一种输出功率自适应调节系统及方法与流程

本发明涉及医疗器械，具体涉及一种输出功率自适应调节系统及方法，特别适用于大功率能量平台的输出功率自适应调节。

背景技术：

1、随着科技的不断进步，很多的现代医疗器械得到了快速发展，特别是需要与人体直接接触的大功率能量平台，如高频电刀、大血管吻合器、氩气刀、利普刀等。而对这些医用设备的要求，除了对仪器本身的性能要求之外，在使用仪器时对仪器对人体的安全方面考虑也越来越备受关注。因此这些大功率能量平台，需要保持在稳定的工作状态。

2、目前能量平台用的功率输出电路采用固定的开关频率。由于电容、电感存在老化的问题，输出功率电路的谐振频率也会发生变化，当系统驱动频率和谐振频率不匹配时，电刀就无法正常工作，即实际输出的功率会变小，电刀的能量无法满足工作的需求，导致切割或凝闭效果不佳。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种输出功率自适应调节系统及方法，使得系统的驱动频率和谐振频率匹配,且通过自适应调节输出功率，满足大功率能量平台的正常工作需求，即使功率输出电路的谐振电容和谐振电感出现老化，大功率能量平台仍能正常工作。

2、为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种输出功率自适应调节系统，适用于大功率能量平台，包括：

3、功率输出电路，包括用于产生谐振频率的谐振电路；

4、信号采集电路，与所述功率输出电路电性连接，用于获取并处理所述功率输出电路上的电信号；

5、控制模块，与所述信号采集电路电性连接，用于接收并二次处理所述处理后的电信号，且响应于二次处理结果调整驱动频率直至达到所述谐振频率并输出第一驱动信号，以及输出用于调节输出功率大小的第二驱动信号；

6、驱动频率输出电路，与所述控制模块的第一输出端电性连接，用于接收所述第一驱动信号并输出所述驱动频率；

7、功率调节电路，与所述控制模块的第二输出端电性连接，用于接收所述第二驱动信号来调节输出功率直至达到目标功率；

8、所述驱动频率输出电路的输入端与所述功率调节电路电性连接，并基于所述驱动频率以周期性变化输出所述输出功率。

9、本输出功率自适应调节系统使得驱动频率和谐振频率匹配,且通过自适应调节输出功率，满足大功率能量平台的正常工作需求，即使功率输出电路的谐振电容和谐振电感出现老化，大功率能量平台仍能正常工作,且先调节频率再调节功率，提高调节的速度与准确性。

10、在该输出功率自适应调节系统的一种可选方案中，所述驱动频率调节电路包括：

11、第一信号放大电路，与所述控制模块的第一输出端电性连接，用于接收并放大所述第一驱动信号；

12、第二信号放大电路，与所述控制模块的第一输出端电性连接，用于接收并放大所述第一驱动信号；

13、全桥逆变电路，其正向电路与第一信号放大电路电性连接，其反向电路与第二信号放大电路电性连接，用于接收所述第一驱动信号并使全桥逆变电路的正反向电路导通，使全桥逆变电路实现直流电变交流电。

14、该可选方案中驱动频率调节电路基于第一驱动信号实现了全桥逆变电路的正反向电路导通，使全桥逆变电路实现直流电到交流电的转换，便于为负载提供高压交流电。

15、在该输出功率自适应调节系统的一种可选方案中，所述信号采集电路包括：

16、第一电压传感器，设置于所述谐振电路的输入端，用于获取所述电信号的第一电压信号；

17、第二电压传感器，设置于所述谐振电路的输出端，用于获取所述电信号的第二电压信号；

18、电流传感器，设置于所述谐振电路的输出端，用于获取所述电信号的输出电流信号；

19、第一电压处理模块，与所述第一电压传感器电性连接，用于接收所述第一电压信号并将所述第一电压信号转换为第一电压值；

20、第二电压处理模块，与所述第二电压传感器电性连接，用于接收所述第二电压信号并将所述第二电压信号转换为第二电压值；

21、电流处理模块，与所述电流传感器电性连接，用于接收所述输出电流信号并将所述输出电流信号转换为输出电流值；

22、功率处理模块，与所述第二电压处理模块以及电流处理模块电性连接，用于接收所述第二电压值和所述输出电流值，并处理所述第二电压值和所述输出电流值得到输出功率值；

23、所述控制模块的输入端与第一电压处理模块、第二电压处理模块、电流处理模块以及功率处理模块电性连接，用于接收所述第一电压值、第二电压值、输出电流值以及输出功率值。

24、该可选方案为获取并处理功率输出电路上的电信号提供了电路基础。

25、在该输出功率自适应调节系统的一种可选方案中，所述控制模块响应于第一电压值与第二电压值的差值大于等于第一阈值调节所述驱动频率与功率输出电路的谐振频率相匹配；

26、所述控制模块响应于输出电流值不超过电流阈值、第二电压值不超过电压阈值、以及目标功率与输出功率的差值小于功率阈值生成向所述功率处理模块输出的第二驱动信号，用于调节输出功率，直至负载端输出功率达到目标功率。该可选方案进一步提高了调节的速度与准确性。

