專利名稱：一種基于恒流源的起搏脈沖產生發放電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種心臟體外起搏時高壓電源產生和脈沖波形產生電路，具體涉及一種基于恒流源的起搏脈沖產生發放電路。
背景技術：
除顫監護儀是利用單相或者雙相大脈沖電流治療心室纖顫的主要設備。除顫監護儀中配備無創體外起搏器，能夠對除顫之后的心動過緩進行治療。對于無創體外起搏來說，一般要求其輸出電壓在一定的范圍內可調，其實質也就是要求其輸出電流在一定的范圍之內可調。同時出于安全考慮，也要求對起搏波形產生電路的輸入電壓和輸出電壓進行隔離，以保證起搏電極的對地漏電流小于安全標準規定值。目前，常用的無創體外起搏電路的實現方案是由BOOST變換器實現升壓/降壓功能，由分離元器件搭建恒流源實現輸出電流控制，由光電耦合器實現隔離反饋。其主要的實現方案如下所示
一是BUCK-B00ST變換器實現升壓和降壓功能，該類型變換器存在輸入輸出沒有隔離，輸出電路穩定性比較低，驅動電路實現性對比較復雜等缺點。同時該變換器的外圍元器件也比較多，電路調試比較繁瑣等。二是使用反激變換器和PWM控制器來實現升壓和降壓的功能，其主要原理是使用變壓器來完成隔離和電壓變換的功能。該電路的主要缺點是利用變壓器完成電壓變換，變壓器導致電路比較復雜笨重。另外利用分離元器件完成起搏電流控制導致可靠性降低。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于恒流源的起搏脈沖產生發放電路，有效解決了現有技術中的問題，采用模塊化設計，電路簡單，穩定性高，調試方便。本發明采用以下技術方案
一種基于恒流源的起搏脈沖產生發放電路，其中，包括DCDC隔離模塊、DCDC升壓模塊、第一電極、第二電極、恒流源模塊、模擬隔離模塊、ADC模塊和DAC模塊；所述DCDC隔離模塊連接DCDC升壓模塊，DCDC升壓模塊連接與人體連接的第一電極，與人體連接的第二電極接恒流源模塊，恒流源模塊接模擬隔離模塊，模擬隔離模塊連接ADC模塊和DAC模塊。作為優選，所述D⑶C升壓模塊包括外部隔離之后的電源DC、電容C1、C2、電感LI、三極管Ql和二極管Dl ;電源DC連接電容Cl、電感LI和三極管Ql，電感LI分別連接三極管Ql和二極管Dl，二極管Dl連接電容C2，電容C2分別連接三極管Q1、電容Cl和電源DC。作為優選，所述的恒流源模塊包括運算放大器U1、電阻Rl、R2、三極管Q1，運算放大器Ul的正端連接DAC模塊，負端連接電阻R2和三極管Ql的發射極，電阻R2 —端接地；運算放大器Ul的輸出端接電阻R1，電阻Rl接三極管Ql的基極，三極管Ql的集電極接第二電極。所述輸入電源中的DCDC隔離模塊，主要完成輸入電源與起搏輸出輸出回路的隔離，起到降低與人體接觸的電極對地漏電流的目的。所述產生高壓的DCDC升壓模塊由集成電路IC加上周邊的元器件構成，其主要的電路結構是BOOST升壓電路形式。其主要的工作原理是將DCDC隔離電路的輸出電壓升高到120V左右，最高達到150V，滿足起搏時恒流源正常工作的需求。所述恒流源模塊在一定的條件下工作，其工作時的電流只受到控制電壓的作用，與控制電壓的大小成一定的比例關系，與具體的高壓電路的電壓值沒有具體的關系。所述的控制反饋的DAC和ADC模塊分別連接恒流源的輸入控制電壓和反饋電壓，以確定恒流源電路工作的狀態。ADC轉換器連接恒流源的輸出反饋點，以確定恒流源的實際輸出電流值；DAC轉換器連接恒流源的輸入控制點，控制恒流源的理論輸出電流值。本發明的有益效果是
