一种电疗升压与调整电路及其电疗设备的制作方法

1.本发明属于物理治疗器械中的电疗设备领域，尤其是低中频治疗设备领域，涉及一种电疗升压与调整电路及其电疗设备。


背景技术：

2.电疗是利用不同类型电流和电磁场治疗疾病的方法。主要有直流电疗法、低频脉冲电疗法、中频脉冲电疗法、高频电疗法。基于以上电刺激疗法都需要电压来实现，由于人体的皮肤阻抗都在1kω以上，一般电疗设备的脉冲电压都在50v～100v左右；常规的纽扣电池(cr2032)的输出电压为3v；要想从3v电压到50v～100v以上只能采用升压电路。由于皮肤阻抗和环境不一致，且不同人的皮肤阻抗不一致，为了保证电疗设备的效果一致，需要对电疗设备高压进行调整。
3.现有电疗升压电路存在升压比有限、电路安全性低、控制复杂、输出电压不可调等问题，因此，如何提供一种能够满足电压要求，且电路安全、控制简单、输出电压可调的升压电路及电疗设备，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电疗升压与调整电路及电疗设备，用于解决现有技术中电疗升压电路升压比有限、电路安全性低、控制复杂、输出电压不可调的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电疗升压与调整电路，包括依次连接的处理器、升压电路、倍压电路及电压采样电路，所述电压采样电路还连接所述处理器，其中：
6.所述处理器用于输出使能控制信号至所述升压电路并获取所述电压采样电路的反馈电压；
7.所述升压电路用于将电源输入电压放大为第一输出电压；
8.所述倍压电路用于产生第二输出电压，所述第二输出电压为所述第一输出电压的n倍，n为大于1的整数；
9.所述电压采样电路用于对所述第二输出电压进行分压以输出所述反馈电压。
10.可选地，所述升压电路包括升压芯片、电感、单向升压二极管、第一储能电容及第二储能电容；所述升压芯片包括使能端、电压输入端、开关输出端、反馈端及接地端；所述电感的一端连接电源输入电压及所述电压输入端，另一端连接所述开关输出端及所述单向升压二极管的输入端；所述第一储能电容的一端连接电源输入电压，另一端接地；所述第二储能电容的一端连接所述单向升压二极管的输出端，另一端接地；所述使能端及所述反馈端连接所述处理器。
11.可选地，所述倍压电路包括两次倍压电路。
12.可选地，所述倍压电路包括第一倍压电容、第二倍压电容、第三倍压电容、第四倍
压电容、第一倍压二极管、第二倍压二极管、第三倍压二极管及第四倍压二极管；所述第一倍压电容的一端连接所述单向升压二极管的输入端，另一端连接所述第一倍压二极管的输出端；所述第二倍压电容的一端连接所述第一倍压二极管的输出端及所述第二倍压二极管的输入端，另一端连接所述第三倍压二极管的输出端及所述第四倍压二极管的输入端；所述第三倍压电容的一端连接所述单向升压二极管的输入端及所述第一倍压二极管的输入端，另一端连接所述第二倍压二极管的输出端及所述第三倍压二极管的输入端；所述第四倍压电容的一端连接所述第三倍压二极管的输入端，另一端连接所述第四倍压二极管的输出端。
13.可选地，所述电压采样电路包括第一采样电阻及第二采样电阻；所述第一采样电阻的一端连接所述倍压电路的输出端，另一端连接所述处理器并经由所述第二采样电阻接地。
14.可选地，所述电疗升压与调整电路还包括输出端储能电容，所述输出端储能电容的一端连接所述倍压电路的输出端，另一端接地。
15.可选地，所述处理器包括模数转换电路，所述模数转换电路连接所述电压反馈电路以获取所述反馈电压并转换为数字信号，且所述模数转换电路连接所述升压电路的反馈端。
16.可选地，所述电疗升压与调整电路通过控制所述升压电路的使能时间来控制所述第二输出电压。
17.可选地，当所述反馈电压达到预设值，所述处理器停止输出使能控制信号。
18.本发明还提供一种电疗设备，所述电疗设备包括如上任意一项所述的电疗升压与调整电路。
19.如上所述，本发明的电疗升压与调整电路及其电疗设备在升压电路的基础上增加电容倍压电路，可以实现较高升压比；电路安全，芯片内部有最高电压限制；控制简单，只需要控制升压芯片使能脚的时间和处理器的模数转换电路采用反馈电压即可；整个电路系统是闭环控制，输出电压稳定。
附图说明
20.图1显示为一种升压电路拓扑结构。
21.图2显示为充电时图1的简化电路图。
22.图3显示为放电时图1的简化电路图。
23.图4显示为一种升压电路的芯片式方案。
24.图5显示为一种用分离元器件实现的升压电路。
25.图6a显示为一种倍压电路。
26.图6b显示为图6a中交流电源的电压波形图。
