本發(fā)明涉及能連接有或連接有電外科器械的電外科發(fā)生器。

這種電外科發(fā)生器通常具有諧振電路和輸出變壓器，以及直流供電單元，用于向該諧振電路供電。此時，重要的是，利用直流脈沖按照直流脈沖的供給與諧振電路中的電壓的電壓曲線同步的時鐘方式向諧振電路供電。直流脈沖通常以固定頻率產(chǎn)生并供給到諧振電路中。此時，該頻率在預(yù)定負載的情況下應(yīng)對應(yīng)于諧振電路的諧振頻率。因此，如果需要的話，這樣的直流供電單元和所述諧振電路必須相對彼此手動調(diào)諧，并且在某些情況下還必須在稍后進行重新調(diào)諧。

即使在精確調(diào)諧的情況下，激勵頻率也僅在實際負載對應(yīng)于預(yù)定的負載時才可能與諧振頻率相匹配，因為諧振電路的諧振頻率在負載變化時也同樣變化。

這導(dǎo)致在負載變化時激勵頻率不再對應(yīng)于諧振電路的諧振頻率。這可能會導(dǎo)致功率損耗和信號曲線的失真。

本發(fā)明的目的在于提供一種電外科發(fā)生器，該電外科發(fā)生器實現(xiàn)作為控制脈沖的直流脈沖的同步，以便以諧振電路的諧振頻率激勵諧振電路。

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有高壓直流供電單元以及與其相連接的諧振電路的電外科發(fā)生器來實現(xiàn)。諧振電路具有輸出變壓器，其初級繞組是諧振電路的一部分，而其次級繞組與用于電外科器械的接線端相連接。諧振電路還與驅(qū)動電路相連接，該驅(qū)動電路被配置為周期性地發(fā)射驅(qū)動脈沖，用于以諧振電路的諧振頻率激勵諧振電路。根據(jù)本發(fā)明，所述驅(qū)動電路包括與所述諧振電路相連接的同步單元，該同步單元包括至少一個梯度檢測器，并且被配置為使得所述驅(qū)動脈沖與所述諧振電路中的電壓的電壓曲線的反轉(zhuǎn)點同步。此時，所述同步單元被配置為通過所述梯度檢測器確定諧振電路中的電壓的電壓曲線的各個反轉(zhuǎn)點。所述梯度檢測器此時被配置為檢測諧振電路中的電壓的電壓曲線的梯度方向的變化，并且發(fā)出使得所述驅(qū)動電路觸發(fā)用于所述諧振電路的驅(qū)動脈沖的同步信號。

這種電外科發(fā)生器使得將高壓直流供電單元手動調(diào)諧到諧振電路變得多余，因為驅(qū)動脈沖的發(fā)射通過同步單元自動與諧振電路中的電壓的電壓曲線同步。

梯度檢測器優(yōu)選具有微分電路，該微分電路被配置為生成導(dǎo)數(shù)信號，其對應(yīng)于諧振電路中的電壓的電壓曲線的導(dǎo)數(shù)。微分電路優(yōu)選與過零檢測器相連接，該過零檢測器被配置為檢測所述導(dǎo)數(shù)信號的各個過零，并然后觸發(fā)同步信號。導(dǎo)數(shù)信號的過零對應(yīng)于諧振電路中的電壓的電壓曲線的梯度方向的變化，使得由過零檢測器產(chǎn)生的同步信號固定地遵循諧振電路中的電壓的電壓曲線的反轉(zhuǎn)點的識別。

此外，梯度檢測器優(yōu)選被配置為以固定采樣率對諧振電路中頻率的電壓曲線進行采樣(該采樣率是諧振電路中的電壓的電壓曲線的頻率的倍數(shù))，并且將相繼采樣的電壓值彼此進行比較。在這種情況下，梯度檢測器優(yōu)選被配置為通過求差執(zhí)行相繼采樣的各個電壓值的比較，并且在差值的符號改變時觸發(fā)同步信號。

特別優(yōu)選的是，在梯度檢測器包括諧振過零檢測器的情況下，電外科發(fā)生器被配置為檢測諧振電路中的電壓的電壓曲線的過零。

在這種電外科發(fā)生器的情況下，同步單元優(yōu)選被配置為通過諧振過零檢測器和梯度檢測器確定諧振電路中的電壓的電壓曲線的各個反轉(zhuǎn)點并發(fā)出同步信號。

