谐振逆变器的死区时间优化的利记博彩app
【专利摘要】本公开涉及包括具有H桥和槽的谐振逆变器的电外科发生器。传感器阵列测量所述槽的至少一个特性。脉宽调制PWM控制器向所述H桥输出第一PWM时序信号和第二PWM时序信号。所述PWM控制器基于由所述传感器阵列测量到的所述至少一个特性来控制所述第一PWM时序信号和所述第二PWM时序信号之间的死区时间。
【专利说明】谐振逆变器的死区时间优化
【技术领域】
[0001]本公开涉及使用相移全桥谐振逆变器的射频放大器。特别地，本公开涉及改善射频放大器的效率和动态范围。
【背景技术】
[0002]基于能量的组织治疗是本领域已知的。向组织施加各种类型的能量(例如，电、超声波、微波、低温、热、激光等)以实现所需的结果。电外科涉及向外科手术位应用高射频电流以对组织进行切割、烧蚀、凝结或密封。源或有源电极将射频能量从电外科发生器提供到组织，返回电极携载电流返回到发生器。在单极电外科中，源电极通常是由外科医生掌握并且应用到待治疗组织的外科手术器械的一部分，返回电极被放置在远离有源电极的位置以携载电流回到发生器。在双极电外科中，手持仪器的电极之一充当有源电极，另一个充当返回电极。
[0003]电外科发生器可以使用相移全桥谐振逆变器来生成执行电外科手术所需的电外科能量。谐振逆变器的一个示例使用由具有两对场效应晶体管(FET)的H桥驱动的LCLC槽(tank)拓扑。每对FET都包括串联连接的两个FET。两个串联连接的FET不应同时接通，否则将在输入电压源处发生短路。为了避免短路，在施加到FET对中的第一 FET的脉冲和施加到第二 FET的脉冲之间提供了固定的死区时间。取决于谐振逆变器的负载状况，最佳死区时间也可以变化。如果FET的死区时间相对于最佳死区时间太长或太短，则FET过渡将部分地处于零电压切换，部分地处于硬切换。由于FET在较大的程度上进行硬切换，谐振逆变器的效率显著下降。
【发明内容】
[0004]本说明书可以使用短语“在一实施例中”、“在实施例中”、“在一些实施例中”或“在另一些实施例中”，它们每个都可以引用根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。对于本说明书，“A/B”形式的短语表示A或B。对于本说明书，“A和/或B”形式的短语表示“㈧、(B)或(A和B)”。对于本说明书，“A、B或C中的至少一个”形式的短语表示“(A)、(B)、(C)、(A 和 B)、(A 和 C)、(B 和 C)、或(A、B 和 C) ”。
[0005]此处使用时，术语“发生器”可以是指能够提供能量的设备。这样的设备可以包括电源和能够改变由电源输出的能量以输出具有所需强度、频率、和/或波形的能量的电路。
[0006]此处所描述的系统也可以使用一个或多个控制器来接收各种信息和转换所接收到的信息以生成输出。控制器可包括能够执行存储在存储器中的一系列指令的任何类型的计算设备、计算电路、或任何类型的处理器或处理电路。控制器可以包括多个处理器和/或多核中央处理单元(CPU)，并且可以包括任何类型的处理器，诸如微处理器、数字信号处理器、微控制器等。控制器也可以包括存储数据和/或算法以执行一系列指令的存储器。
[0007]此处所描述的方法、程序、算法或代码中的任何一种都可以被转换为或表示为编程语言或计算机程序。“编程语言”和“计算机程序”是用于向计算机指示指令的任何语言，包括(但不仅限于)这些语言以及它们的衍生物:汇编语言、Basic、批处理文件、BCPL、C、C+、C++、Delph1、Fortran、Java、JavaScript、机器代码、操作系统命令语言、Pascal、Perl、PL1、脚本语言、Visual Basic、本身指示程序的元语言、以及所有的第一至第五代计算机语言。还包括数据库和其他数据方案、以及任何其他元语言。对于本定义，在被解释、编译、或使用编译的和解释的方案的语言之间没有区别。对于本定义，在程序的编译版本和源版本之间没有区别。如此，对其中编程语言可以以一个以上的状态(诸如源、编译的、对象、或链接)存在的程序的引用是对任何这样的状态的引用。该定义也涵盖实际指令以及这些指令的意图。
