一种直接激励式超声功率驱动系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种直接激励式超声功率驱动系统。该直接激励式超声功率驱动系统包括超声换能器和主控制器，其中：所述主控制器的输出端与所述超声换能器的输入端直接连接，且所述主控制器用于输出驱动所述超声换能器的正弦波信号。本发明专利技术实施例中主控器通过正弦波直接驱动超声换能器，正弦波的频率f正好为超声换能器的谐振频率f0，超声换能器工作在谐振状态，效率最高。有效降低了超声换能器的发热量，并且简化超声器械的整体驱动系统的电路结构，有利于超声手术系统的集成化、轻型化和小型化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及超声手术刀领域，具体涉及一种直接激励式超声功率驱动系统。
技术介绍
超声外科是近10多年来全世界外科手术领域的革命。超声外科手术器械常用于内窥式微创手术和开放性手术。该器械可用于术中止血，从而减少手术过程中的出血现象，这种器械可以在低温环境(50至70℃)下封闭血管，无组织烧伤和结痂现象。超声外科手术器械是通过超声换能器激励的，而超声换能器都是由超声功率驱动电源供能的，常规的超声功率驱动电源，普遍要通过匹配电路进行超声换能器的驱动激励，原因在于，如图1所示，一超声换能器在其机械谐振频率附近的等效电路图，C0为静态电容，是电学元件；L1为动态电感，C1为动态电容，R1为动态电阻，三者构成等效电路的机械臂。u(t)为换能器的外部电压，也是机械臂电压，使用锁相式动态调频率需要准确测量u(t)和i1(t)的相差ψd，u(t)可测量，但i1(t)不可独立测量，只能测量i(t)，将静态电感L0和超声换能器看做整体，测量a，b之间的电压和电流，通过两者的相位差来动态调节电感，因为根据LCR串联谐振性质，相差为正，说明电压超前电流，静态电感L0与超声换能器整体呈感性，通过调整静态电感L0的电感值使超声换能器工作在谐振状态下。超声换能器工作在谐振点时，超声换能器内静态电容C0和L0所在回路的阻抗最小，经过静态电容C0和L0的电流最大，因静态电容C0和L0并非理想器件，均存在损耗，并且由此而导致超声换能器发热的现象发生。严重时，甚至因为超声换能器温度过高，而使手术操作者无法掌握，影响使用。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种直接激励式超声功率驱动系统，以减少超声换能器的发热量。本专利技术实施例提供的技术方案提供了一种直接激励式超声功率驱动系统。所述系统包括超声换能器和主控制器，其中：所述主控制器的输出端与所述超声换能器的输入端直接连接，且所述主控制器用于输出驱动所述超声换能器的正弦波信号。由上述技术方案可知，本专利技术实施例通过主控制器直接输出驱动超声换能器的正弦波信号，且主控制器的输出端与超声换能器的输入端直接连接，令超声换能器工作于谐振状态，超声换能器阻抗最小，超声换能器的效率最高，因而超声换能器的热损耗较低，避免了超声换能器发热量大的现象。并且简化了主控器的电路结构，有利于超声功率驱动系统的集成化、轻型化和小型化。附图说明图1为现有技术中提供的一种直接激励式超声功率驱动系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例中提供的一种直接激励式超声功率驱动系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。本专利技术实施例中提供了一种直接激励式超声功率驱动系统，该直接激励式超声功率驱动系统在现有技术的基础进行了优化，主控制器直接输出正弦波以驱动超声换能器，且超声换能器处于非谐振状态，降低了超声换能器的功耗。图1是现有技术中提供的一种直接激励式超声功率驱动系统的结构示意图，该直接激励式超声功率驱动系统中，通过超声换能器的工作电压和工作电流的相位差来追踪调整静态电感的电感值，以保证超声换能器尽量工作在谐振点，以实现超声换能器的最大有用功率输出。如图1所示，超声换能器12工作在谐振点，导致超声换能器12内静态电容C0所在支路的阻抗最小，经过静态电容C0的电流较大，因而静态电容C0的功耗较大，并且由此而导致超声换能器12发热量大的现象发生。如图1所示，现有的直接激励式超声功率驱动系统包括主控制器11、等效滤波器13和超声换能器12。其中，主控制器11的输出端与等效滤波器13的输入端直接连接，且主控制器11用于输出方波信号，等效滤波器13的输出端与超声换能器12的输入端相连，等效滤波器13用于将主控制器11输出的方波信号转化为驱动超声换能器12的正弦波信号。