在特別優(yōu)選的實施例變型中，其中梯度檢測器被配置為以一定采樣率對諧振電路中的電壓的電壓曲線進行采樣，當同步單元被配置為在先前通過諧振過零檢測器檢測到的過零之后在相繼采樣的電壓值的差值的符號改變時觸發(fā)同步信號時，這是優(yōu)選的。

微分電路優(yōu)選具有差分放大器，該差分放大器通過rc元件來作為差分元件連接，并且諧振電路中的電壓u作為輸入信號被提供至該差分放大器，并且該差分放大器將導(dǎo)數(shù)信號作為輸出信號進行傳送。

現(xiàn)在將參照附圖基于示例性實施例更詳細地描述本發(fā)明。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電外科發(fā)生器的一些基本組件；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的電外科發(fā)生器的替代變型的一些基本組件；

圖3示出了表示諧振電路中的電壓的電壓曲線的諧振的例示，并且在其中標記了驅(qū)動脈沖的同步時間點；

圖4示出了用于例示用于根據(jù)本發(fā)明的電外科發(fā)生器的根據(jù)本發(fā)明的同步單元的可能的工作模式的流程圖；

圖5示出了用于說明各個相繼采樣的電壓值的比較的例示；

圖6示出了電壓曲線的一部分及其不同梯度的例示；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的用于通過對采樣值求差來確定電壓曲線的各個梯度的同步單元的實施例變型的組成部件；

圖8示出了作為用于根據(jù)本發(fā)明的同步單元的梯度檢測器的一部分的微分電路的差分元件的例示；

圖9示出了同步單元的第一變型的主要組件的示意圖；以及

圖10示出了同步單元的第二變型的最重要的組件的示意圖。

圖1示出了具有兩個接線端12和14的電外科發(fā)生器10的基本組件，電外科器械可以連接到或者也可以持久地連接到這兩個接線端12和14。電外科發(fā)生器10被配置為在接線端12和14處提供高頻交流電壓，該高頻交流電壓例如適用于凝結(jié)、燒蝕或電外科切割身體組織。

電外科發(fā)生器10包括高壓直流供電單元16、諧振電路18和輸出變壓器20。輸出變壓器具有初級繞組22和次級繞組24。初級繞組22與電容器26一起形成諧振電路18。因此，輸出變壓器20的初級繞組22同時是諧振電路18中的線圈。接線端12和14與輸出變壓器20的次級繞組24相連接。在某些情況下，次級繞組24可以具有多個抽頭，使得在某些情況下，接線端12和/或14可以通過開關(guān)或開關(guān)矩陣與次級繞組24上的各合適的抽頭相連接，以便提供不同的輸出電壓。

此外，電外科發(fā)生器10具有驅(qū)動電路30，該驅(qū)動電路30與高壓直流供電單元16以及諧振電路18相連接，并且被配置為周期性地發(fā)射用于以諧振電路18的諧振頻率激勵諧振電路18的驅(qū)動脈沖。為此，驅(qū)動電路30具有開關(guān)32，該開關(guān)32可以通過任何合適的電子元件(例如晶體管)來實現(xiàn)。為了與諧振電路中的電壓的電壓曲線同步地驅(qū)動開關(guān)32，設(shè)置了與諧振電路18相連接的同步單元34，以便量取諧振電路18中的電壓u，并且根據(jù)所述電壓u的電壓曲線生成并發(fā)出同步信號sync，并且利用該同步信號sync來驅(qū)動開關(guān)32，以使得該開關(guān)32通過同步信號sync驅(qū)動閉合，并從而將各個驅(qū)動脈沖供給到諧振電路18中。

圖2示出了電外科發(fā)生器10'的替代變型，其與圖1中的電外科發(fā)生器10的不同在于，除了電容器26之外，諧振電路18'還具有諧振電路線圈28，該諧振電路線圈28在示出的實施例中與輸出變壓器20的初級繞組22串聯(lián)連接，以使得諧振電路18'的諧振頻率由諧振電路線圈28、初級繞組22和電容(電容器)26確定。除了接地細節(jié)之外，電外科發(fā)生器10'的結(jié)構(gòu)類似于圖1中的電外科發(fā)生器10的結(jié)構(gòu)。

理想情況下，驅(qū)動脈沖與諧振電路18中的交流電壓的各個正或負最大值同步地觸發(fā)。在交流電壓的各個正或負最大值中，交流電壓的電壓曲線的梯度為0；電壓曲線在該點處反轉(zhuǎn)，也就是說，驅(qū)動脈沖將與電壓曲線40的各個(正或負)反轉(zhuǎn)點42同步。這在圖3中被示出。

