电外科发生器的制作方法

本发明涉及能连接有或连接有电外科器械的电外科发生器。

这种电外科发生器通常具有谐振电路和输出变压器，以及直流供电单元，用于向该谐振电路供电。此时，重要的是，利用直流脉冲按照直流脉冲的供给与谐振电路中的电压的电压曲线同步的时钟方式向谐振电路供电。直流脉冲通常以固定频率产生并供给到谐振电路中。此时，该频率在预定负载的情况下应对应于谐振电路的谐振频率。因此，如果需要的话，这样的直流供电单元和所述谐振电路必须相对彼此手动调谐，并且在某些情况下还必须在稍后进行重新调谐。

即使在精确调谐的情况下，激励频率也仅在实际负载对应于预定的负载时才可能与谐振频率相匹配，因为谐振电路的谐振频率在负载变化时也同样变化。

这导致在负载变化时激励频率不再对应于谐振电路的谐振频率。这可能会导致功率损耗和信号曲线的失真。

本发明的目的在于提供一种电外科发生器，该电外科发生器实现作为控制脉冲的直流脉冲的同步，以便以谐振电路的谐振频率激励谐振电路。

根据本发明，该目的通过具有高压直流供电单元以及与其相连接的谐振电路的电外科发生器来实现。谐振电路具有输出变压器，其初级绕组是谐振电路的一部分，而其次级绕组与用于电外科器械的接线端相连接。谐振电路还与驱动电路相连接，该驱动电路被配置为周期性地发射驱动脉冲，用于以谐振电路的谐振频率激励谐振电路。根据本发明，所述驱动电路包括与所述谐振电路相连接的同步单元，该同步单元包括至少一个梯度检测器，并且被配置为使得所述驱动脉冲与所述谐振电路中的电压的电压曲线的反转点同步。此时，所述同步单元被配置为通过所述梯度检测器确定谐振电路中的电压的电压曲线的各个反转点。所述梯度检测器此时被配置为检测谐振电路中的电压的电压曲线的梯度方向的变化，并且发出使得所述驱动电路触发用于所述谐振电路的驱动脉冲的同步信号。

这种电外科发生器使得将高压直流供电单元手动调谐到谐振电路变得多余，因为驱动脉冲的发射通过同步单元自动与谐振电路中的电压的电压曲线同步。

梯度检测器优选具有微分电路，该微分电路被配置为生成导数信号，其对应于谐振电路中的电压的电压曲线的导数。微分电路优选与过零检测器相连接，该过零检测器被配置为检测所述导数信号的各个过零，并然后触发同步信号。导数信号的过零对应于谐振电路中的电压的电压曲线的梯度方向的变化，使得由过零检测器产生的同步信号固定地遵循谐振电路中的电压的电压曲线的反转点的识别。

此外，梯度检测器优选被配置为以固定采样率对谐振电路中频率的电压曲线进行采样(该采样率是谐振电路中的电压的电压曲线的频率的倍数)，并且将相继采样的电压值彼此进行比较。在这种情况下，梯度检测器优选被配置为通过求差执行相继采样的各个电压值的比较，并且在差值的符号改变时触发同步信号。

特别优选的是，在梯度检测器包括谐振过零检测器的情况下，电外科发生器被配置为检测谐振电路中的电压的电压曲线的过零。

在这种电外科发生器的情况下，同步单元优选被配置为通过谐振过零检测器和梯度检测器确定谐振电路中的电压的电压曲线的各个反转点并发出同步信号。

在特别优选的实施例变型中，其中梯度检测器被配置为以一定采样率对谐振电路中的电压的电压曲线进行采样，当同步单元被配置为在先前通过谐振过零检测器检测到的过零之后在相继采样的电压值的差值的符号改变时触发同步信号时，这是优选的。

微分电路优选具有差分放大器，该差分放大器通过rc元件来作为差分元件连接，并且谐振电路中的电压u作为输入信号被提供至该差分放大器，并且该差分放大器将导数信号作为输出信号进行传送。

现在将参照附图基于示例性实施例更详细地描述本发明。在附图中：

图1示出了根据本发明的电外科发生器的一些基本组件；

图2示出了根据本发明的电外科发生器的替代变型的一些基本组件；

图3示出了表示谐振电路中的电压的电压曲线的谐振的例示，并且在其中标记了驱动脉冲的同步时间点；

图4示出了用于例示用于根据本发明的电外科发生器的根据本发明的同步单元的可能的工作模式的流程图；

图5示出了用于说明各个相继采样的电压值的比较的例示；

图6示出了电压曲线的一部分及其不同梯度的例示；

图7示出了根据本发明的用于通过对采样值求差来确定电压曲线的各个梯度的同步单元的实施例变型的组成部件；

图8示出了作为用于根据本发明的同步单元的梯度检测器的一部分的微分电路的差分元件的例示；

图9示出了同步单元的第一变型的主要组件的示意图；以及

图10示出了同步单元的第二变型的最重要的组件的示意图。

图1示出了具有两个接线端12和14的电外科发生器10的基本组件，电外科器械可以连接到或者也可以持久地连接到这两个接线端12和14。电外科发生器10被配置为在接线端12和14处提供高频交流电压，该高频交流电压例如适用于凝结、烧蚀或电外科切割身体组织。

