專利名稱：用于實(shí)現(xiàn)外部調(diào)搏和雙相除纖顫的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及產(chǎn)生刺激波形的裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及用于在外部單元中產(chǎn)生調(diào)搏波形和除纖顫波形的電路。
一種有生命危險(xiǎn)的最普通健康狀況是心室纖維性顫動(dòng)，在這種健康狀況下，人體心臟所泵的血液量不能滿足人體的需要。用于使發(fā)生心室纖維性顫動(dòng)的心臟恢復(fù)正常律動(dòng)的一般可接收技術(shù)是使用外部心臟除纖顫器對心臟施加強(qiáng)電脈沖。醫(yī)院里的醫(yī)生和護(hù)士以及現(xiàn)場的急救人員(例如護(hù)理人員)已經(jīng)成功使用外部心臟除纖顫器多年。
傳統(tǒng)外部心臟除纖顫器首先在儲能電容器積聚高能電荷。當(dāng)開關(guān)裝置閉合時(shí)，所存儲的能量會以大電流脈沖的形式傳輸?shù)讲∪松砩?。電流脈沖是通過位于病人胸部的兩個(gè)電極施加到病人身上的。在大多數(shù)現(xiàn)代外部除纖顫器中使用的開關(guān)裝置是高能轉(zhuǎn)換繼電器。放電控制信號使繼電器接通儲能電容器與波整形電路之間的電路，將波整形電路的輸出連接到病人身上的電極。
現(xiàn)代外部除纖顫器內(nèi)使用的繼電器習(xí)慣上允許單相波形施加到病人身上。然而，最近發(fā)現(xiàn)，對病人施加雙相波形比施加單相波形具有某種優(yōu)勢。例如，初步研究發(fā)現(xiàn)雙相波形會減少由除纖顫脈沖引起的心臟傷害。
美國心臟研究學(xué)會(American Heart Association)對外部除纖顫器施加的前三個(gè)除纖顫脈沖的能級范圍做了推薦。所推薦的能級范圍是第一除纖顫脈沖是200焦耳，第二除纖顫脈沖是200焦耳或300焦耳，第三除纖顫脈沖是360焦耳，它們均在推薦變換范圍內(nèi)，即不超過醫(yī)療器械促進(jìn)會(AAMI)頒布標(biāo)準(zhǔn)的正負(fù)15％。要求這些高能除纖顫脈沖確保有足夠除纖顫脈沖能量到達(dá)病人心臟并且不擴(kuò)散到病人的胸壁。
相反，調(diào)搏器通常用于控制一系列相對小的電脈沖施加到發(fā)生異常心律的病人。例如，各調(diào)搏脈沖通常具有約0.05J至1.2J的能量。由于調(diào)搏脈沖的能量小，所以用于產(chǎn)生調(diào)搏脈沖的電路通常不能用于產(chǎn)生除纖顫脈沖。
有一些系統(tǒng)是將調(diào)搏器和除纖顫器組合到一個(gè)單元內(nèi)，可以根據(jù)需要提供調(diào)搏脈沖和除纖顫脈沖。這些傳統(tǒng)系統(tǒng)通常使用獨(dú)立的除纖顫產(chǎn)生電路和調(diào)搏產(chǎn)生電路。例如，

圖1示出具有除纖顫電路6和調(diào)搏電路7的組合調(diào)搏除纖顫單元5。單元5選擇性地將除纖顫脈沖或調(diào)搏脈沖發(fā)送到病人身上?？陕袢胂到y(tǒng)通常對調(diào)搏和除纖顫使用獨(dú)立的電極。例如，在第5,048,521號美國專利中披露了一種可埋入的組合除纖顫器/調(diào)搏器。自然，具有獨(dú)立除纖顫電路和調(diào)搏電路會增加單元的成本和大小。此外，由于可埋入除纖顫器和調(diào)搏器通常施加相對低的能量脈沖，所以這種可埋入單元的輸出電路通常不適合用于外部單元。
本發(fā)明所涉及的裝置可以克服外部調(diào)搏/除纖顫電路的上述以及其它缺點(diǎn)。更具體地說，本發(fā)明涉及既可以將高能雙相除纖顫脈沖又可以低能調(diào)搏脈沖應(yīng)用到病人身上的外部調(diào)搏器/除纖顫器的單一輸出電路。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種具有既可以產(chǎn)生除纖顫脈沖又可以產(chǎn)生調(diào)搏脈沖的輸出電路的外部除纖顫器/調(diào)搏器。輸出電路含有“H”形排列的4條引線(以下簡稱“H電橋輸出電路”)。輸出電路的各引線均含有固態(tài)開關(guān)。通過選擇性地接通H電橋輸出電路的開關(guān)對，可以將雙相或單相除纖顫脈沖和調(diào)搏脈沖施加到病人身上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，H電橋輸出電路的3條引線上的開關(guān)為可控硅整流器(SCR)。在這三條引線中的各引線中均使用一個(gè)SCR。第4條引線上的開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。旁路電路可以通過相對小的調(diào)搏電流，調(diào)搏電流通常小到不足以觸發(fā)導(dǎo)通相對大的除纖顫電流所需要的SCR。此外，利用旁路電路就可以不需要獨(dú)立除纖顫輸出電路和調(diào)搏輸出電路。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，H電橋輸出電路具有兩條IGBT引線和兩條SCR引線。第二條IGBT引線使除纖顫脈沖與調(diào)搏脈沖的極性相反。在一個(gè)實(shí)施例中，通過調(diào)節(jié)儲能電容器上的電壓調(diào)節(jié)調(diào)搏電流。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，不使用旁路電路，而是使用可調(diào)節(jié)電流源提供調(diào)搏電流。將此電流源連接到儲能電容器。在一個(gè)實(shí)施例中，電流源為在線性范圍內(nèi)運(yùn)行的IGBT。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，所有H電橋引線均由IGBT實(shí)現(xiàn)。在此方面允許產(chǎn)生雙相調(diào)搏脈沖。此外，通過在線性范圍內(nèi)對IGBT施加偏壓，IGBT可以作為電流源使用以控制調(diào)搏脈沖。這樣就可以不需要旁路電路或獨(dú)立電流源。
通過以下結(jié)合下列附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述方面以及許多其它優(yōu)勢將變得更加明顯。
圖1示出傳統(tǒng)合并除纖顫器/調(diào)搏器單元的方框圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有一個(gè)輸出電路的組合除纖顫器/調(diào)搏器單元的方框圖；圖3示出圖2所示的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元運(yùn)行過程的流程圖；圖4示出圖2所示的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元的更詳細(xì)方框圖；圖5示出圖4所示的方框圖的原理圖；圖6示出圖5所示的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元的運(yùn)行過程的流程圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖5所示的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元產(chǎn)生的波形的示意圖；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元的另一個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示于圖8的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元產(chǎn)生的波形的示意圖10示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例用于線性控制IGBT的IGBT驅(qū)動(dòng)裝置的原理圖；圖11示出圖8所示的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元的運(yùn)行過程的流程圖；圖12示出根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元的方框圖；圖13示出圖12所示的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元產(chǎn)生的各種波形的示意圖。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的合并除纖顫器/調(diào)搏器單元的方框圖；圖15示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的測流電路的電路圖。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的外部合并除纖顫器/調(diào)搏器8的方框圖。合并外部除纖顫器/調(diào)搏器8包括控制電路10、H電橋14、電極15a和15b、充電電路18以及儲能電容器24。
除纖顫器/調(diào)搏器8以如下方式互聯(lián)。將控制電路10連接到充電電路18和H電橋14。將充電電路18連接到儲能電容器24。將H電橋14連接到儲能電容器24的電極，并且還連接到電極15a和15b。電極15a和15b用于控制除纖顫脈沖和調(diào)搏脈沖經(jīng)皮施加到病人身上。下面將結(jié)合圖3說明除纖顫器/調(diào)搏器8的運(yùn)行過程。