圖4按照流程圖示出了同步單元34如何檢測諧振電路18中電壓的電壓曲線40的各個反轉(zhuǎn)點42并然后產(chǎn)生各個同步信號的變型。圖4中所示的過程被觸發(fā)，用于生成同步信號并且通過第一驅(qū)動脈沖(起始脈沖)52生成作為先前的驅(qū)動脈沖的后續(xù)脈沖的驅(qū)動脈沖。利用起始脈沖52啟動諧振過零檢測器54，該諧振過零檢測器54被配置為檢測諧振電路中的電壓的電壓曲線的正或負過零。在實施例中，諧振過零檢測器54被配置為檢測諧振電路18的電壓的電壓曲線的從正到負的過零(負過零)。如果檢測到這種過零，則諧振過零檢測器54產(chǎn)生輸出信號(是)。

與此同時，梯度檢測器58確定諧振電路18中的電壓的電壓曲線的各個梯度，并檢查(步驟60)所述梯度是否小于零。如果是這種情況，則梯度檢測器58然后等待(步驟62)直到梯度為零。一旦是這種情況，則出現(xiàn)諧振電路18中的電壓的電壓曲線的反轉(zhuǎn)點，并且觸發(fā)同步信號(是)，并觸發(fā)后續(xù)脈沖(64)。

圖4中所示的過程因此也可以總結(jié)如下：在起始脈沖52發(fā)生之后，首先通過諧振過零檢測器54確定諧振過零。由于同步信號并因此下一個驅(qū)動脈沖(后續(xù)脈沖64)將出現(xiàn)在來自諧振電路18中的電壓的電壓曲線的“較低”反轉(zhuǎn)點(270°)，但是正弦電壓曲線具有兩個過零，因此在步驟60中，通過梯度檢測器58并行地或相繼檢查電壓曲線的梯度是否為負。如果是這種情況(60)，則然后在步驟62中等待，直到到達諧振電路18中的電壓的電壓曲線的下一個反轉(zhuǎn)點，在該反轉(zhuǎn)點處，下一個驅(qū)動脈沖(后續(xù)脈沖)將會被觸發(fā)。在步驟62中如此確定所述反轉(zhuǎn)點，即，檢查諧振電路18中的電壓的電壓曲線的梯度何時為零。如果是這種情況，則可以在步驟64中觸發(fā)同步信號并因此觸發(fā)作為后續(xù)脈沖的下一個驅(qū)動脈沖。然后可以重新開始該過程。

圖5示出了梯度檢測器58可以如何從相鄰采樣值(電壓值)72.1和72.2確定正弦電壓曲線的梯度70。當利用固定采樣率對諧振電路18中的電壓進行采樣時，相繼的電壓值72.1和72.2具有時間間隔δx和(如果電壓曲線的瞬時梯度不為零)差值δy。電壓曲線40中的切線70的梯度mt表示電壓曲線的瞬時梯度。當采樣率足夠高(也就是說δx足夠小)時，切線70的梯度mt對應(yīng)于通過點p0和p1的割線的梯度，該梯度可以從采樣值72.1和72.2來確定，并且在給定常數(shù)δx(也就是說恒定的采樣率)的情況下，通過采樣值的差值δy來描述。切線梯度mt的精度取決于δx有多小。

圖6示出了當δx恒定時，如何僅通過各個δy來描述梯度。圖5因此示出了，在恒定δx的情況下，諧振電路18中的電壓的電壓曲線的梯度在每個時間點通過δy被清晰地描述。據(jù)此，諧振電路18中的電壓的兩個相繼的采樣值的差值δy表示各個電壓曲線的梯度，只要采樣率恒定并足夠大，就使得反轉(zhuǎn)點(梯度mt＝0)可以是已知的。

圖7中示出了用于確定作為梯度mt的度量的δy的方案。當前采樣值82和先前采樣值84按照采樣率80的時鐘被提供至差分放大器86。這形成了各個當前采樣值與各個先前采樣值之間的差值。差分放大器86的輸出端中的電壓對應(yīng)于所述差值。如果差分放大器86的輸出端中的電壓等于零，則這意味著諧振電路18中的電壓的電壓曲線的梯度也已經(jīng)達到了頂點，并因此也到達了反轉(zhuǎn)點。因此，可以通過比較諧振電路中的電壓的相繼采樣值(電壓值)來確定諧振電路18中的電壓的電壓曲線的反轉(zhuǎn)點，并然后當所述差值為零、低于接近于零的閾值、或者當兩個相繼確定的差值的符號發(fā)生改變時可以產(chǎn)生同步信號。

