專利名稱：一種除顫系統中充放電保護裝置及除顫充放電保護方法
技術領域：
本發明涉及醫療設備，尤其涉及一種除顫系統中充放電保護裝置及 除顫充放電保護方法。
背景技術：
心室纖維性顫動，簡稱心室纖顫或室顫，是最嚴重的一種致命性心 律失常。在心室纖維性顫動的情況下，正常而規律性的心室收縮被快速 無規律的顫動所代替，因為心室肌不能進行有效的收縮，故動脈血壓急 劇降至零。如果正常的心律不能迅速恢復，病人很快死亡。而心臟除顫 器或者除顫儀就是一種針對室顫、室速和房顫的心臟治療儀器。心臟除 顫器產生豐支強的、能量可控的^^沖電流作用于心臟來消除某些心律紊 亂，使之恢復為竇性心律。這種治療心律失常的方法稱為電擊除顫或電 復律術。電擊的目的就是強迫心臟在瞬間幾乎全部處于除極狀態，造成 瞬間停搏，使心肌各部分活動相位一致，這樣就有可能使自律性最高的 竇房結重新起搏心臟，控制心搏，轉復為竇性心律。
心臟除顫器的工作過程是產生較強的脈沖電流對心臟進行電擊，也 可描述為先積蓄定量的電能，然后再通過電極釋放到人體。其原理框圖 如下圖1所示。除顫高壓產生單元能夠產生高壓， 一般由具有開關電源 結構的升壓電路組成，開關電源可以給儲能電容充電，以提供除顫需要 的能量。除顫執行單元主要是指包含一些開關管的外放電回路，這些開 關管按照一定的開關組合邏輯工作，就可以實現單相的或者雙相的，甚至是多相的除顫脈沖波形。另外，有些執行單元還包含一些放電保護裝
置。除顫的工作過程可以簡單的描述為當收到充電指令時，除顫儀首 先根據已經選擇的除顫能量給高壓電容充電，充電到目標值之后，停止 充電，進入等待放電狀態。 一旦除顫儀接收到放電指令，則按照一定的 實現算法和控制邏輯控制開關的導通和關斷，對人體實施i文電，從而實 現既定的除顫脈沖波形。整個工作過程是一個對安全性和可靠性要求比 較高的過程，因為充電電壓最高可達5000V，瞬間的^1電電流最大可達 100A,這對儲能電容、開關管等的要求比較高。如果充電電壓過高，不 僅損傷儲能電容和充放電電路，還可能會對病人造成不可挽回的傷害。 而放電過程是產生除顫脈沖的關鍵，放電過程一般比較短，總的時間控 制在5mS—25mS以內，放電時間太長，除顫脈沖不僅變得無效，而且還 可能傷害病人的身體，同樣，放電過程也必須是嚴格受控的，這樣才能 實現預期的除顫效果，而不對病人產生額外的損傷。另外，在充電過程 中，如果充電電流過低或者其他機器故障，將會使充電的時間延長。這 對于急救設^——除顫儀來說，是不能容許的。如果出現充電時間過長 的情況，系統應該及時停止充電并提供相應的報警信息，以便給出足夠 的時間進行人工調整或者更換機器。由此可見，在除顫系統中實現除顫 充放電過程中的充電過壓保護、充電超時保護和放電超時保護是非常重 要的。
圖l是常見的具有單處理器的除顫儀功能原理框圖，其中的硬保護 單元和反饋保護單元，分別從除顫高壓產生單元的不同位置(一般是升 壓變壓器的原邊和其副邊的儲能電容)取出儲能電容的電壓值。這樣， 通過所述兩個單元電路實時地檢測儲能電容的充電電壓，就可以實現充 電過壓保護的冗余設計。硬保護單元從升壓變壓器的副邊直接采樣儲能 電容的電壓，將過壓信號傳遞到除顫控制單元，并使用了一個硬件保護 電路， 一，測到電容過壓，就可以直接產生關斷充電電路的信號。反饋保護單元則是通過變壓器的原i^饋回來的電壓，將實時電壓和過壓
信息發送給除顫控制單元，由除顫控制單元關斷充電電路。充電超時保 護電路可以通過硬件延遲電路結合軟件定時來實現，以滿足單一故障要 求。充電過程一開始，軟件就開始計時，超過設定的充電時間上限，而 還沒有達到充電目標值，則停止充電。同時，充電開始時，多更件延遲電 路也被觸發，到達延遲時間，電容電壓還沒有達到目標值，電路則會產 生超時信號關斷充電電路并通知除顫控制單元。由于i文電過程是產生除 顫脈沖的關鍵，故除顫儀也會采用硬件延時電路對放電過程進行保護， 一旦出現放電超時的情況，則可以及時切斷放電回路，停止外放電的進 行。