储能元件能量泄放与回收电路、高压电源、能量发生器及方法技术

本发明专利技术公开了一种储能元件能量泄放与回收电路、高压电源、能量发生器及方法。该电路包括储能元件、变压器、第一开关电路、第二开关电路、以及控制第一开关电路和第二开关电路断开或闭合的控制模块；储能元件、变压器的初级线圈和第一开关电路构成了储能元件能量泄放回路，储能元件、变压器的次级线圈和第二开关电路构成了储能元件能量回收回路。在高压电源中，储能元件为并联在高压电源输出端的电容。将储能元件需要泄放的能量通过变压器快速泄放,同时将部分能量存储起来，转换成高压输出需要利用的能量，通过热效应耗散掉的能量减少，有利于遏制系统温升的提高，增加可靠性。控制信号大于当前反馈电压时，第一电容同时接收高压电源和泄放回收电路提供的能量，其输出电压上升速度得到极大的提高。

【技术实现步骤摘要】
储能元件能量泄放与回收电路、高压电源、能量发生器及方法
本专利技术涉及一种储能元件能量泄放电路，特别是涉及一种储能元件能量泄放与回收电路、高压电源、能量发生器及方法。
技术介绍
在大多数电压或者电流输出设备中，为了满足设备稳定性输出，通常在输出端并联一个或多个电容至地，这些电容在增加输出稳定性的同时，降低了设备输出的动态响应速度，尤其是在输出端信号需要跟随负载变化动态调整时影响更甚。电外科能量发生器产生高频高压电流，作用于需要手术的人体部位，以产生切割、凝血的手术效果。电外科能量发生器包括产生高压直流电压输出的高压电源、将直流电压和高频低压信号转变为高频高压电流信号的功放、与功放连接的手术电极、在手术电极供电回路中检测患者身体组织的实时阻抗的传感器和控制器。电外科能量发生器在单级应用中，能量发生器从手术电极输出高频高压电流，同时通过中性电极返回，形成一个电流回路。在双级应用中，能量发生器从其中一个电极流出高频高压电流，从另一电极返回，形成一个电流回路。在单级和/或双级应用中，手术电极电流流经人体的肌肉、骨骼、血管、脂肪等不同组织，以及执行手术中切割、凝血等不同任务时，人体组织的阻抗特性不同，控制器根据电流回路检测到的实时阻抗、电压、电流和预期功率进行比较，实时调整高压电源的输出直流电压，进而通过功放电路产生调整后的高频高压电流，以产生不同的临床效果。在传统的电外科能量发生器中，高压电源的输出端并联有一个较大的电容，储存较大的能量。在实际手术中，控制器基于手术部位组织的实时阻抗调节高压电源的输出电压大小，从而调节功放输出的高频高压电流信号，以满足预设的作用在人体部位的目标功率。该并联电容会降低高压电源输出端电压响应控制器控制信号的速度，进而影响到功放输出的高频高压电流对不同的手术组织或处理任务的实时响应，影响临床效果。现有电外科能量发生器的高压电源输出端通过并联一个电阻到地的方式进行电容储存能量的泄放，将电容储存的能量以电阻热能形式散耗，增加设备温升，对电阻元件的功率等级要求很高，不易获得，另外，对于电容储存的能量并没有回收利用。在公开号为US9186201B2的美国专利中披露了一种高压电源储存能量的快速泄放的装置和方法，具体如下：控制器根据手术电极与中性电极之间的组织阻抗与当前设定的预期功率，输出控制信号到高压电源，并与高压电源输出电压分压后的反馈电压进行误差比较，当控制信号低于反馈电压时，误差放大器A1输出低电压，关闭PM，同时误差放大器A2输出高电压，控制开关管160打开，通过电感150、开关管160和电阻162组成电容134上的存储能量的快速泄放；当高压电源的输出电压下降到控制器设定的控制信号后，误差放大器A1输出一定的电压对PM进行控制，误差放大器A2输出低电压关闭开关管160，此时与电感负载150并联的二极管155对电感中储存的能量以热量的方式进行泄放。该专利虽然能够实现能量发生器的高压电源处电容储存能量的快速泄放，使输出电压快速的下降到预定值。但是，泄放的能量储存于负载电感中，然后以热量的方式耗散掉，增加系统温升；且当控制信号大于当前反馈电压时，输出电压升高仅依靠高压电源提供能量，其上升速度有限。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种储能元件能量泄放与回收电路、高压电源、能量发生器及方法。