具有钳位及续流保护功能的脉冲系统技术方案

本发明专利技术公开一种具有钳位及续流保护功能的脉冲系统，包括主控模块、采样处理模块、位于目标细胞组织上的探针、IGBT开关组件、脉冲储能电容和钳位及续流保护电路；钳位及续流保护电路包括二极管D、第一电阻R1、电容C、第二电阻R2和SCR阵列开关组件；与现有技术相比，本发明专利技术的优点在于：本发明专利技术在原有RCD电路的基础上增加了SCR阵列开关组件，通过控制RCD电路的启动时间，除了通过二极管D的被动续流，还可以通过电容C预先存储能量进行主动续流，可实现钳位功能，不影响输出方波的特征。

Pulse system with clamp and continuous current protection function

【技术实现步骤摘要】
具有钳位及续流保护功能的脉冲系统
本专利技术涉及医疗器械电子领域，具体涉及一种具有钳位及续流保护功能的脉冲系统。
技术介绍
脉冲系统中的微秒高压方波脉冲源，主要应用于医疗领域，能够输出方波脉冲用于患者的治疗。在应用于生物细胞组织不可逆电穿孔消融临床治疗或试验过程中，电极(探针)之间可能会发生不可预测的过流或短路，必须进行快速有效的保护。在工作中，既要兼顾正常工作时的方波特征，又要保证因为负载过流或短路，开关在刚性关断的时候，两极电压被限制在安全范围内，传统使用RCD电路来进行对于开关的保护，但是RCD电路中的电容C容量较大，开关(MOSFET或IGBT)在正常关断过程中，部分能量依然可以通过电容C传递到负载上，造成方波脉冲波形严重拖尾，因此获得一种有快速保护功能，且不影响方波特征的脉冲系统十分重要。
技术实现思路
为解决上述至少一种问题，本专利技术提供一种具有钳位及续流保护功能的脉冲系统，包括主控模块、采样处理模块、位于目标细胞组织上的探针、IGBT开关组件、脉冲储能电容和钳位及续流保护电路，钳位及续流保护电路包括二极管D、第一电阻R1、电容C、第二电阻R2和SCR阵列开关组件，二极管D和第一电阻R1并联后串联电容C接入SCR阵列开关组件的S1正极端口；SCR阵列开关组件的S2负极端口接入第二电阻R2后连接第一电阻R1，S2负极端口接入第二电阻R2后连接二极管的阳极；SCR阵列开关组件的COM端连接IGBT开关组件的负端；脉冲储能电容正极连接IGBT开关组件的正端，其负极接入二极管D的阳极；探针的正极接入COM端，负极连接采样处理模块以及第二电阻R2，采样处理模块与主控模块电气连接，主控模块控制上述器件工作，输出方波。SCR阵列开关组件为多级串联的晶闸管，本专利技术采用的SCR阵列开关组件，包括两组串联的晶闸管SS1、SS2，晶闸管SS1的阴极连接晶闸管SS2的阳极，且二者连接端引出COM端，晶闸管SS1的阳极为S1正极端口，晶闸管SS2的阴极为S2负极端口。采样处理模块包括信号处理模块以及电流探头，电流探头设置于探针连接第二电阻R2的线路上，将该线路电流信息传输至信号处理模块，信号处理模块受主控模块控制输出关断信号Sig1、开通信号Sig2。还包括脉冲电容器残压泄放模块，其与脉冲储能电容并联，且受主控模块控制。还包括恒流程控线性高压电源模块，其与脉冲储能电容并联，为上述模块以及电路供电。电容C为高压薄膜电容。二极管D为多级串联的高压快速恢复二极管组成。第一电阻R1为无感线绕功率型电阻。第二电阻R2为无感线绕功率型电阻。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术在原有RCD电路的基础上增加了SCR阵列开关组件，通过控制RCD电路的启动时间，除了通过二极管D的被动续流，还可以通过电容C预先存储能量进行主动续流，可实现钳位功能，不影响输出方波的特征。附图说明图1为本专利技术电路结构示意图；图2为本专利技术SRCD模式下的波形图；图3为由低环路面积和二极管D构成的波形图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术，从而对本专利技术要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本专利技术的某些具体实施例对本专利技术进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本专利技术构思的某些具体实施方式仅是本专利技术的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本专利技术，各具体特征并不当然、直接地限定本专利技术的实施范围。本专利技术适用于：在生物效应研究中，所需的脉冲电流较小，不超过50A，开关正常关断时，L*di/dt引起的尖峰电压可以忽略不计的环境中。下面将介绍一种具有钳位及续流保护功能的脉冲系统，实现在不影响主脉冲特征的情况下，正常工作时无多余功耗。参阅附图所示，本专利技术采用以下技术方案，一种具有钳位及续流保护功能的脉冲系统，包括主控模块(图1中所示CPU)、采样处理模块、位于目标细胞组织上的探针、IGBT开关组件(图1中的IGNT高压大电流超快阵列开关组件)、脉冲储能电容(图1中的高压大容量脉冲电容器)和钳位及续流保护电路，钳位及续流保护电路包括二极管D、第一电阻R1、电容C、第二电阻R2和SCR阵列开关组件，二极管D和第一电阻R1并联后串联电容C接入SCR阵列开关组件的S1正极端口；SCR阵列开关组件的S2负极端口接入第二电阻R2后连接第一电阻R1，S2负极端口接入第二电阻R2后连接二极管的阳极；SCR阵列开关组件的COM端连接IGBT开关组件的负端；脉冲储能电容正极连接IGBT开关组件的正端，其负极接入二极管D的阳极；探针的正极接入COM端，负极连接采样处理模块以及第二电阻R2，采样处理模块与主控模块电气连接，主控模块控制上述器件工作，输出PWM波。