目前對于充電過壓控制、充電超時控制和放電超時控制，通常是根 據除顫系統的安全需求，將硬件電路和對單處理器軟件編程結合使用， 實現安全床護的單一故障設計，需要冗務沒計的地方，直接添加相應的 硬件電路來滿足要求。這樣就可以實現安全保護的冗余設計和單一故障 設計。但是，太復雜的硬件電路會使系統結構變得復雜，尤其是在實現 冗^i殳計的時候，過多的硬件電路不僅使系統變得很龐大，還容易使電 路之間的級聯出現邏輯上的不匹配，過多元器件的堆積會降低整個系統 的可靠性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種除顫系統中充放電保護裝 置及除顫充放電保護方法，可以在控制充電電壓的同時實現充電超時保 護，并且電路簡單，可以提高除顫系統的可靠性。
本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案為
一種除顫系統中充放電保護裝置，包括充電電路，以及
第二充電電壓檢測模塊，所述第二充電電壓檢測模塊與除顫系統中充電電容相連，用于獲取充電電容上的充電電壓，以及將該充電電壓進
行電壓變換并輸出；
第一微處理器和應用微處理器，二者通訊連接，且所述應用微處理 器與所述第二充電電壓檢測模塊輸出端相連；
與所述充電電路相連的充電控制單元，該充電控制單元由所述第一 微處理器和應用微處理器控制，輸出啟動或停止充電的控制信號；
所述應用微處理器和第一微處理器用于在充電初始時刻共同輸出 充電使能信號給所述充電控制單元，使充電控制單元輸出啟動充電的控 制信號控制充電電路開始充電，以及在所述充電電壓到達目標電壓值時 分別輸出第一和第二停止充電信號給所述充電控制單元，使所述充電控 制單元輸出停止充電的控制信號，控制所述充電電路停止充電；所述應 用微處理器還用于對充電時間進行計時，以及對第二充電電壓檢測模塊 輸出的電壓進行采樣，并判斷所述充電電壓是否到達目標電壓值，在計 時至預設的充電超時保護時間點，而其檢測到的所述充電電壓未達到所 述目標電壓值時，所述應用微處理器輸出第一停止充電信號給所述充電 控制單元，結束充電過程。
所述的充放電保護裝置，其中還包括第一充電電壓檢測模塊，所 述的第 一充電電壓檢測模塊與所述充電電路相連，用于獲取反映所述充 電電壓變化規律的檢測電壓，以及將該檢測電壓進行電壓變換并輸出， 所述第一微處理器對第一充電電壓檢測模塊輸出電壓進行采樣，并根據 采樣電壓進行充電超時判斷，當所述第一微處理器計時至預設的充電超 時保護時間點，并判斷所述充電電壓未達到所述目標電壓值時，輸出第 二停止充電信號給所述充電控制單元。
所述的充放電保護裝置，其中還包括一電源控制單元，所述電源 控制單元與充電電路的供電電源相連；當所述第一微處理器計時至預設的充電超時保護時間點，并判斷所述充電電壓未達到所述目標電壓值 時，所述第一微處理器還輸出充電超時控制信號給所述電源控制單元， 使所述電源控制單元產生并輸出關閉充電供電信號，用于切斷所述充電 電路的供電。
所述的充放電保護裝置，其中還包括一電源控制單元，所述電源 控制單元與充電電路的供電電源相連；當所述應用微處理器計時至預設 的充電超時保護時間點，并判斷所述充電電壓未達到所述目標電壓值 時，所述應用微處理器通知所述第一微處理器，所述第一微處理器輸出 充電超時控制信號給所述電源控制單元，使所述電源控制單元產生并輸 出關閉充電供電信號，用于切斷所述充電電路的供電。
所述的充放電保護裝置，其中還包括串聯在除顫系統放電回路的 IGBT開關電路，所述應用微處理器根據放電周期控制所述IGBT開關電 路的導通和關斷；所述電源控制單元還與IGBT供電變壓器相連，所述 應用微處理器還在放電初始時刻通知所述第一微處理器開始計時，所述 第一微處理器計時到放電超時保護時間點時，輸出放電超時控制信號給 所述電源控制單元，使所述電源控制單元產生并輸出關閉放電供電信號 至所述IGBT供電變壓器，用于切斷所述IGBT開關電路的供電。
所述的充放電保護裝置，其中所述應用孩t處理器還用于測量人體 阻抗，并根據所iiA體阻抗設置所述放電周期；所述第一微處理器根據 所述放電周期設置放電超時保護時間點。