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种储能元件能量泄放与回收电路，包括储能元件、变压器、第一开关电路、第二开关电路、以及控制第一开关电路和第二开关电路断开或闭合的控制模块；所述储能元件、变压器的初级线圈和第一开关电路构成了储能元件能量泄放回路，所述储能元件能量泄放回路的结构为：所述储能元件的第一端与变压器初级线圈的非同名端连接，变压器初级线圈的同名端与第一开关电路的第一连接端连接，第一开关电路的第二连接端与地连接，第一开关电路的开关端与控制模块的泄放控制端连接；所述储能元件、变压器的次级线圈和第二开关电路构成了储能元件能量回收回路，所述储能元件能量回收回路的结构为：所述储能元件的第一端还与第二开关电路的第一连接端连接，第二开关电路的第二连接端与变压器次级线圈的同名端连接，变压器次级线圈的非同名端与地连接，第二开关电路的开关端与控制模块的回收控制端连接,所述储能元件的第二端与地连接；在所述变压器次级线圈的同名端上还连接有一个或多个第二电容，所述第二电容的第一端与变压器次级线圈的同名端连接，第二电容的第二端与地连接。上述技术方案的有益效果是：基于变压器的结构和电磁感应原理，使用初级线圈构成能量泄放回路，次级线圈构成能量回收回路，不以热能形式耗散泄放的能量，将泄放的能量存储起来，实现了储能元件的存储能量快速泄放和回收至储能元件，节能，该电路结构能减小所在系统的温升，提高系统的动态响应特性，提高了可靠性。通过第二电容对次级线圈中的能量进行存储，将初级线圈的能量转移至第二电容，能增加能量回收电路的能量储存能力，在短时间内能提供足够大的峰值电流，使储能电容的电压能够快速上升。在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述第二电容的第一端与变压器次级线圈的同名端之间串接有一个或多个第一二极管，所述第一二极管的阳极与变压器次级线圈的同名端连接，第一二极管的阴极与第二电容的第一端连接。上述技术方案的有益效果是：增加第一二极管为了防止第二电容向次级线圈倒灌电流，确保能量回收电路电流的单向流通，次级线圈只能对第二电容充电。在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述储能元件的第一端与第二开关电路的第一连接端之间串接有一个或多个第二二极管，所述第二二极管的阴极与储能元件的第一端连接，第二二极管的阳极与第二开关电路的第一连接端连接。上述技术方案的有益效果是：防止储能元件或者与储能元件连接的电源倒灌电流至第二电容和/或次级线圈，确保能量回收电路只能对储能元件充电。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述第一开关电路包括第一MOS管，所述第一MOS管的漏极与变压器初级线圈的同名端连接，第一MOS管的源极与地连接，第一MOS管的栅极与控制模块的泄放控制端连接。上述技术方案的有益效果是：使用MOS管作为能量泄放电路的开关元件，能够承受大电流，动态响应快，易于控制，可靠性好。在本专利技术的一种优选实施方式中，还包括泄放限流电路，所述泄放限流电路包括设置在第一MOS管的栅极与控制模块的泄放控制端之间的第四运算放大器，串接在第一MOS管的源极与地之间的第三电阻；所述第四运算放大器的正向输入端与控制模块的泄放控制端连接，第四运算放大器的负向输入端分别与第三电阻的第一端和第一MOS管的源极连接，第四运算放大器的输出端与第一MOS管的栅极连接。上述技术方案的有益效果是：防止储能元件的能量泄放电路的泄放电流过大，烧毁电路。该泄放限流电路，通过第四运算放大器、第三电阻和第一MOS管形成了恒流泄放电路，通过改变第三电阻的阻值可设置不同的限流值，使用灵活方便，易于调整。