一种单电源多模态脉冲电源及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种单电源多模态脉冲电源及其控制方法，其包括至少二个脉冲发生模块和一个电源；每个脉冲发生模块包括储能元件、开关元件、第一隔离元件、第二隔离元件、充电元件；每个脉冲发生模块均通过充电元件和电源进行连接，每个脉冲发生模块通过第二隔离元件进行电连接。对每个脉冲发生模块的储能元件的参数和充电元件的参数进行计算，可以获得满足特定负载阻抗（范围）下的更优的脉冲参数和/或元件参数。通过对脉冲发生模块进行同时导通、不同时导通的控制，可以输出多种形式的脉冲，能够满足生物组织多样化的消融需求。满足生物组织多样化的消融需求。满足生物组织多样化的消融需求。

【技术实现步骤摘要】
一种单电源多模态脉冲电源及其控制方法


[0001]本申请设计脉冲功率
，具体而言，涉及一种单电源多模态脉冲电源及其控制方法。

技术介绍

[0002]脉冲功率技术在近年来发展迅速，其已经被应用到了多个方面。脉冲功率技术也应用到了消融领域。采用脉冲进行消融具有消融速度快、对正常组织的影响小、可以保留血管和神经等优点。
[0003]近年来，人们将多种不同参数的脉冲结合起来实现了较为精准的消融。比如将脉冲宽度为纳秒级别、幅值相对较高的脉冲和脉冲宽度为微秒级别、幅值相对较低的脉冲结合起来对生物组织消融，可以更好地控制肌肉收缩和减轻对正常组织的影响。
[0004]要开展这种多参数脉冲消融，就需要对应的脉冲源，对此，研究人员提出了一些思路来产生这种复杂的脉冲形式，但是这些脉冲源的结构都较为复杂，绝大多数都需要多个电源。
[0005]传统的脉冲电源如图1所示，在该脉冲源中，有多个级联的脉冲产生模块，直流电源通过第一个模块给每个模块进行充电，在放电时，所有的脉冲产生模块进行串联放电输出，这样就使得该传统的脉冲电源较为适合于脉宽较窄、幅值较高的脉冲的输出；当需要提高输出脉冲的脉宽时，需要每一个脉冲产生模块中的储能元件的参数均满足要求，这就增大了成本；同时所有脉冲产生模块均最终通过图1中的充电电阻Rc进行充电，这导致充电电阻Rc成为了制约充电功率的瓶颈，进而使得该脉冲电源的输出频率受到限制；并且如果单纯地减小充电元件Rc的阻抗，则会导致在充电二极管上的电流过大，尤其是刚开始充电的时候，电容上没有电压，初始充电电流很大，容易造成充电二极管损坏。
[0006]现有的脉冲源的如上所述的缺点，使得将多种不同参数的脉冲（群）组合输出的形式受到了限制，所以亟需一款性能可靠、控制相对简单、成本占优的脉冲电源来解决该问题。

