一种高频电刀及其驱动装置

本发明涉及医疗器械，特别涉及一种高频电刀及其驱动装置。

背景技术：

1、高频电刀（高频手术器）是一种取代机械手术刀进行组织切割的电外科器械，它通过手术电极尖端产生的高频高压电流与肌体接触时对组织进行加热，实现对肌体组织的分离和凝固，从而起到切割和止血的目的。

2、其中，为保障可输出较为理想的正弦波的高频电信号，保障手术效果，其驱动电路中需要设置谐振电路，同时需要控制输出频率与谐振电路的谐振频率一致，以避免正弦波畸变问题，其中，切割和止血的需求不同，切割需要持续输出，同时根据平均功率的安全阈值设定相对较低的瞬时功率，以保障手术安全，而止血需要较高的瞬时功率，同时需要降低输出占空比，以保障平均功率恒定且处于安全功率以下。

3、在安全把控和多种手术需求下，多种模式中的瞬时功率跨度较大，使得输出的高频电信号的电压电流宽度较大，为满足输出宽度需求，在现有技术中，多模式高频电刀的驱动一般采用pwm移相调控的方式实现各模式对输出信号的要求，然而在手术中，不同的手术部位或手术阶段对应的人体组织的阻抗不同，使得输出负载变化较大，在恒定功率控制下，高频电刀手术电极上的瞬时功率变化较大，使得在pwm移相调控中，在切割模式下，容易出现极低瞬时功率调控需求，对应其逆变电路开关管需要工作在极低开关占空比下，此时开关管的死区时间对系统效率的影响增加，使得系统输出效率降低，手术效果差。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种高频电刀及其驱动装置，以提高多模式高频电刀的整体工作效率，提升高频电刀的手术效果。

2、本发明一方面提供一种高频电刀驱动装置，其包括：连接的直流电源至输出电路之间的逆变电路和谐振变压模块，以及控制模块，其中，

3、所述输出电路与高频电刀的手术电极连接，以向所述手术电极提供与目标工作模式相匹配的高频驱动电压，所述目标工作模式对应的参数包括目标功率和目标占空比，所述目标功率小于或等于预设的安全功率，所述目标工作模式包括由电切强化至电凝强化逐步转换的自动电切、无血电切、经典电凝、快速电凝、强力电凝和喷射电凝多个模式，且随着向电凝强化的转换，所述目标占空比逐步减小；

4、所述谐振变压模块包括第一谐振电路、高频变压器和第二谐振电路，所述第一谐振电路设置在所述高频变压器的原边，所述第一谐振电路与所述逆变电路连接，所述第二谐振电路设置在所述高频变压器的副边，所述第二谐振电路与所述输出电路连接，以将所述逆变电路的输出传递至所述输出电路；

5、所述控制模块与所述逆变电路连接，用于根据所述目标占空比控制所述逆变电路的输出占空比，使所述逆变电路的输出占空比与所述目标占空比一致，以及根据所述输出电路的输出功率与所述目标功率的差调节所述逆变电路输出信号的频率，以使所述输出电路的输出功率与所述目标功率一致；

6、其中，所述目标占空比越小，所述逆变电路输出信号的频率越低、且与所述谐振变压模块的谐振频率越接近，所述谐振变压模块的阻抗越小；

7、所述第一谐振电路包括依次串联在所述逆变电路的输出端至所述直流电源的负端的第一谐振电感器、励磁电感器和第一谐振电容器，所述高频变压器的原边绕组与所述励磁电感器并联，所述第二谐振电路包括与所述高频变压器的副边绕组串联的第二谐振电感器和第二谐振电容器，所述谐振变压模块在所述第二谐振电容器的两端输出高频电压。

8、可选地，所述输出电路包括与所述第二谐振电容器并联的负载电阻器，以及串联在所述第二谐振电容器与所述负载电阻器之间的隔直电容器。

9、可选地，所述控制模块还用于采集所述直流电源的母线电压和输出电流，以根据所述直流电源的母线电压和输出电流获得平均电源输出功率。

10、可选地，所述控制模块还用于根据所述平均电源输出功率与所述目标功率的差，结合预设的映射关系，获得补偿频率，以根据所述补偿频率与所述谐振变压模块的谐振频率的和获得调制频率，并根据所述调制频率控制所述逆变电路的开关频率，以使所述逆变电路输出信号的频率与所述调制频率一致，使所述平均输出功率与所述目标功率一致。

11、可选地，所述控制模块还用于采集所述输出电路的输出状态，以获得负载阻抗，并根据负载阻抗和预设的调控规则实时调整所述映射关系。

12、可选地，所述控制模块还用于根据预设的频率范围对所述调制频率进行限幅，以在所述调制频率超出所述预设的频率范围时，将所述调制频率限制在所述预设的频率范围内。

13、可选地，所述控制模块还用于根据所述调制频率获得所述逆变电路中开关管的驱动信号，并根据开关管的驱动信号的上升沿或下降沿的计数值，结合所述调制频率、所述输出占空比的输出周期，控制所述输出占空比。

14、可选地，所述逆变电路为半桥电路，且所述半桥电路中的开关管为氮化镓功率开关管。

15、可选地，所述半桥电路中两个开关管的控制时序彼此反相，且开关占空比为50%。

16、本发明另一方面提供一种高频电刀，其包括本发明提供的高频电刀驱动装置。

17、本发明提供的高频电刀驱动装置在直流电源至输出电路之间设置逆变电路和谐振变压模块，并设置控制模块控制逆变电路的工作状态，进而调控最终输出的高频驱动电压的功率，其中，通过脉冲频率调制方案调控逆变电路输出信号的频率，根据谐振变压模块的频率阻抗特性调控传递阻抗，进而调节终输出的高频驱动电压的功率，同时，谐振变压模块在高频变压器的原边和副边分别设置有第一谐振电路和第二谐振电路，可有效保障脉冲频率调制中各频率的输出波形，为脉冲频率调制的实现提供保障。本发明的高频电刀驱动装置采用脉冲频率调制方案实现瞬时输出功率的宽度需求，可有效避免逆变电路开关管出现极低开关占空比，降低系统输出效率的问题，同时在高频变压器的原边和副边设置双谐振网络，保障脉冲频率调制下输出的各种频率波形的保真性，保障脉冲频率调制的实施有效性，从而可有效提升多模式高频电刀在各模式的多种工作频率下输出波形的保真性，提高输出效率，提升手术效果。

18、且第一谐振电路构成串联谐振网络，第二谐振电路构成并联谐振网络，设置双谐振网络一方面可以降低输出的总谐波失真（thd），使得输出波形质量更好，另一方面在开关频率改变的情况下，当开关频率偏离谐振频率时，双谐振网络可改善输出波形畸变情况，改善波峰因子，保障输出波形的谐波特性。串联谐振网络可预先实现直流滤波，在优化谐波特性的同时，还可避免逆变产生的直流分量传递至后级电路，降低后续电路隔直设计复杂度。并联谐振网络可实现增益放大，降低对高频变压器的变压能力需求，降低升压实现成本；且将并联谐振网络设置在高频变压器的后级，其带来的增压影响可方便地直接作用至后级的输出电路，而不会影响到前级高频变压器原边和副边的电压，进而可降低高频变压器的工作耐压负担，可提高高频变压器的可靠性，进而提高系统整体的工作可靠性。

19、本发明提供的高频电刀包括上述高频电刀驱动装置，根据脉冲频率调制方案调控瞬时输出功率，并在高频变压器的原边和副边设置双谐振网络，可有效提升多模式高频电刀在各模式的多种工作频率下输出波形的保真性，保障输出效率，提升手术效果。