升壓隔離電路拋棄了傳統的使用的變壓器電路來完成升壓降壓電路的拓撲結構，轉而采用由DCDC轉換器完成隔離；由BOOST電路完成升壓電路，使用該方法有助于實現電路模塊化，減少出現問題的概率。另外由于本電路采用了電壓控制的恒流源工作模式。在恒流源正常工作的情況下，輸出的電流不受升壓電路輸出的電壓的影響，只受到恒流源控制電壓的控制，這就降低了升壓電路的設計難度，增加了系統的工作穩定性。同時，由于采用DAC輸出電壓來控制起搏電流的輸出，可以使一定范圍之內起搏電流的連續可調成為可能。現在通用的MCU都有ADC和DAC控制電路，這種設計方法也方便使用MCU來控制起搏器的輸出模式。
圖I為本發明的拓撲結構框圖2為本發明的升壓電路的結構框圖3為本發明的恒流源結構框圖4為本發明的恒流源反饋的結構框圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明作進一步描述
如圖I所示，本發明包括DCDC隔離模塊、DCDC升壓模塊、第一電極、第二電極、恒流源模塊、模擬隔離模塊、ADC模塊和DAC模塊；所述DCDC隔離模塊連接DCDC升壓模塊，DCDC升壓模塊連接與人體連接的第一電極，與人體連接的第二電極接恒流源模塊，恒流源模塊接模擬隔離模塊，模擬隔離模塊連接ADC模塊和DAC模塊。外部電源經過Drac隔離模塊完成與網電源的隔離，以保證患者漏電流滿足安全標準的要求。隔離之后的電源經過Drac升壓模塊上升到150V左右，該電壓保證在人體的起搏阻抗500歐姆左右滿足起搏的需求。升壓之后的電壓經過兩個電極與人體接觸，向人體發送起搏脈沖。起搏脈沖的電流大小由恒流源模塊進行控制。模擬隔離模塊完成模擬信號的隔離，將無失真的模擬信號傳遞給ADC模塊和DAC模塊。ADC模塊負責將采樣，將實際輸出的起搏脈沖幅度傳送給MCU，而DAC將MCU的電流控制信號傳送給恒流源模塊，控制恒流源的輸出電壓。
如圖2所示，是一個典型的BOOST類型的D⑶C升壓電路的結構圖。D⑶C升壓模塊包括外部隔離之后的電源DC、電容Cl、C2、電感LI、三極管Ql和二極管Dl ；電源DC連接電容Cl、電感LI和三極管Ql，電感LI分別連接三極管Ql和二極管Dl，二極管Dl連接電容C2，電容C2分別連接三極管Q1、電容Cl和電源DC。外部隔離之后的電源DC經過Cl濾波之后提供給LI，當Ql三極管(或者MOS管，IGBT等電子管)打開時，經過LI的電流，逐漸增加，LI電感存儲能量，電流經Ql回到DC的負極；當Ql三極管(或者MOS管，IGBT等電子管)關閉時，電感存儲的能量以負高壓的形式出現在電感兩端，電感上的電壓與電源電壓疊加流經Dl對C2進行充電。在三極管再次打開時，C2對負載放電。該電路完成電壓升壓的功能，升壓的理論值與開關頻率的占空比相關。如圖3所示，是本發明中的恒流源電路。恒流源模塊包括運算放大器Ul、電阻R1、R2、三極管Q1，運算放大器Ul的正端連接DAC模塊，負端連接電阻R2和三極管Ql的發射極，電阻R2 —端接地；運算放大器Ul的輸出端接電阻R1，電阻Rl接三極管Ql的基極，三極管Ql的集電極接第二電極。當給予運算放大器Ul合適的工作電壓之后，Ul即開始正常工作。此時，由于運算放大器Ul的兩個輸入端存在的虛短特性，故Ul的正端的電壓等于Ul的負端的電壓。此時，流經R2兩端的電流即可以得出
