功率超声换能器激励电路制造技术

一种用于生物医学工程技术领域的功率超声换能器激励电路，第一信号发生电路和第二信号发生电路的输出端分别接入到选通门的输入端，选通门的控制端接受频率选择信号，它的输出端接入到信号调制电路的第一个输入端，其第三个输入端接受来自保护电路的信号，它的输出端接入到驱动电路的输入端，驱动电路的输出端接入到串联谐振功率放大电路的信号输入端，串联谐振功率放大电路的馈电输入端与多级直流电源的电压输出端相连接，向保护电路输出保护信号，它的信号输出端直接与功率超声换能器相连接，激励其发出超声波。本发明专利技术电路简单，调试方便，输出信号的幅度和占空比均可控制，传输效率很高，电路运行安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种用于生物医学工程
的医疗器械中的激励电路，尤其是一种恶性肿瘤超声热疗系统的功率超声换能器激励电路。
技术介绍
超声热疗既能治疗浅表肿瘤又能治疗深部肿瘤，安全可控，疗效良好，无副作用，而且它与放疗、化疗有明显的互补和增敏效果，热疗结合放疗或化疗实现综合治疗，疗效将显著提高；此外，超声热疗无电离、非电离辐射和电磁辐射，既不会对医务人员带来任何损害，又不会污染环境，因而，超声热疗是一种新兴有力的抗癌手段。近几年来，以高强度聚焦超声(HIFU)为代表的大剂量即损伤性剂量的治疗方法，取得了突破性的进展，更使超声治疗设备得到了长足的发展。众多的超声治疗设备都离开不了功率超声换能器激励电路，它必须能根据治疗需要提供适当的电压和电流，即适当的功率，尤为重要的是它必须是可控的，即能随着治疗的进展相应地调整其输出的电压、电流和占空比。经对现有技术的文献检索发现，中国专利授权公告号为CN1111074C，为大功率超声换能器阵驱动电路，虽然具有新意，且已克服了其它同类电路的某些不足之处，但其“功率驱动单元是由完全相同的两臂电路组成的推挽式丙类电路”，使用变压器输出。造成其线路复杂、所需的馈电电源电压高、效率较低等等不足之处。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种功率超声换能器激励电路，使其用于恶性肿瘤超声热疗系统中，具有电路简单，调试方便，馈电电源电压低，输出信号的幅度和占空比均可控制，工作效率和传输效率都很高，电路运行安全、控制灵活方便、高性能价格比等优点。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术由第一信号发生电路、第二信号发生电路、选通门、信号调制电路、驱动电路、串联谐振功率放大电路、多级直流电源和保护电路各单元电路构成，第一信号发生电路和第二信号发生电路的输出端分别接入到选通门的输入端，选通门的控制端接受频率选择信号，该信号来自恶性肿瘤超声热疗系统的智能化监控子系统，智能化监控子系统是恶性肿瘤超声热疗系统的另一个子系统，由监控插卡、主控计算机、智能化软件、人机对话外设等部件组成，是恶性肿瘤超声热疗系统各部分正常、合理地运行和智能化控制的指挥中心，所述功率超声换能器激励电路的工作频率选择；馈电电源电压的步进调节，按PWM信号精细控制超声功率输出等等都由它监控，它的输出端接入到信号调制电路的第一个输入端，信号调制电路的第二个输入端接受来自智能化监控子系统的脉冲宽度调制PWM信号，其第三个输入端接受来自保护电路的信号，它的输出端接入到驱动电路的输入端，驱动电路的输出端接入到串联谐振功率放大电路的信号输入端，串联谐振功率放大电路的馈电输入端与多级直流电源的电压输出端相连接，它还接受来自智能化监控子系统的频率选择信号，向保护电路输出保护信号，它的信号输出端直接与功率超声换能器相连接，激励其发出超声波，多级直流电源的三个电压控制端接受来自智能化监控子系统的并行控制信号。所述串联谐振功率放大电路应用调谐放大电路程式，使用VMOS场效应管作功率放大器件，工作在临界C类状态。所述串联谐振功率放大电路，VMOS场效应管MOSFET-IRF460的栅极由来自驱动电路的信号驱动，匹配电阻R1并接在栅极与源极之间，源极接地，漏极通过由L1、C1、C2组成的Γ型滤波电路与多级直流电源的电压输出端相接，消除杂波的电容C3并接在漏极与源极之间，漏极还与偶合电容C4相连，C4的另一端经过继电器J1的触点J1A与谐振电感L2或L3相连，L2的另一端与谐振电容C5相接，C5的另一端接地，L3的另一端与谐振电容C6相接，C6的另一端接地，功率超声换能器经过继电器J1的触点J1B并接在谐振电容C5或C6上，L2、C5和功率超声换能器构成谐振频率为F1的串联谐振网络，L3、C6和功率超声换能器构成谐振频率为F2的串联谐振网络，偶合电容C4和谐振电容C5、C6由多个电容并联组成，谐振电感L2、L3由多个电感并联组成，感应线圈L4、L5的一端接地，它们的另一端分别经检波二极管D1或D2与充电电容C7相连接，充电电容C7的一端接地，另一端接到保护电路。