27.图7显示为一种增加了一级倍压电路的升压电路。
28.图8显示为本发明的电疗升压与调整电路的原理框图。
29.图9显示为本发明的电疗升压与调整电路的一种实例电路图。
30.元件标号说明
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处理器
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升压电路
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倍压电路
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电压采样电路
具体实施方式
[0035]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0036]
请参阅图1至图9，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0037]
升压电路可由脉冲宽度调制(pwm)控制开关管实现；一种升压电路拓扑结构如图1所示，主要是由电感l1、开关管q1以及二极管d1组成。工作过程可分为充电和放电两部分。在充电时候，开关管q1导通，可理解为mos管这里相当于一根线直接将漏极和源极连起来，此时图1可简化为图2所示的电路图，这时候输入电压流过电感l1、开关管q1、电容c1，随着不断充电，电感上的电流线性增加，到达一定时候电感储存了一定能量；在这过程当中，二极管d1反偏截止，由电容c2给负载提供能量，维持负载工作。在放电过程，当开关管不导通时候，此时开关管q1相当于断开，此时图1可简化为如图3所示的电路图，由于电感有反向电动势作用，电感的电流不能瞬时突变，而是会缓慢的逐渐放电。由于原来的电回路已经断开，电感只能通过二极管d1、负载、电容c1回路放电，也就是说电感开始给电容c2充电，加上给电容c2充电之前已经有电容c2提供电压，因此电容两端电压升高。一般输出电容c2要足够大，这样在输出端才能保证放电时候能够保持一个持续的电流，同时二极管一般至少采用快恢复二极管。
[0038]
图4显示为一种升压电路的芯片式方案，其输出电压vout＝vfb*(r1+r2)/r2，其中，u1是常规的升压芯片，r1与r2为采样电阻；如果反馈电压vfb《基准电压，增加pwm波脉宽控制开关管，通过电感l1和二极管d1快速升压；如果vfb≥基准电压，停止pwm波。该方案的好处有：(1)设计简单，只需要参考对应芯片手册设计即可，方案成熟稳定；(2)处理器控制简单，只需要控制en脚即可；(3)电路安全，芯片内部有过电流保护电路；(4)可选择度广，市场上常规的升压芯片均可实现。该方案的缺点在于：(1)升压比有限制，最高只能升到10倍输入电压；(2)电压不能由处理器调整，只能输出固定电压。
[0039]
图5显示为另一种用分离元器件实现的升压电路，其中pwm是由处理器产生，fb反馈到处理器的内部ad采样；根据fb的反馈数据调整pwm波的脉宽，最终实现升压的目的。该方案的好处在于：(1)成本低，只需要一部分无源器件，核心控制由处理器实现；(2)输出电压可调整，根据fb脚的反馈调整pwm脉宽，最终实现调整输出电压。该方案的缺点在于：(1)处理器控制复杂，需要处理器实现升压电路的控制；(2)无过流保护，缺少开关管q1的过流保护；(3)程序控制安全无法保证，如果出现程序跑飞，高压输出的电压无法保证；(4)升压比有限制，最高只能升到10倍输入电压。
[0040]
因此，基于以上两种电路的特点，一种能满足电压要求，电路安全，控制简单，输出电压可调的升压电路是非常必要的。
[0041]
本发明在常规升压芯片的基础增加直流倍压电路实现电源输入电压(例如电池电压3v)升到50v～100v的电压。通过控制升压芯片的使能端en(用于接收处理器输出的使能控制信号shdn)的时间来调整电压的输出，升压后电压的反馈是依靠处理器(例如单片机)的模数转换电路adc获得。
[0042]
具体的，倍压电路是一种利用电容的储能和二极管的单向导通特性将交流电压倍增至更高电压的电路。图6a显示为一种倍压电路，其通过不同级数的电容和二极管组合可以将输入电压升高到电压峰值ui的2倍、3倍乃至更高倍数。这种电容型倍压电路的优势在于，无论最终升高到ui的几倍，输入电源上都不会出现过高的冲击电压，这样就能采用低压芯片设计出更高输出电压的电源。其中，图6b显示为图6a中交流电源的电压波形图。
[0043]