电外科发生器10包括高压直流供电单元16、谐振电路18和输出变压器20。输出变压器具有初级绕组22和次级绕组24。初级绕组22与电容器26一起形成谐振电路18。因此，输出变压器20的初级绕组22同时是谐振电路18中的线圈。接线端12和14与输出变压器20的次级绕组24相连接。在某些情况下，次级绕组24可以具有多个抽头，使得在某些情况下，接线端12和/或14可以通过开关或开关矩阵与次级绕组24上的各合适的抽头相连接，以便提供不同的输出电压。

此外，电外科发生器10具有驱动电路30，该驱动电路30与高压直流供电单元16以及谐振电路18相连接，并且被配置为周期性地发射用于以谐振电路18的谐振频率激励谐振电路18的驱动脉冲。为此，驱动电路30具有开关32，该开关32可以通过任何合适的电子元件(例如晶体管)来实现。为了与谐振电路中的电压的电压曲线同步地驱动开关32，设置了与谐振电路18相连接的同步单元34，以便量取谐振电路18中的电压u，并且根据所述电压u的电压曲线生成并发出同步信号sync，并且利用该同步信号sync来驱动开关32，以使得该开关32通过同步信号sync驱动闭合，并从而将各个驱动脉冲供给到谐振电路18中。

图2示出了电外科发生器10'的替代变型，其与图1中的电外科发生器10的不同在于，除了电容器26之外，谐振电路18'还具有谐振电路线圈28，该谐振电路线圈28在示出的实施例中与输出变压器20的初级绕组22串联连接，以使得谐振电路18'的谐振频率由谐振电路线圈28、初级绕组22和电容(电容器)26确定。除了接地细节之外，电外科发生器10'的结构类似于图1中的电外科发生器10的结构。

理想情况下，驱动脉冲与谐振电路18中的交流电压的各个正或负最大值同步地触发。在交流电压的各个正或负最大值中，交流电压的电压曲线的梯度为0；电压曲线在该点处反转，也就是说，驱动脉冲将与电压曲线40的各个(正或负)反转点42同步。这在图3中被示出。

图4按照流程图示出了同步单元34如何检测谐振电路18中电压的电压曲线40的各个反转点42并然后产生各个同步信号的变型。图4中所示的过程被触发，用于生成同步信号并且通过第一驱动脉冲(起始脉冲)52生成作为先前的驱动脉冲的后续脉冲的驱动脉冲。利用起始脉冲52启动谐振过零检测器54，该谐振过零检测器54被配置为检测谐振电路中的电压的电压曲线的正或负过零。在实施例中，谐振过零检测器54被配置为检测谐振电路18的电压的电压曲线的从正到负的过零(负过零)。如果检测到这种过零，则谐振过零检测器54产生输出信号(是)。

与此同时，梯度检测器58确定谐振电路18中的电压的电压曲线的各个梯度，并检查(步骤60)所述梯度是否小于零。如果是这种情况，则梯度检测器58然后等待(步骤62)直到梯度为零。一旦是这种情况，则出现谐振电路18中的电压的电压曲线的反转点，并且触发同步信号(是)，并触发后续脉冲(64)。

图4中所示的过程因此也可以总结如下：在起始脉冲52发生之后，首先通过谐振过零检测器54确定谐振过零。由于同步信号并因此下一个驱动脉冲(后续脉冲64)将出现在来自谐振电路18中的电压的电压曲线的“较低”反转点(270°)，但是正弦电压曲线具有两个过零，因此在步骤60中，通过梯度检测器58并行地或相继检查电压曲线的梯度是否为负。如果是这种情况(60)，则然后在步骤62中等待，直到到达谐振电路18中的电压的电压曲线的下一个反转点，在该反转点处，下一个驱动脉冲(后续脉冲)将会被触发。在步骤62中如此确定所述反转点，即，检查谐振电路18中的电压的电压曲线的梯度何时为零。如果是这种情况，则可以在步骤64中触发同步信号并因此触发作为后续脉冲的下一个驱动脉冲。然后可以重新开始该过程。

图5示出了梯度检测器58可以如何从相邻采样值(电压值)72.1和72.2确定正弦电压曲线的梯度70。当利用固定采样率对谐振电路18中的电压进行采样时，相继的电压值72.1和72.2具有时间间隔δx和(如果电压曲线的瞬时梯度不为零)差值δy。电压曲线40中的切线70的梯度mt表示电压曲线的瞬时梯度。当采样率足够高(也就是说δx足够小)时，切线70的梯度mt对应于通过点p0和p1的割线的梯度，该梯度可以从采样值72.1和72.2来确定，并且在给定常数δx(也就是说恒定的采样率)的情况下，通过采样值的差值δy来描述。切线梯度mt的精度取决于δx有多小。

