱排布，IGBTl的集電極接高壓電源HighVoltage，IGBTl的發(fā)射極接IGBT3的集電極，IGBT2的集電極接高壓電源HighVoltage，IGBT2的發(fā)射極接IGBT4的集電極，IGBT3的發(fā)射極與IGBT4的發(fā)射極相連接，并同時與采樣電阻Rl的一端相接，所有IGBT的柵極均由IGBT驅(qū)動模塊驅(qū)動。除顫電極El和E2分別接在IGBTl的發(fā)射極和IGBT2的發(fā)射極。對角線位置IGBT同時導(dǎo)通，即IGBTl和IGBT3同時導(dǎo)通，或IGBT2和IGBT4同時導(dǎo)通，兩組放電電路交替導(dǎo)通，除顫電流從高壓電源HighVoltage分別流經(jīng)IGBT1、除顫電極、IGBT4和采樣電阻Rl到浮地，或者流經(jīng)IGBT2、除顫電極、IGBT3和采樣電阻Rl到浮地，即實現(xiàn)了雙相波脈沖橋式放電電路(此特征已由專利《適用于體外除顫器的高壓脈沖發(fā)生電路》保護(hù)，專利號ZL200720074627.7)。圖3是本發(fā)明的防短路直通電路。該防短路直通電路由兩個或非門U3和U4組成。兩個或非門U3和U4組合成RS觸發(fā)器，微控制器的兩個輸出控制端分別接RS觸發(fā)器的R和S輸入端。該RS觸發(fā)器的輸出不會同時為1，即可防止后端IGBT兩路通路同時導(dǎo)通。列出真值表，具體為，當(dāng)橋路I (Bridgel)控制信號=0和橋路2 ( Bridge2)控制信號=1時，輸出Ql=I和Q2=0 ;當(dāng)橋路I控制信號=1和橋路2控制信號=0時，輸出Ql=O和Q2=l ;當(dāng)橋路I控制信號=1和橋路2控制信號=1時，輸出Ql=O和Q2=0 ;當(dāng)橋路I控制信號=0和橋路2控制信號=0時，輸出Ql和Q2保持不變。本實施例不使用橋路I控制信號=0和橋路2控制信號=0的情況。圖4是本發(fā)明的過流采樣電路。由串聯(lián)在IGBT放電電路中的采樣電阻Rl采集通路電流，采樣電阻Rl兩端的電壓接入電壓比較器Ul的負(fù)相輸入端，電壓比較器Ul的參考比較電壓由兩支分壓電阻R2和R3對隔離電源電壓分壓(VCC_Float)得到，其數(shù)值由隔離電源電壓VCC_Float和分壓電阻R2與R3的比值確定，最后接入電壓比較器U3的正相輸入端。電壓比較器Ul輸出高低電平信號,此高低電平信號驅(qū)動光I禹U2,光f禹U2輸出同極性的高低電平信號過流信號(OverCurrent)。當(dāng)通路電流低于某一閾值時,采樣電阻Rl兩端的電壓低于電壓比較器Ul的參考電壓，電壓比較器Ul輸出為高電平,光I禹U2的輸出與輸入極性相同，也輸出高電平。當(dāng)通路電流高于某一閾值時，采樣電阻Rl兩端的電壓高于電壓比較器Ul的參考電壓，電壓比較器Ul輸出為低電平,光I禹U2的輸出與輸入極性相同，也輸出低電平。此處所述光耦U2用于隔離高壓電路和低壓電路，將過流采樣電路的輸出信號過流信號(OverCurrent)轉(zhuǎn)換為邏輯控制電路中與非門U5和U6的輸入信號。

圖5是本發(fā)明的邏輯控制電路。該邏輯控制電路由兩個與非門U5和U6組成。圖3中防短路直通電路的兩路輸出Ql和Q2分別與圖4中過流采樣電路的輸出(OverCurrent)接入兩個與非門U5和U6，兩個與非門U5和U6的輸出橋路I驅(qū)動信號(BridgelCtrl)和橋路2驅(qū)動信號(Bridge2Ctrl)最后接入IGBT驅(qū)動模塊，分別控制橋路I和橋路2的IGBT，只有在微控制器的輸出與過流采樣電路的輸出同時為I時對應(yīng)的IGBT才打開。圖6是本發(fā)明的開關(guān)驅(qū)動模塊，此處為IGBT驅(qū)動模塊。該IGBT驅(qū)動模塊為光耦集成電路，可直接由邏輯控制電路的輸出控制，并可直接驅(qū)動IGBT，同時實現(xiàn)高壓電路與低壓電路的隔離。四支IGBT分別由四個驅(qū)動模塊驅(qū)動。綜合上述實施方式，在放電電路沒有過流的情況下，過流采樣電路的輸出過流信號(OverCurrent)為1，此時兩與非門U5和U6對兩或非門Ul和U2的輸出Ql和Q2是使能的，橋路I控制信號=0和橋路2控制信號=1可打開IGBTl和IGBT4，即橋路I導(dǎo)通；橋路I控制信號=1和橋路2控制信號=0可打開IGBT2和IGBT3，即橋路2導(dǎo)通；橋路I控制信號=1和橋路2控制信號=1可關(guān)斷所有橋式放電電路。當(dāng)放電電流大于某一閾值時，過流采樣電路的輸出過流信號(OverCurrent)為0，此時兩與非門U5和U6將屏蔽Ql和Q2，同時關(guān)斷所有橋式放電電路，即實現(xiàn)了過流保護(hù)。

以上，僅為本發(fā)明的較佳實施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或者替換，都應(yīng)涵蓋在發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，其特征在于，由如下幾個部分組成:橋式放電電路，防短路直通電路和/或過流采樣電路，邏輯控制電路，和開關(guān)驅(qū)動模塊；其中， 所述橋式放電電路由四支電子開關(guān)組成兩路通路，對角線位置的電子開關(guān)同時導(dǎo)通形成一路通路,兩路通路交替導(dǎo)通形成橋式放電電路； 所述防短路直通電路通過兩個或非門實現(xiàn)電子開關(guān)的互鎖，防止放電電路中電子開關(guān)短路直通； 