專利名稱：外科手術高頻發生器的制作方法
外科手術高頻發生器本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的外科手術高頻發生器，以及一種在 外科手術高頻發生器中產生高頻電壓的方法。外科手術高頻設備正在越來越多地應用于外科手術中。基于此目的而采用的發生 器提供的基本頻率通常位于300kHz到4MHz的范圍。在發生器中，具有功率振蕩器，其轉 換由主體電源網絡供給的電能，并校正為無電勢，具有上述基本頻率的無直流電壓輸出的 電壓。在很多應用中，如高壓凝固或凝固切割，這個基本頻率覆蓋有“調制頻率”，其通常在 50Hz的量級。有限數量的正弦振蕩，在極端情況下，產生單一的正弦振蕩，隨后是沒有任何 能量轉移的脈沖暫停。在調制期滿后，脈沖群的供給重新開始。很明顯，輸出電壓的自發啟動是必須的。這意味著，在1個，或最多2個半周期后， 輸出電壓必須達到其終值，因為這會影響正在治療的組織所達到的效果。通常情況下，如圖7所示，能量轉換的描述是來自兩個連續步驟。首先，主體1供 應的電能由整流器2調整，以便得到恒定直流電壓。該恒定直流電壓由電源3 (直流/直流 轉換器)轉變成中間電路電壓仏。該中間電路電SUz是可調的。在下面，這個第一能量轉 換單元將作為電源。另外的連接是第二能量轉換單元，其將在后面作為功率振蕩器10被涉及到。功率 振蕩器10是換流器，其同樣包含源自病人回路的電位分離。功率振蕩器10的輸出端在一 旁連接到外科電器工具4，并且在另一旁連接到中性電極5。功率振蕩器10的輸出端還連 接到實際值傳感器22，該實際值傳感器22檢測功率振蕩器10的輸出電壓，并且用所述電壓 值與定位點發生器21的目標電壓值進行比較，于是系統誤差經由控制器20供回到電源3， 從而使中間電路電壓Uz得到調節，以達到根據定位點發生器21的設置控制功率振蕩器10 的輸出電壓振幅。如圖8和9所示，功率振蕩器10通常包含帶功率半導體器件的驅動電路11，變壓 器12，變壓器12通過并聯電容Cp被加強到并聯諧振電路，以及在變壓器12輸出端的包含 電感Lsa和電容Csa的串聯電路，也就是說，串聯諧振電路指向病人回路。如圖9所示的常規 實施方式，在驅動電路11的輸出端以及包含變壓器12、并聯電容Cp的并聯諧振電路之間， 是包含感應器Lse和電容器Cse另一的串聯諧振電路。為了確保可能達到最好的調制功能，因此，自發開始輸出電壓的振蕩，輸入串聯諧 振電路(依照圖9)通常省略(如圖8所示)。因此，整體諧振電路的輸入是并聯諧振電路。 由于驅動電路也是由電壓源供回的，特別是從電源3的輸出電容Ca供回的，驅動功率半導 體器件11表明帶電電容(Ca)和不帶電電容(Cp)之間是短路。其結果是，電流大小僅由寄生 表現如導線電感和半導體器件的路徑電阻決定。由于這些寄生值通常比實際分量值小，會 出現非常高的未定義電流值。這些，通常非常高，脈沖電路能夠發出不必要的電磁干擾(這 在臨床環境中是不允許的)。此外，驅動電路11的功率半導體器件尺寸通常是不經濟的。為了解決這個問題，使用如圖9所示的電路，其中的驅動電流是由輸入電感Lse決 定的。但是，這帶來的缺點就是過濾器不啟動自發振蕩，因此不適合用于上述調制。本發明的目的是提供一種外科手術高頻發生器，以及在外科手術高頻發生器中產生高頻電壓以使得達到良好的調整能力，而且能避免上述的缺點，尤其是過度的電流的方法。根據權利要求1所述的外科手術高頻發生器以及權利要求11所述的的方法實現 該目的。特別是，該目的是由外科手術高頻發生器達到的，其包含-供應整流電能的電源；-供應無電勢，無直流電流或無直流電壓高頻電壓的功率振蕩器；-用于控制高頻電壓的控制裝置，其中電源配置為供給負載獨立輸出電流的電流 源，其目標值是由控制裝置預先確定的以使得這種電源的負載獨立輸出電流充當控制高頻 電壓的控制變量。因此，作為與以前已知的解決方案不同，重要因素是電源不具有負載獨立輸出電 壓，也不輸出由輸出電流控制的負載獨立。這個輸出電流的目標值是預先由外科手術高頻 發生器的(本身已知)控制系統確定的。因此，負載獨立電流作為控制高頻輸出電壓和組 織上的高頻效應的控制變量。優選，電源包含主體整流裝置以轉換主體交流電壓為基本恒定的直流電壓，以及 在輸出端連接的中間電路以供應可調的、糾正能量。優選，電源包含降壓轉換器或電位分離 正向轉換器兩者之一。在這種情況下，提供無輸出電容器。因此，電源的輸出是電感，電源 的控制系統控制輸出電流，其中輸出電壓是根據負載的情況自行調節的。