圖3示出除纖顫器/調(diào)搏器8的運(yùn)行過程的流程圖。參考圖2和圖3，除纖顫器/調(diào)搏器8以如下方式運(yùn)行。在步驟70，除纖顫器/調(diào)搏器8判別調(diào)搏脈沖或除纖顫脈沖是否適合此病人。換句話說，用戶可以進(jìn)行此判定過程。如果調(diào)搏脈沖適合，則在下一步驟71，配置除纖顫器/調(diào)搏器8以產(chǎn)生調(diào)搏脈沖。例如，在步驟71，控制電路10可以控制充電電路18對儲能電容器24進(jìn)行充電達(dá)到調(diào)搏要求的電壓。然后，在下一步驟72，除纖顫器/調(diào)搏器8利用H電橋14產(chǎn)生調(diào)搏脈沖。如下所述，可以對控制電路10進(jìn)行配置以控制H電橋14產(chǎn)生不同極性的單相調(diào)搏脈沖或雙相調(diào)搏脈沖。
在下一步驟73，確定除纖顫器/調(diào)搏器8是否保持調(diào)搏模式。如果除纖顫器/調(diào)搏器8保持調(diào)搏模式，則處理過程返回步驟71。否則，執(zhí)行步驟74，在步驟74，外部合并除纖顫器/調(diào)搏器8返回備用模式。
相反，如果在步驟70確定除纖顫脈沖適合，則在步驟75，對除纖顫器/調(diào)搏器8進(jìn)行配置以產(chǎn)生除纖顫脈沖。在下一步驟76，除纖顫器/調(diào)搏器8利用H電橋14產(chǎn)生除纖顫脈沖。以下將結(jié)合圖4進(jìn)一步說明除纖顫脈沖的產(chǎn)生過程。然后，在步驟77，處理過程返回備用模式。
圖4示出被連接到病人16的外部合并除纖顫器/調(diào)搏器8的更詳細(xì)方框圖。除纖顫器包括通過充電電路18與儲能電容器24相連的微處理器20。本技術(shù)領(lǐng)域的其它技術(shù)人員懂得可以利用多電容器網(wǎng)絡(luò)(即具有以串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的電容器)實(shí)現(xiàn)儲能電容器24。在除纖顫器的運(yùn)行過程中，微處理器20利用控制線25上的信號控制充電電路18對儲能電容器24進(jìn)行充電達(dá)到要求的電壓值。為了監(jiān)視充電過程，利用測量線47和測量線48以及控制線49將微處理器20連接到定標(biāo)電路22。利用電橋線28將定標(biāo)電路22連接到儲能電容器24的負(fù)極引線，利用導(dǎo)線30將定標(biāo)電路22連接到儲能電容器24的正極引線。時(shí)鐘電路21也連接到微處理器20。
定標(biāo)電路22用于將儲能電容器24的電壓降低到微處理器20可監(jiān)視的范圍內(nèi)。以下將簡要說明定標(biāo)電路22，并且在1997年3月5日提交的、第08/811,834號、申請標(biāo)題為“Method and Apparatus forVerifying the Integrity of an Output Circuit Before and DuringApplication of a Defibrillation Pulse”的美國專利申請中對定標(biāo)電路作了更詳細(xì)的說明，這里一并引用供參考?？梢詫δ茈娙萜?4充電達(dá)到一定電壓范圍，并根據(jù)病人情況和其它參數(shù)選擇電壓值。儲能電容器24的電容量優(yōu)先在150μF至200μF范圍內(nèi)。為了產(chǎn)生從外部應(yīng)用到病人身上的必需除纖顫脈沖，對儲能電容器24進(jìn)行充電使其電壓達(dá)到100伏至2,200伏之間。為了檢測儲能電容器24已選電壓的微小百分比變化，對定標(biāo)電路22進(jìn)行調(diào)節(jié)以測量不同電壓范圍。微處理器20在測量線48上測量調(diào)節(jié)輸出。
充電到要求的電壓后，可以以除纖顫脈沖的形式將存儲在儲能電容器24內(nèi)的能量釋放到病人身上。設(shè)置H電橋14以控制能量從儲能電容器24傳輸?shù)讲∪?6。H電橋14是包括4個(gè)開關(guān)31、32、33和34的輸出電路。各開關(guān)均被連接到以H形排列的輸出電路的引線內(nèi)。利用電橋線26，開關(guān)31和開關(guān)33通過保護(hù)部件27連接到儲能電容器24的正極引線。保護(hù)部件27具有電感特性和電阻特性可以限制儲能電容器24的電流變化和電壓變化。利用電橋線28將開關(guān)32和開關(guān)34連接到儲能電容器24。病人16通過頂點(diǎn)線17連接到H電橋14的左側(cè)，通過胸骨線19連接到H電橋14的右側(cè)。如圖4所示，頂點(diǎn)線17和胸骨線19通過病人隔離繼電器35分別連接到電極15a和15b。微處理器20通過控制線42a、42b、42c和42d分別連接到開關(guān)31、32、33和34，并通過控制線36連接到病人隔離繼電器35。旁路電路40被連接在電橋線26與頂點(diǎn)線17之間。連接旁路電路40通過控制線42e從微處理器20接收控制信號。如下所述，當(dāng)傳輸調(diào)搏脈沖時(shí)，旁路電路40通過轉(zhuǎn)接到旁路開關(guān)33實(shí)現(xiàn)。
通過控制線利用微處理器20產(chǎn)生的適當(dāng)控制信號可以使開關(guān)31至34適當(dāng)斷開和閉合并斷開旁路電路40，這樣可以使H電橋14將能量以除纖顫脈沖的形式從儲能電容器24傳遞到病人16。
同樣，微處理器20通過適當(dāng)使用控制信號可以使開關(guān)31至34適當(dāng)斷開和閉合并接通旁路電路40，這樣就允許H電橋14將能量以單相調(diào)搏脈沖的形式從儲能電容器24傳遞到病人身上。因?yàn)槭褂肧CR實(shí)現(xiàn)此開關(guān)，所以需要旁路電路40為開關(guān)SW33建立旁路。更具體地說，對于控制除纖顫能量所要求的大小，通常，典型的調(diào)搏脈沖電流不能觸發(fā)SCR。
H電橋14的優(yōu)選電路結(jié)構(gòu)示于圖5。H電橋14利用4個(gè)輸出開關(guān)SW1至SW4將能量從儲能電容器24傳遞到病人16。開關(guān)SW1、SW3和SW4為半導(dǎo)體開關(guān)，最好為可控硅整流器(SCR)。開關(guān)SW2是開關(guān)SW2A和SW2B的串聯(lián)組合，開關(guān)SW2A和SW2B最好均為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。在此實(shí)施例中，IGBT為California ClaraSanta的IXYS公司推出的IXHS 1718型IGBT。兩個(gè)IXHS 1718型IGBT“串聯(lián)”使用以承受在H電橋14的開關(guān)SW2之間可能出現(xiàn)的最高電壓，因?yàn)槭┘釉陂_關(guān)SW2上的電壓被兩個(gè)IGBT分壓。換句話說，具有足夠額定電壓的單個(gè)IGBT可以用于可以使用這種IGBT的輸出電路中?？梢詫㈤_關(guān)SW1至SW4從斷開(非導(dǎo)通)狀況轉(zhuǎn)換到閉合(導(dǎo)通)狀況。
在除纖顫模式下，除纖顫器/調(diào)搏器8產(chǎn)生雙相除纖顫脈沖用于施加到病人16。最初，開關(guān)SW1至SW4斷開。開始在微處理器20的監(jiān)視下對儲能電容器24進(jìn)行充電(如圖4所示)。當(dāng)儲能電容器24被充電達(dá)到已選能量值并且病人隔離繼電器35閉合時(shí)，開關(guān)SW1和SW2被接通以利用頂點(diǎn)線17和胸骨線19連接儲能電容器24用于將除纖顫脈沖的第一相施加到病人16。存儲的能量從導(dǎo)線26上的儲能電容器24的正極端通過開關(guān)SW1和頂點(diǎn)線17、經(jīng)過病人身體16返回通過胸骨線19和開關(guān)SW2到達(dá)導(dǎo)線28上的儲能電容器24的負(fù)極端。因此，雙相脈沖的第一相為從頂點(diǎn)到病人16的胸骨的正脈沖。
在儲能電容器24被充電之前，開關(guān)SW2被偏置準(zhǔn)備應(yīng)用雙相脈沖的第二相。一旦開關(guān)SW2被偏置，開關(guān)SW1也將變成非導(dǎo)通，因?yàn)镾CR的電壓降為0。
雙相除纖顫脈沖第一相結(jié)束后，接通開關(guān)SW3和SW4以開始雙相脈沖第二相。開關(guān)SW3和SW4提供對病人16施加負(fù)除纖顫脈沖的電流路徑。能量從導(dǎo)線26上的儲能電容器的正極通過開關(guān)SW3和胸骨線19，經(jīng)過病人16，然后通過頂點(diǎn)線17和開關(guān)SW4返回到導(dǎo)線28上的儲能電容器24的負(fù)極。因此，除纖顫脈沖第二相的極性與雙相脈沖第一相的極性相反。通過接通開關(guān)SW1為電容器上的剩余能量提供通過開關(guān)SW1和開關(guān)SW4的短路路徑可以將雙相脈沖第二相截尾。儲能電容器24放電后，開關(guān)SW1至SW4斷開。然后，斷開病人隔離繼電器35。之后，可以重新對儲能電容器24進(jìn)行充電為除纖顫器/調(diào)搏器8對病人施加另一個(gè)除纖顫脈沖或施加調(diào)搏脈沖作準(zhǔn)備。
