专利名称：一种具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路的制作方法
技术领域：
本发明属于医疗仪器技术领域，具体涉及一种具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，可防止放电电路短路直通和实现了过流保护，可用于除颤器中的高压电脉冲输出电路。
背景技术：
心室纤颤是最为恶性的心律失常，电击除颤是目前最为直接有效的终止心室纤颤的方式。目前较为通用的除颤波形为双相截尾指数波，一般先将电能储存在大电容上，电子开关控制是否放电，电容放电波形即是指数波形。双相波是通过桥式放电电路实现的，控制电子开关的组合和导通顺序可形成桥式放电电路。在实际的除颤过程中，有高电压和大电流产生，稍有不慎就会造成重大损失，轻则损坏除颤器，重则危及患者和除颤器操作者的健康和生命。所以，除颤放电电路的安全性和稳定性就显得尤为重要。本发明即是基于上述出发点而发明的对桥式放电电路的保护设计，防止放电电路短路直通和实现了过流保护。
发明内容
基于对除颤器放电电路安全性和稳定性的考虑，本发明设计了一种具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，防短路直通和实现了过流保护。防短路直通是指防止桥式放电电路负载被电子开关短路而直接导通；过流保护是指当放电电路的电流大于某一阈值时快速切断放电电路。本发明提供的具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，包括四个部分:桥式放电电路，防短路直通电路和/或过流采样电路，逻辑控制电路，和开关驱动模块。其中，桥式放电电路由四支电子开关组成，形成两路通路，其中，对角线位置的电子开关同时导通形成一路通路，两路通路交替导通形成桥式放电电路；防短路直通电路通过两个或非门实现电子开关的互锁，防止放电电路中电子开关短路直通；过流采样电路采集放电电路的电流，其输出控制电子开关的导通与关断；逻辑控制电路通过两个与非门实现防短路直通电路与过流采样电路对电子开关的共同控制；开关驱动模块为一光耦集成电路，实现高压电路与低压电路的隔离，并可直接驱动电子开关。本发明同时完成了两种放电保护功能，即防短路直通和实现了过流保护。桥式放电电路和开关驱动模块为两种保护功能所共有，独立设计了防短路直通电路和过流采样电路，最后由逻辑控制电路将两者合并，实现对放电电路的共同保护。所述桥式放 电电路共由四支电子开关组成，四支电子开关的控制端接开关驱动模块的输出，第一电子开关和第三电子开关组成桥路一侧，第二电子开关和第四电子开关组成桥路另一侧。两侧通路呈轴对称排布，第一电子开关的一端接高压电源，另一端接第三电子开关的一端，第二电子开2的一端接高压电源，另一端接第四电子开关的一端，第三电子开关的另一端与第四电子开关的另一端相接。一支除颤电极接在第一电子开关与第三电子开关的连接处，另一支除颤电极接在第二电子开关与第四电子开关的连接处。对角线位置的电子开关同时导通，即第一电子开关和第三电子开关同时导通，或第二电子开关和第四电子开关同时导通，形成两路放电电路，两路放电电路交替导通，即实现了桥式放电电路(此电路可参见专利《适用于体外除颤器的高压脉冲发生电路》，专利号ZL200720074627.7)。关于防短路直通电路，在对桥式放电电路的控制上，首先必须保证对同一桥路的控制时序同步，然后要防止两路桥路同时导通，传统的微控制器的输出由程序员软件控制，可能存在程序跑飞等不可预知的情况，于是本发明在微控制器的输出与桥式放电电路驱动之前添加了一级互锁电路，该互锁电路不可同时输出高电平，避免了两路放电电路同时导通的情况。关于过流采样电路，串联在放电电路中的采样电阻采集通路电流，采样电阻两端的电压接入电压比较器的负相输入端，电压比较器的参考比较电压由两支分压电阻R2和R3对隔离电源电压分压得到，其数值由隔离电源电压和分压电阻R2与R3的比值确定，最后接入电压比较器的正相输入端。另外，逻辑门电路位于低压电路区，过流采样电路位于高压电路区，所以必须采用光耦将两者隔离。逻辑控制电路由两个与非门实现，其功能是实现防短路直通电路对过流采样电路对放电电路的共同控制，当只需实现其中一种功能时，逻辑控制电路不是必需的。 关于开关驱动电路，可自行设计驱动电路，也可采用开关驱动模块。出于对稳定性可靠性和电路复杂度的考虑，本发明采用了市售的开关驱动模块。该模块可直接由逻辑门的输出控制，同时可直接驱动电子开关。
图1电路总框图。图2桥式放电电路。图3防短路直通电路。图4过流采样电路。图5逻辑控制电路。图6开关驱动模块。
具体实施例方式本实施例提供了一种具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路的实现方案，该方案可防止放电电路短路直通和实现了过流保护。根据发明内容的分析介绍，此处选择一种优选方式予以说明。
具体实施方式
如下:
本实施例所采用的 电子开关为IGBT，先对IGBT作简单介绍。IGBT是绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)的简称，是由双极型三极管(BJT)和金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式半导体器件，兼有BJT的输入阻抗高导通压降低和MOSFET驱动功率小开关速度快两方面的优点，非常适合应用于直流闻压的开关控制。图1是本发明的电路总框图。一种用于体外除颤器的放电电路，可防止IGBT的短路直通和实现了过流保护。该框图包括四个部分，桥式放电电路、过流采样电路、逻辑控制电路和IGBT驱动模块。桥式放电电路由四支IGBT组成两路通路，两侧对称位置IGBT的同时导通实现了桥式放电电路。过流采样电路采集放电电路的电流，其输出控制IGBT的导通与关断。逻辑控制电路通过两个或非门实现IGBT的互锁，防止IGBT放电电路中IGBT的短路直通，互锁电路的输出与过流采样电路的输出接入两个与非门，控制IGBT的驱动模块。IGBT驱动模块为一光耦集成电路，可直接驱动IGBT。图2是本发明的桥式放电电路。该桥式放电电路共由四支IGBT组成，IGBTl和IGBT2组成桥路一侧，IGBT3和IGBT4组成桥路另一侧。两侧通路呈轴对称排布，IGBTl的集电极接高压电源HighVoltage，IGBTl的发射极接IGBT3的集电极，IGBT2的集电极接高压电源HighVoltage，IGBT2的发射极接IGBT4的集电极，IGBT3的发射极与IGBT4的发射极相连接，并同时与采样电阻Rl的一端相接，所有IGBT的栅极均由IGBT驱动模块驱动。除颤电极El和E2分别接在IGBTl的发射极和IGBT2的发射极。对角线位置IGBT同时导通，即IGBTl和IGBT3同时导通，或IGBT2和IGBT4同时导通，两组放电电路交替导通，除颤电流从高压电源HighVoltage分别流经IGBT1、除颤电极、IGBT4和采样电阻Rl到浮地，或者流经IGBT2、除颤电极、IGBT3和采样电阻Rl到浮地，即实现了双相波脉冲桥式放电电路(此特征已由专利《适用于体外除颤器的高压脉冲发生电路》保护，专利号ZL200720074627.7)。图3是本发明的防短路直通电路。该防短路直通电路由两个或非门U3和U4组成。两个或非门U3和U4组合成RS触发器，微控制器的两个输出控制端分别接RS触发器的R和S输入端。该RS触发器的输出不会同时为1，即可防止后端IGBT两路通路同时导通。列出真值表，具体为，当桥路I (Bridgel)控制信号=0和桥路2 ( Bridge2)控制信号=1时，输出Ql=I和Q2=0 ;当桥路I控制信号=1和桥路2控制信号=0时，输出Ql=O和Q2=l ;当桥路I控制信号=1和桥路2控制信号=1时，输出Ql=O和Q2=0 ;当桥路I控制信号=0和桥路2控制信号=0时，输出Ql和Q2保持不变。本实施例不使用桥路I控制信号=0和桥路2控制信号=0的情况。图4是本发明的过流采样电路。由串联在IGBT放电电路中的采样电阻Rl采集通路电流，采样电阻Rl两端的电压接入电压比较器Ul的负相输入端，电压比较器Ul的参考比较电压由两支分压电阻R2和R3对隔离电源电压分压(VCC_Float)得到，其数值由隔离电源电压VCC_Float和分压电阻R2与R3的比值确定，最后接入电压比较器U3的正相输入端。电压比较器Ul输出高低电平信号,此高低电平信号驱动光I禹U2,光f禹U2输出同极性的高低电平信号过流信号(OverCurrent)。当通路电流低于某一阈值时,采样电阻Rl两端的电压低于电压比较器Ul的参考电压，电压比较器Ul输出为高电平,光I禹U2的输出与输入极性相同，也输出高电平。当通路电流高于某一阈值时，采样电阻Rl两端的电压高于电压比较器Ul的参考电压，电压比较器Ul输出为低电平,光I禹U2的输出与输入极性相同，也输出低电平。此处所述光耦U2用于隔离高压电路和低压电路，将过流采样电路的输出信号过流信号(OverCurrent)转换为逻辑控制电路中与非门U5和U6的输入信号。
图5是本发明的逻辑控制电路。该逻辑控制电路由两个与非门U5和U6组成。图3中防短路直通电路的两路输出Ql和Q2分别与图4中过流采样电路的输出(OverCurrent)接入两个与非门U5和U6，两个与非门U5和U6的输出桥路I驱动信号(BridgelCtrl)和桥路2驱动信号(Bridge2Ctrl)最后接入IGBT驱动模块，分别控制桥路I和桥路2的IGBT，只有在微控制器的输出与过流采样电路的输出同时为I时对应的IGBT才打开。图6是本发明的开关驱动模块，此处为IGBT驱动模块。该IGBT驱动模块为光耦集成电路，可直接由逻辑控制电路的输出控制，并可直接驱动IGBT，同时实现高压电路与低压电路的隔离。四支IGBT分别由四个驱动模块驱动。综合上述实施方式，在放电电路没有过流的情况下，过流采样电路的输出过流信号(OverCurrent)为1，此时两与非门U5和U6对两或非门Ul和U2的输出Ql和Q2是使能的，桥路I控制信号=0和桥路2控制信号=1可打开IGBTl和IGBT4，即桥路I导通；桥路I控制信号=1和桥路2控制信号=0可打开IGBT2和IGBT3，即桥路2导通；桥路I控制信号=1和桥路2控制信号=1可关断所有桥式放电电路。当放电电流大于某一阈值时，过流采样电路的输出过流信号(OverCurrent)为0，此时两与非门U5和U6将屏蔽Ql和Q2，同时关断所有桥式放电电路，即实现了过流保护。