基于FPGA的高頻電刀發生器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種基于FPGA的高頻電刀發生器，電源提供直流電壓信號給射頻發生模塊，直流電壓信號經射頻發生模塊諧振放大和半橋電路整形，變成高壓交流射頻信號后輸出，輸出通過放射電極和返回通道發送到生物組織；阻抗檢測單元檢測生物組織的阻抗并把阻抗參數發送給FPGA主控單元，FPGA主控單元依據阻抗參數實時調整SPWM波的占空比，SPWM波輸出到射頻發生模塊。控制器可以實現精確控制、響應速度快、易修改、可現場編程；控制器通用性強，性能穩定；最重要的是，大規模的FPGA讓我們可以將微處理器、專用硬件算法單元、專用波形發生單元、信號采集處理單元都集成于單芯片上，使之成為一個完整的電子專用控制系統。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種外科手術器械，特別涉及一種基于FPGA的高頻電刀發生器。
技術介紹
高頻電刀應用廣泛，不僅在直視手術中，如普通外科、胸外、腦外、五官科、頜面外科得到廣泛的應用，而且越來越多地應用在各種內窺鏡手術中，如腹腔鏡、前列腺切鏡、胃鏡、膀胱鏡、宮腔鏡等手術中。高頻電刀發生器是其核心部件。目前，傳統的高頻電刀廣泛采用單片機對整機控制，來實施對各種功能下功率波形、電壓、電流的自動調節，以及各種安全指標的檢測。但是相對于數字控制也存在一些缺點控制電路組件多，型號復雜；模擬器件容易老化；控制方法單一，較難實現先進的控制算法。隨著EDA技術的發展，用基于FPGA 的數字電子系統對功率器件組成的電路系統進行控制，為實現電外科的數字控制提供了一種新的有效方法。
技術實現思路
本技術是針對現在高頻電刀控制電路組件多，型號復雜，模擬器件容易老化，控制方法單一的問題，提出了一種基于FPGA的高頻電刀發生器，利用FPGA可編程性，采用SPWM調制方法，通過諧振式半橋逆變電路方式控制射頻輸出信號的頻率、幅度和功率，使之適合生物組織體所需的切割和/或凝結。本技術的技術方案為一種基于FPGA的高頻電刀發生器，電源提供直流電壓信號給射頻發生模塊，直流電壓信號經射頻發生模塊諧振放大和半橋電路整形，變成高壓交流射頻信號后輸出，輸出通過放射電極和返回通道發送到生物組織；阻抗檢測單元檢測生物組織的阻抗并把阻抗參數發送給FPGA主控單元，FPGA主控單元依據阻抗參數實時調整SPWM波的占空比，SPWM波輸出到射頻發生模塊。所述的射頻發生模塊由諧振電路與半橋開關式功放電路兩部分組成，諧振電路由串聯的電容和電感組成RC振蕩電路，其諧振頻率為I/2L，半橋開關式功放電路由串聯的兩個MOS開關管和兩個串聯的電容并聯組成，諧振電路串聯的電容和電感兩端一端接半橋開關式放電電路的串聯的兩個MOS開關管中心點，另一端接半橋開關式放電電路的串聯的兩個電容中心點，諧振電路的電容兩端為輸出端。所述FPGA主控單元包括電源電流電壓反饋與控制、阻抗檢測反饋與控制、SPWM調制，其外圍電路還包括晶振、人機界面和隔離電路；電源電流電壓反饋與控制接電源，處理電源信號，阻抗檢測反饋與控制輸入接阻抗檢測單元的輸出，輸出接SPWM調制；SPWM調制輸出連接射頻發生模塊的兩個MOS開關管；晶振為FPGA器件提供時鐘驅動信號；隔離電路對主控單元的輸入輸出隔離，人機界面可以設定參數給FPGA主控單元。所述SPWM調制主要包括正弦波發生器、三角波發生器、調制度M控制、比較器。本技術的有益效果在于本技術基于FPGA的高頻電刀發生器，控制器可以實現精確控制、響應速度快、易修改、可現場編程；控制器通用性強，性能穩定；最重要的是，大規模的FPGA讓我們可以將微處理器、專用硬件算法單元、專用波形發生單元、信號采集處理單元都集成于單芯片上，使之成為一個完整的電子專用控制系統。附圖說明圖I為本技術基于FPGA的高頻電刀發生器原理圖；圖2為本技術基于FPGA的高頻電刀發生器中射頻發生模塊功能電路圖；圖3為本技術基于FPGA的高頻電刀發生器中FPGA主控單元功能示意圖；圖4為本技術基于FPGA的高頻電刀發生器中SPWM調制算法示意圖。具體實施方式如圖I所示基于FPGA的高頻電刀發生器原理圖，200V直流電壓信號首先由電源101產生，提供給射頻發生模塊102 ;后經射頻發生模塊102諧振放大和半橋電路整形，變成高壓交流射頻信號；最后通過放射電極和返回通道發送到生物組織103。