其中SCR阵列开关为多级串联的晶闸管组成，本实施例采用的SCR阵列开关组件，包括两组串联的晶闸管SS1、SS2，晶闸管SS1的阴极连接晶闸管SS2的阳极，且二者连接端引出COM端，晶闸管SS1的阳极为S1正极端口，晶闸管SS2的阴极为S2负极端口。采样处理模块包括信号处理模块(图1中的采样信号处理模块)以及电流探头，电流探头设置于探针连接第二电阻R2的线路上，将该线路电流信息传输至信号处理模块，信号处理模块受主控模块控制输出关断信号Sig1、开通信号Sig2。还包括脉冲电容器残压泄放模块，其与脉冲储能电容并联，且受主控模块控制。还包括恒流程控线性高压电源模块，其与脉冲储能电容并联，为上述模块以及电路供电。电容C为高压薄膜电容。二极管D为多级串联的高压快速恢复二极管组成。第一电阻R1为无感线绕功率型电阻。第二电阻R2为无感线绕功率型电阻。本专利技术在RCD电路中增加了SCR阵列开关组件，由于其结电容很小，为中等功率型，可最大程度隔离方波脉冲的高频成分，且不影响脉冲特征；SCR阵列开关组件由多个晶闸管串联组成，不仅提高了高压开关的总耐压，还能降低整个开关组件的结电容。在SCR阵列开关组件的COM端连接IGBT组件的负端，在SCR阵列开关触发后，其导通和关断取决于其所在的主回路，不会出现刚性关断，保证其工作的安全性，无需因为要保护IGBT组件而另外设计SCR阵列开关组件的保护电路，使得电路结构较为简洁，且减少生产成本。如图1所示，图中箭头方向为主要电流流动方向，组织细胞上特定距离的两点之间可认为是纯电阻，利用高压大电流超快阵列开关组件IGBT快速导通特性可以得到近似阶跃的上升波形，利用其刚性关断时对RC指数放电波形的截尾得到近似阶跃下降的波形，可得到近似方波的脉冲。当脉冲源正常工作时，尖峰电压忽略不计，此时IGBT的安全不会受到威胁，但是若此时位于组织细胞的电极(探针)之间的电阻值过低或者发生短路，整个回路会流过高达千安级别的脉冲电流，数个微秒延时后，采样信号处理模块将会发出关断信号Sig1，IGBT开关刚性关断过程中，理论上其两端电压会快上升，并在线路自感的作用下，很快超过安全电压。然而几乎同一时刻，SCR阵列开关组件的开通，电容C将被电路接通，电容C预先被充电至电源电压，利用电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有钳位及续流保护功能的脉冲系统，其特征在于：包括主控模块、采样处理模块、位于目标细胞组织上的探针、IGBT开关组件、脉冲储能电容和钳位及续流保护电路，/n所述钳位及续流保护电路包括二极管D、第一电阻R1、电容C、第二电阻R2和SCR阵列开关组件，二极管D和第一电阻R1并联后串联电容C接入SCR阵列开关组件的S1正极端口；/nSCR阵列开关组件的S2负极端口接入第二电阻R2后连接第一电阻R1，S2负极端口接入第二电阻R2后连接二极管的阳极；/nSCR阵列开关组件的COM端连接IGBT开关组件的负端；脉冲储能电容正极连接IGBT开关组件的正端，其负极接入二极管D的阳极；/n探针的正极接入COM端，负极连接采样处理模块以及第二电阻R2，采样处理模块与主控模块电气连接，主控模块控制上述器件工作，输出方波。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有钳位及续流保护功能的脉冲系统，其特征在于：包括主控模块、采样处理模块、位于目标细胞组织上的探针、IGBT开关组件、脉冲储能电容和钳位及续流保护电路，
所述钳位及续流保护电路包括二极管D、第一电阻R1、电容C、第二电阻R2和SCR阵列开关组件，二极管D和第一电阻R1并联后串联电容C接入SCR阵列开关组件的S1正极端口；
SCR阵列开关组件的S2负极端口接入第二电阻R2后连接第一电阻R1，S2负极端口接入第二电阻R2后连接二极管的阳极；
SCR阵列开关组件的COM端连接IGBT开关组件的负端；脉冲储能电容正极连接IGBT开关组件的正端，其负极接入二极管D的阳极；
探针的正极接入COM端，负极连接采样处理模块以及第二电阻R2，采样处理模块与主控模块电气连接，主控模块控制上述器件工作，输出方波。


2.根据权利要求1所述的具有钳位及续流保护功能的脉冲系统，其特征在于：所述SCR阵列开关组件，包括多级串联的晶闸管。


3.根据权利要求2所述的具有钳位及续流保护功能的脉冲系统，其特征在于：所述多级串联的晶闸管采用两组晶闸管SS1、SS2，晶闸管SS1的阴极连接晶闸管SS2的阳极，且二者连接端引出COM端，晶闸管SS1的阳极为S1正极端口，晶闸管SS2的阴极为S2负极端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：于辉，刘顺坤，胡小军，孙正，
申请(专利权)人：苏州泰思特电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32