图6示出了当δx恒定时，如何仅通过各个δy来描述梯度。图5因此示出了，在恒定δx的情况下，谐振电路18中的电压的电压曲线的梯度在每个时间点通过δy被清晰地描述。据此，谐振电路18中的电压的两个相继的采样值的差值δy表示各个电压曲线的梯度，只要采样率恒定并足够大，就使得反转点(梯度mt＝0)可以是已知的。

图7中示出了用于确定作为梯度mt的度量的δy的方案。当前采样值82和先前采样值84按照采样率80的时钟被提供至差分放大器86。这形成了各个当前采样值与各个先前采样值之间的差值。差分放大器86的输出端中的电压对应于所述差值。如果差分放大器86的输出端中的电压等于零，则这意味着谐振电路18中的电压的电压曲线的梯度也已经达到了顶点，并因此也到达了反转点。因此，可以通过比较谐振电路中的电压的相继采样值(电压值)来确定谐振电路18中的电压的电压曲线的反转点，并然后当所述差值为零、低于接近于零的阈值、或者当两个相继确定的差值的符号发生改变时可以产生同步信号。

可以通过求谐振电路18中的电压的电压曲线40的时间导数来求出电压曲线的梯度。已知正弦曲线的梯度的度量是其余弦：

因此，正弦电压曲线的时间导数为余弦形式，并且导致在谐振电路18中的电压曲线的反转点(α＝90°和α＝270°)处的电压曲线的时间导数为零，因为正弦函数的拐点处的余弦等于零。

图8示出了，谐振电路18中的正弦电压可以作为输入电压ue提供至微分电路90，在其输出端处则施加电压ua，该电压ua的曲线对应于谐振电路18中的电压的电压曲线40的时间导数，并因此形成导数信号。

微分电路90具有差分放大器92，在实施例中，该差分放大器92的非反相输入端接地。电容器94连接在差分放大器92的反相输入端的上游，并且欧姆电阻器96与差分放大器92并联连接在差分放大器92的反相输入端和其输出端之间。电容器94和欧姆电阻器96形成rc元件，该rc元件可被调谐到期望的频率范围，即谐振电路的谐振频率。当输入电压ue并因此谐振电路18中的电压的电压曲线达到最大值或最小值时，微分电路90的输出电压ua为零。

考虑到谐振电路18中的组件差异可以预料到的是，微分电路90所采用的rc元件会对差分放大器92的输出端处的输出电压ua的振幅有影响。这会导致输出电压ua可能未达到预期的最大振幅。然而，由于这取决于谐振电路18中的电压的电压曲线的反转点的检测，因此微分电路90的输出电压ua的最大值并不重要，因为输出电压ua在谐振电路18中的电压的电压曲线的反转点处为零。也就是说，将过零检测器连接到微分电路90的下游就足够了，所述过零检测器在输出电压ua的每个(或正或负)过零处产生同步信号。微分电路90和这种过零检测器98因此表示顶点检测器100。这在图9中被示出。

图9示出了具有顶点检测器100的同步单元34的实施例变型，该顶点检测器100由微分电路90和连接在其下游的过零检测器98形成。

在图10所示的另一实施例变型中，除了顶点检测器100之外，同步单元34'还可以具有连接在其上游的谐振过零检测器102，其输入信号是谐振电路18中的电压或电压的电压曲线，并且检测谐振电路18中的电压的电压曲线从正值到负值的过零(负过零)，并然后输出输出信号。所述输出信号一方面被提供到频率检测器104，另一方面被提供到开关108，该开关108连接在顶点检测器100和其微分电路90的上游。在谐振电路18中的电压的电压曲线的各个负过零的情况下，开关108通过谐振过零检测器102的输出信号闭合，并因此谐振电路18中的电压被提供至微分电路90的输入端。图10中的同步单元34'的工作模式因此完全对应于图4中所示的过程。

来自图10的同步单元34'的输入值因此是谐振电路18中的电压u。同步单元34'的输出值除了同步信号sync之外还是表示谐振电路18中的电压的电压曲线的频率的信号f。

附图标记列表

电外科发生器10

接线端12、14

高压直流供电单元16

谐振电路18、18'

输出变压器20

初级绕组22

次级绕组24

电容器26、94

谐振电路线圈28

驱动电路30

开关32、108

同步单元34、34'

电压曲线40

反转点42

起始脉冲52

谐振过零检测器54、102

梯度检测器58

后续脉冲64

切线、梯度70

采样值、电压值72.1、72.2

采样率80

当前采样值82

先前采样值84

差分放大器86、92

微分电路90

电阻器96

过零检测器98

顶点检测器100

频率检测器104