可以通過求諧振電路18中的電壓的電壓曲線40的時間導(dǎo)數(shù)來求出電壓曲線的梯度。已知正弦曲線的梯度的度量是其余弦：

因此，正弦電壓曲線的時間導(dǎo)數(shù)為余弦形式，并且導(dǎo)致在諧振電路18中的電壓曲線的反轉(zhuǎn)點(α＝90°和α＝270°)處的電壓曲線的時間導(dǎo)數(shù)為零，因為正弦函數(shù)的拐點處的余弦等于零。

圖8示出了，諧振電路18中的正弦電壓可以作為輸入電壓ue提供至微分電路90，在其輸出端處則施加電壓ua，該電壓ua的曲線對應(yīng)于諧振電路18中的電壓的電壓曲線40的時間導(dǎo)數(shù)，并因此形成導(dǎo)數(shù)信號。

微分電路90具有差分放大器92，在實施例中，該差分放大器92的非反相輸入端接地。電容器94連接在差分放大器92的反相輸入端的上游，并且歐姆電阻器96與差分放大器92并聯(lián)連接在差分放大器92的反相輸入端和其輸出端之間。電容器94和歐姆電阻器96形成rc元件，該rc元件可被調(diào)諧到期望的頻率范圍，即諧振電路的諧振頻率。當輸入電壓ue并因此諧振電路18中的電壓的電壓曲線達到最大值或最小值時，微分電路90的輸出電壓ua為零。

考慮到諧振電路18中的組件差異可以預(yù)料到的是，微分電路90所采用的rc元件會對差分放大器92的輸出端處的輸出電壓ua的振幅有影響。這會導(dǎo)致輸出電壓ua可能未達到預(yù)期的最大振幅。然而，由于這取決于諧振電路18中的電壓的電壓曲線的反轉(zhuǎn)點的檢測，因此微分電路90的輸出電壓ua的最大值并不重要，因為輸出電壓ua在諧振電路18中的電壓的電壓曲線的反轉(zhuǎn)點處為零。也就是說，將過零檢測器連接到微分電路90的下游就足夠了，所述過零檢測器在輸出電壓ua的每個(或正或負)過零處產(chǎn)生同步信號。微分電路90和這種過零檢測器98因此表示頂點檢測器100。這在圖9中被示出。

圖9示出了具有頂點檢測器100的同步單元34的實施例變型，該頂點檢測器100由微分電路90和連接在其下游的過零檢測器98形成。

在圖10所示的另一實施例變型中，除了頂點檢測器100之外，同步單元34'還可以具有連接在其上游的諧振過零檢測器102，其輸入信號是諧振電路18中的電壓或電壓的電壓曲線，并且檢測諧振電路18中的電壓的電壓曲線從正值到負值的過零(負過零)，并然后輸出輸出信號。所述輸出信號一方面被提供到頻率檢測器104，另一方面被提供到開關(guān)108，該開關(guān)108連接在頂點檢測器100和其微分電路90的上游。在諧振電路18中的電壓的電壓曲線的各個負過零的情況下，開關(guān)108通過諧振過零檢測器102的輸出信號閉合，并因此諧振電路18中的電壓被提供至微分電路90的輸入端。圖10中的同步單元34'的工作模式因此完全對應(yīng)于圖4中所示的過程。

來自圖10的同步單元34'的輸入值因此是諧振電路18中的電壓u。同步單元34'的輸出值除了同步信號sync之外還是表示諧振電路18中的電壓的電壓曲線的頻率的信號f。

附圖標記列表

電外科發(fā)生器10

接線端12、14

高壓直流供電單元16

諧振電路18、18'

輸出變壓器20

初級繞組22

次級繞組24

電容器26、94

諧振電路線圈28

驅(qū)動電路30

開關(guān)32、108

同步單元34、34'

電壓曲線40

反轉(zhuǎn)點42

起始脈沖52

諧振過零檢測器54、102

梯度檢測器58

后續(xù)脈沖64

切線、梯度70

采樣值、電壓值72.1、72.2

采樣率80

當前采樣值82

先前采樣值84

差分放大器86、92

微分電路90

電阻器96

過零檢測器98

頂點檢測器100

頻率檢測器104