該電流的大小與Ul的工作電壓無關，與電極2的電壓無關。由此我們可以得到，控制Vdac的值，就控制了流經人體的起搏電流的值。如圖4所示，是恒流源電路的控制和反饋回路。來自MCU的信號經過DAC變換之后輸出一個模擬電壓信號，該模擬電壓信號與Ul運算放大器的正輸入端相連接，此信號來控制恒流源的輸出電流的大小。而運算放大器的正輸入端與ADC連接在一起，作為一個反饋，來判斷電流的輸出是否與設定值是相同的。當恒流源正常工作的條件不具備的時候，輸出電流的大小與輸入的控制信號是不相同的。該反饋信號可以輸入到MCU中，由MCU來判斷輸出信號是否正常。另外一點需要注意的是，該恒流源在實際工作的時候，能夠輸出的最小電流為O ;能夠輸出的最大電流由升壓電路的電壓，人體的實際阻抗來決定，恒流源的采樣電阻的大小，恒流源的工作電壓等幾方面的因素綜合到一起來決定。本發明在工作時，發放的起搏信號的脈寬，周期等由MCU內部的定時器控制，通過DAC是否輸出一定的幅值來控制起搏信號的發送。而起搏信號的電流的大小通過DAC的輸出的幅值來決定。同時，ADC模塊采樣實際輸出的電流的大小，當與設置的電流輸出不相符合的時候，MCU進行按照實際的情況進行調整。或者通過顯示屏，串行口，聲音等方式來提醒操作人員需要注意。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種基于恒流源的起搏脈沖產生發放電路，其特征在于包括DCDC隔離模塊、DCDC升壓模塊、第一電極、第二電極、恒流源模塊、模擬隔離模塊、ADC模塊和DAC模塊；所述DCDC隔離模塊連接D⑶C升壓模塊，D⑶C升壓模塊連接與人體連接的第一電極，與人體連接的第二電極接恒流源模塊，恒流源模塊接模擬隔離模塊，模擬隔離模塊連接ADC模塊和DAC模塊。
2.根據權利要求I所述的一種基于恒流源的起搏脈沖產生發放電路，其特征在于所述D⑶C升壓模塊包括外部隔離之后的電源DC、電容Cl、C2、電感LI、三極管Ql和二極管Dl ；電源DC連接電容Cl、電感LI和三極管Ql，電感LI分別連接三極管Ql和二極管Dl，二極管Dl連接電容C2，電容C2分別連接三極管Q1、電容Cl和電源DC。
3.根據權利要求2所述的一種基于恒流源的起搏脈沖產生發放電路，其特征在于所述的恒流源模塊包括運算放大器U1、電阻R1、R2、三極管Ql，運算放大器Ul的正端連接DAC模塊，負端連接電阻R2和三極管Ql的發射極，電阻R2 —端接地；運算放大器Ul的輸出端接電阻R1，電阻Rl接三極管Ql的基極，三極管Ql的集電極接第二電極。
全文摘要
本發明公開了一種基于恒流源的起搏脈沖產生發放電路，其中，包括DCDC隔離模塊、DCDC升壓模塊、第一電極、第二電極、恒流源模塊、模擬隔離模塊、ADC模塊和DAC模塊；所述DCDC隔離模塊連接DCDC升壓模塊，DCDC升壓模塊連接與人體連接的第一電極，與人體連接的第二電極接恒流源模塊，恒流源模塊接模擬隔離模塊，模擬隔離模塊連接ADC模塊和DAC模塊。本發明有效解決了現有技術中的問題，采用模塊化設計，電路簡單，穩定性高，調試方便。
文檔編號H02M3/155GK102908723SQ201210455400
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者夏振宏, 謝陸偉 申請人:河南華南醫電科技有限公司