[0008]此处所描述的方法、程序、算法或代码中的任何一种都可以包含在一个或多个机器可读介质或存储器中。术语“存储器”可以包括以可由诸如处理器、计算机或数字处理设备之类的机器读取的形式提供(例如，存储和/或传输)信息的机构。例如，存储器可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备、或任何其他易失性或非易失性存储设备。在其上包含的代码或指令可以通过载波信号、红外信号、数字信号以及通过其他类似信号来表示。
[0009]在本公开的一方面，提供了一种电外科发生器。电外科发生器包括具有H桥和槽的谐振逆变器。发生器还包括被配置成测量槽的至少一个特性的传感器阵列。提供了脉宽调制(PWM)控制器，它被配置成向所述H桥输出第一 PWM定时信号和第二 PWM定时信号。所述PWM控制器基于由所述传感器阵列测量到的所述至少一个特性来控制所述第一 PWM定时信号和所述第二 PWM定时信号之间的死区时间。
[0010]在某些方面，传感器阵列测量输入电压、输出电压和输出电流，PWM控制器使用输入电压、输出电压和输出电流来确定死区时间。PWM控制器基于输入电压和输出电压来计算效率测度。PWM控制器还基于输出电压和输出电流来计算负载测度。PWM控制器基于效率测度来控制死区时间。
[0011]在某些方面，所述PWM控制器包括其上存储有查找表的存储器。所述PWM控制器基于由所述传感器阵列测量的输出电压和输出电流来确定H桥的相移和负载测度。PWM控制器通过将所述相移和所述负载测度与所述查找表中的数据进行比较来确定所述死区时间。
[0012]在本公开的另一方面，提供了一种用于优化谐振逆变器中的场效应晶体管(FET)过渡的死区时间的方法。该方法包括初始化FET过渡的死区时间以及确定谐振逆变器的第一效率测度。增大FET过渡的死区时间以及确定谐振逆变器的第二效率测度。基于所述第一效率测度和所述第二效率测度之间的比较，调整所述死区时间。
[0013]在某些方面，如果所述第二效率测度大于所述第一效率测度达预定的百分比，则增大所述死区时间。如果所述第二效率测度小于所述第一效率测度达预定的百分比，则减小所述死区时间。
[0014]在本公开的另一方面，提供了一种用于优化包括H桥和槽的谐振逆变器中的场效应晶体管(FET)过渡的死区时间的方法。该方法包括确定施加到H桥的多个脉冲宽度调制信号之间的相移以及确定槽的负载测度。将相移和负载测度与查找表进行比较，基于相移和负载测度与查找表之间的比较结果，确定最佳死区时间。基于所述最佳死区时间，调整用于FET过渡的死区时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]通过下面结合附图对本公开进行的详细描述，本公开的上面的和其他方面、特点和优点将变得更加显而易见，附图中:
[0016]图1是根据本公开一实施例的电外科发生器的示意图；
[0017]图2是施加到图1所示的H桥的信号的时序图；
[0018]图3A是由于大的死区时间而施加到放大器的电压的图解说明；
[0019]图3B是由于短的死区时间而施加到放大器的电压的图解说明；
[0020]图3C是由于优化的死区时间而施加到放大器的电压的图解说明；
[0021]图4是描绘根据本公开一实施例的优化算法的流程图；以及
[0022]图5是描绘根据本公开的另一实施例的优化算法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面将参考附图来描述本公开的特定实施例；然而将理解，所公开的实施例只是本公开的示例，本公开可以以各种形式实现。没有详细描述已知的功能或结构以避免以不必要的细节模糊本公开。因此，此处所公开的特定结构和功能细节不应解释为限制性的，而是只作为权利要求的基础并且作为代表性基础用于教导本领域技术人员以各种方式采用几乎任意适当细节结构的本公开的。贯穿对附图的说明，相同的附图标记可以引用相似或相同的元件。
[0024]本公开涉及一种电外科发生器，其采用具有LCLC槽拓扑和H桥的相移全桥谐振逆变器。该发生器使用死区时间优化算法来优化施加到H桥中的FET的脉冲之间的死区时间。通过优化死区时间，可以改善谐振逆变器的效率和动态范围。
