频谱式电疗机及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电疗机及其控制方法，尤其涉及一种频谱式电疗机及其控制方法。
【背景技术】
[0002]传统上的针灸、推拿等刺激人体经穴以达疗效的治疗方式，在随着科技进步与发展下，一种借由输出电压来刺激人体经穴而可达到同样疗效的电疗机被开发出来，用以提供使用者不同的选择。
[0003]电疗机可分为三种型式:低频(IkHz以下)、中频(IkHz?10kHz)及高频(10kHz以上)。市面上常见的为低频及中频电疗机，低频例如:经皮神经电刺激(Transcutaneous Electrical Nerve Stimulat1n， TENS)、肌肉电刺激(ElectricalMuscle Stimulat1n, EMS);中频例如:向量干扰电疗器、中频调制电疗机等。
[0004]电疗是借由适当的电信号(取决于电压强度、频率、任务周期Duty Cycle、刺激时间等参数)来刺激人体的神经、肌肉和细胞，它是一种结合了西医复健医学工程及中医的针灸理论所衍生的治疗方式。依照中医及西医复健医学的学理，穴位在人体中自皮肤表面以下具有其一定的深度及范围。
[0005]电疗机将输出信号经人体皮肤导入人体，而人体皮肤在电学上的阻抗特性以“电容抗”为主，换言之，人体皮肤的等效特性与“电容器”极为近似，因而可用以下数学式子来描述:Xc = l/coc，co = 2 Jif，其中f为频率、Xe为电容抗，频率与电容抗成反比。因此，电疗机输出的信号若频率越高，则人体皮肤的阻抗就越低，输出的信号就能深入人体组织；反之，当电疗机的输出信号频率越低，人体皮肤的阻抗就越高，输出信号即无法深入人体组织而仅能作用于皮肤表面。
[0006]据此，电疗机的作用深度是由输出信号的频率所决定，现有的电疗机在电疗作用期间皆仅能使载波具有一个固定的频率，又如向量干扰电疗机的“一组”输出中，由于欲达到干扰效果(用于防止人体对于具有完全固定频率的输出电压的自我适应性)，所以该组的两输出中，其频率值必须非常接近以达干扰效果，因此在作用深度的分析上仍属于小范围频率变化下所产生的电疗效果，在使用一段时间后，虽然能延长人体对于输出电压的自我适应性所需的时间，但终究仍是会被适应。
[0007]因此现有的电疗机受限于载波频率的设计，在电疗作用期间皆仅能固定一作用深度(自皮肤以下的深度)而无法变更，导致作用区域以外的其他区域无法被充分刺激，举例来说，现有的电疗机因载波频率固定，故在作用深度及范围均有其受限，使得电疗过程中仅能刺激到某特定深度的穴位或酸痛点，而无法完全刺激到其他相邻而不同深度的穴位或酸痛点。另一方面，由于电疗通过具有频率的输出电压来产生刺激效果，如前段所述，对于人体来说，当相同的频率或差异不大的频率持续一段时间后，人体往往会自我调适成适应该频率导致电疗的刺激效果大幅降低，向量干扰电疗机为克服固定的脉冲频率容易被人体适应而采用两个频率互相干扰的方式来阻断人体的自我适应机制，然而向量干扰电疗机依旧存在着作用深度、作用范围以及使用时间一长仍是会被人体适应的问题，且两组的输出亦具有电疗机的建置成本尚以及尚耗电等的缺点。
[0008]再者，现有的电疗机在输出电压产生时往往都因切换开关的速度不够快导致产生的脉冲波形不够明显，进而影响受电刺激的效果；以及现有的电疗机在控制脉冲强度(电压大小)上由于是直接对开关单元本身形成的可变电阻来进行调整，往往造成在电疗机需要细微变化的调整时难以达成，进而造成使用者不易调整至适当的电刺激程度(即电压大小)；以及现有的电疗机在开关单元上容易产生余热而导致电疗机的工作温度往往居高不下，此等缺点皆是现今电疗机亟需改良之处。
【发明内容】
[0009]本发明的一个目的在于舍弃以往固有的“单一频率”式的脉冲信号，而改以“频谱”的方式来产生连续性且不断变化的电压信号，进而克服人体对信号频率的自适应性问题及作用深度与范围无法扩展的问题。