如上所述，通過對控制線42a、42b、42c和42d應(yīng)用適當(dāng)控制信號，可以將4個(gè)輸出開關(guān)SW1至SW4從斷開(非導(dǎo)通)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到閉合(導(dǎo)通)狀態(tài)。為了允許SCR和IGBT接通或關(guān)斷外部除纖顫器內(nèi)的高電壓，將特定開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路51、52、53和54分別連接到開關(guān)SW1至SW4?？刂凭€42a、42b、42c和42d被連接到開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路51、52、53和54以允許微處理器20對開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行控制。
開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路51、53和54相同。為了說明問題，這里僅說明開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路51的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程。本技術(shù)領(lǐng)域的其它技術(shù)人員知道開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路53和54以相同的方式運(yùn)行。
開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路51包括控制開關(guān)SW11、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電容器C11、二極管D11以及高壓變壓器T11。將電阻R11連接到正電壓源V’+與變壓器T11初級線圈的點(diǎn)端之間，將電容器C11連接到地與變壓器T11初級線圈的點(diǎn)端之間。將電阻R12連接到變壓器T11初級線圈的非點(diǎn)端與控制開關(guān)SW11的漏極之間。電阻R11和R12以及電容器C11對變壓器T11初級線圈上電流進(jìn)行限流對變壓器T11初級線圈的電壓的波形進(jìn)行整形。控制開關(guān)SW11的源極接地，控制柵極開關(guān)SW11被連接到控制線42a。
在變壓器T11的次級線圈，二極管D11的陽極被連接到變壓器T11次級線圈的點(diǎn)端，而二極管D11的陰極被連接到SCR柵極開關(guān)SW1。電阻R13被連接到二極管D11的陰極與變壓器T11次級線圈的非點(diǎn)端之間。變壓器T11次級線圈的非點(diǎn)端被連接到SCR開關(guān)SW1的陰極。
為了接通開關(guān)SW1，在控制線42a上提供振蕩控制信號。在第一實(shí)施例中，振蕩控制信號為脈沖串。脈沖串控制信號重復(fù)接通和斷開控制開關(guān)SW1。這樣就在變壓器T11的初級線圈產(chǎn)生變化的電壓。電壓先被變壓器T11降壓并被二極管D11整流，然后施加到SCR柵極開關(guān)SW1。在優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)控制線42a上10％的循環(huán)使用脈沖串足以將SCR開關(guān)SW1保持在導(dǎo)通狀態(tài)。只要將控制信號施加到開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路51，開關(guān)SW1就將保持導(dǎo)通狀態(tài)。即使通過相對低的除纖顫電流，開關(guān)SW1仍保持導(dǎo)通狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，一旦被觸發(fā)或被鎖定接通，即使SCR的柵極電壓被接地，SCR通常保持導(dǎo)通狀態(tài)直到通過SCR的電流降低到低于最小電流。因此，當(dāng)通過SCR開關(guān)的電流不是90mA或更大時(shí)，SCR不導(dǎo)通。因此，實(shí)際上，SCR通常不能用于調(diào)搏應(yīng)用。
為了閉合開關(guān)SW2的IGBT開關(guān)需要使用不同的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52包括電容器C21、變壓器T21、兩個(gè)相同的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52A和52B，一個(gè)電路對應(yīng)于一個(gè)IGBT。變壓器T21的初級線圈，電容器C21被連接在控制線42b與變壓器T21初級線圈的非點(diǎn)端之間。變壓器T21的初級線圈的點(diǎn)端接地。
變壓器T21有兩個(gè)次級線圈T21A和T21B，各用于開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52A和52B。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52A和52B相同，并且這里只說明開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52A的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52A包括二極管D21、D22、D23和D24、齊納二極管ZD21、電容器C22、C23、C24和C25、電阻R21、R22、R23和R24、PNP開關(guān)SW23以及SCR開關(guān)SW22。
將二極管D21、D22和D23的陽極連接到變壓器T21的次級線圈T21A的非點(diǎn)端。將二極管D21和D22的陰極連接到IGBT開關(guān)SW2A的柵極。將電阻R21和電容器C22連接到變壓器T21次級線圈T21A的點(diǎn)端與二極管D23的陰極之間。SCR開關(guān)SW22的陽極和齊納二極管ZD21的陰極連接到IGBT開關(guān)SW2A的柵極，SCR開關(guān)SW22的陰極和齊納二極管ZD21的陽極連接到變壓器T21次級線圈T21A的點(diǎn)端，并且還連接到IGBT開關(guān)SW2A的發(fā)射極。
電阻R23和電容器C24連接到IGBT開關(guān)SW2A的柵極與PNP開關(guān)SW23的發(fā)射極之間。電阻R24和電容器C25連接到PNP開關(guān)SW23的發(fā)射極與變壓器T21的次級線圈T21A的點(diǎn)端之間。SCR開關(guān)SW22的柵極連接到PNP開關(guān)SW23的集電極。電阻R22連接到PNP開關(guān)SW23的集電極與變壓器T21次級線圈T21A的點(diǎn)端之間。電容器C23連接到PNP開關(guān)SW23的發(fā)射極與基極之間。二極管D24的陽極連接到PNP開關(guān)SW23的基極，并且二極管D24的陰極連接到二極管D23的陰極。
為了閉合IGBT開關(guān)SW2A，在控制線42b上提供振蕩控制信號。在此實(shí)施例中，振蕩控制信號為脈沖串。脈沖串控制信號被變壓器T21升壓并被施加到開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52A的輸入端。在控制線42b上存在控制信號正脈沖期間，二極管D21和D22將通過次級線圈T21A流到充電電容器C24和C25的電流整流。正如以下所詳細(xì)說明的那樣，會有一些電流通過二極管D23流到充電電容器C22。
電容器C21限制變壓器T21初級線圈內(nèi)的電流，這樣就相應(yīng)地限制了次級線圈內(nèi)的電流。次級線圈內(nèi)的電流決定電容器C24和C25的充電時(shí)間。由于電容器C24和C25承受的電壓即IGBT開關(guān)SW2A的柵極上承受的電壓，電容器C24和C25上電壓的緩慢積累會使IGBT開關(guān)SW2A緩慢接通?？梢赃@樣選擇充電電流，即與快速接通SCR開關(guān)SW1、SW3和SW4比較，相對緩慢地接通IGBT開關(guān)SW2A。因?yàn)镮GBT開關(guān)與SCR開關(guān)SW3位于H電橋14的同一側(cè)，所以要求緩慢接通IGBT開關(guān)SW2A?？刂凭€42c上的控制信號對SCR開關(guān)SW3進(jìn)行控制，但是由于SCR開關(guān)的性質(zhì)，如果SCR開關(guān)SW23上的電壓急劇發(fā)生變化，SCR開關(guān)會偶然接通而與控制線42c上的控制信號無關(guān)。因此，如果IGBT開關(guān)SW2A和SW2B接通得太快，則引起SCR開關(guān)SW3上的電壓變化率會偶然導(dǎo)致SCR開關(guān)SW3接通。
通過調(diào)節(jié)電容器C24和C25的最高電壓，齊納二極管ZD1可以保護(hù)IGBT開關(guān)SW2A。如果沒有齊納二極管ZD21，則IGBT開關(guān)SW2A上的電壓會升高到可能損壞IGBT開關(guān)SW2A的程度。