[0025]参照图1，根据本公开一实施例的电外科发生器的一个不例一般性地不为100。发生器100包括用于控制发生器100的合适的输入控件(例如，按钮、激活器、开关、触摸屏等)。另外，发生器100还可包括用于向用户提供各种输出信息(例如，强度设置、治疗完成指示符等)的一个或多个显示屏幕(未示出)。控件允许用户调整RF能量的功率、波形、以及所允许的最大电弧能的水平(其随所需组织效果以及其他参数而变化)，以实现适于特定任务(例如，凝结、组织密封、强度设置等)的所需波形。可以连接到发生器100的器械(未示出)也可以包括多个输入控件，这些输入控件可以与发生器100的某些输入控件重复。在器械处设置输入控件允许在外科手术过程中更容易和更快地修改RF能量参数，而不需要与发生器100交互。
[0026]发生器100可包括多个连接器以适应各种类型的电外科器械。进一步地，发生器100可通过包括在连接器之间切换RF能量供应的开关机构(例如，继电器)而在单极或双极模式下操作。
[0027]发生器100包括谐振逆变器电路102、脉宽调制(PWM)控制器110、以及传感器阵列120。谐振逆变器电路102包括H桥104和LCLC槽106，H桥104具有FET Ql、Q2、Q3和Q4。PWM控制器110包括处理器112和存储器114。
[0028]在谐振逆变器电路102中，向H桥104提供正高压直流电流(+HVDC)。通过有源FET开关Q1、Q2、Q3和Q4，以全桥配置驱动LCLC槽106的串并联或LCLC转换器。PWM控制器110向FET开关Ql、Q2、Q3和Q4供应相移PWM定时信号，如图2所示。FET Ql和Q2向LCLC槽106提供电压Vsi，FET Q3和Q4向LCLC槽106提供电压Vs2。
[0029]组件Ls、Cs、Lm和Cp被选择以提供与相移PWM占空因数乘以电源轨+HVDC和接地成比例的谐振输出振幅。LCLC槽106通过有源端子130向器械(未示出)输出电外科能量。特别地，有源端子130提供高RF能量的连续的或脉冲的正弦波。有源端子130被配置成提供具有各种占空因数、峰值电压、波峰因数和其他适当参数的多个波形。某些类型的波形适于特定的电外科模式。例如，有源端子130可以在切割模式中提供100%占空因数的正弦波，其最适于烧蚀、熔化和分割组织，并且可以在凝结模式中提供1-25%占空因数的波形，其最适于烧灼组织以止血。
[0030]返回端子132耦合到用于单极过程的返回垫(未示出)。可另选地，返回端子132电耦合到器械上的返回电极(未示出)。
[0031]发生器100可以实施闭环和/或开环控制方案，其包括传感器阵列120，传感器阵列120具有测量各种组织和能量特性(例如，组织阻抗、组织温度、输出电流和/或电压等)并且向PWM控制器110提供反馈的多个传感器。电流传感器122可以设置在有源或返回电流路径或者二者中以提供输出电流(10)。电压传感器124可以感测端子130和132处的电压并且提供输出电压(V。输出电流和输出电压被提供到传感器阵列120。传感器阵列120可以向PWM控制器110提供输出电流和/或输出电压。然后，PWM控制器110向FET Ql、Q2、Q3和Q4发送适当的信号。PWM控制器110还接收来自发生器100或器械的输入控件的输入信号。PWM控制器110利用输入信号来调整由发生器100输出的功率和/或对其执行其他控制功能。
[0032]传感器电路120测量提供给LCLC槽106的输入电压(V1)、由有源端子130和返回端子132实时提供的输出电压(y0)和输出电流(10)，以在手术期间表征电外科过程。这允许所测量的电特性被用作动态输入控制变量以实现反馈控制。电流和电压值也可用于导出其他电参数，诸如功率(P = ν*Ι)和阻抗(Z = V/I)。传感器电路120还可测量电流和电压波形的特性并且确定其形状。
[0033]输入电压(V1)、输出电压(V。)和输出电流(10)被提供到PWM控制器110以实现闭环反馈方案。如下面更详细地描述的那样，PWM控制器110的处理器112实施存储在存储器114中的算法以调整提供给FET Ql、Q2、Q3和Q4的PWM时序信号的死区时间。