[0010]为达上述目的及其他目的，本发明提出一种频谱式电疗机，通过中央处理器提供控制信号予输出驱动器的开关单元，使得与该输出驱动器连接的电源供应器所提供的电压源可经由该输出驱动器的开关动作而产生输出电压，该输出电压传送至与该输出驱动器连接的电极片组以产生该频谱式电疗机的输出，该中央处理器对于对应的开关单元所提供的该控制信号以中央频率f。为基准，以差值A f定义该中央频率f。的带宽，以及以第一时间间隔tl定义该中央频率f。的下次改变时点，以第二时间间隔t2定义该差值△ f的下次改变时点，其中该中央频率&、该差值A f、该第一时间间隔tl及该第二时间间隔t2的各数值由该中央处理器依据动态参数产生单元的运作，以在该输出驱动器的运作期间借由不断变动的数值供该中央处理器产生该控制信号。借此，本发明可通过现今中央处理器的运算能力达到短时间内的大量载波变化，例如在I?2秒内输出成千上万不同频率的载波。
[0011]于本发明一实施例中，由该中央频率f。与该差值△ f的和所组成的该控制信号由该中央处理器控制在Ik?10kHz间震荡。如此，使得受电刺激的区域可由电极片组与皮肤接触处起往人体组织内层延伸，形成一种宽阔区域反复电刺激，使得人体组织中不同深度的穴位、病灶或酸痛点也可被充分地刺激到而不遗漏。
[0012]为达上述目的及其他目的，本发明的频谱式电疗机的控制方法通过中央处理器提供控制信号予输出驱动器的开关单元，使得与该输出驱动器连接的电源供应器所提供的电压源可经由该输出驱动器的开关动作而产生输出电压，该输出电压传送至与该输出驱动器连接的电极片组以产生该频谱式电疗机的输出，该控制方法包含:该控制信号以中央频率f。为基准，以差值A f定义该中央频率f。的带宽，以及以第一时间间隔tl定义该中央频率fD的下次改变时点，以第二时间间隔t2定义该差值Af的下次改变时点，在该输出驱动器的运作期间借由不断变动的数值供该中央处理器产生该控制信号，其中，该中央频率&、该差值Af、该第一时间间隔tl及该第二时间间隔t2的各数值由该中央处理器依据动态参数产生单元的运作所产生。
[0013]本发明的另一目的在于加速开关组件的动作速度，以使所输出的信号波形在上下缘皆能具有快速反应的特性，进而通过减少开关组件在关闭时的缓变过程因功率消耗的增加所产生的多余热量。
[0014]为达上述目的及其他目的，本发明的输出驱动器包含:开关加速单元，其输入端连接该中央处理器以接收该控制信号，该开关加速单元由互相并联连接的电容及电阻所组成；及开关单元，连接该开关加速单元、该电源供应器及该电极片组，以响应该控制信号进行所接收的该电压源是否输出至该电极片组的该开关动作，其中，该控制信号的中央频率f。与该开关加速单元的该电容的电容值C及该电阻的电阻值R间的关系满足(l/f^GRC。借此，该开关加速单元的组成可在该控制信号令该开关加速单元关闭时，借由电容预先在开启时所蓄积的电量对应地在开关单元的控制端形成负电压，以加速开关单元的关闭动作，进而可大幅减少开关组件在关闭时的缓变过程(未施加负电压的情形下)因功率消耗的增加所产生的多余热量。
[0015]于本发明一实施例中，该输出驱动器可为前向式驱动器或全桥式驱动器。其中，于前向式驱动器的配置下，单一的该开关单元直接驱动对应的电极片组中的变压单元；于全桥式驱动器的配置下，该输出驱动器包含的开关单元为四个，区分为两个开关组，这些开关组的输入侧连接该中央处理器，其一开关组的输出侧连接该电极片组的变压单元的正极端，另一开关组的输出侧连接该变压单元的负极端，各开关组包含:两个该开关单元，分别为第一开关单元及第二开关单元，该第一开关单元的输入端连接该电源供应器，第一开关单元的输出端连接该第二开关单元的输入端及该变压单元，第二开关单元的输出端接地；及一个该开关加速单元，该开关加速单元连接该第二开关单元的控制端，该开关加速单元并与该中央处理器连接以接收对应的控制信号控制该第二开关单元。
[0016]于本发明一实施例中，更可进一步地在各开关组包含另一个该开关加速单元，其用以连接该第一开关单元的控制端并与该中央处理器连接，以接收对应的控制信号控制该第一开关单元；以及各开关单元包含晶体管及并联于该晶体管的集极与射极间的稳定用二极管及稳定用电容，其中该第一开关单元的晶体管为P型半导体，该第二开关单元的晶体管为N型半导体。
[0017]本发明的再一目的在于使电疗机可进行更细微的电压调整。
[0018]为达上述目的及其他目的，本发明的该电源供应器包含电源产生器及输出强弱前导器(Output Value Leader, OVL)，该电源产生器用以输出额定电压供该输出强弱前导器进行调变，该输出强弱前导器包含:第一阶调整单元，接收该额定电压，以借由内部可变电阻提供第一阶段的电压调整并