所述過流采樣電路采集放電電路的電流，其輸出控制電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷； 所述邏輯控制電路通過兩個與非門實現(xiàn)防短路直通電路與過流采樣電路對電子開關(guān)的共同控制； 所述開關(guān)驅(qū)動模塊為一光耦集成電路，實現(xiàn)高壓電路與低壓電路的隔離，并用于直接驅(qū)動電子開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，其特征在于，所述橋式放電電路，該橋式放電電路共由四支電子開關(guān)IGBT組成，電子開關(guān)IGBTl和電子開關(guān)IGBT2組成橋路一側(cè)，電子開關(guān)IGBT3和電子開關(guān)IGBT4組成橋路另一側(cè)；兩側(cè)通路呈軸對稱排布，電子開關(guān)IGBTl的集電極接高壓電源HighVoltage，電子開關(guān)IGBTl的發(fā)射極接IGBT3的集電極，電子開關(guān)IGBT2的集電極接高壓電源HighVoltage，電子開關(guān)IGBT2的發(fā)射極接電子開關(guān)IGBT4的集電極，電子開關(guān)IGBT3的發(fā)射極與電子開關(guān)IGBT4的發(fā)射極相連接，并同時與采樣電阻Rl的一端相接，所有電子開關(guān)的柵極均由IGBT驅(qū)動模塊驅(qū)動；除顫電極El和E2分別接在電子開關(guān)IGBTl的發(fā)射極和電子開關(guān)IGBT2的發(fā)射極；對角線位置IGBT同時導(dǎo)通，即電子開關(guān)IGBTl和電子開關(guān)IGBT3同時導(dǎo)通，或電子開關(guān)IGBT2和電子開關(guān)IGBT4同時導(dǎo)通，兩組放電電路交替導(dǎo)通，除顫電流從高壓電源HighVoltage分別流經(jīng)電子開關(guān)IGBT1、除顫電極、`電子開關(guān)IGBT4和采樣電阻Rl到浮地，或者流經(jīng)電子開關(guān)IGBT2、除顫電極、電子開關(guān)IGBT3和采樣電阻Rl到浮地，即實現(xiàn)了雙相波脈沖橋式放電電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，其特征在于，所述防短路直通電路由兩個或非門組合成RS觸發(fā)器，微控制器的兩個輸出控制端分別接RS觸發(fā)器的R和S輸入端，觸發(fā)器的兩路輸出分別控制兩路電子開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，該RS觸發(fā)器不同時輸出高電平，即可防止放電電路中兩路電子開關(guān)同時導(dǎo)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，其特征在于，所述過流采樣電路由串聯(lián)在放電電路中的采樣電阻采集通路電流，采樣電阻兩端的電壓接入電壓比較器的負(fù)相輸入端，電壓比較器輸出高低電平信號，此高低電平信號驅(qū)動光稱，光率禹輸出同極性的高低電平信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，其特征在于，所述防短路直通電路的輸出和所述過流采樣電路的輸出接入邏輯控制電路，邏輯控制電路由兩個與非門組成，兩個與非門的輸出分別接入橋式放電電路對應(yīng)的開關(guān)驅(qū)動模塊，實現(xiàn)防短路直通電路和過流保護(hù)電路對電子開關(guān)的共同控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，其特征在于，過流采樣電路中，電壓比較器的參考比較電壓由兩支分壓電阻R2和R3對隔離電源電壓分壓得到，其數(shù)值由隔離電源電壓和分壓電阻R2與R3的比值確定，最后接入電壓比較器的正相輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路，其特征在于，過流采樣電路中，所述光耦用于隔離高壓電路和低壓電路，將過流采樣電路的輸出信號轉(zhuǎn)換為邏輯控制電 路中與非門的輸入信號。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有放電保護(hù)功能的除顫器橋式放電電路。該電路包括橋式放電電路、防短路直通電路和/或過流采樣電路、邏輯控制電路和開關(guān)驅(qū)動模塊。其中，橋式放電電路由四支電子開關(guān)組成兩路通路，對角線位置的電子開關(guān)同時導(dǎo)通形成一路通路，兩路通路交替導(dǎo)通形成橋式放電電路；防短路直通電路通過兩個或非門實現(xiàn)電子開關(guān)的互鎖，防止放電電路中電子開關(guān)短路直通；過流采樣電路采集放電電路的電流，其輸出控制電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷；邏輯控制電路通過兩個與非門實現(xiàn)防短路直通電路與過流采樣電路對電子開關(guān)的共同控制；開關(guān)驅(qū)動模塊為一光耦集成電路，實現(xiàn)高壓電路與低壓電路的隔離，并可直接驅(qū)動電子開關(guān)。
文檔編號A61N1/39GK103100140SQ20131001637
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者鄔小玫, 楊圣均, 王璁, 王建飛 申請人:復(fù)旦大學(xué)