[0034]图2描绘了分别提供给FET Ql、Q2、Q3和Q4的PWM时序信号A、B、C和D的示例。如图2所示，PWM信号A和B包括下降缘死区时间140和上升缘死区时间142。PWM信号C和D包括下降缘死区时间144和上升缘死区时间146。在此处所描述的实施例中使用时，死区时间是第一输入信号的变化和第二输入信号的变化之间的时间间隔。例如，死区时间140出现在信号A的下降缘和信号B的上升缘之间。死区时间140、142、144和146可以基本类似或可以根据下面将描述的算法而变化。
[0035]图3A-3C描绘了由于各种死区时间情况而施加到LCLC槽106的电压VS1。如图3A所示，当死区时间大于最佳死区时间时，FET过渡将部分地处于零电压切换(150)，部分地处于硬切换(152)。如图3B所示，当死区时间小于最佳死区时间时，FET过渡将部分地处于零电压切换(154)，部分地处于硬切换(156)。因此，当死区时间不是最佳时，FET过渡经历硬切换(152、156)，导致FET的效率降低。图3C描绘了最佳死区时间，其中FET过渡处于零电压切换(158)，没有硬切换。
[0036]在本公开一实施例中，根据图4的流程图所示的算法，对PWM时序信号的死区时间进行优化。图4所示的算法用于针对每对FET (即，第一对包括Ql和Q2，第二对包括Q3和Q4)测试FET过渡。结合图1参照图4，在步骤sl60中，将计数器初始化为零。计数器实施在处理器112中，或者可以作为PWM控制器110中的单独组件来提供。计数器可用于计数RF周期数、持续时间等。在步骤sl62中，为FET过渡选择初始死区时间。该死区时间可以是由制造商设置的预定死区时间，或者可以是用户设置的死区时间。在步骤sl64中，传感器电路120测量输入电压(V1)和输出电压(V。)，处理器112确定效率测度Et。在步骤sl66中，效率测度Et作为Ew存储在存储器114中。在步骤sl68中，传感器电路120还测量输出电流，处理器112使用输出电流和输出电压测度来确定输出阻抗或负载测度Lt。在步骤sl70中，负载测度Lt作为Lh存储在存储器114中。
[0037]在效率测度和负载测度作为Ew和Lh被存储之后，在步骤sl72中，FET过渡的死区时间被增大。分别在步骤sl74和sl76中取得另一效率测度Et和负载测度Lt。在步骤sl78中，在Lt和、之间进行比较。如果Lt比Lw大或小X%，其中X是由制造商编程的或由用户输入的数，那么算法进行到步骤sl80，在步骤sl80中来自步骤sl76的负载测度Lt作为Lh被存储，并且算法返回到步骤sl74。如果Lt不比Lh大或小X%，那么算法进行到步骤sl82，在步骤sl82中在Et和Ew之间进行比较。如果Et比Ew大Y%，其中Y是由制造商编程的或由用户输入的数，那么算法进行到步骤sl84，在步骤sl84中来自步骤sl74的效率测度Et作为Ew被存储，并且算法返回到步骤sl72以增大死区时间。如果Et不比Eh大Y%，那么算法进行到步骤s 186，在步骤s 186中判断Et是否比Et^1小Y%。如果Et比Et^1小Y%，那么算法进行到步骤sl88，在步骤sl88中减小死区时间。
[0038]在减小死区时间之后，算法进行到步骤sl90，在步骤sl90，来自步骤sl74效率测度Et作为Et_i被存储。如果Et不比Ew小Y%，那么算法跳过步骤s188，进展到步骤sl90。当使用图4的算法来优化FET过渡的死区时间时，计数器持续运行，直到它达到预定值。当计数器在步骤sl60中达到预定值时，算法终止，并且对于不同的FET过渡重新开始。
[0039]在本公开的另一实施例中，根据图5的流程图所示的查找表(LUT)来优化PWM时序信号的死区时间。LUT由制造商创建并且存储在存储器118中。具体而言，基于H桥的各种相移和负载测度，凭经验导出最佳死区时间。然后，由制造商将最佳死区时间与对应的相移和负载测度数据一起存储在LUT中。结合图1参照图5，在步骤sl90中，将计数器初始化为零。计数器实施在处理器112中或者可以作为PWM控制器110中的单独的组件来提供。计数器可用于计数RF周期数、持续时间等。在步骤sl92中，由处理器112确定H桥的相移。相移在提供给H桥104中的两对FET (Ql、Q2和Q3、Q4)的时序信号(即，时序信号A-B和C-D)之间。每对FET都以固定的占空因数(例如，50% )减去优化的死区时间来操作。相移与提供给负载的输出功率成比例。
