專利名稱：一種基于恒流源的起搏脈沖產(chǎn)生發(fā)放電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種心臟體外起搏時(shí)高壓電源產(chǎn)生和脈沖波形產(chǎn)生電路，具體涉及一種基于恒流源的起搏脈沖產(chǎn)生發(fā)放電路。
背景技術(shù)：
除顫監(jiān)護(hù)儀是利用單相或者雙相大脈沖電流治療心室纖顫的主要設(shè)備。除顫監(jiān)護(hù)儀中配備無創(chuàng)體外起搏器，能夠?qū)Τ澲蟮男膭?dòng)過緩進(jìn)行治療。對(duì)于無創(chuàng)體外起搏來說，一般要求其輸出電壓在一定的范圍內(nèi)可調(diào)，其實(shí)質(zhì)也就是要求其輸出電流在一定的范圍之內(nèi)可調(diào)。同時(shí)出于安全考慮，也要求對(duì)起搏波形產(chǎn)生電路的輸入電壓和輸出電壓進(jìn)行隔離，以保證起搏電極的對(duì)地漏電流小于安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。目前，常用的無創(chuàng)體外起搏電路的實(shí)現(xiàn)方案是由BOOST變換器實(shí)現(xiàn)升壓/降壓功能，由分離元器件搭建恒流源實(shí)現(xiàn)輸出電流控制，由光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離反饋。其主要的實(shí)現(xiàn)方案如下所示
一是BUCK-B00ST變換器實(shí)現(xiàn)升壓和降壓功能，該類型變換器存在輸入輸出沒有隔離，輸出電路穩(wěn)定性比較低，驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)性對(duì)比較復(fù)雜等缺點(diǎn)。同時(shí)該變換器的外圍元器件也比較多，電路調(diào)試比較繁瑣等。二是使用反激變換器和PWM控制器來實(shí)現(xiàn)升壓和降壓的功能，其主要原理是使用變壓器來完成隔離和電壓變換的功能。該電路的主要缺點(diǎn)是利用變壓器完成電壓變換，變壓器導(dǎo)致電路比較復(fù)雜笨重。另外利用分離元器件完成起搏電流控制導(dǎo)致可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于恒流源的起搏脈沖產(chǎn)生發(fā)放電路，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，采用模塊化設(shè)計(jì)，電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，調(diào)試方便。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種基于恒流源的起搏脈沖產(chǎn)生發(fā)放電路，其中，包括DCDC隔離模塊、DCDC升壓模塊、第一電極、第二電極、恒流源模塊、模擬隔離模塊、ADC模塊和DAC模塊；所述DCDC隔離模塊連接DCDC升壓模塊，DCDC升壓模塊連接與人體連接的第一電極，與人體連接的第二電極接恒流源模塊，恒流源模塊接模擬隔離模塊，模擬隔離模塊連接ADC模塊和DAC模塊。作為優(yōu)選，所述D⑶C升壓模塊包括外部隔離之后的電源DC、電容C1、C2、電感LI、三極管Ql和二極管Dl ;電源DC連接電容Cl、電感LI和三極管Ql，電感LI分別連接三極管Ql和二極管Dl，二極管Dl連接電容C2，電容C2分別連接三極管Q1、電容Cl和電源DC。作為優(yōu)選，所述的恒流源模塊包括運(yùn)算放大器U1、電阻Rl、R2、三極管Q1，運(yùn)算放大器Ul的正端連接DAC模塊，負(fù)端連接電阻R2和三極管Ql的發(fā)射極，電阻R2 —端接地；運(yùn)算放大器Ul的輸出端接電阻R1，電阻Rl接三極管Ql的基極，三極管Ql的集電極接第二電極。所述輸入電源中的DCDC隔離模塊，主要完成輸入電源與起搏輸出輸出回路的隔離，起到降低與人體接觸的電極對(duì)地漏電流的目的。所述產(chǎn)生高壓的DCDC升壓模塊由集成電路IC加上周邊的元器件構(gòu)成，其主要的電路結(jié)構(gòu)是BOOST升壓電路形式。其主要的工作原理是將DCDC隔離電路的輸出電壓升高到120V左右，最高達(dá)到150V，滿足起搏時(shí)恒流源正常工作的需求。所述恒流源模塊在一定的條件下工作，其工作時(shí)的電流只受到控制電壓的作用，與控制電壓的大小成一定的比例關(guān)系，與具體的高壓電路的電壓值沒有具體的關(guān)系。所述的控制反饋的DAC和ADC模塊分別連接恒流源的輸入控制電壓和反饋電壓，以確定恒流源電路工作的狀態(tài)。ADC轉(zhuǎn)換器連接恒流源的輸出反饋點(diǎn)，以確定恒流源的實(shí)際輸出電流值；DAC轉(zhuǎn)換器連接恒流源的輸入控制點(diǎn)，控制恒流源的理論輸出電流值。本發(fā)明的有益效果是