所述的充放電保護裝置，其中還包括與所述第二充電電壓檢測模 塊相連的第二充電過壓中斷模塊，以及與所述充電電路的供電電源相連 的電源控制單元，所述第二充電過壓中斷模塊用于根據所述第二充電電 壓檢測模塊輸出的電壓對所述充電電壓值是否過壓進行判斷，并在充電 電壓超過預設充電過壓保護值時產生第二過壓中斷信號給所述電源控制單元，使所述電源控制單元輸出關閉充電供電信號，切斷所述充電電 路的供電。
所述的充放電保護裝置，其中還包括與所述充電電路相連的第一 充電過壓中斷模塊，所述第一充電itS中斷模塊用于對所述充電電壓值 是否過壓進行判斷，并在所述充電電壓超過所述預設充電過壓保護值時 產生第一過壓中斷信號給所述電源控制單元，使所述電源控制單元輸出 關閉充電供電信號，切斷所述充電電路的供電。
所述的充;^丈電保護裝置，其中所述的第一^:處理器采用除顫系統 中負責心電算法和AED算法的算法微處理器實現。
所述的充放電保護裝置，其中所述算法微處理器的接地端為大地， 所述應用微處理器、第二充電電壓檢測;漠塊、IGBT開關電路、第二充 電過壓中斷模塊以及所述充電電容與所述算法微處理器電氣隔離，所述 算法微處理器與應用微處理器之間通過隔離器件實現通訊，所述應用微 處理器通過隔離器件與所述充電控制單元連接，所述第二充電過壓中斷 模塊通過隔離器件與所述電源控制單元連接；還包括一隔離供電變壓 器，用于為所述應用微處理器、第二充電電壓檢測模塊供電。
所述的充放電保護裝置，其中所述隔離器件采用光耦、磁耦或電 容耦合器件。
一種除顫充放電保護方法，所述方法包括如下步驟
A、 當收到充電指令時，充電電路開始充電并進行充電計時；
B、 判斷充電電壓是否達到目標電壓值，當達到目標電壓值時給出 控制充電電路停止充電的充電停止信號后轉至步驟C;否則，轉至步驟 D;
C、 若所述充電停止信號無法使充電電路停止充電，則給出過壓中 斷信號，關閉充電電路的供電電源；D、判斷充電時間是否到預設的充電超時保護時間點，當充電時間 達到預設的充電超時保護時間點時，給出所述充電停止信號，控制充電 電路停止充電。
所述的方法，其中所述步驟D還包括如下處理若所述充電停止 信號無法使充電電路停止充電，則給出超時關閉信號，關閉充電電路的 供電電源。
所述的方法，其中所述步驟B和步驟D中的所述充電停止信號至 少包括兩個，當其中一個有效時，即可控制充電電路停止充電。
所述的方法，其中所述步驟C中的所述過壓中斷信號至少包括兩 個，當其中一個有效時，即可關閉充電電路的供電電源。
本發明的有益效果為1、本發明采用雙處理器以及簡單的硬件電 路即可實現充電過程的電壓控制以及充電超時保護功能，由于筒化了硬 件電路結構，故提高了除顫系統的穩定度和可靠性。2、本發明還在簡 化了硬件電路結構的基礎上實現了充電過壓、充電超時保護的冗余設 計，以及放電超時保護的單一故障設計。3、可以根據不同的人體阻抗， 利用雙處理器靈活地設置放電保護時間，實現了以前使用大量復雜硬件 電路才能實現的功能，滿足了不同人群的使用需求。4、由于第一微處 理器可以采用除顫系統中的算法微處理器實現，算法微處理器同時承擔 除顫系統心電、AED算法功能和實現對充電過壓，充電超時和放電超時 的第二重保護功能，本發明通過把包括應用微處理器、IGBT開關電路、 第二充電電壓檢測模塊、第二充電過壓中斷模塊的應用部分與算法微處 理器電氣隔離，減少了應用部分高壓大電流對算法微處理器的干擾，增 加了除顫系統的可靠性。
圖1為通常的除顫儀的功能原理框圖2為本發明除顫系統中充放電控制裝置實施例的功能框圖;
圖3為本發明除顫充電控制及過壓保護電路的功能框圖4為本發明除顫充電超時保護電路的功能框圖5為本發明除顫放電控制及放電超時保護電路的功能框圖6為雙相波除顫脈沖波形；
圖7為本發明除顫充電控制方法流程圖8為本發明除顫放電控制方法流程圖。
具體實施例方式