[0040]在步骤sl94中，传感器电路120测量输出电流(10)和输出电压(V。)以确定谐振逆变器102的输出阻抗或负载测度Lt。处理器112将H桥104的相移和负载测度Lt与存储在PWM控制器110的存储器114中的LUT中的数据进行比较。在步骤sl98中，基于H桥104的相移和负载测度Lt，处理器112确定PWM时序信号的最佳死区时间。具体而言，在步骤sl96中，将H桥104的相移和谐振逆变器102的负载测度与LUT中的相移和负载测度数据进行比较。然后，在步骤sl98中，处理器112确定与H桥的相移和谐振逆变器102的负载测度对应的最佳死区时间。在步骤s200中，将最佳死区时间应用到由PWM控制器输出的PWM时序信号。
[0041]应理解，前面的说明仅是本公开的示范。在不偏离本公开的情况下，可以由本领域技术人员设计各种替代方案和修改。相应地，本公开旨在包含所有这样的替代方案、修改和变化。参考附图所描述的实施例只为了演示本公开的某些示例。与上文和/或所附权利要求书中所描述的那些没有本质区别的其他元件、步骤、方法和技术也在本公开的范围内。
【权利要求】
1.一种电外科发生器,包括: 包括H桥和槽的谐振逆变器； 被配置成测量所述槽的至少一个特性的传感器阵列； 被配置成向所述H桥输出第一脉宽调制PWM时序信号和第二 PWM时序信号的PWM控制器，其中所述PWM控制器基于由所述传感器阵列测量的所述至少一个特性来控制所述第一PWM时序信号和所述第二 PWM时序信号之间的死区时间。
2.如权利要求1所述的电外科发生器，其中，所述传感器阵列测量输入电压、输出电压和输出电流，所述PWM控制器使用所述输入电压、所述输出电压和所述输出电流来确定所述死区时间。
3.如权利要求2所述的电外科发生器，其中，所述PWM控制器基于所述输入电压和所述输出电压来计算效率测度。
4.如权利要求2所述的电外科发生器，其中，所述PWM控制器基于所述输出电压和所述输出电流来计算负载测度。
5.如权利要求3所述的电外科发生器，其中，所述PWM控制器基于所述效率测度来控制所述死区时间。
6.如权利要求1所述的电外科发生器，其中，所述PWM控制器包括其上存储有查找表的存储器。
7.如权利要求6所述的电外科发生器，其中，所述PWM控制器确定所述H桥的相移。
8.如权利要求7所述的电外科发生器，其中，所述传感器阵列测量输出电压和输出电流，所述处理器基于所述输出电压和所述输出电流来确定负载测度。
9.如权利要求8所述的电外科发生器，其中，所述PWM控制器通过将所述相移和所述负载测度与所述查找表中的数据进行比较来确定所述死区时间。
10.一种用于优化谐振逆变器中的场效应晶体管FET过渡的死区时间的方法，所述方法包括: 初始化所述FET过渡的死区时间； 确定所述谐振逆变器的第一效率测度； 增大所述FET过渡的死区时间； 确定所述谐振逆变器的第二效率测度；以及 基于所述第一效率测度和所述第二效率测度之间的比较，调整所述死区时间。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，如果所述第二效率测度大于所述第一效率测度达预定百分比，则增大所述死区时间。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，如果所述第二效率测度小于所述第一效率测度达预定百分比，则减小所述死区时间。
13.一种用于优化包括H桥和槽的谐振逆变器中的场效应晶体管FET过渡的死区时间的方法，所述方法包括: 确定施加到所述H桥的多个脉冲宽度调制信号之间的相移； 确定所述槽的负载测度； 将所述相移和所述负载测度与查找表进行比较； 基于所述相移和所述负载测度与所述查找表之间的比较结果，确定最佳死区时间；以及基于所述最佳死区时间，调整所述FET过渡的死区时间。
【文档编号】A61B18/12GK104224309SQ201410254197
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2013年6月24日
【发明者】J·H·约翰逊, J·A·吉尔伯特 申请人:柯惠有限合伙公司