升壓隔離電路拋棄了傳統(tǒng)的使用的變壓器電路來完成升壓降壓電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而采用由DCDC轉(zhuǎn)換器完成隔離；由BOOST電路完成升壓電路，使用該方法有助于實(shí)現(xiàn)電路模塊化，減少出現(xiàn)問題的概率。另外由于本電路采用了電壓控制的恒流源工作模式。在恒流源正常工作的情況下，輸出的電流不受升壓電路輸出的電壓的影響，只受到恒流源控制電壓的控制，這就降低了升壓電路的設(shè)計(jì)難度，增加了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。同時(shí)，由于采用DAC輸出電壓來控制起搏電流的輸出，可以使一定范圍之內(nèi)起搏電流的連續(xù)可調(diào)成為可能?，F(xiàn)在通用的MCU都有ADC和DAC控制電路，這種設(shè)計(jì)方法也方便使用MCU來控制起搏器的輸出模式。


圖I為本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖2為本發(fā)明的升壓電路的結(jié)構(gòu)框圖3為本發(fā)明的恒流源結(jié)構(gòu)框圖4為本發(fā)明的恒流源反饋的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
如圖I所示，本發(fā)明包括DCDC隔離模塊、DCDC升壓模塊、第一電極、第二電極、恒流源模塊、模擬隔離模塊、ADC模塊和DAC模塊；所述DCDC隔離模塊連接DCDC升壓模塊，DCDC升壓模塊連接與人體連接的第一電極，與人體連接的第二電極接恒流源模塊，恒流源模塊接模擬隔離模塊，模擬隔離模塊連接ADC模塊和DAC模塊。外部電源經(jīng)過Drac隔離模塊完成與網(wǎng)電源的隔離，以保證患者漏電流滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。隔離之后的電源經(jīng)過Drac升壓模塊上升到150V左右，該電壓保證在人體的起搏阻抗500歐姆左右滿足起搏的需求。升壓之后的電壓經(jīng)過兩個(gè)電極與人體接觸，向人體發(fā)送起搏脈沖。起搏脈沖的電流大小由恒流源模塊進(jìn)行控制。模擬隔離模塊完成模擬信號(hào)的隔離，將無失真的模擬信號(hào)傳遞給ADC模塊和DAC模塊。ADC模塊負(fù)責(zé)將采樣，將實(shí)際輸出的起搏脈沖幅度傳送給MCU，而DAC將MCU的電流控制信號(hào)傳送給恒流源模塊，控制恒流源的輸出電壓。
如圖2所示，是一個(gè)典型的BOOST類型的D⑶C升壓電路的結(jié)構(gòu)圖。D⑶C升壓模塊包括外部隔離之后的電源DC、電容Cl、C2、電感LI、三極管Ql和二極管Dl ；電源DC連接電容Cl、電感LI和三極管Ql，電感LI分別連接三極管Ql和二極管Dl，二極管Dl連接電容C2，電容C2分別連接三極管Q1、電容Cl和電源DC。外部隔離之后的電源DC經(jīng)過Cl濾波之后提供給LI，當(dāng)Ql三極管(或者M(jìn)OS管，IGBT等電子管)打開時(shí)，經(jīng)過LI的電流，逐漸增加，LI電感存儲(chǔ)能量，電流經(jīng)Ql回到DC的負(fù)極；當(dāng)Ql三極管(或者M(jìn)OS管，IGBT等電子管)關(guān)閉時(shí)，電感存儲(chǔ)的能量以負(fù)高壓的形式出現(xiàn)在電感兩端，電感上的電壓與電源電壓疊加流經(jīng)Dl對(duì)C2進(jìn)行充電。在三極管再次打開時(shí)，C2對(duì)負(fù)載放電。該電路完成電壓升壓的功能，升壓的理論值與開關(guān)頻率的占空比相關(guān)。如圖3所示，是本發(fā)明中的恒流源電路。恒流源模塊包括運(yùn)算放大器Ul、電阻R1、R2、三極管Q1，運(yùn)算放大器Ul的正端連接DAC模塊，負(fù)端連接電阻R2和三極管Ql的發(fā)射極，電阻R2 —端接地；運(yùn)算放大器Ul的輸出端接電阻R1，電阻Rl接三極管Ql的基極，三極管Ql的集電極接第二電極。當(dāng)給予運(yùn)算放大器Ul合適的工作電壓之后，Ul即開始正常工作。此時(shí)，由于運(yùn)算放大器Ul的兩個(gè)輸入端存在的虛短特性，故Ul的正端的電壓等于Ul的負(fù)端的電壓。此時(shí)，流經(jīng)R2兩端的電流即可以得出