還是在控制線42b上存在脈沖串控制信號正脈沖期間，二極管D23對通過次級線圈T21A流到電容器C22的電流進(jìn)行整流。在脈沖串控制信號的各正脈沖充電到電容器C22上的電荷保持PNP開關(guān)SW23上的電壓高于接通PNP開關(guān)的電壓。如果開關(guān)上的基極電壓降到低于閾值電壓，就會接通PNP開關(guān)SW23。如下所述，只有當(dāng)IGBT開關(guān)SW2A將被斷開時(shí)，才接通PNP開關(guān)SW23。另外還設(shè)置電容器C23和二極管D24以防止接通PNP開關(guān)SW23。電容器C23作為高頻濾波器可以防止開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52A的高頻驅(qū)動(dòng)脈沖引起PNP開關(guān)SW23誤接通。二極管D24防止產(chǎn)生會反向擊穿PNP開關(guān)SW23的大負(fù)基極-發(fā)射極電壓。
由于有時(shí)電容器C22的放電過程是在控制線42b上的控制信號的正脈沖之間通過電阻R21進(jìn)行的，所以電阻R21必須足夠大以致可以限制在脈沖之間電容器C22輸出的放電電流。限制電流可以防止電容器C22上的電壓降低到低于在控制信號脈沖之間足以接通PNP開關(guān)SW23的閾值電壓。為了在正脈沖結(jié)束時(shí)將電容器C22恢復(fù)到其充分充電電壓，所以，在控制線42b上的脈沖串控制信號的正脈沖期間，電容器C22的充電必須足以平衡由于先前正脈沖引起的放電。
在優(yōu)選實(shí)施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在控制線42b上的25％循環(huán)使用的2MHz脈沖串控制信號足以使IGBT開關(guān)SW2A和SW2B保持導(dǎo)通狀態(tài)。只要存在控制信號，開關(guān)就保持導(dǎo)通狀態(tài)，而與流過開關(guān)的電流無關(guān)。相反，當(dāng)不存在控制信號時(shí)，IGBT開關(guān)SW2A和SW2B將不導(dǎo)通。
當(dāng)出現(xiàn)除纖顫器/調(diào)搏器8的用戶將兩個(gè)減震踏板互相接觸放置的不良情況時(shí)，通常在H電橋14內(nèi)產(chǎn)生最大電流。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，在頂點(diǎn)線17和胸骨線19之間產(chǎn)生短路電流。在發(fā)生短路期間，瞬時(shí)電流會達(dá)到400安培。在此實(shí)施例中，為了適應(yīng)短路電流又不損壞IGBT開關(guān)SW2A和SW2B，利用30伏的柵極電壓對IGBT開關(guān)SW2A和SW2B施加偏置電壓。由于以脈沖形式使用IGBT開關(guān)，所以以30伏的柵極電壓對IGBT施加偏置電壓是成功的。如果通過在IGBT開關(guān)SW2A和SW2B的柵極上施加30伏電壓來長期連續(xù)驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)SW2A和SW2B，則會損壞IGBT開關(guān)SW2A和SW2B，但是在H電橋14中，僅在非常短暫的時(shí)間內(nèi)以30伏電壓驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)SW2A和SW2B。
與緩慢接通IGBT開關(guān)SW2A和SW2B的情況相反，IGBT開關(guān)SW2A和SW2B的斷開過程是快速完成的。因?yàn)樵跀嚅_時(shí)，與敏感SCR開關(guān)偶然被接通無關(guān)，所以可以快速斷開IGBT開關(guān)SW2A和SW2B。此外，如果IGBT開關(guān)之一在另一個(gè)IGBT開關(guān)被斷開之前無意中被斷開，則快速斷開會縮短IGBT開關(guān)承受高電壓的時(shí)間。
當(dāng)控制線42b上的脈沖串控制信號消失時(shí)，斷開IGBT開關(guān)SW2A和SW2B。如果變壓器T21次級線圈內(nèi)不再感應(yīng)正電壓脈沖，則驅(qū)動(dòng)電路52A和52B開始斷開處理。此外，由于這些驅(qū)動(dòng)電路實(shí)質(zhì)上相同，所以這里僅利用驅(qū)動(dòng)電路52A對斷開處理進(jìn)行說明。
在斷開過程中，電容器C22開始通過電阻R21放電。由于電容器C22與電阻R21的RC時(shí)間常數(shù)比電容器C24和C25與電阻R23和R24的時(shí)間常數(shù)小得多，所以電容器C22的放電過程比電容器C24和C25的放電過程快得多。當(dāng)電容器C22的電壓下降到低于閾值電壓時(shí)，PNP開關(guān)SW23被接通。閾值電壓與PNP開關(guān)SW23的基極接通電壓加上通過二極管D24的壓降相同。一旦PNP開關(guān)SW23被接通，電容器C25輸出的放電電流開始流過此開關(guān)。當(dāng)電流增大時(shí)，電阻R22上的電壓也相應(yīng)地增大。當(dāng)電阻R22上的電壓足夠高時(shí)，SCR開關(guān)SW22被接通，對存儲在電容器C24和C25內(nèi)的剩余電能提供短路路徑。電容器C24和C25的快速放電會導(dǎo)致IGBT開關(guān)SW2A柵極電壓的相應(yīng)快速下降，并快速斷開IGBT開關(guān)SW2A。與電容器C24和C25并聯(lián)設(shè)置電阻R23和R24以控制電容器C24和C25上的分壓。
我們知道專用驅(qū)動(dòng)電路52A和52B允許將IGBT用于外部除纖顫器/調(diào)搏器8，在有SCR的情況下，除纖顫器/調(diào)搏器8必須接通或斷開極高的電壓。驅(qū)動(dòng)電路可以將用于接通或斷開200焦耳或更高能量的除纖顫脈沖所需的部件減少到最少。除了導(dǎo)通與高能除纖顫脈沖有關(guān)的大電流之外，IGBT還可以導(dǎo)通與低于50焦耳的除纖顫脈沖有關(guān)的小電流。
如圖5所示，還分別將各開關(guān)SW1至SW4并聯(lián)連接到開關(guān)保護(hù)電路61、62、63和64。開關(guān)保護(hù)電路用于防止寄生電壓尖峰破壞H電橋14內(nèi)的開關(guān)。開關(guān)保護(hù)電路61、63和64相同，因此這里只對開關(guān)保護(hù)電路61的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程進(jìn)行說明。開關(guān)保護(hù)電路61包括二極管D12。二極管D12的陰極連接到SCR開關(guān)SW1的陽極，二極管D12的陽極連接到SCR開關(guān)SW1的陰極。二極管D12可以防止SCR開關(guān)SW1受到由于電纜或負(fù)載電感產(chǎn)生的負(fù)感尖峰沖擊。
開關(guān)保護(hù)電路62包括兩個(gè)相同開關(guān)保護(hù)電路62A和62B，開關(guān)保護(hù)電路62A和62B分別保護(hù)IGBT開關(guān)SW2A和SW2B。由于開關(guān)保護(hù)電路62A和62B相同，所以這里僅對開關(guān)保護(hù)電路62A的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程進(jìn)行說明。開關(guān)保護(hù)電路62A包括二極管D24和電阻R23。電阻R23連接到IGBT開關(guān)SW2A的集電極與發(fā)射極之間。二極管D24的陰極連接到IGBT開關(guān)SW2A的集電極，而二極管D24的陽極連接到IGBT開關(guān)SW2A的發(fā)射極。
二極管D24與上述二極管D12的運(yùn)行過程相同，即它可以防止IGBT開關(guān)SW2A受到負(fù)感尖峰沖擊。當(dāng)H電橋14不工作時(shí)，電阻R23(結(jié)合電阻R23’)確保兩個(gè)IGBT開關(guān)SW2A和SW2B上的電壓被等分。由于受到當(dāng)前IGBT技術(shù)的限制(當(dāng)前IGBT技術(shù)使得各IGBT開關(guān)的額定電壓局限在1200V)，所以重要的是對IGBT開關(guān)SW2A和SW2B上的電壓進(jìn)行分壓。在總最高電壓為2200V的系統(tǒng)中，通過對各IGBT開關(guān)上的電壓進(jìn)行分壓可以滿足最高額定電壓。
保護(hù)部件27還可以對開關(guān)提供額外保護(hù)，保護(hù)部件27既具有電感特性又具有電阻特性。在一個(gè)實(shí)施例中，利用提供感性電阻的電阻線線圈實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路27。保護(hù)部件27限制施加到SCR開關(guān)SW1、SW3和SW4的電壓的變化率以及流經(jīng)它們的電流的變化率。不希望在SCR開關(guān)上施加的電壓的變化率太高，因?yàn)檫@樣會導(dǎo)致SCR開關(guān)偶然被接通。例如，由于SCR開關(guān)SW1和SW4位于H電橋14的相同側(cè)，所以隨時(shí)可以突然接通SCR開關(guān)SW4，另外還會在SCR開關(guān)SW1上產(chǎn)生急劇電壓變化。為了避免急劇電壓變化，當(dāng)SCR開關(guān)SW4被接通時(shí)，保護(hù)部件27可以降低SCR開關(guān)SW1上的電壓變化率。此外，流過太高的電流會破壞開關(guān)SW1、SW3和SW4，而保護(hù)部件27限制流過H電橋14的電流。因此，使用保護(hù)部件27可以減少對要求連接到開關(guān)SW1、SW3和SW4上的附加保護(hù)部件的需要。
