全桥逆变器的增益补偿制造技术

使用增益补偿全桥拓扑结构的电外科发生器以及相关的系统和方法。为了实现线性增益结构通过对控制回路应用阻抗和相位校正因子来校正增益非线性。在实施例中，通过RF定位点信号与计算的输出信号对比以产生第一误差信号而执行增益补偿。对第一误差信号应用阻抗校正因子以产生第二误差信号。第二误差信号由比例-积分-微分控制器处理以产生相位控制信号。对相位控制信号应用相位控制校正因子以产生校正的脉冲宽度调制驱动信号，用于为全桥逆变器产生PWM驱动信号。一个或多个传感器为与RF定位点对比提供了反馈。

【技术实现步骤摘要】
全桥逆变器的增益补偿
本公开涉及电外科系统，更确切地说，涉及在利用全桥拓扑结构的电外科发生器中跨越不同的运行条件实现增益补偿的电路和方法。
技术介绍
在外科手术中使用电外科发生器向患者的组织传送电能。当电极连接到发生器时，电极能够用于以高频电能切割、凝结或密封患者的组织。在正常手术期间，来自发生器的交变电流通过穿过患者的组织和体液在主动电极与返回电极之间流动。电能的波形通常被调整为增强其切割、凝结或密封组织的能力。不同的波形对应于发生器的不同运行模式，并且每种模式都给予外科医生各种操作优势。模式可以包含切割、凝结、二者混合、干燥、密封或喷雾。外科医生可以随着外科手术的进展容易地选择和改变不同的运行模式。在每种运行模式中，重要的是调控向患者传送的电外科能量以实现期望的手术效果。超过正确剂量的应用可能导致组织破坏，并且可能延长愈合。低于期望剂量的能量功率的应用抑制外科手术。因此，期望对于被治疗的组织类型控制从电外科发生器输出的能量。随着外科手术的进展将会遇到不同类型的组织并且每种独特的组织都需要更多或更少的功率以适应频繁变化的组织阻抗。因为遇到不同类型的组织和体液，阻抗变化和输出功率的电外科控制的响应时间必须足够快以允许外科医生无缝地治疗组织。此外，在电外科治疗期间能够使同一组织类型脱水，从而其阻抗将在很短的时间区间内发生巨大的改变。输出功率的电外科控制也不得不应对这样的阻抗变化。电外科发生期间常用三种标准控制模式。组织阻抗低时，发生器控制电流限度。组织阻抗中等时，发生器控制功率限度。组织阻抗最高时，发生器控制电压限度。一般来说，电压、电流和功率限度描述了电外科模式。无论控制电压、电流或功率，发生器都必须在整个阻抗范围内采用稳定的控制回路。在现有技术的电外科发生器的设计中，来自AC电源的电压进行整流以提供DC电压。逆变器级将DC电压转换回其频率适用于期望的组织效果的AC电压。此级的输出是能被控制电压、电流或功率的AC波形，以向组织传送正确的能量。配置可变DC电源的常见技术应用相移全桥拓扑结构，其中输出功率经由脉冲宽度调制的输入信号的占空比中的变化来控制。在任何单一运行点，相移全波桥逆变器的增益都为线性。不过，由于定位点的改变、负载的改变、阻抗的改变和其他参数的改变，运行点可以在很宽的范围内变化。因此，逆变器级的整体增益能显著变化。这能够对能量到组织的受控传送有影响。
技术实现思路
所公开的系统用于控制使用增益补偿全桥拓扑结构的电外科发生器。在实施例中，所公开的系统包括求和单元，该求和单元被配置为接收RF定位点信号和计算的输出信号，以及产生对应于RF定位点信号与计算的输出信号之间的差的第一误差信号。与求和单元可操作地通信的阻抗增益补偿单元被配置为接收第一误差信号和对应于负载阻抗的阻抗信号，以及根据阻抗校正计算产生第二误差信号。与阻抗增益补偿单元可操作地通信的补偿器接收第二误差信号以及产生相位控制信号。在实施例中，补偿器包括比例-积分-微分(PID)控制器。本系统包括具有相位预处理模块的相位增益补偿单元，该相位预处理模块被配置为接收相位控制信号，对相位控制信号应用相位增益校正函数以产生校正的脉冲宽度调制驱动信号。相位增益补偿单元包括脉冲宽度调制驱动器，该脉冲宽度调制驱动器被配置为产生第一全桥驱动信号和第二全桥驱动信号。第二全桥驱动信号从第一全桥驱动信号相移对应于校正的脉冲宽度调制驱动信号的量。