由于這里所需的電流控制系統的受控系統-至少在選擇適當輸出電感后，其表示 結構體積/成本和紋波電流之間的妥協-具有非常快速時間常數，電流控制器適于實現為 “具有有效調形時間的控制系統”，優選為“不擺式控制”，特別是在數字信號處理器或者其 他集成電路中。在這方面，應該指出的是，沒有電力傳送的電源狀態是在輸出時短路。因此，該裝 置是耐短路的。在無負載運行中，電壓能夠通過感應過電壓而增加，直到組件被摧毀。因此， 必須確保通過下游(功率振蕩器)電路組件，使得電源的電感輸出從不無負載操作。優選，功率振蕩器包含電力電子驅動電路，配置為半導體電路元件的H-橋。為了 避免在無負載運行階段不必要的能量短路，優選半導體電路元件與二極管串聯。優選，配置驅動電路使得在能量恢復操作中，存儲在電抗成分中的能量供回到電 源中，這樣的布置使得效率提高。此外，通過能量恢復，避免了輸出電壓的崗位振蕩，使得輸 出電壓的曲線形狀盡快減少為零。優選，該驅動電路配置，使得在相位同步共振中半導體電路元件是成對控制。由于 相對較高的2*50%開關時間，因此在功率半導體元件組件中產生適度的電流強度，因此其 非常好用。如果能量恢復能力免除，能節約兩個功率半導體設備(與四個相對比)。為了供 應，可以是構造為彼此獨立控制的兩種電流源(電源)，或者是由一個電流調節的電源供回 的電路和通過感應電流分流器分開的兩個分支。根據本發明的在外科手術高頻發生器中產生高頻電壓的方法，包括在電源中產生 整流電能，產生無電勢，無直流電流或無直流電壓控制的高頻電壓，其中電源供應負載獨立 輸出電流預先確定的目標值，使得電源的負載獨立輸出電流調節高頻電壓作為控制變量。
本發明的優選實施例在所附權利要求書以及下列說明書的具體實施方式
中披露， 這將在下面結合附圖詳細說明，其中-
圖1顯示了外科手術高頻發生器的示意圖，-圖2A顯示了根據圖1的外科手術高頻發生器的電源的第一實施例，-圖2B顯示了根據圖1的外科手術高頻發生器的電源的第二實施例，-圖3顯示了根據圖1的外科手術高頻發生器的功率振蕩器的第三實施例，-圖4顯示了根據圖3的功率振蕩器的功率半導體設備的開關作用的示意圖，和隨 其產生的電壓/電流。-圖5顯示了功率振蕩器的第二實施例，-圖6顯示了功率振蕩器的第三實施例，-圖7顯示了已知的外科手術高頻發生器的示意圖，以及-圖8和9顯示已知的功率振蕩器的實施例。在下面的說明書中，相同和類似功能的部件使用相同的參考標記和指示。這里描述的并且圖1舉例說明的具體實施方式
中外科手術高頻發生器的基本結 構，實質上相當于如圖7-9所述的現有技術。然而，本質區別在于，在現有技術中電源3供 應恒定電壓Uz到與其輸出端并聯的電容器Ca，然而根據本發明的電源3供應通過輸出電感 La負載獨立輸出電流到功率振蕩器10。圖2A顯示了電源3的第一實施例，從帶有連接到其輸出部分的濾波電容器的整流 器2獲得恒定輸入直流電壓。該電源3設計為降壓轉換器(雖然在輸出端沒有電容器)， 并且包含開關晶體管T1和二極管的串聯，與功率振蕩器10的耦合點通過輸出電感La耦合。 電流通過實際值傳感器22’到減法電路，比較當前實際值與當來自于已知的前面所述的控 制器20的當前目標值。比較值表示通知到控制器20'的系統偏差。所述的控制器控制晶 體管T1以確定所述的輸出電流。圖2B所示的是電源3本身為人所知的變換，表示前面已知的電位分離流量轉換 器。在這種情況下，提供排列為H-電路的四個開關晶體管T1,T2，T3*T4。各自變壓器的初 級繞組連接到晶體管T1, T2，T3和T4的耦合點，其耦合到彼此的次級繞組通過二極管連接到 輸出電感La。次級繞組的耦合點形成了電源的輸出端。根據圖2A進行類似控制。現在將結合附圖3和4描述該功率振蕩器的驅動電路的動力電子設備。功率振蕩器11配置為Γ-過濾器。依照圖3配置驅動電路的動力電子設備，如 H-橋與兩對晶體管1\。和Tlu，以及T2。和T2u。此外，為了避免在無負載自由運轉時不必要的 負載短路，在串聯功率晶體管中提供二極管。連接到晶體管對(T1。和Tlu，以及和T2u)的 是變壓器12的初級繞組與與此并聯的電容器CP。連接到變壓器12的輸出或次級繞組的是 輸出串聯諧振電路Lsa和CSA。再加上變壓器12的次級繞組，所述的串聯諧振電路構成病人 電流回路的一部分。如圖4所示，該電路的操作設計為使得兩對角反對的功率半導體總是同時進行。 因此，為了供回到H-電路的輸出的并聯諧振電路，晶體管1\。和T2u或T2。和Tlu同時進行。 在無負載情況下，當無能量通過電源輸出到功率振蕩器中時，1\。