我們知道上述H電橋14的重要優(yōu)勢是它允許外部除纖顫器/調(diào)搏器8產(chǎn)生高能雙相波形并將產(chǎn)生的高能雙相波形施加到病人身上。對于提供單相波形的現(xiàn)有除纖顫器，放電的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)能級大于200焦耳。上述電路允許以雙相波形將相同的能量(大于200焦耳)施加到病人身上，因此可以對更廣范圍的病人提供更可靠的除纖顫效果。同時(shí)，該電路引入專用分壓電路后，甚至可以允許將非常低能的雙相波形(低于50焦耳)傳送到病人身上。
上述除纖顫方式運(yùn)行過程與未決的但通常會賦予的、由J.L.Sullivan等于1997年3月5日提交的、標(biāo)題為“H-Bridge Circuit ForGeneratin A High-Energy Biphasic Waveform In An ExternalDefibrillator”的第08/811,833號美國專利申請中披露的外部除纖顫電路的運(yùn)行過程相同。在以與第08/811,833號專利申請披露的除纖顫器相同方式運(yùn)行時(shí)，除纖顫器/調(diào)搏器8的此實(shí)施例產(chǎn)生具有正第一相和負(fù)第二相的雙相除纖顫脈沖(從頂點(diǎn)線17到胸骨線19進(jìn)行測量)。
圖6所示的流程圖說明調(diào)搏模式下除纖顫器/調(diào)搏器8的此實(shí)施例的運(yùn)行過程。根據(jù)本說明，本技術(shù)領(lǐng)域的其它技術(shù)人員，不需要具有過多的經(jīng)驗(yàn)，就可以編寫由控制電路10的微處理器20執(zhí)行的軟件程序或固件程序以完成圖6所示的功能。參考圖4、圖5和圖6，除纖顫器/調(diào)搏器8以如下方式運(yùn)行。首先，斷開開關(guān)SW1至SW4以及旁路電路40。一旦在步驟80在調(diào)搏模式下進(jìn)行偏置，則控制電路10判定是否產(chǎn)生調(diào)搏脈沖。如果不產(chǎn)生調(diào)搏脈沖，則在步驟81，處理過程返回備用模式。然而，如果將產(chǎn)生調(diào)搏脈沖，則在下一步驟82，控制電路10控制充電電路18對儲能電容器24進(jìn)行充電使其電容器電壓達(dá)到約25伏至300伏。如下所述，電容器電壓將根據(jù)對未定調(diào)搏脈沖要求的調(diào)搏電流變化。
在下一步驟83，控制電路10使旁路電路40內(nèi)的繼電器K4閉合。在一個(gè)實(shí)施例中，繼電器K4由Potter-Bromfield,Princeton,Indiana推出的兩個(gè)RTD19005型繼電器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)繼電器K4閉合時(shí)，就形成在儲能電容器24的正極通過導(dǎo)線28、通過電阻R4、通過繼電器K4然后達(dá)到頂點(diǎn)線19的導(dǎo)通路徑。因此，開關(guān)SW3成為旁路。電阻R4約為500歐姆以有助于限制減震踏板接觸時(shí)產(chǎn)生的短路電流。
在下一步驟85，控制電路10對IGBT開關(guān)SW2A和SW2B施加脈沖以允許將單相調(diào)搏脈沖施加到病人16。在此實(shí)施例中，控制電路10將對IGBT開關(guān)SW2A和SW2B施加脈沖的時(shí)長控制到等于要求的單相調(diào)搏脈沖時(shí)長。對于給定電容值的儲能電容器24，調(diào)搏脈沖的減少將根據(jù)病人阻抗變化。
在步驟87，當(dāng)將調(diào)搏脈沖施加到病人16時(shí)，控制電路10測量調(diào)搏電流。在一個(gè)實(shí)施例中，通過監(jiān)測通過電阻R4的壓降測量調(diào)搏電流。換句話說，通過監(jiān)測儲能電容器24的電壓變化測量調(diào)搏電流。在下一步驟89，控制電路20確定下一個(gè)調(diào)搏脈沖需要的儲能電容器24上的電容器電壓。在此實(shí)施例中，下一個(gè)調(diào)搏脈沖的電流約增加5mA。即在調(diào)搏期間，調(diào)搏電流以5mA遞增直到調(diào)搏脈沖足以使心臟肌肉收縮或達(dá)到約為200mA的最大值。然后，處理過程返回步驟80以產(chǎn)生下一個(gè)調(diào)搏脈沖。
此實(shí)施例產(chǎn)生的調(diào)搏脈沖為正脈沖(從頂點(diǎn)線17到胸骨線19測量)。然而，因?yàn)檎{(diào)搏脈沖的極性會影響調(diào)搏捕獲閾值，通常情況是產(chǎn)生負(fù)調(diào)搏脈沖。通過簡單接通或斷開頂點(diǎn)線17和胸骨線19，可以產(chǎn)生負(fù)調(diào)搏脈沖。圖7示出根據(jù)此變換實(shí)施例產(chǎn)生的波形。波形90代表利用此變換實(shí)施例產(chǎn)生的雙相除纖顫脈沖，而波形91代表單相調(diào)搏脈沖序列。由于在此實(shí)施例中頂點(diǎn)線17和胸骨線19的接通和斷開除纖顫波形90具有負(fù)第一相93和正第二相94。調(diào)搏波形91具有負(fù)單相脈沖96、97等等。盡管在圖7中未示出，但是雙相波形會在第一相和第二相之間具有接近0伏的小延遲部分。
盡管此變換實(shí)施例產(chǎn)生負(fù)調(diào)搏脈沖，但是除纖顫脈沖相位的極性卻相反。對電流進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)單相除纖顫脈沖的極性并不重要。此發(fā)現(xiàn)適合于雙相除纖顫脈沖。因此，此實(shí)施例可以有效應(yīng)用于此領(lǐng)域。
圖8示出可以用于產(chǎn)生極性相反的除纖顫脈沖和調(diào)搏脈沖的H電橋14的變換實(shí)施例方框圖。除了圖8所示的實(shí)施例使用IGBT實(shí)現(xiàn)開關(guān)SW4之外，圖8所示的實(shí)施例與圖5所示的實(shí)施例相同。因此，圖8所示的開關(guān)SW1、SW2和SW3以及驅(qū)動(dòng)電路51、52和53的實(shí)現(xiàn)方式與圖5所示的實(shí)施例內(nèi)的開關(guān)SW1、SW2和SW3以及驅(qū)動(dòng)電路51、52和53實(shí)現(xiàn)方式相同。因?yàn)殚_關(guān)SW4為IGBT開關(guān)，所以開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路54A實(shí)質(zhì)上與用于驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)SW2的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52相同。此外，圖8所示的實(shí)施例利用開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路54A和電路源電路50代替圖5所示的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路54和旁路電路40。
在一個(gè)實(shí)施例中，利用IGBT電路70實(shí)現(xiàn)電流源電路50。因?yàn)樵撾娏髟措娐繁仨殢?qiáng)到足以承受在除纖顫模式使用的相對大的電壓，所以使用IGBT電路。IGBT電路70連接到導(dǎo)線26和電阻R4。在此實(shí)施例中，電阻R4約為10Ω。電阻R4還被連接到胸骨線19。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，IGBT電路70提供從導(dǎo)線26開始到電阻R4然后到胸骨線19的電流路徑。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71被連接到控制線42e和IGBT開關(guān)70的柵極。根據(jù)從控制線42e接收的由控制電路10產(chǎn)生的控制信號，開關(guān)控制電路71斷開或接通IGBT電路70。此外，在此實(shí)施例中，連接控制電路10(如圖4所示)以監(jiān)視在調(diào)搏模式期間通過導(dǎo)線72和73施加到電阻R4的電壓。對控制電路10(如圖4所示)進(jìn)行配置以通過控制線42e提供控制信號，然后對開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71進(jìn)行控制以在線性范圍內(nèi)運(yùn)行IGBT電路70，這樣就可以將IGBT電路70導(dǎo)通的電流調(diào)節(jié)到要求的電流值。因?yàn)榧词巩?dāng)病人阻抗在脈沖之間發(fā)生變化時(shí)并且不根據(jù)儲能電容器24的放電電能調(diào)節(jié)時(shí)仍可以將此電流保持在固定峰值電流，所以這里將此技術(shù)稱為恒流調(diào)搏。以下將結(jié)合圖10進(jìn)一步說明開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71。
在除纖顫模式下，電流源電路50被斷開，而開關(guān)SW1和SW2被接通以產(chǎn)生雙相除纖顫脈沖的第一相。如圖9所示，此開關(guān)順序產(chǎn)生具有正第一相93’的雙相除纖顫波形90’。為了產(chǎn)生第二相，將開關(guān)SW2斷開。如上所述，對于圖5所示的實(shí)施例，斷開開關(guān)SW2會導(dǎo)致開關(guān)SW1斷開。然后將開關(guān)SW3和SW4接通。因此，圖9所示的第二相93’為負(fù)。實(shí)質(zhì)上，開關(guān)SW1、SW2和SW3以上述圖5所示的實(shí)施例相同的方式被斷開和接通。實(shí)質(zhì)上，開關(guān)SW4以開關(guān)SW2相同的方式被斷開和閉合。