下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明 本發明除顫充放電保護裝置的一個具體實施例如圖2所示，除顫系 統中包括除顫充電變壓器，與除顫充電變壓器副邊相連的充電電容，以 及IGBT供電變壓器。除顫充電變壓器通常是一個反激式變壓器，其原 邊與除顫充放電控制裝置中的充電電路相連，通iM"充電電路的控制， 除顫充電變壓器對充電電容進行充電。除顫充放電保護裝置包括兩個微 處理器第一樣t處理器和應用微處理器，以及一些簡單的硬件電路。硬 件電路包括與充電電容相連第二充電電壓檢測模塊(充電電壓檢測2), 用于獲取充電電容上的充電電壓，以及將該充電電壓進行高變低的電壓 變換，其輸出端與應用微處理器相連；與充電電路相連的第一充電電壓 檢測模塊(充電電壓檢測1 )，用于從除顫充電變壓器的原邊間接獲得反 映充電電容上充電電壓變化的檢測電壓，并將該檢測電壓進行電壓變換 和輸出，其輸出端與第一^:處理器相連；與充電電路相連的充電控制單 元，該充電控制單元由第一微處理器和應用微處理器控制，當充電開始 時，充電控制單元輸出啟動充電的控制信號，使充電電路開始充電，當 充電到目標電壓值時，或第一微處理器和應用微處理器計時至充電超時保護時間點，而充電電壓未達到目標電壓值時，充電控制單元輸出停止
充電的控制信號，控制充電電路停止充電；與充電電路相連的第一充電 過壓中斷模塊(充電過壓中斷1)，與充電電壓檢測2相連的第二充電過 壓中斷模塊(充電過壓中斷2)，以及與充電電路相連的電源控制單元， 當充電過壓時，充電過壓中斷1和充電過壓中斷2分別產生過壓中斷信 號1和過壓中斷信號2控制電源控制模塊，使所述電源控制;f莫塊輸出關 閉充電供電信號，切斷所述充電電路的供電。還包括串聯在除顫系統放 電回路的IGBT開關電路，該IGBT開關電路由IGBT供電變壓器供電， 應用微處理器根據放電周期控制IGBT開關電路的導通和關斷，實現正 常放電控制；并且應用微處理器還在放電初始時刻通知第一微處理器開 始計時，第一微處理器計時到放電超時保護時間點時，輸出第二控制信 號給所述電源控制模塊，使所述電源控制模塊產生并輸出關閉放電供電 信號給IGBT供電變壓器，用于切斷所述IGBT開關電路的供電。其中， 應用微處理器主要負責應用部分的檢測和控制功能，包括對電壓、電流、 心電、人體阻抗等的采樣，以及對除顫放電過程的控制等。而第一微處 理器通過控制除顫充電變壓器以及IGBT供電變壓原邊的供電來實現對 供電電源的控制管理，所以其可以實現安全保護冗余i殳計中充電過壓、 充電超時和放電超的第二重保護。本發明通過使用雙處理器以及簡單的 硬件電路實現除顫充放電過程中的充放電控制、充電it^保護、充電超 時保護和放電超時保護，由于簡化了硬件電路，提高了系統可靠度和穩 定性。
在實際應用中，第 一微處理器可以采用除顫系統中承擔心電算法和 AED算法的算法微處理器來實現。為了保證實現算法的算法微處理器免 遭來自應用部分的高電壓和大電流所產生的干擾，增加除顫系統的可靠 性，本實施例中將算法微處理器與應用部分的硬件電路和應用微處理器 進行電氣隔離。即將兩個微處理器以及硬件電路分別位于隔離帶的兩側，其中，算法微處理器的接地端為大地，所以該微處理器所在的區域
被稱為非隔離區域，而應用微處理器的接地端，以及充電電壓檢測2、 充電過壓中斷2、 IGBT開關電路、充電電容的接地端均通過高阻(如 100M的電阻)跨過隔離帶和算法微處理器的地端(大地)相連，由于 這部分電路的接地端是和大地隔離的，所以應用微處理器所在的區域被 稱為隔離區域。由于算法微處理器和應用微處理器電氣隔離，因此二者 通過隔離器件進行通訊，并且應用微處理器通過隔離器件與充電控制單 元連接，充電過壓中斷2通過隔離器件與電源控制;f莫塊連接。隔離器件 可以采用滿足絕緣距離要求的光耦、磁耦或者電容耦合器件，例如本實 施例中采用的ADI公司的磁耦ADUM2401。還包括位于隔離帶上的隔 離供電變壓器，負責給隔離區域內的所有器件供電。由于算法微處理器 要承擔除顫心電算法和AED算法，因此對算法微處理器的運算能力和 處理速度要求比較高， 一般選擇DSP可以滿足設計需求，例如采用ADI 公司的BF53X系列的DSP，而應用微處理器一般采用MCU即可。