和T2u或Τ2。和Tlu 二者之一 同步開啟，也就是說在不同情況下的半橋是必須的。另一個允許的操作模式是，所有四個晶體管同時轉換，以實現在功率振蕩器11的電抗成分供應能量到電源3的輸出電感La的能量恢復操作。在這樣的能量恢復類型中，可 以避免輸出電壓的后脈沖振蕩，而且輸出電壓曲線的形狀會盡快減少到零。該電路由于其尺寸而具有進一步有趣的性質。具體來說，它有可能在相對開關時 間(工作周期)內幾乎100%推動電路。為此，只要并聯諧振電路的電壓(12/CP)是正的， 開關T1。和T^1關閉。這確保了如圖4所示的相位同步切換，其在諧振中操作電路。這個相 對較大的2*50%開關時間，導致在功率半導體部件中適度的電流強度，因此使用非常經濟。在圖5所示的功率振蕩器10的實施例中，只提供兩個功率半導體部件T1和T2 (無 負載運行二極管)，所述部件具有彼此獨立調節的兩個電源。在圖6所示的變換方式中，只 提供一個電流穩壓電源，然而其中通過分感應電流供給功率半導體部件T1和T2的兩個分 支。由上述內容可以清楚地知曉，本發明可以在許多不同的電路排布中實現。參考標記1 主體2整流器3電源或DC/DC轉換器4 儀器5中性電極10功率振蕩器11驅動線路12變壓器20控制器21設定值發生器22實際值傳感器
權利要求
1.外科手術高頻發生器，包含-供應整流電能的電源(3)；-供應無電勢(potential-free)，無直流電流(DC current-free)和無直流電壓(DC voltage-free)高頻電壓(Uhf)的功率振蕩器(10)；-用于控制高頻電壓(Uhf)的控制裝置(20)；其特征在于，電源(3)配置為供給負載獨立輸出電流的電流源，其目標值是由控制裝 置(20)預先確定的以使得這種電源(3)的負載獨立輸出電流充當控制高頻電壓(Uhf)的控 制變量。
2.如權利要求1所述的外科手術高頻發生器，其特征在于，電源(3)包含將主體交流 電壓轉化為基本恒定的直流電壓的主體整流裝置(2)，以及供應可調的、整流能量的中間電路。
3.如前述任一權利要求所述的外科手術高頻發生器，其特征在于，電源(3)包含降壓 轉換器。
4.如權利要求1或2所述的外科手術高頻發生器，其特征在于，電源包含電位分離正向 轉換器。
5.如前述任一權利要求所述，尤其是如權利要求3或4所述的外科手術高頻發生器，其 特征在于，電源(23)不包含輸出電容器。
6.如前面任一權利要求所述的外科手術高頻發生器，其特征在于，控制裝置(20)包含 具有有限調整時間，尤其是不擺式控制的控制系統。
7.如前面任一權利要求所述的外科手術高頻發生器，其特征在于功率振蕩器(11)包 含作為H-橋(T1。，Tlu以及T2。，T2u)配置的電力電子驅動電路。
8.如前面任一權利要求，尤其是如權利要求7所述的外科手術高頻發生器，其特征在 于，二極管與半導體電路元件串聯設置。
9.如前面任一權利要求，尤其是如權利要求7所述的外科手術高頻發生器，其特征在 于，配置驅動電路以便能量恢復操作，儲存在電抗成分中的能量供回到電源(3)中。
10.如前面任一權利要求，尤其是如權利要求7所述的外科手術高頻發生器，其特征在 于，配置驅動電路使得半導體電路元件(T1。，Tlu以及T2。，T2u)在同步相位共振中被成對控 制。
11.外科手術高頻發生器中產生高頻電壓的方法，包含-在電源中產生整流電能，-產生無電勢，無直流電流或無直流電壓控制的高頻電壓，其中電源供應具有預先確定的目標值的負載獨立輸出電流，使得電源的負載獨立輸出 電流調節高頻電壓作為控制變量。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，電源通過具有有限調整時間，尤其是不擺 式控制的控制系統加以調整。
13.如權利要求11或12所述的方法，其特征在于，在能量恢復操作中，存儲在電抗成分 中的能量供回到電源中。
全文摘要
已知外科手術高頻發生器包含供應整流電能的電源，供應無電勢，無直流電流，或者無直流電壓高頻電壓的功率振蕩器，以及控制高頻電壓的控制裝置。為了達到特別優良的調制能力，提出電源配置為電流源，以供應負載獨立輸出電流，其目標值通過控制器預先確定，這樣使得電源的負載獨立輸出電流充當控制高頻電壓的控制變量。
文檔編號H03L5/00GK102149345SQ200980135168
公開日2011年8月10日 申請日期2009年8月10日 優先權日2008年9月8日
發明者弗洛里安·艾澤勒, 海科·沙爾 申請人:愛爾伯電子醫療設備有限公司