本专利技术摈弃了现有技术的推挽式功率放大电路，不但省略了其结构中的笨重、繁杂的功率输出变压器和少用了一半的功率放大器件，而且电路变得十分简单；它的馈电电源(多级直流电源)因电压大大降低而变得轻巧；它的信号调制电路、驱动电路也因只需输出固定幅度的信号而变得十分简单。本专利技术增加了现有技术所没有的保护电路，电路十分简单，但功效显著。因此，本专利技术的功率超声换能器激励电路能够(一)串联谐振功率放大电路良好的选频特性可将方波激励信号转换成同频的正弦波输出信号，而其谐振特性可使输出的正弦波信号的幅度大大高于其漏极馈电电压，不象传统功率放大电路那样，输出信号的幅度总是低于漏极馈电电压，除非其使用升压变压器输出。(二)串联谐振功率放大电路输出的功率超声换能器激励信号的电压幅度，直接取决于多级直流电源的输出电压，它也决定了超声换能器输出的超声功率。借助于信号调制电路，可以改变串联谐振功率放大电路输出的功率超声换能器激励信号的占空比，从而使输出的超声功率得到精确的控制。前者决定于电压选择，后者决定于PWM信号，两者均来自智能化监控子系统。(三)串联谐振功率放大电路中的串联谐振网络还能使它的输出阻抗与功率超声换能器的输入阻抗相匹配，从而得到最高的传输效率，尤为重要的是，当两者严重失配时，它还能发出失配信号，通过保护电路、信号调制电路自动关闭电路的运行，确保安全。本专利技术设计的功率超声换能器激励电路思路新颖，电路简单，调试方便，输出的激励电压的幅度可数倍于馈电电压，输出信号的幅度和占空比均可控制，波形失真小，不仅电路本身的工作效率很高，而且与超声换能器之间的传输效率也很高，电路运行安全，控制灵活方便，有着广阔的应用前景和市场潜力。附图说明图1为本专利技术的系统组成图。图2为本专利技术的串联谐振功率放大电路的电原理图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的实施例进一步详细描述如图1所示，本专利技术由第一信号发生电路、第二信号发生电路、选通门、信号调制电路、驱动电路、串联谐振功率放大电路、多级直流电源和保护电路各单元电路构成。第一信号发生电路和第二信号发生电路的输出端分别接入到选通门的输入端。它的输出端接入到信号调制电路的第一个输入端。信号调制电路的第二个输入端接受来自智能化监控子系统的脉冲宽度调制PWM信号，其第三个输入端接受来自保护电路的信号，它的输出端接入到驱动电路的输入端。驱动电路的输出端接入到串联谐振功率放大电路的信号输入端。串联谐振功率放大电路的馈电输入端与多级直流电源的电压输出端相连接，它还接受来自智能化监控子系统的频率选择信号，向保护电路输出失配信号，它的信号输出端直接与功率超声换能器相连接，激励其发出超声波。多级直流电源的三个电压控制端接受来自智能化监控子系统的并行控制信号。所述第一信号发生电路、第二信号发生电路分别产生频率为F1、F2的连续方波信号，在实施例中，F1＝1MHz，F2＝3.3MHz。选通门采用多级与门电路，在来自智能化监控子系统的频率选择信号控制下输出频率为F1或F2的连续方波信号。信号调制电路实质上是一个三与门，三个输入信号分别是频率为F1或F2的连续方波信号；来自智能化监控子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率超声换能器激励电路，其特征在于：由第一信号发生电路、第二信号发生电路、选通门、信号调制电路、驱动电路、串联谐振功率放大电路、多级直流电源和保护电路各单元电路构成，第一信号发生电路和第二信号发生电路的输出端分别接入到选通门的输入端，选通门的控制端接受频率选择信号，该信号来自恶性肿瘤超声热疗系统的智能化监控子系统，它的输出端接入到信号调制电路的第一个输入端，信号调制电路的第二个输入端接受来自智能化监控子系统的脉冲宽度调制ＰＷＭ信号，其第三个输入端接受来自保护电路的信号，它的输出端接入到驱动电路的输入端，驱动电路的输出端接入到串联谐振功率放大电路的信号输入端，串联谐振功率放大电路的馈电输入端与多级直流电源的电压输出端相连接，它还接受来自智能化监控子系统的频率选择信号，向保护电路输出保护信号，它的信号输出端直接与功率超声换能器相连接，激励其发出超声波，多级直流电源的三个电压控制端接受来自智能化监控子系统的并行控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚珠，白景峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]