以下根據充放電控制裝置功能框圖的分解圖分別詳細敘述正常充 電控制、充電過壓保護、充電超時保護，以及放電控制和放電超時保護 的工作原理和控制過程。
如圖3所示，充電控制及充電過壓保護工作原理如下充電控制單 元是由兩個微處理器共同控制的，它們可以合作啟動和停止充電，實現 正常的充電控制。充電開始時，算法微處理器通知應用^t處理器，或者 是應用微處理器通知算法微處理器，兩個微處理器都輸出使能充電信號 給充電控制單元，使充電控制單元輸出啟動充電的控制信號控制充電電 路開始充電，充電過程才能正式開始。 一旦應用^t處理器通過充電電壓 檢測2檢測到充電電容上的電壓達到目標電壓值，則輸出停止充電信號2 給充電控制單元并通知算法微處理器，算法微處理器也會輸出停止充電 信號l給充電控制單元，這兩個停止充電信號只要有一個是有效的，充過程結束。充
電過壓反映的是充電過程不能被正常停止的現象，充電過程不能被停止 產生的最直接的后果就是損壞儲能電容和充電電路，同時對病人存在潛 在的傷害和危險。如果出現充電it^，即當充電電容的電壓達到需要的
目標電壓值后，充電控制單元不能有效地使充電電路停止工作。隨著充
電電容上電壓的進一步升高，直到達到預設的充電過壓保護點，充電電 壓檢測2則可以觸發充電過壓中斷2電路，使充電過壓中斷2產生的過壓
中斷信號2可直接經過隔離器件到達非隔離側的電源控制單元，由電源 控制單元輸出關閉充電供電信號，控制充電電路的供電電源關閉，以掉
電方式停止充電過程。另外，充電過壓中斷l電路通過檢測除顫充電變 壓器的原邊電壓來間接獲得當前電容上的電壓，當充電電壓達到預設的 充電過壓保護點時，也可以觸發充電過壓中斷l電路，使其產生一個過 壓中斷信號l給電源控制單元，以關閉充電電路的供電電源。充電過壓 中斷1和充電過壓中斷2只要有一個電路產生了有效的過壓中斷信號，電 源控制單元就會輸出關閉充電供電信號，充電電路的供電電源都會被關 閉，實現了充電過壓的雙重保護。同時，電源控制單元在接受到有效的 過壓中斷信號以后，還會產生一個中斷通知信號到算法微處理器，表明
目前的狀態是過壓中斷。由此可見，該實施例實現了對充電過程的安全 控制，并結合雙過壓中斷硬件電路，實現了充電過壓保護的冗余設計。 充電超時的出現可能是由于電池或者AC供電不足，或者是充電電路
出現故障等。充電超時必須能被及時的指示出來，否則會延誤治療的最 佳時機，對病人會造成不可挽回的間接傷害。除顫標準對充電時間有指 標性要求，旨在提高除顫器的安全性和可靠性。參見圖4，充電控制單 元是構成充電超時保護結構的主要單元。當充電正式啟動后，算法微處 理器和應用部分的^:處理器分別開始計時，充電電壓檢測l和充電電壓 檢測2電路分別將充電電容的電壓變換后輸出，分別由算法微處理器和采樣。應用微處理器如采用ADI公司的ADUC7024實現，由于ADUC7024 有內部AD,可以提供10通ilA/D采樣，用在此處很適合。如果算法微處 理器采用之前所述的BF53x系列的DSP，由于BF53x沒有內部AD，還需 要在充電電壓檢測l和算法微處理器之間增加一電壓采樣電路，電壓釆 樣電路得主要結構是一片AD芯片。這樣，算法微處理器和應用微處理器 根據各自的采樣電壓結果，同時在做超時保護判斷。任何一個微處理器 在軟件定時器預先設置的充電超時保護時間點上，檢測到儲能電容的電 壓仍然不能達到預先設^的目標電壓值時，則分別發送充電停止信號到 充電控制單元，都可以停止充電過程，實現充電超時保護，即兩個微處 理器共同承擔對除顫系統的充電超時保護，實現兩個微處理器同時判斷 充電超時的冗余設計。另外，充電超時后，由于兩個微處理器的充電停 止信號都只能通過充電控制單元才能起作用，所以，為了防止充電控制 單元的單一故障，在非隔離側的算法微處理器還直接輸出一充電超時控 制信號給電源控制單元，由電源控制單元切斷充電電路的供電電源，即， 一旦充電控制單元出現故障，充電電路也會因為供電被切斷而停止工 作，實現了充電超時的雙重保護。