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述第二开关电路包括第二MOS管、第一电阻、第二电阻和第三MOS管，所述第二MOS管的漏极与储能元件的第一端连接，第二MOS管的源极分别与变压器次级线圈的同名端和第一电阻的第一端连接，第二MOS管的栅极分别与第一电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能元件能量泄放与回收电路，其特征在于，包括储能元件、变压器、第一开关电路、第二开关电路、以及控制第一开关电路和第二开关电路断开或闭合的控制模块；所述储能元件、变压器的初级线圈和第一开关电路构成了储能元件能量泄放回路，所述储能元件能量泄放回路的结构为：所述储能元件的第一端与变压器初级线圈的非同名端连接，变压器初级线圈的同名端与第一开关电路的第一连接端连接，第一开关电路的第二连接端与地连接，第一开关电路的开关端与控制模块的泄放控制端连接；所述储能元件、变压器的次级线圈和第二开关电路构成了储能元件能量回收回路，所述储能元件能量回收回路的结构为：所述储能元件的第一端还与第二开关电路的第一连接端连接，第二开关电路的第二连接端与变压器次级线圈的同名端连接，变压器次级线圈的非同名端与地连接，第二开关电路的开关端与控制模块的回收控制端连接,所述储能元件的第二端与地连接；在所述变压器次级线圈的同名端上还连接有一个或多个第二电容，所述第二电容的第一端与变压器次级线圈的同名端连接，第二电容的第二端与地连接。

【技术特征摘要】
1.一种储能元件能量泄放与回收电路，其特征在于，包括储能元件、变压器、第一开关电路、第二开关电路、以及控制第一开关电路和第二开关电路断开或闭合的控制模块；所述储能元件、变压器的初级线圈和第一开关电路构成了储能元件能量泄放回路，所述储能元件能量泄放回路的结构为：所述储能元件的第一端与变压器初级线圈的非同名端连接，变压器初级线圈的同名端与第一开关电路的第一连接端连接，第一开关电路的第二连接端与地连接，第一开关电路的开关端与控制模块的泄放控制端连接；所述储能元件、变压器的次级线圈和第二开关电路构成了储能元件能量回收回路，所述储能元件能量回收回路的结构为：所述储能元件的第一端还与第二开关电路的第一连接端连接，第二开关电路的第二连接端与变压器次级线圈的同名端连接，变压器次级线圈的非同名端与地连接，第二开关电路的开关端与控制模块的回收控制端连接,所述储能元件的第二端与地连接；在所述变压器次级线圈的同名端上还连接有一个或多个第二电容，所述第二电容的第一端与变压器次级线圈的同名端连接，第二电容的第二端与地连接。2.如权利要求1所述的储能元件能量泄放与回收电路，其特征在于，在所述第二电容的第一端与变压器次级线圈的同名端之间串接有一个或多个第一二极管，所述第一二极管的阳极与变压器次级线圈的同名端连接，第一二极管的阴极与第二电容的第一端连接。3.如权利要求1所述的储能元件能量泄放与回收电路，其特征在于，在所述储能元件的第一端与第二开关电路的第一连接端之间串接有一个或多个第二二极管，所述第二二极管的阴极与储能元件的第一端连接，第二二极管的阳极与第二开关电路的第一连接端连接。4.如权利要求1所述的储能元件能量泄放与回收电路，其特征在于，所述第一开关电路包括第一MOS管，所述第一MOS管的漏极与变压器初级线圈的同名端连接，第一MOS管的源极与地连接，第一MOS管的栅极与控制模块的泄放控制端连接。5.如权利要求4所述的储能元件能量泄放与回收电路，其特征在于，还包括泄放限流电路，所述泄放限流电路包括设置在第一MOS管的栅极与控制模块的泄放控制端之间的第四运算放大器，串接在第一MOS管的源极与地之间的第三电阻；所述第四运算放大器的正向输入端与控制模块的泄放控制端连接，第四运算放大器的负向输入端分别与第三电阻的第一端和第一MOS管的源极连接，第四运算放大器的输出端与第一MOS管的栅极连接。6.如权利要求1所述的储能元件能量泄放与回收电路，其特征在于，所述第二开关电路包括第二MOS管、第一电阻、第二电阻和第三MOS管，所述第二MOS管的漏极与储能元件的第一端连接，第二MOS管的源极分别与变压器次级线圈的同名端和第一电阻的第一端连接，第二MOS管的栅极分别与第一电阻的第二端和第二电阻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐松，童万里，张德超，阳长永，胡中意，
申请(专利权)人：重庆金山科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50