在調(diào)搏模式，電流源電路50和開關(guān)SW4被接通?？刂齐娐?0(如圖4所示)控制電流源電路50以對胸骨線19提供要求的調(diào)搏電流值。如上所述，通常對于各連續(xù)調(diào)搏脈沖調(diào)搏電流增加5mA直到該脈沖可以使心臟肌肉收縮為止?？刂齐娐?0(如圖4所示)控制開關(guān)SW4在要求的調(diào)搏脈沖時(shí)長被接通。因?yàn)樵诖藢?shí)施例中利用IGBT實(shí)現(xiàn)開關(guān)SW4(相反，在圖5中使用SCR)，所以即使對于相對小的調(diào)搏脈沖電流，開關(guān)SW4仍導(dǎo)通。因此，如圖9所示，波形91的脈沖96和97為負(fù)脈沖。圖8所示的實(shí)施例優(yōu)勢是允許產(chǎn)生具有正第一脈沖和負(fù)第二脈沖的雙相除纖顫脈沖，同時(shí)還允許產(chǎn)生負(fù)單相調(diào)搏脈沖。
換句話說，可以對控制電路10(如圖4所示)進(jìn)行配置以調(diào)節(jié)施加在儲能電容器24上的電壓，而不是調(diào)節(jié)電流源電路50提供的電流。在此變換實(shí)施例中，控制電路10(如圖4所示)可以估計(jì)為了產(chǎn)生具有要求調(diào)搏電流的下一個(gè)調(diào)搏脈沖需要的電容器電壓。此外，電流源電路50將作為開關(guān)運(yùn)行。因此，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71與開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路52(如圖5所示)相同。在此變換實(shí)施例中，電阻R4的電阻值會增加到500Ω或更高以實(shí)現(xiàn)更好的電流調(diào)節(jié)。在此變換的電容器電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例中，可以用旁路電路40(如圖5所示)替代電流源電路50，在旁路電路40中使用相對廉價(jià)的繼電器電路替代相對昂貴的IGBT電路。在電流源調(diào)節(jié)技術(shù)與此電容器電壓調(diào)節(jié)技術(shù)之間的差別更清楚地示于圖11。
圖10示出用于對IGBT施加偏置電壓以在線性范圍內(nèi)運(yùn)行從而對IGBT導(dǎo)通的電流進(jìn)行控制的IGBT開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71的一個(gè)實(shí)施例。在此實(shí)施例中，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71包括運(yùn)算放大器75、電阻76和77、電容器78以及二極管79。
開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71以如下方式互聯(lián)。運(yùn)算放大器75具有與控制線42e相連的同相輸入端。運(yùn)算放大器75的輸出端連接到電阻76的一端。電阻76的另一端連接到IGBT 70的柵極。電阻77連接到運(yùn)算放大器75的反相輸入端與IGBT 70的漏極之間。電容器78和二極管79連接到運(yùn)算放大器75的輸出端與反相輸入端之間，并且這樣連接二極管79，即允許電流從運(yùn)算放大器75的反相輸入端流到運(yùn)算放大器75的輸出端。
開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71利用反饋原理控制IGBT 70在線性范圍內(nèi)運(yùn)行以獲得要求的輸出電流。如上所述，控制電路10(如圖4所示)監(jiān)測IGBT 70通過電阻R4輸出的電流并對控制線42e上的控制信號的電壓進(jìn)行控制以獲得要求的電流。電容器78可以使開關(guān)驅(qū)動(dòng)短路71具有積分器的功能，其輸出信號為IGBT 70的漏極電壓。因此，當(dāng)控制線42e的電壓為0時(shí)，運(yùn)算放大器75的輸出電壓也為0，并使IGBT 70不導(dǎo)通。
當(dāng)控制線42e上的電壓相對于運(yùn)算放大器75的反相輸入端的電壓為正時(shí)，“積分器”進(jìn)行運(yùn)算以增加增加其輸出端的電壓，這樣反過來又可以使IGBT 70在漏極更能導(dǎo)通并提升電壓。因?yàn)榇寺O電壓被反饋到運(yùn)算放大器75的反相輸入端，所以“積分器”僅增加其輸出電壓直到漏極電壓等于同相輸入端的電壓。即，運(yùn)算放大器的“虛擬接地”作用使“積分器”快速驅(qū)動(dòng)等于控制線42e上的電壓的漏極電壓。
相反，當(dāng)控制線42e上的電壓相對于運(yùn)算放大器75的反相輸入端的電壓為負(fù)時(shí)，“積分器”進(jìn)行運(yùn)算以降低運(yùn)算放大器75的輸出端電壓，這樣反過來又使IGBT 75變得具有更低的導(dǎo)通性并且快速驅(qū)動(dòng)實(shí)際上等于控制線42e上的電壓的IGBT 70的漏極電壓。二極管79用于防止IGBT 70上的電壓比IGBT 70的柵極電壓高出的壓差大于二極管閾值電壓。
因此，當(dāng)控制電路10(如圖4所示)希望增加IGBT 70的輸出電流時(shí)，控制電路10可以增加控制線42e的電壓。如上所述，增加控制線42e的電壓會導(dǎo)致IGBT 75的輸出電流增高。然后，控制電路10在監(jiān)測電阻R4的電壓過程中對IGBT 75的輸出電流進(jìn)行檢測。當(dāng)輸出電流達(dá)到要求的電流值時(shí)，控制電路10(如圖4所示)可以停止增加控制線42e的電壓。相反，為了降低IGBT 70的輸出電流，控制電路10(如圖4所示)可以降低控制線42e上的電壓，并導(dǎo)致IGBT 70的輸出電壓增高。當(dāng)輸出電流達(dá)到要求的電流值時(shí)，控制電路10(如圖4所示)可以停止增加控制線42e上的電壓。
圖11示出圖8所示的實(shí)施例在為了對電容器電壓和電流源進(jìn)行調(diào)節(jié)產(chǎn)生調(diào)搏脈沖時(shí)的運(yùn)行過程的流程圖。有時(shí)結(jié)合圖6對步驟80至82進(jìn)行了說明。在這種電容器電壓調(diào)節(jié)技術(shù)中，控制電路10(如圖4所示)完成步驟83’、85’、87’、和89’，這些步驟與上述結(jié)合圖6說明的步驟83、85、87和89相同(不同之處在于用電流源電路50代替旁路電路40)。
在這種電流調(diào)節(jié)技術(shù)中，在步驟82之后，控制電路10(如圖4所示)控制開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71激活電流源電路50以在步驟84保證未決調(diào)搏脈沖具有要求的電流。然后，正如在電容器電壓調(diào)節(jié)技術(shù)中那樣，執(zhí)行步驟85’和87’。在步驟88，控制電路10(如圖4所示)確定需要對下一個(gè)脈沖產(chǎn)生要求的調(diào)搏電流的控制信號調(diào)節(jié)。如上所述，調(diào)搏電流通常以5mA遞增直到達(dá)到最大值。
圖12示出說明具有4個(gè)IGBT引線而沒有SCR引線、并且優(yōu)勢是通過利用衡功率技術(shù)可以用于產(chǎn)生雙相調(diào)搏脈沖或雙相除纖顫脈沖的H電橋14的實(shí)施例的示意圖。除了省略了電流源電路50并且開關(guān)SW1和SW3為實(shí)質(zhì)上與IGBT開關(guān)SW2相同的IGBT開關(guān)外，此實(shí)施例與圖8所示的實(shí)施例相同。此外，此實(shí)施例不包括SCR開關(guān)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路51A和53A(如圖5所示)，而包括實(shí)質(zhì)上與開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71(如圖10)所示相同的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路51A和53A。具體地說，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路51A和53A包括與電路71(如圖10所示)相同的電路以使IGBT在線性范圍內(nèi)運(yùn)行從而控制調(diào)搏電流。為了既產(chǎn)生除纖顫脈沖又產(chǎn)生調(diào)搏脈沖，以上述結(jié)合圖8說明的相同順序?qū)㈤_關(guān)SW1至SW4斷開和閉合以產(chǎn)生除纖顫脈沖。然而，當(dāng)產(chǎn)生調(diào)搏脈沖時(shí)，通過在線性范圍內(nèi)運(yùn)行開關(guān)SW1和SW3的IGBT，控制電路10(如圖4所示)對各后續(xù)調(diào)搏脈沖的電流值進(jìn)行控制。在H電橋14的所有引線中使用IGBT開關(guān)會導(dǎo)通調(diào)搏脈沖內(nèi)的相對較小的電流，而承受在除纖顫脈沖中使用的相對較大的電流。