放電周期是和除顫效果關系比較密切的一個WU旨標。如圖5所示， 目前，雙相波的放電周期分布在5ms--25ms之間，即第一相脈沖周期T1 與第二相脈沖周期T2及兩脈沖之間的等待時間之和T在5ms到25ms之 間，并且放電周期必須是可控的。放電周期超過此范圍，波形不僅變得 無效，甚至降低除顫轉復率，還有可能對人的心肌造成額外的傷害，這 對于除顫儀這樣一個對安全性要求比較高的治療儀器是不能被允許的。 本發明使用一個獨立的算法微處理器承擔對除顫系統的放電超時保護， 另外一個應用微處理器承擔正常的除顫放電功能。在不使用其他硬件延 時電路的條件下，就可以滿足放電超時單一故障的要求。如圖6所示，IGBT開關電路(Insulated Gate Bipolar Transistor—絕緣柵極型功率管)串 聯在除顫系統外放電回路中，由IGBT供電變壓器提供電源，并且電源控 制單元與IGBT供電變壓器相連。應用微處理器負責對IGBT開關電路的 控制，控制IGBT的開通和關斷，以輸出一定周期的除顫雙相脈沖。放電 控制及超市保護流程如圖7所示，在除顫放電的初始時刻，應用部分微 處理器會以中斷方式通知算法微處理器，算法微處理器接收到中斷后開 始軟件計時，當算法微處理器的定時器計到放電超時保護時間點時，無 論除顫放電是否完成，其都會輸出放電超時控制信號給電源控制單元， 由電源控制單元關斷IGBT開關電路的供電，這樣除顫放電就會因為 IGBT開關掉電而被禁止。因此，如果放電周期結束時，IGBT開關電路 不能及時被關斷，也就是出現放電超時現象，通過算法微處理器的超時 保護就可以切斷IGBT開關電路的供電，從而停止外放電的進行，實現放 電超時保護的單一故障設計要求。而現有技術采用單微處理器，就4lb^ 避免在除顫放電過程中，微處理器出現故障所引起的危險后果。因為采 用單^t處理器，其在控制IGBT開關的關斷和導通的同時，還要計時來履 行除顫放電超時保護的功能。 一旦在這個時候，出現微處理器的故障， IGBT開關可能不能被關斷，同時，IGBT的供電電源也可能不能被關斷， 除顫放電超時保護功能就會失效。由此可見，本發明采用雙處理器實現 放電控制和放電超時保護，提高了除顫放電的安全可靠性。
同時，使用兩個微處理器可以實現更加靈活的放電安全保護功能， 以前使用大量的復雜硬件電路才能實現的功能，現在通過微處理器的軟 件編程和定時就可以實現。在單微處理器系統中，微處理器在進行除顫 放電的同時，還要通過觸發一個硬件延遲電路來對整個放電過程進行保 護，即放電超時保護。硬件延遲電路的輸出信號可以控制開關電路，以 切斷放電電路和人體的通路，不管放電是否完成，對人體的放電回路必 須在這個延遲時間之后被切斷。但是，硬件延遲電路的定時功能不靈活，不易隨意調整和設定。之前提到除顫放電周期分布在5ms--25ms之間， 即放電要在5ms—25ms之內完成，這個放電周期是隨著病人的阻抗不同 而不同的，病人的阻抗越大，這個放電時間就越長。因此，正常的放電 過程也應該是根據病人阻抗的不同而長短不同的，而放電超時保護時間 點，即放電超時保護周期必須大于放電周期，由于硬件電路固定后，硬 件延遲電路只能實現一個固定的保護時間，比如設計延遲時間為30ms, 這樣，才能對整個阻抗范圍內的病人實現放電超時保護。本發明的除顫 充放電控制裝置中，應用微處理器還用于測量病人的阻抗，并根據測得 的病人阻抗調整第一相脈沖和第二相脈沖的放電周期，算法微處理器接 收到中斷通知后開始軟件計時，其定時器的設置(即除顫放電超時保護 周期的設置)以實際測得的病人阻抗為參考依據，動態地確定這個超時 保護周期，大阻抗的病人，保護時間設置的就長，小阻抗的病人，保護 時間就短。超時保護周期的設置始終要比放電周期稍長，以保證IGBT 供電電源的掉電是在IGBT關斷之后，實現放電超時保護。這樣的保護是 非常靈活和有效的，并且由于大大簡化了系統的硬件結構，提高了系統 的可靠性和穩定度。
本發明還保護了一種除顫充放電保護方法，如圖8所示，所述方法 包括如下步驟