如果设计出一个交流源就能连接到电荷泵进行倍压。在图3所示的电路中，开关节点sw就是一个交流源，所以可在此基础上增加一级倍压电路实现2vo的电压输出。完整电路如图7所示，其中的二极管和电容是很普遍的器件。
[0044]
需要说明的是，倍压电路中只是电容作为储能和滤波器件，所以适合小功率的电源设计。
[0045]
请参阅图8，显示为本发明的电疗升压与调整电路的原理框图，包括依次连接的处理器1、升压电路2、倍压电路3及电压采样电路4，所述电压采样电路还连接所述处理器以实现闭环控制，其中：所述处理器1用于输出使能控制信号至所述升压电路2并获取所述电压采样电路4的反馈电压；所述升压电路2用于将电源输入电压放大为第一输出电压；所述倍压电路用于产生第二输出电压，所述第二输出电压为所述第一输出电压的n倍，n为大于1的整数；所述电压采样电路4用于对所述第二输出电压进行分压以输出所述反馈电压。
[0046]
具体的，本发明的电疗升压与调整电路在常规升压电路的基础上增加倍压电路，电路的最高输出电压采用所述电压采样电路的反馈分压电阻来控制；采用电阻分压后给处理器的模数转换器(adc)施加当前输出电压(即反馈电压)；处理器控制升压芯片的使能(shdn)时间，来控制电路的当前输出电压；当输出电压满足要求，取消升压芯片使能。本发明还增加高压部分的储能电路，为输出高压脉冲准备。
[0047]
作为示例，请参阅图9，显示为本发明的电疗升压与调整电路的一种实例电路图，其中，所述升压电路包括升压芯片u1、电感l1、单向升压二极管d1、第一储能电容c2及第二储能电容c4；所述升压芯片u1包括使能端en、电压输入端vin、开关输出端sw、反馈端fb及接地端gnd；所述电感l1的一端连接电源输入电压vin及所述电压输入端vin，另一端连接所述开关输出端sw及所述单向升压二极管d1的输入端；所述第一储能电容c2的一端连接电源输入电压vin，另一端接地；所述第二储能电容c4的一端连接所述单向升压二极管d1的输出端，另一端接地；所述使能端en及所述反馈端fb连接所述处理器(图9中未图示)。
[0048]
作为示例，所述升压芯片u1可以是常规的集成式升压芯片或其它合适的芯片。
[0049]
作为示例，如图9所示，所述倍压电路用于在所述升压芯片u1的基础上进行2倍压，包括第一倍压电容c1、第二倍压电容c3、第一倍压二极管d2及第二倍压二极管d3，其中，所述第一倍压电容c1的一端连接所述单向升压二极管d1的输入端，另一端连接所述第一倍压二极管d2的输出端；所述第二倍压电容c3的一端连接所述单向升压二极管d1的输出端及所
述第一倍压二极管d2的输入端，另一端连接所述第二倍压二极管d3的输出端。
[0050]
作为示例，如图9所示，所述电压采样电路包括第一采样电阻r1及第二采样电阻r2；所述第一采样电阻r1的一端连接所述倍压电路的输出端，另一端连接所述处理器并经由所述第二采样电阻r2接地。所述第一采样电阻r1及所述第二采样电阻r2作为所述第二输出电压vout的电压限制电阻，起分压作用，其中，vout＝vfb*(r1+r2)/r2。
[0051]
需要指出的是，在其它实施例中，所述电疗升压与调整电路可根据需要采用更高倍数的倍压电路，不以图9中所示的倍压电路为限。
[0052]
作为示例，如图9所示，所述电疗升压与调整电路还包括用于为输出高压脉冲储存电量的输出端储能电容c5，所述输出端储能电容c5的一端连接所述倍压电路的输出端，另一端接地。
[0053]
作为示例，所述处理器包括模数转换电路，所述模数转换电路连接所述电压反馈电路以获取所述反馈电压vfb并转换为数字信号，且所述模数转换电路连接所述升压电路的反馈端fb。
[0054]
作为示例，所述电疗升压与调整电路通过控制所述升压电路的使能时间来控制所述反馈电压vfb，进而控制所述第二输出电压vout，其中，当所述反馈电vfb压达到预设值，所述处理器停止输出使能控制信号。
[0055]
作为示例，本发明还提供一种电疗设备，所述电疗设备包括如上所述的电疗升压与调整电路，可以用于肌电刺激，该电疗设备的高压可以进行调整，从而能够保证电疗设备在不同环境下或对于不同阻抗的皮肤效果一致。
[0056]
综上所述，本发明的电疗升压与调整电路及其电疗设备在升压电路的基础上增加电容倍压电路，可以实现较高升压比；电路安全，芯片内部有最高电压限制；控制简单，只需要控制升压芯片使能脚的时间和处理器的模数转换电路采用反馈电压即可；整个电路系统是闭环控制，输出电压稳定。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0057]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。