為了產(chǎn)生具有正第一相和負(fù)第二相的雙相脈沖，在第一相期間，開關(guān)SW1和SW2閉合，而開關(guān)SW3和SW4被斷開。通過斷開開關(guān)SW1和SW2并閉合開關(guān)SW3和SW4，可以產(chǎn)生負(fù)第二相。相反，為了產(chǎn)生相反極性的雙相脈沖(即具有負(fù)第一相)，在第一相期間，開關(guān)SW3和SW4閉合而開關(guān)SW1和SW2斷開。通過閉合開關(guān)SW1和SW2并斷開開關(guān)SW3和SW4，可以產(chǎn)生正第二相。
圖13示出利用H電橋14(如圖12所示)的此實(shí)施例產(chǎn)生的兩個(gè)除纖顫波形(即波形90和90’)和兩個(gè)調(diào)搏波形(即波形91’和91”)。例如，H電橋14的此實(shí)施例可以產(chǎn)生具有正第一相93’和負(fù)第二相94’的雙相除纖顫波形90’。H電橋14(如圖12所示)還可以產(chǎn)生具有負(fù)第一相93和正第二相94的雙相除纖顫波形90。H電橋14(如圖12所示)還可以產(chǎn)生其各雙相調(diào)搏脈沖分別具有負(fù)第一相98和正第二相99的雙相調(diào)搏波形91’。H電橋14(如圖12所示)還可以產(chǎn)生其各雙相調(diào)搏脈沖分別具有負(fù)第一相98’和正第二相99’的雙相調(diào)搏波形91”。
盡管在圖13中未示出，但是本技術(shù)領(lǐng)域的其它技術(shù)人員明白通過適當(dāng)控制開關(guān)SW1至SW4,H電橋14(如圖12所示)還可以產(chǎn)生單相波形甚或其它多相波形。根據(jù)本發(fā)明，沒有過多經(jīng)驗(yàn)的本技術(shù)領(lǐng)域的其它技術(shù)人員可以提供供控制電路10(如圖4所示)的微處理器20執(zhí)行用于產(chǎn)生適當(dāng)開關(guān)控制信號的適當(dāng)軟件程序和硬件程序。
圖14示出H電橋14的又一個(gè)實(shí)施例的示意圖。除了此實(shí)施例包括連接在儲能電容器24與將電流從儲能電容器24送到開關(guān)SW1至SW4的導(dǎo)線26之間的電流感測電路56之外，此實(shí)施例與圖8所示的實(shí)施例相同。優(yōu)勢是此實(shí)施例通過線性操作開關(guān)SW2和SW4(或者，變換地，線性操作開關(guān)SW1和SW3)可以用于產(chǎn)生衡電流調(diào)搏脈沖。因此，與開關(guān)SW2和SW4(或者在變換實(shí)施例中與開關(guān)SW1和SW3)相連的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)質(zhì)上與開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路71(如圖10所示)相同。
在以除纖顫模式運(yùn)行期間，控制開關(guān)SW1至SW4象開關(guān)那樣運(yùn)行(即不象電流源那樣運(yùn)行)。如上所述，對于圖12所示的實(shí)施例，為了產(chǎn)生雙相除纖顫脈沖，對控制電路10(如圖4所示)進(jìn)行配置以斷開或閉合開關(guān)SW1至SW4，而與電流感測電路56感測的電流無關(guān)。
然而，在以調(diào)搏模式運(yùn)行期間，電流感測電路56監(jiān)測從儲能電容器24流到導(dǎo)線26的電流并在導(dǎo)線57上產(chǎn)生表示電流值的電流感測信號。將控制電路10(如圖4所示)連接到導(dǎo)線57，并根據(jù)檢測的電流值這樣調(diào)節(jié)控制線42d和42b上的控制信號，即允許IGBT開關(guān)SW2和SW4導(dǎo)通調(diào)搏脈沖各相的要求電流值。這樣就可以利用控制電路10實(shí)現(xiàn)“飛擊式”。當(dāng)然，在開關(guān)SW1和SW3在線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的變換實(shí)施例中，控制電路10(如圖4所示)這樣調(diào)節(jié)控制線42a和42c上的控制信號，即允許IGBT開關(guān)SW1和SW3導(dǎo)通調(diào)搏脈沖各相的要求電流值。
圖15示出電流感測電路56的一個(gè)實(shí)施例。在此實(shí)施例中，電流感測電路56包括變壓器T56、電阻58以及放大器59。對變壓器T56的初級線圈進(jìn)行連接使電流從儲能電容器24流到導(dǎo)線26。因此，當(dāng)電流流經(jīng)變壓器T56的初級線圈時(shí)，就有成正比的電流流過變壓器T56的次級線圈并通過電阻58。將放大器59的輸入端連接到電阻58的任一端，這樣放大器59就可以在導(dǎo)線57上產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號的電壓隨電阻58上的壓降發(fā)生變化。如果已知放大器59和變壓器T56的特性，則控制電路10(如圖4所示)就可以產(chǎn)生將通過開關(guān)SW2和SW4的電流控制到要求調(diào)搏電流值的適當(dāng)控制信號。
盡管對本發(fā)明的允許實(shí)施例進(jìn)行了說明和描述，很明顯，在本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，還可以進(jìn)行多種變化。例如，可以用一條控制線和一個(gè)控制開關(guān)代替控制線42e和42d以及控制開關(guān)SW31和SW41來激活開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路53和54。此外，盡管以上已經(jīng)對開關(guān)31、32、33和34的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是可以理解可以設(shè)計(jì)其它的開關(guān)結(jié)構(gòu)，例如用具有足夠偏離電壓的單個(gè)IGBT代替開關(guān)32?；蛘?，還可以將其它半導(dǎo)體開關(guān)引入各引線以降低各開關(guān)必須接通或斷開的電壓。然而，如果要減小結(jié)果H電橋輸出電路的大小和重量，優(yōu)先使用上述結(jié)構(gòu)。因此，在所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明范圍內(nèi)，可以認(rèn)為可以以不同于上述特定說明的方式實(shí)施本發(fā)明。此外，盡管對能量轉(zhuǎn)移電路的H電橋配置進(jìn)行了說明，但是也可以使用其它類型的能量轉(zhuǎn)移電路。
權(quán)利要求
1．一種在以除纖顫模式產(chǎn)生除纖顫脈沖并以調(diào)搏模式產(chǎn)生調(diào)搏脈沖的外部單元內(nèi)使用的電路，該電路包括一個(gè)儲能電容器，具有第一電極和第二電極；一個(gè)充電電路，與儲能電容器相連，其中對充電電路進(jìn)行配置以對儲能電容器充電；一個(gè)能量轉(zhuǎn)移電路，與儲能電容器相連，能量轉(zhuǎn)移電路具有第一輸出端和第二輸出端，其中對能量轉(zhuǎn)移電路進(jìn)行配置以選擇性地將儲能電容器的第一電極和第二電極電連接到第一輸出端和第二輸出端；以及一個(gè)控制電路，與充電電路和能量轉(zhuǎn)移電路相連，其中對控制電路進(jìn)行配置以使充電電路對儲能電容器進(jìn)行充電達(dá)到預(yù)定電壓，并且當(dāng)儲能電容器被充電時(shí)，控制能量轉(zhuǎn)移電路將儲能電容器的第一電極和第二電極連接到能量轉(zhuǎn)移電路的第一輸出端和第二輸出端，這樣能量轉(zhuǎn)移電路就可以在除纖顫模式運(yùn)行期間，利用存儲在儲能電容器內(nèi)的能量在第一輸出端和第二輸出端提供除纖顫脈沖；在調(diào)搏模式運(yùn)行期間，利用存儲在儲能電容器內(nèi)的能量在第一輸出端和第二輸出端提供調(diào)搏脈沖。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中能量轉(zhuǎn)移電路包括4條引線，能量轉(zhuǎn)移電路的第一條引線包括第一IGBT開關(guān)電路而能量轉(zhuǎn)移電路的第二、第三以及第四引線分別包括SCR開關(guān)電路。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中能量轉(zhuǎn)移電路包括旁路電路，將旁路電路并聯(lián)連接到能量轉(zhuǎn)移電路的第三引線，并且其中在調(diào)搏模式運(yùn)行期間對旁路電路進(jìn)行配置以提供旁路能量轉(zhuǎn)移電路的第三引線的導(dǎo)通路徑，并在除纖顫模式運(yùn)行期間對旁路電路進(jìn)行配置以斷開導(dǎo)通路徑。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中所選擇性提供的除纖顫脈沖為雙相脈沖并且所提供的調(diào)搏脈沖為單相脈沖。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中在調(diào)搏模式運(yùn)行期間，對控制電路進(jìn)行配置以確定為了使后續(xù)提供的調(diào)搏脈沖獲得預(yù)定電流對儲能電容器進(jìn)行充電的預(yù)定電壓。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中H電橋電路包括電流源電路，將電流源電路并聯(lián)連接到能量轉(zhuǎn)移電路的第三引線，并且其中在調(diào)搏模式運(yùn)行期間對電流源電路進(jìn)行配置以對第一輸出端提供可配置電流，并且在除纖顫模式運(yùn)行期間對電流源進(jìn)行配置以不對第一輸出端提供電流。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中在調(diào)搏模式運(yùn)行期間，對控制電路進(jìn)行配置以使電流源電路提供具有預(yù)定電流值的可配置電流。