阻抗檢測單元104用于檢測生物組織103的阻抗并把阻抗參數發送給FPGA主控單元105，FPGA主控單元105依據阻抗參數實時調整SPWM波的占空比，以控制射頻發生模塊102輸出信號的幅度使之適合生物所需的切割和/或凝結。如圖2所示射頻發生模塊功能電路圖，所述的射頻發生模塊102，由諧振電路與半橋開關式功放電路兩部分組成。諧振電路由串聯的電容203與電感202組成RC振蕩電路，其諧振頻率為I/ 2艽掘。半橋開關式功放電路由串聯的MOS開關201、204和串聯的電容205、電容206并聯組成。諧振電路串聯的電容和電感兩端一端接半橋開關式放電電路的串聯的MOS開關201、204中心點，另一端接半橋開關式放電電路的串聯的電容205、電容206中心點，電阻207為負載。如圖3所示FPGA主控單元功能示意圖，FPGA主控單元105包括電源電流電壓反饋與控制302、阻抗檢測反饋與控制305、SPWM調制304，其外圍結構還包括晶振303、人機界面301和隔離電路306 ;電源電流電壓反饋與控制302用于控制設備電源101的反饋與輸出，阻抗檢測反饋與控制305根據阻抗檢測104的輸出結果調整SPWM調制304輸出的占空比；SPWM調制304輸出連接射頻發生模塊102的MOS開關201和204 ;晶振303為FPGA器件提供時鐘驅動信號；隔離電路306對主控單元的輸入輸出隔離，避免同源干擾，人機界面301可以設定參數給FPGA主控單元105。如圖4所示SPWM調制304算法示意圖，主要包括正弦波發生器401、三角波發生器404、調制度M控制402、比較器103 ;對正弦波發生器401與三角波發生器404產生的同一時刻正弦波和三角波幅值大小比較，正弦波大于三角波則輸出正脈沖，反之則輸出負脈沖或低電平。權利要求1.一種基于FPGA的高頻電刀發生器，其特征在于，電源提供直流電壓信號給射頻發生模塊，直流電壓信號經射頻發生模塊諧振放大和半橋電路整形，變成高壓交流射頻信號后輸出，輸出通過放射電極和返回通道發送到生物組織；阻抗檢測單元檢測生物組織的阻抗并把阻抗參數發送給FPGA主控單元，FPGA主控單元依據阻抗參數實時調整SPWM波的占空t匕，SPWM波輸出到射頻發生模塊。2.根據權利要求I所述基于FPGA的高頻電刀發生器，其特征在于，所述的射頻發生模塊由諧振電路與半橋開關式功放電路兩部分組成，諧振電路由串聯的電容和電感組成RC振蕩電路，其諧振頻率為I/ 2π, Ε ，半橋開關式功放電路由串聯的兩個MOS開關管和兩個串聯的電容并聯組成，諧振電路串聯的電容和電感兩端一端接半橋開關式放電電路的串聯的兩個MOS開關管中心點，另一端接半橋開關式放電電路的串聯的兩個電容中心點，諧振電路的電容兩端為輸出端。3.根據權利要求I所述基于FPGA的高頻電刀發生器，其特征在于，所述FPGA主控單元包括電源電流電壓反饋與控制、阻抗檢測反饋與控制、SPWM調制,其外圍電路還包括晶振、人機界面和隔離電路；電源電流電壓反饋與控制接電源，處理電源信號，阻抗檢測反饋與控制輸入接阻抗檢測單元的輸出，輸出接SPWM調制；SPWM調制輸出連接射頻發生模塊的兩個MOS開關管；晶振為FPGA器件提供時鐘驅動信號；隔離電路對主控單元的輸入輸出隔離，人機界面可以設定參數給FPGA主控單元。4.根據權利要求I所述基于FPGA的高頻電刀發生器，其特征在于，所述SPWM調制主要包括正弦波發生器、三角波發生器、調制度M控制、比較器。專利摘要本技術涉及一種基于FPGA的高頻電刀發生器，電源提供直流電壓信號給射頻發生模塊，直流電壓信號經射頻發生模塊諧振放大和半橋電路本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于FPGA的高頻電刀發生器，其特征在于，電源提供直流電壓信號給射頻發生模塊，直流電壓信號經射頻發生模塊諧振放大和半橋電路整形，變成高壓交流射頻信號后輸出，輸出通過放射電極和返回通道發送到生物組織；阻抗檢測單元檢測生物組織的阻抗并把阻抗參數發送給FPGA主控單元，FPGA主控單元依據阻抗參數實時調整SPWM波的占空比，SPWM波輸出到射頻發生模塊。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張桂蘭，周宇，宋成利，焉盛杰，陳晟達，徐文棟，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：實用新型
國別省市：