A、 當收到充電指令時，充電電路開始充電并由算法微處理器和應 用微處理器進行充電計時；
B、 判斷充電電壓是否達到目標電壓值，當達到目標電壓值時，給 出控制充電電路停止充電的充電停止信號后轉至步驟C,所述的充電停 止信號可以是兩個，并且只要當其中一個有效時，即可控制充電電路停 止充電；未達到目標電壓值時轉至步驟D;
C、 若所述充電停止信號無法使充電電路停止充電，則給出過壓中. 斷信號，關閉充電電路的供電電源，所述的過壓中斷信號可以是兩個，并且只要當其中一個有效時，即可關閉充電電路的供電電源，結束充電。
D、判斷充電時間是否到預設的充電超時保護時間點，當充電時間 達到預設的充電超時保護時間點時，給出所述充電停止信號，控制充電 電路停止充電；若充電停止信號無法使充電電路停止充電，則給出超時 關閉信號，關閉充電電路的供電電源，結束充電。其中，所述的充電停 止信號也可以是兩個，并且只要當其中一個有效時，即可控制充電電路 停止充電。
本發明的除顫充放電保護裝置可作為除顫系統的安全保護電路直接 應用于除顫儀、自動體外除顫儀(AED)及除顫監護儀等醫療設備。
可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技 術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應 屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1、一種除顫系統中充放電保護裝置，包括充電電路，其特征在于還包括第二充電電壓檢測模塊，所述第二充電電壓檢測模塊用于獲取充電電容上的充電電壓，輸出與所述充電電壓等比的參量，以及與所述第二充電電壓檢測模塊連接的應用微處理器，所述應用微處理器用于控制所述充電電路開始充電或停止充電，以及進行充電計時，在充電計時至預設的充電超時保護時間點，并根據所述參量判斷所述充電電壓未達到目標值時，控制所述充電電路停止充電。
2、 根據權利要求1所述的充放電^f呆護裝置，其特征在于還包括 與所述應用微處理器通訊連接的第一微處理器，以及第一充電電壓檢測 模塊；所述的第一充電電壓檢測模塊用于獲取反映所述充電電壓變化規 律的參數，并輸出與所述充電電壓等比的檢測電壓，所述第一微處理器 用于對充電時間進行計時，以及對第 一充電電壓檢測模塊輸出的檢測電 壓進行采樣，當計時至所述充電超時保護時間點，并根據所述檢測電壓 判斷所述充電電壓未達到所述目標值時，控制所述充電電路停止充電。
3、 根據權利要求2所述的充放電保護裝置，其特征在于還包括 一電源控制單元，所述電源控制單元與充電電路的供電電源相連；當所 述第 一微處理器計時至所述充電超時保護時間點，并判斷所述充電電壓 未達到所述目標值時，所述第一微處理器還輸出充電超時控制信號給所 述電源控制單元，切斷所述充電電路的供電。
4、 根據權利要求3所述的充放電4呆護裝置，其特征在于還包括 充電控制單元，該充電控制單元由所述第一微處理器和應用微處理器控制，輸出啟動或停止充電的控制信號至所述充電電路。
5、 根據權利要求1所述的充放電保護裝置，其特征在于還包括 與所述應用微處理器通訊連接的第一微處理器， 一電源控制單元，以及 串聯在除顫系統放電回路的開關電路，所述應用微處理器還根據放電周 期控制所述開關電路的導通和關斷；所述電源控制單元與IGBT供電變 壓器相連，所述第一微處理器用于對放電時間進行計時，當計時到放電 超時保護時間點時，輸出放電超時控制信號給所述電源控制單元，切斷 所述開關電路的供電。
6、 根據權利要求5所述的充放電保護裝置，其特征在于所述應 用微處理器還用于測量人體阻抗，并根據所iiA體阻抗設置所述放電周 期；所述第一微處理器根據所述放電周期設置放電超時保護時間點。
7、 根據權利要求4所述的充放電保護裝置，其特征在于還包括 與所述第二充電電壓檢測模塊相連的第二充電過壓中斷模塊，所述第二 充電過壓中斷模塊用于根據所述第二充電電壓檢測模塊輸出的所述參量對所述充電電壓值進行判斷，并在充電電壓超過預設充電過壓保護值 時產生第二過壓中斷信號給所述電源控制單元，切斷所述充電電路的供電。