与脉冲宽度调制驱动器可操作地通信的全桥逆变器接收第一全桥驱动信号和第二全桥驱动信号，以及产生具有对应于第一全桥驱动信号与第二全桥驱动信号之间的相位差的电气性质的电外科输出信号。本系统包括传感器电路，被配置为感测电外科输出信号的电气性质以及产生对应的计算的输出信号。电气性质可以包括但不限于输出电压、输出电流、输出功率或输出阻抗。在实施例中，相位控制电路包括被配置为产生第一全桥驱动信号的时钟。该时钟被设置为与脉冲宽度调制驱动器和全桥逆变器的至少一个可操作通信。在实施例中，传感器电路包括一个或多个传感器，与全桥逆变器的输出可操作地相关联并被配置为输出具有第一格式的传感器信号。传感器电路包括传感器单元，该传感器单元与一个或多个传感器可操作地通信并被配置为接收传感器信号，把传感器信号从第一格式转换为第二格式，并且以第二格式输出传感器信号。在实施例中，第一格式可以为模拟格式而第二格式可以为数字格式。参数计算单元被配置为接收第二格式的传感器信号以及根据电外科发生器的运行模式计算输出信号。在实施例中，电外科发生器的运行模式选自由以下模式组成的组：针对电压模式、针对电流模式、针对功率模式和针对阻抗模式。在实施例中，全桥逆变器包括被配置为提供一般为正弦的电外科输出波形的谐振网络。在实施例中，谐振网络包括带通滤波器。在实施例中，相位增益校正函数根据反正弦函数执行。在实施例中，根据本专利技术在针对电压模式中，其中相移后方波在带通网络上很好地经过滤波使得傅里叶基波是主导谐波，全桥逆变器的稳态输出可以根据公式确定，其中Hv是与负载结合的谐振回路的电压传递函数。在实施例中，根据本专利技术在针对电流模式中，其中相移后方波在带通网络上很好地经过滤波使得傅里叶基波是主导谐波，全桥逆变器的稳态输出可以根据公式确定。在实施例中，根据本专利技术在针对功率模式中，其中相移后方波在带通网络上很好地经过滤波使得傅里叶基波是主导谐波，全桥逆变器的稳态输出可以根据公式确定。在实施例中，当电外科发生器处于针对电流运行模式中时，根据公式执行阻抗校正计算。在实施例中，当电外科发生器处于针对功率运行模式中时，根据公式执行阻抗校正计算。在实施例中，当电外科发生器处于针对电压运行模式中时，根据公式执行阻抗校正计算，其中Zσ0是谐振网络的戴维南等效输出阻抗(如电抗)。同样公开的方法用于在电外科发生器中执行增益补偿。所述方法包括以下步骤：接收RF定位点信号和计算的输出信号，产生对应于RF定位点信号与计算的输出信号之间的差的第一误差信号，通过对第一误差信号应用阻抗校正计算而产生第二误差信号，以比例-积分-微分控制器产生相位控制信号，对相位控制信号应用相位增益校正函数以产生校正的脉冲宽度调制驱动信号，产生第一全桥驱动信号，以及产生第二全桥驱动信号，该第二全桥驱动信号从第一全桥驱动信号相移对应于校正的脉冲宽度调制驱动信号的量。在实施例中，相位增益校正函数根据反正弦函数执行。在实施例中，当控制电压或电流时相位增益校正函数根据反正弦函数执行。在实施例中，当控制功率时相位增益校正函数通过将补偿器的输出平方并随后采用反正弦函数来执行。在实施例中，所公开的方法包括产生电外科输出信号的步骤，该电外科输出信号具有对应于第一全桥驱动信号与第二全桥驱动信号之间的相位差的电气性质。在实施例中，所公开的方法包括感测电外科输出信号的电气性质以及产生对应于电外科输出信号的计算的输出信号。在实施例中，所公开的方法包括把感测的电气性质从第一格式转换为第二格式。在实施例中，根据电外科发生器的运行模式产生计算的输出信号。在所公开的方法的实施例中，当电外科发生器处于针对电压模式中时，根据公式执行阻抗校正计算，其中Zσ0是谐振网络的戴维南等效输出阻抗并为电抗。