技术实现思路

[0007]本申请针对现有脉冲电源的缺点，提出一种单电源多模态脉冲电源及其控制方法，以解决现有技术中的脉冲电源的输出频率较低、成本较高、控制不灵活的技术问题。
[0008]第一个方面，本申请提出一种单电源多模态脉冲电源，包括：至少二个脉冲发生模块和一个电源。
[0009]每个脉冲发生模块包括储能元件、开关元件、第一隔离元件、第二隔离元件、充电元件。
[0010]充电元件的第二端和第一隔离元件的第一端电连接。
[0011]第一隔离元件的第二端和储能元件的第一端电连接；第一隔离元件的第二端和开关元件的第一端电连接。
[0012]储能元件的第二端和第二隔离元件的第一端电连接。
[0013]开关元件的第二端和第二隔离元件的第二端电连接。
[0014]距电源最远的脉冲发生模块的第二隔离元件的第二端和电源的第二端电连接。
[0015]靠近电源的脉冲发生模块的第二隔离元件的第二端和其相邻的脉冲发生模块的第二隔离元件的第一端电连接。
[0016]脉冲发生模块的充电元件的第一端和电源的第一端电连接。
[0017]第二个方面，本申请提出一种单电源多模态脉冲电源控制方法，其思路为根据单电源多模态脉冲电源所施加生物组织的细胞特性，输出可以使得生物组织细胞的细胞膜、细胞器膜、细胞核膜发生电穿孔、扩大电穿孔和维持电穿孔的脉冲（群）；产生电穿孔的脉冲幅值大于等于扩大电穿孔的脉冲幅值，扩大电穿孔的脉冲幅值大于等于维持电穿孔的脉冲幅值；产生电穿孔的脉冲宽度小于等于扩大电穿孔的脉冲宽度；扩大电穿孔的脉冲宽度小于等于维持电穿孔的脉冲宽度；各个脉冲（群）之间可以相互交叠也可以相互分离。
[0018]针对脉冲发生模块而言：每个脉冲发生模块中的充电元件和储能元件的参数值可以不等；储能元件参数值的确定方法为单电源多模态脉冲电源需满足所有控制状态下施加在负载上的脉冲的顶降百分值小于等于允许值；对应的充电元件的参数值确定方法为充电元件需满足最大的充电速度要求。
[0019]针对储能元件参数值的确定方法，一种可选的方法为，通过某一个脉冲发生模块来输出脉宽较大的脉冲，所有脉冲发生模块一起来输出脉宽较小的脉冲，除了输出较大脉宽的脉冲发生模块外，其余脉冲发生模块的储能值相同。则该产生脉宽较大的脉冲发生模块的储能电容值在顶降较小时可以通过公式计算，储能电容值≥较大的脉宽
÷
(脉冲顶降百分值
×
负载阻抗)；和计算公式二：f(C1,C2,C3,
…
,Cn) ≥较小的脉宽
÷
(脉冲顶降百分值
×
负载阻抗)；其中函数f(C1,C2,C3,
…
,Cn)表示参与到放电的脉冲发生模块的等效电容。
[0020]对于充电元件的参数值计算，则可以通过充电回路的回路方程或者简化的公式计算，此处不再赘述。
[0021]当然，因为单电源多模态脉冲电源的控制灵活，可以通过多个脉冲发生模块输出的脉冲进行拼接，组合形成一个脉宽较大的脉冲，则此时也可以列出对应的不等式方程组求得对应的电容值，此过程和上述过程类似，此处不再赘述。
[0022]单电源多模态脉冲电源在充电时，开关元件没有导通的脉冲发生模块中的储能元件通过充电元件和第一隔离元件从电源获取能量。
[0023]单电源多模态脉冲电源有两类放电模式，第一类放电模式为所有脉冲发生模块的开关元件均导通；第二类放电模式为部分脉冲发生模块的开关元件导通。
[0024]针对第一类放电模式：所有脉冲发生模块中的开关元件均导通；则负载上输出电压幅值的绝对值为电源电压的n倍，其中n为脉冲发生模块的数量。
[0025]针对第二类放电模式：部分脉冲发生模块中的开关元件导通，对于开关元件导通的脉冲发生模块，其放电通路为本模块的储能元件和开关元件；对于开关元件没有导通的脉冲发生模块，其放电通路为本模块的第二隔离元件；负载上输出的电压幅值的绝对值为电源幅值的m倍，其中m为开关元件导通的脉冲发生模块的数量。
[0026]对于第一类放电模式和第二类放电模式而言，不同的脉冲发生模块中的开关元件
可以同时导通，也可以不同时导通，还可以部分同时导通。
[0027]对于脉冲发生模块而言，储能元件可以是电容；开关元件可以是MOSFET、IGBT、等开关设备；第一隔离元件、第二隔离元件可以是二极管、电感、电阻等；充电元件可以是电阻、电感、二极管等。
[0028]此单电源多模态脉冲电源还可以作为桥式电路等其他电路中的一部分用于输出双极性脉冲。
[0029]本专利技术相对于传统的脉冲电源具有如下的显著优点。首先，通过将充电电流分散到多个充电元件，可以有效地提高充电的功率，提升脉冲源的输出频率和功率。然后，通过对每一个模块进行元件参数的调节，可以得到适用于对应负载特性的最佳的元件参数，使得成本降低。最后，通过灵活的控制，可以实现复杂脉冲的输出，满足多种需求。
附图说明
[0030]本申请的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显。
[0031]在下面的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单电源多模态脉冲电源，其特征在于，包括：至少二个脉冲发生模块和一个电源；每个所述脉冲发生模块包括储能元件、开关元件、第一隔离元件、第二隔离元件、充电元件；所述充电元件的第二端和所述第一隔离元件的第一端电连接；所述第一隔离元件的第二端和所述储能元件的第一端电连接；所述第一隔离元件的第二端和所述开关元件的第一端电连接；所述储能元件的第二端和所述第二隔离元件的第一端电连接；所述开关元件的第二端和所述第二隔离元件的第二端电连接；距所述电源最远的所述脉冲发生模块的所述第二隔离元件的第二端和所述电源的第二端电连接；靠近所述电源的所述脉冲发生模块的所述第二隔离元件的第二端和其相邻的所述脉冲发生模块的所述第二隔离元件的第一端电连接；所述脉冲发生模块的所述充电元件的第一端和所述电源的第一端电连接。2.一种单电源多模态脉冲电源控制方法，其特征在于：根据所述单电源多模态脉冲电源所施加生物组织的细胞特性，输出可以使得生物组织细胞的细胞膜、细胞器膜、细胞核膜发生电穿孔、扩大电穿孔和维持电穿孔的脉冲（群）；产生电穿孔的脉冲幅值大于等于扩大电穿孔的脉冲幅值，扩大电穿孔的脉冲幅值大于等于维持电穿孔的脉冲幅值；产生电穿孔的脉冲宽度小于等于扩大电穿孔的脉冲宽度；扩大电穿孔的脉冲宽度小于等于维持电穿孔的脉冲宽度；各个脉冲（群）之间可以相互交叠也可以相互分离。3.根据权利要求1所述脉冲发生模块，其特征在于：每个所述脉冲发生模块中的所述充电元件和所述储能元件的参数值可以不等；所述储能元件参数值的确定方法为所述单电源多模态脉冲电源需满足所有控制状态下施加在负载上的脉冲的顶降百分值小于等于允许值；对应的所述充电元件的参数值确定方法为所述充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌金，
申请(专利权)人：重庆千恩医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：