8、 根據權利要求7所述的充放電保護裝置，其特征在于還包括 與所述充電電路相連的第一充電過壓中斷模塊，所述第一充電過壓中斷 模塊用于對所述充電電壓值進行判斷，并在所述充電電壓超過所述預設 充電過壓保護值時產生第一過壓中斷信號給所述電源控制單元，切肼所 述充電電路的供電。
9、 根據權利要求8所述的充放電保護裝置，其特征在于所述的 第一微處理器采用除顫系統中負責心電算法和AED算法的算法微處理 器實現；所述算法-微處理器的接地端為大地，所述應用^:處理器、第二充電電壓檢測模塊、第二充電過壓中斷模塊以及所述充電電容與所述算 法微處理器電氣隔離，所述算法微處理器與應用微處理器之間通過隔離 器件實現通訊，所述應用微處理器通過隔離器件與所述充電控制單元連接；還包括一隔離供電變壓器，用于為所述應用微處理器、第二充電電 壓檢測模塊供電。
10、 根據權利要求6所述的充放電保護裝置，其特征在于所述的 第一微處理器采用除顫系統中負責心電算法和AED算法的算法微處理 器實現；所述算法微處理器的接地端為大地，所述應用微處理器、第二 充電過壓中斷模塊、開關電路以及所述充電電容接地端均與大地隔離， 所述算法微處理器與應用微處理器之間通過隔離器件實現通訊；還包括 一隔離供電變壓器，用于為所述應用微處理器、第二充電過壓中斷模塊 及開關電路供電。
11、 根據權利要求9或IO所述的充放電保護裝置，其特征在于所 述隔離器件采用光耦、磁耦或電容耦合器件。
12、 一種除顫充放電保護方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟A、 當收到充電指令時，充電電路開始充電并進行充電計時；B、 判斷充電電壓是否達到目標電壓值，當達到目標電壓值時給出 控制充電電路停止充電的充電停止信號后轉至步驟C;否則，轉至步驟 D;C、 若所述充電停止信號無法使充電電路停止充電，則給出過壓中 斷信號，關閉充電電路的供電電源；D、 判斷充電時間是否到預設的充電超時保護時間點，當充電時間 達到預設的充電超時保護時間點時，給出所述充電停止信號，控制充電 電路停止充電。
13、 根據權利要求12所述的方法，其特征在于所述步驟D還包 括如下處理若所述充電停止信號無法l吏充電電路停止充電，則給出超 時關閉信號，關閉充電電路的供電電源。
14、 根據權利要求13所述的方法，其特征在于所述步驟B和步 驟D中的所迷充電停止信號至少包栝兩個，當其中一個有效時，即可控 制充電電路停止充電。
15、 根據權利要求13所述的方法，其特征在于所述步驟C中的 所述過壓中斷信號至少包括兩個，當其中一個有效時，即可關閉充電電 路的供電電源。
16、 根據權利要求12至15任一權利要求所述的方法，其特征在于 所述步驟A包括如下處理當應用微處理器和第一微處理器同時輸出充 電使能信號給充電控制單元后，所述充電控制單元控制充電電路開始充 電。
全文摘要
一種除顫系統中充放電保護裝置及除顫充放電保護方法，應用于除顫儀中，該裝置包括雙處理器以及充電電路、充電電壓檢測2、充電控制單元、電源控制單元、IGBT開關電路等硬件電路。應用微處理器用于對控制參數的采樣和檢測，以及對IGBT開關電路或者充電控制單元的控制，實現正常充放電控制及充電過壓和充電超時的第一重保護；第一微處理器則通過對供電電源的控制管理，實現了對充電過壓、充電超時和放電超時的第二重保護。本發明由于簡化了系統的硬件結構，提高了系統的可靠性和穩定度。并且由于兩個微處理器可以動態設置放電超時保護點，因此實現更加靈活的放電安全保護功能。
文檔編號A61N1/39GK101618253SQ20081006825
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者博 何, 偉 許, 邵安岑 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司