8．根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中電流源電路包括IGBT和電阻。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中能量轉(zhuǎn)移電路包括4條引線，能量轉(zhuǎn)移電路的第一引線和第二引線分別包括IGBT開關(guān)電路，而能量轉(zhuǎn)移電路的第三引線和第四引線各包括SCR開關(guān)電路。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中H電橋電路包括旁路電路，將旁路電路并聯(lián)連接到能量轉(zhuǎn)移電路的第三引線，并且其中在調(diào)搏模式運(yùn)行期間對旁路電路進(jìn)行配置以提供旁路通過能量轉(zhuǎn)移電路第三引線的導(dǎo)通路徑，并且在除纖顫模式運(yùn)行期間對旁路電路進(jìn)行配置以斷開導(dǎo)通路徑。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中可選擇性提供的除纖顫脈沖為具有第一極性第一相和第二極性第二相的雙相脈沖，并且其中提供的調(diào)搏脈沖為具有第二極性的單相脈沖。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中在調(diào)搏模式運(yùn)行期間，對控制電路進(jìn)行配置以確定為了使后續(xù)提供的調(diào)搏脈沖獲得預(yù)定電流對儲能電容器進(jìn)行充電的預(yù)定電壓。
13．根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中H電橋電路包括電流源電路，將電流源電路并聯(lián)連接到能量轉(zhuǎn)移電路的第三引線，并且其中在調(diào)搏模式運(yùn)行期間對電流源電路進(jìn)行配置以對第一輸出端提供可配置電流，并且在除纖顫模式運(yùn)行期間對電流源電路進(jìn)行配置以實(shí)質(zhì)上不對第一輸出端提供電流。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中在調(diào)搏模式運(yùn)行期間，對控制電路進(jìn)行配置以使電流源電路提供具有預(yù)定電流值的可配置電流。
15．根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中電流源電路包括IGBT和電阻。
16．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中能量轉(zhuǎn)移電路包括4條引線，能量轉(zhuǎn)移電路的各引線分別包括IGBT開關(guān)電路。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其中可選擇提供的除纖顫脈沖和調(diào)搏脈沖為雙相脈沖或單相脈沖。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中除纖顫脈沖為具有第一極性第一相和第二極性第二相的雙相脈沖，并且其中調(diào)搏脈沖為具有第二極性的單相。
19．根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中除纖顫脈沖為具有第一極性第一相和第二極性第二相的雙相脈沖，并且調(diào)搏脈沖也為具有第二極性第一相和第一極性第二相的雙相脈沖。
20．根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其中在調(diào)搏模式運(yùn)行期間，對控制電路進(jìn)行配置以確定為了使后續(xù)提供的調(diào)搏脈沖獲得預(yù)定電流對儲能電容器進(jìn)行充電的預(yù)定電壓。
21．根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其中H電橋電路包括與儲能電容器和控制電路相連的電流感測電路，并且其中當(dāng)此電路提供調(diào)搏脈沖時(shí)對電流感測電路進(jìn)行配置以檢測儲能電容器提供的電流值。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的電路，其中當(dāng)此電路提供調(diào)搏脈沖時(shí)，在調(diào)搏模式運(yùn)行期間，對控制電路進(jìn)行配置以使能量轉(zhuǎn)移電路的第三引線和第四引線導(dǎo)通預(yù)定電流值。
23．根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中電流感測電路包括放大器、變壓器和電阻。
24．一種在外部由單個(gè)單元對病人提供除纖顫脈沖或調(diào)搏脈沖的方法，該方法包括對儲能電容器進(jìn)行充電；在除纖顫模式運(yùn)行期間，以除纖顫脈沖的形式將能量從儲能電容器轉(zhuǎn)移到病人身上；以及在調(diào)搏模式運(yùn)行期間，以調(diào)搏脈沖的形式將能量由儲能電容器轉(zhuǎn)移到病人身上。
25．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中在除纖顫模式和調(diào)搏模式中，能量轉(zhuǎn)移電路用于將能量從儲能電容器轉(zhuǎn)移到病人身上。
26．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中對儲能電容器進(jìn)行充電達(dá)到這樣的預(yù)定電壓，即，使調(diào)搏脈沖具有預(yù)定電流值。
27．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中調(diào)搏脈沖為雙相脈沖。
28．一種用于在外部在除纖顫模式運(yùn)行期間對病人提供除纖顫脈沖而在調(diào)搏模式運(yùn)行期間對病人提供調(diào)搏脈沖的裝置，該裝置包括一個(gè)儲能電容器；用于對儲能電容器進(jìn)行充電的充電裝置；開關(guān)裝置，與儲能電容器相連用于選擇性將能量從儲能電容器轉(zhuǎn)移到病人身上；以及控制裝置，在除纖顫模式運(yùn)行期間，用于控制開關(guān)裝置以除纖顫脈沖的形式將能量從儲能電容器轉(zhuǎn)移到病人身上，在調(diào)搏模式運(yùn)行期間，用于控制開關(guān)裝置以調(diào)搏脈沖的形式將能量從儲能電容器轉(zhuǎn)移到病人身上。
29．根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中開關(guān)裝置包括能量轉(zhuǎn)移電路，其中可以選擇性地對能量轉(zhuǎn)移電路進(jìn)行配置以在除纖顫模式和調(diào)搏模式將能量從儲能電容器轉(zhuǎn)移到病人身上。
30．根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中對控制裝置進(jìn)行配置以使充電裝置對儲能電容器進(jìn)行充電達(dá)到可以使調(diào)搏脈沖具有預(yù)定電流值的預(yù)定電壓。
31．根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中調(diào)搏脈沖為雙相脈沖。
全文摘要
外部除纖顫器/調(diào)搏器(8)包括輸出電路(14),輸出電路(14)具有以H電橋形式排列的4條引線。輸出電路的各引線含有開關(guān)(SW1至SW4)。在除纖顫模式下,H電橋內(nèi)的開關(guān)對選擇性地接通或斷開以產(chǎn)生雙相除纖顫脈沖。有三個(gè)開關(guān)(SW1、SW3、SW4)為可控硅開關(guān)(SCR)。將柵極驅(qū)動(dòng)電路(51、53、54)連接到SCR以對SCR施加這樣的偏壓,即允許SCR對控制信號作響應(yīng)。一個(gè)開關(guān)(SW2)為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。將柵極驅(qū)動(dòng)電路(52)連接到IGBT的柵極以緩慢閉合或快速斷開IGBT。在調(diào)搏模式中,旁路電路或電流源電路用于提供旁路通過SCR開關(guān)(SW3)的電流路徑,具有相對較低電流值的調(diào)搏脈沖不能觸發(fā)SCR開關(guān)(SW3)?？梢杂肐GBT代替一個(gè)SCR開關(guān)(SW4)以允許產(chǎn)生與除纖顫脈沖的第一相極性相反的調(diào)搏脈沖。
文檔編號A61N1/39GK1323232SQ99812110
公開日2001年11月21日 申請日期1999年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者約瑟夫·L·薩利文, 理查德·C·諾娃, 勞倫斯·A·伯斯科娃 申請人:梅德特里奧尼克菲塞奧-康特爾制造公司