当现有技术中的直接激励式超声功率驱动系统正常工作时，超声发生器111产生方波信号，功率放大器112处于开关模式，以对方波信号进行功放处理。等效滤波器13包括静态电感L0以及超声换能器12内的静态电容C0。等效滤波器13对经功放处理的方波信号进行滤波，输出正弦波信号，并通过正弦波信号驱动超声换能器12。由于静态电感L0和静态电容C0谐振导致静态电容C0所在回路的阻抗最小，使得经过静态电容C0的电流i0(t)最大，进而静态电容C0的功耗较大。由此而导致超声换能器发热量大的现象发生，严重时，甚至因为超声换能器温度过高，使手术操作者无法掌握，甚至发生烫伤现象，导致手术过程中二次事故的发生。图2为本专利技术实施例中提供的一种直接激励式超声功率驱动系统的结构示意图。如图2所示，该直接激励式超声功率驱动系统包括主控制器21和超声换能器22；其中，主控制器21的输出端与超声换能器22的输入端直接连接，且主控制器21用于输出驱动超声换能器22的正弦波信号。示例性的，超声换能器22的等效电路包括依次串联连接的动态电感L1、动态电容C1和动态电阻R1，以及与动态电感L1、动态电容C1和动态电阻R1并联连接的静态电容C0。具体的，主控制器21用于输出驱动超声换能器22的正弦波信号，而不是方波信号，因而该超声功率驱动系统中无需等效滤波器来对方波信号进行滤波处理，即主控制器21的输出端与超声换能器22的输入端直接连接。结合图1和图2，本实施例相比于现有技术，控制器21与超声换能器22之间减少了静态电感L0，因而避免了静态电感L0与静态电容C0谐振，即本实施例中静态电容C0所在支路的阻抗较大，且功耗较小，有效降低了超声换能器产生的热量，避免了因为超声换能器22温度过高，而使手术操作者无法掌握甚至发生烫伤，导致手术过程中二次事故的发生。示例性的，主控制器21包括超声发生器211，超声发生器211用于输出驱动超声换能器22的正弦波信号。超声手术刀系统正常工作时，首先由超声发生器211直接输出正弦波信号，使在不需要对正弦波信号进行滤波处理的条件下，超声换能器22就可以直接被超声发生器211输出的正弦波信号驱动，简化了超声器械的整体驱动系统的电路结构，有利于超声手术系统的集成化、轻型化和小型化。示例性的，主控制器21包括功率放大器212，功率放大器212与超声换能器22连接，且功率放大器212用于对超声发生器211输出的正弦波信号进行放大处理。在对超声发生器211输出的正弦波信号放大处理时，会将主控制器21内的功率放大器212调整为放大模式，然后将功放处理后的正弦波信号发送给超声换能器22。超声换能器22可以置于超声驱动手柄内，即置于用户手持结构内，用户通过手持超声驱动手柄来采用超声手术刀系统进行手术。进一步的，主控制器21包括变压器T，变压器T与功率放大器212连接，且变压器T输出经功率放大器212放大处理后的正弦波信号的电压给所述超声换能器22。经功率放大器放大处理后的正弦波信号的频率f正好为超声换能器工作所需电信号的频率，即超声换能器的谐振频率f0。进一步的，经功率放大器放大处理后的正弦波信号的频率范围是20kHz到120KHz，较为适当的频率为30kHz-70kHz。可选的，经功率放大器放大处理后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接激励式超声功率驱动系统，其特征在于，包括超声换能器和主控制器，其中：所述主控制器的输出端与所述超声换能器的输入端直接连接，且所述主控制器用于输出驱动所述超声换能器的正弦波信号。

【技术特征摘要】
2016.10.25 CN 20161093234071.一种直接激励式超声功率驱动系统，其特征在于，包括超声换能器和主控制器，其中：所述主控制器的输出端与所述超声换能器的输入端直接连接，且所述主控制器用于输出驱动所述超声换能器的正弦波信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控制器包括超声发生器，所述超声发生器用于输出驱动所述超声换能器的正弦波信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控制器包括功率放大器，所述功...

【专利技术属性】
技术研发人员：史文勇，
申请(专利权)人：厚凯天津医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12