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书要求所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，其特征在于，由如下几个部分组成:桥式放电电路，防短路直通电路和/或过流采样电路，逻辑控制电路，和开关驱动模块；其中， 所述桥式放电电路由四支电子开关组成两路通路，对角线位置的电子开关同时导通形成一路通路,两路通路交替导通形成桥式放电电路； 所述防短路直通电路通过两个或非门实现电子开关的互锁，防止放电电路中电子开关短路直通； 所述过流采样电路采集放电电路的电流，其输出控制电子开关的导通与关断； 所述逻辑控制电路通过两个与非门实现防短路直通电路与过流采样电路对电子开关的共同控制； 所述开关驱动模块为一光耦集成电路，实现高压电路与低压电路的隔离，并用于直接驱动电子开关。
2.根据权利要求1所述的具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，其特征在于，所述桥式放电电路，该桥式放电电路共由四支电子开关IGBT组成，电子开关IGBTl和电子开关IGBT2组成桥路一侧，电子开关IGBT3和电子开关IGBT4组成桥路另一侧；两侧通路呈轴对称排布，电子开关IGBTl的集电极接高压电源HighVoltage，电子开关IGBTl的发射极接IGBT3的集电极，电子开关IGBT2的集电极接高压电源HighVoltage，电子开关IGBT2的发射极接电子开关IGBT4的集电极，电子开关IGBT3的发射极与电子开关IGBT4的发射极相连接，并同时与采样电阻Rl的一端相接，所有电子开关的栅极均由IGBT驱动模块驱动；除颤电极El和E2分别接在电子开关IGBTl的发射极和电子开关IGBT2的发射极；对角线位置IGBT同时导通，即电子开关IGBTl和电子开关IGBT3同时导通，或电子开关IGBT2和电子开关IGBT4同时导通，两组放电电路交替导通，除颤电流从高压电源HighVoltage分别流经电子开关IGBT1、除颤电极、`电子开关IGBT4和采样电阻Rl到浮地，或者流经电子开关IGBT2、除颤电极、电子开关IGBT3和采样电阻Rl到浮地，即实现了双相波脉冲桥式放电电路。
3.根据权利要求1所述的具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，其特征在于，所述防短路直通电路由两个或非门组合成RS触发器，微控制器的两个输出控制端分别接RS触发器的R和S输入端，触发器的两路输出分别控制两路电子开关的导通和关断，该RS触发器不同时输出高电平，即可防止放电电路中两路电子开关同时导通。
4.根据权利要求1所述的具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，其特征在于，所述过流采样电路由串联在放电电路中的采样电阻采集通路电流，采样电阻两端的电压接入电压比较器的负相输入端，电压比较器输出高低电平信号，此高低电平信号驱动光稱，光率禹输出同极性的高低电平信号。
5.根据权利要求1所述的具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，其特征在于，所述防短路直通电路的输出和所述过流采样电路的输出接入逻辑控制电路，逻辑控制电路由两个与非门组成，两个与非门的输出分别接入桥式放电电路对应的开关驱动模块，实现防短路直通电路和过流保护电路对电子开关的共同控制。
6.根据权利要求3所述的具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，其特征在于，过流采样电路中，电压比较器的参考比较电压由两支分压电阻R2和R3对隔离电源电压分压得到，其数值由隔离电源电压和分压电阻R2与R3的比值确定，最后接入电压比较器的正相输入端。
7.根据权利要求3所述的具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路，其特征在于，过流采样电路中，所述光耦用于隔离高压电路和低压电路，将过流采样电路的输出信号转换为逻辑控制电 路中与非门的输入信号。
全文摘要
本发明属于医疗仪器技术领域，具体为一种具有放电保护功能的除颤器桥式放电电路。该电路包括桥式放电电路、防短路直通电路和/或过流采样电路、逻辑控制电路和开关驱动模块。其中，桥式放电电路由四支电子开关组成两路通路，对角线位置的电子开关同时导通形成一路通路，两路通路交替导通形成桥式放电电路；防短路直通电路通过两个或非门实现电子开关的互锁，防止放电电路中电子开关短路直通；过流采样电路采集放电电路的电流，其输出控制电子开关的导通与关断；逻辑控制电路通过两个与非门实现防短路直通电路与过流采样电路对电子开关的共同控制；开关驱动模块为一光耦集成电路，实现高压电路与低压电路的隔离，并可直接驱动电子开关。
文档编号A61N1/39GK103100140SQ20131001637
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者邬小玫, 杨圣均, 王璁, 王建飞 申请人:复旦大学