在所公开的方法的实施例中，当电外科发生器处于针对电流模式中时，根据公式执行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制使用增益补偿全桥拓扑结构的电外科发生器的系统，包括：求和单元，被配置为接收RF定位点信号和计算的输出信号，以及产生对应于RF定位点信号与计算的输出信号之间的差的第一误差信号；阻抗增益补偿单元，被配置为接收第一误差信号和对应于负载阻抗的阻抗信号，以及根据阻抗校正计算产生第二误差信号；控制器，接收第二误差信号并产生相位控制信号；相位增益补偿单元，包括：相位预处理模块，被配置为接收相位控制信号，对相位控制信号应用相位增益校正函数以产生校正的脉冲宽度调制驱动信号；以及脉冲宽度调制驱动器，被配置为产生第一全桥驱动信号和第二全桥驱动信号，该第二全桥驱动信号从第一全桥驱动信号相移对应于校正的脉冲宽度调制驱动信号的量；全桥逆变器，被配置为接收第一全桥驱动信号和第二全桥驱动信号，以及产生电外科输出信号，该电外科输出信号具有对应于第一全桥驱动信号与第二全桥驱动信号之间的相位差的电气性质；以及传感器电路，被配置为感测电外科输出信号的电气性质以及产生对应的计算的输出信号。

【技术特征摘要】
2013.05.31 US 61/829,433;2014.01.30 US 14/168,2961.一种用于控制使用增益补偿全桥拓扑结构的电外科发生器的系统，包括：求和单元，被配置为接收RF定位点信号和计算的输出信号，以及产生对应于RF定位点信号与计算的输出信号之间的差的第一误差信号；阻抗增益补偿单元，被配置为接收第一误差信号和对应于负载阻抗的阻抗信号，以及根据阻抗校正计算产生第二误差信号；控制器，接收第二误差信号并产生相位控制信号；相位增益补偿单元，包括：相位预处理模块，被配置为接收相位控制信号，对相位控制信号应用相位增益校正函数以产生校正的脉冲宽度调制驱动信号；以及脉冲宽度调制驱动器，被配置为产生第一全桥驱动信号和第二全桥驱动信号，该第二全桥驱动信号从第一全桥驱动信号相移对应于校正的脉冲宽度调制驱动信号的量；全桥逆变器，被配置为接收第一全桥驱动信号和第二全桥驱动信号，以及产生电外科输出信号，该电外科输出信号具有对应于第一全桥驱动信号与第二全桥驱动信号之间的相位差的电气性质；以及传感器电路，被配置为感测电外科输出信号的电气性质以及产生对应的计算的输出信号。2.根据权利要求1的系统，其中，相位控制电路包括时钟，该时钟被配置为产生第一全桥驱动信号以及被设置为与脉冲宽度调制驱动器和全桥逆变器的至少一个可操作通信。3.根据权利要求1的系统，其中，传感器电路包括：一个或多个传感器，与全桥逆变器的输出可操作地相关联并被配置为输出具有第一格式的传感器信号；传感器单元，该传感器单元与一个或多个传感器可操作地通信并被配置为接收传感器信号，把传感器信号从第一格式转换为第二格式，并且以第二格式输出传感器信号；以及参数计算单元，被配置为接收第二格式的传感器信号以及根据电外科发生器的运行模式来计算计算的输出信号。4.根据权利要求3系统，其中，电外科发生器的运行模式选自由以下模式组成的组：针对电压模式、针对电流模式、针对功率模式和针对阻抗模式。5.根据权利要求1的系统，其中，全桥逆变器包括被配置为提供为正弦的电外科输出波形的谐振网络。6.根据权利要求1的系统，其中，相位增益校正函数根据反正弦函数执行。7.根据权利要求1的系统，其中，当电外科发生器处于针对电压模式中时，根据公式执行阻抗校正计算，其中Rload为负载阻抗，并且Zo0是谐振网络的戴维南等效输出阻抗。8.根据权利要求1的系统，其中，当电外科发生器处于针对电流模式中时，根据公式执行阻抗校正计算，其中Rload为负载阻抗，并且Zo0是谐振网络的戴维南等效输出阻抗。9.根据权利要求1的系统，其中，当电外科发生器处于针对功率模式中时，根据公式执行阻抗校正计算，其中Rload为负载阻抗，并且Zo0是谐振网络的戴维南等效输出阻抗。10.一种在电外科发生器中执行增益补偿的方法，包括：接收RF定位点信号和计算的输出信号；产生对应于RF定位点信号与计算的输出信号之间的差的第一误差信号；通过对第一误差信号应用阻抗校正计算而产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·马特米勒，D·汤，A·M·瓦斯克维茨，
申请(专利权)人：柯惠有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US