該電流的大小與Ul的工作電壓無關(guān)，與電極2的電壓無關(guān)。由此我們可以得到，控制Vdac的值，就控制了流經(jīng)人體的起搏電流的值。如圖4所示，是恒流源電路的控制和反饋回路。來自MCU的信號(hào)經(jīng)過DAC變換之后輸出一個(gè)模擬電壓信號(hào)，該模擬電壓信號(hào)與Ul運(yùn)算放大器的正輸入端相連接，此信號(hào)來控制恒流源的輸出電流的大小。而運(yùn)算放大器的正輸入端與ADC連接在一起，作為一個(gè)反饋，來判斷電流的輸出是否與設(shè)定值是相同的。當(dāng)恒流源正常工作的條件不具備的時(shí)候，輸出電流的大小與輸入的控制信號(hào)是不相同的。該反饋信號(hào)可以輸入到MCU中，由MCU來判斷輸出信號(hào)是否正常。另外一點(diǎn)需要注意的是，該恒流源在實(shí)際工作的時(shí)候，能夠輸出的最小電流為O ;能夠輸出的最大電流由升壓電路的電壓，人體的實(shí)際阻抗來決定，恒流源的采樣電阻的大小，恒流源的工作電壓等幾方面的因素綜合到一起來決定。本發(fā)明在工作時(shí)，發(fā)放的起搏信號(hào)的脈寬，周期等由MCU內(nèi)部的定時(shí)器控制，通過DAC是否輸出一定的幅值來控制起搏信號(hào)的發(fā)送。而起搏信號(hào)的電流的大小通過DAC的輸出的幅值來決定。同時(shí)，ADC模塊采樣實(shí)際輸出的電流的大小，當(dāng)與設(shè)置的電流輸出不相符合的時(shí)候，MCU進(jìn)行按照實(shí)際的情況進(jìn)行調(diào)整?；蛘咄ㄟ^顯示屏，串行口，聲音等方式來提醒操作人員需要注意。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于恒流源的起搏脈沖產(chǎn)生發(fā)放電路，其特征在于包括DCDC隔離模塊、DCDC升壓模塊、第一電極、第二電極、恒流源模塊、模擬隔離模塊、ADC模塊和DAC模塊；所述DCDC隔離模塊連接D⑶C升壓模塊，D⑶C升壓模塊連接與人體連接的第一電極，與人體連接的第二電極接恒流源模塊，恒流源模塊接模擬隔離模塊，模擬隔離模塊連接ADC模塊和DAC模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于恒流源的起搏脈沖產(chǎn)生發(fā)放電路，其特征在于所述D⑶C升壓模塊包括外部隔離之后的電源DC、電容Cl、C2、電感LI、三極管Ql和二極管Dl ；電源DC連接電容Cl、電感LI和三極管Ql，電感LI分別連接三極管Ql和二極管Dl，二極管Dl連接電容C2，電容C2分別連接三極管Q1、電容Cl和電源DC。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于恒流源的起搏脈沖產(chǎn)生發(fā)放電路，其特征在于所述的恒流源模塊包括運(yùn)算放大器U1、電阻R1、R2、三極管Ql，運(yùn)算放大器Ul的正端連接DAC模塊，負(fù)端連接電阻R2和三極管Ql的發(fā)射極，電阻R2 —端接地；運(yùn)算放大器Ul的輸出端接電阻R1，電阻Rl接三極管Ql的基極，三極管Ql的集電極接第二電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于恒流源的起搏脈沖產(chǎn)生發(fā)放電路，其中，包括DCDC隔離模塊、DCDC升壓模塊、第一電極、第二電極、恒流源模塊、模擬隔離模塊、ADC模塊和DAC模塊；所述DCDC隔離模塊連接DCDC升壓模塊，DCDC升壓模塊連接與人體連接的第一電極，與人體連接的第二電極接恒流源模塊，恒流源模塊接模擬隔離模塊，模擬隔離模塊連接ADC模塊和DAC模塊。本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，采用模塊化設(shè)計(jì)，電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，調(diào)試方便。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102908723SQ201210455400
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者夏振宏, 謝陸偉 申請(qǐng)人:河南華南醫(yī)電科技有限公司