27、本发明还提出了一种基于上述的输出功率自适应调节系统的功率自适应调节方法，包括以下步骤：

28、获取功率输出电路的电信号；

29、依据所述电信号调整驱动频率直至达到所述谐振频率并输出第一驱动信号以及输出第二驱动信号；

30、功率调节电路根据第二驱动信号调节输出功率直至达到目标功率，驱动频率输出电路基于所述第一驱动信号以周期性变化输出所述输出功率至功率输出电路；功率输出电路最终输出目标功率。

31、该方法使得系统的驱动频率和谐振频率匹配,且可自适应调节输出功率，满足大功率能量平台的正常工作需求，即使是在功率输出电路的谐振电容和谐振电感出现老化的情况下，大功率能量平台仍能正常工作，且先调节频率再调节功率，提高调节的速度与准确性。

32、在该功率自适应调节方法的一种可选方案中，获取功率输出电路的电信号，依据所述电信号调整驱动频率直至达到所述谐振频率的方法为：

33、s11，获取功率输出电路的谐振电路输入端的当前第一电压值、谐振电路输出端的当前第二电压值；

34、s12，控制模块响应于当前第一电压值与当前第二电压值的差值大于等于第一阈值调节驱动频率与功率输出电路的谐振频率相匹配。

35、由于经过谐振电路时，只有当驱动频率达到谐振电路的谐振频率时，谐振阻抗最小，否则谐振电路会分得电压，谐振电路分得的电压越大，输出电压就越小，因此该可选方案通过谐振电路输入端的第一电压值和输出端的第二电压值来反应驱动频率与谐振电路的谐振频率的匹配情况，能快速准确的实现驱动频率与谐振电路的谐振频率的匹配。

36、在该功率自适应调节方法的一种可选方案中，步骤s12中包括以下步骤：

37、s121,若当前第一电压值与当前第二电压值的差值小于第一阈值时，所述控制模块判断所述驱动频率与功率输出电路的谐振频率已经匹配；否则进入步骤s122；

38、s122,调节增加所述驱动频率，直至驱动频率与功率输出电路的谐振频率匹配。

39、在该功率自适应调节方法的一种可选方案中，步骤s122中包括以下步骤：

40、s1221：若当前第一电压值与当前第二电压值的差值不小于第一阈值时，增加驱动频率，频率调节幅度为i；

41、s1222：判断当前第一电压值与当前第二电压值的差值是否小于上一次获取的第一电压值以及第二电压值的差值，如是，则重新执行步骤s121；否则进入步骤s1223；

42、s1223：减小驱动频率调节幅度，频率调节幅度i’小于i，并将i’赋值给i；判断当前第一电压值与当前第二电压值的差值是否不小于上一次的第一电压值以及第二电压值的差值，如是，则频率调节幅度调节为i’，执行步骤s121；否则判断当前第一电压值与当前第二电压值的差值是否小于第一阈值，如是，则驱动频率调节结束；否则重复执行步骤s1223。

43、该可选方案提高了驱动频率与谐振频率相匹配的速度。

44、在该功率自适应调节方法的一种可选方案中，依据所述电信号产生驱动功率调节电路的第二驱动信号的方法为：

45、s21，设定目标功率，确定目标功率所在的出厂标定的功率区间，并计算目标功率对应的控制模块输出的脉冲宽度，控制模块输出该脉冲宽度驱动功率调节电路；

46、s22，实时采集当前脉冲宽度下功率输出电路的谐振电路输出端的输出电流值和当前第二电压值；利用该当前第二电压值和输出电流值确定谐振电路输出端的当前输出功率；

47、s23，控制模块响应于当前输出电流值不超过电流阈值、当前第二电压值不超过电压阈值、以及目标功率与当前输出功率的差值不小于功率阈值产生驱动功率调节电路的第二驱动信号。

48、该可选方案保证了负载端的输出电流值、第二电压值均在相对应的阈值内进行调节，保障了系统的安全。

49、具体地，步骤s23包括：

50、s231：判断当前输出电流值是否大于目标功率所在的出厂标定的功率区间的上限功率值对应的电流值且不大于电流阈值，如是，则控制模块减小输出的脉冲宽度，减小幅度为j，执行步骤s22；否则，进入电压限制步骤s232；

51、s232：判断当前第二电压值是否大于目标功率所在的出厂标定的功率区间的上限功率值对应的电压值且不大于电压阈值，如是，则控制模块减小输出的脉冲宽度，减小幅度为j，执行步骤s22；否则，执行步骤s233；

52、s233：若当前输出功率大于目标功率，判断所述当前输出功率与目标功率的差值是否小于功率阈值，如是，则执行步骤s22，否则控制模块减小输出的脉冲宽度，减小幅度为j，执行步骤s22；

53、若当前输出功率不大于目标功率，判断所述目标功率与当前输出功率的差值是否小于功率阈值，如是，则执行步骤s22，否则控制模块增加输出的脉冲宽度，增加幅度为j，执行步骤s22。

54、该可选方案在调节功率时先进行电流比较、再进行电压比较，最后再比较功率，这样可以保证电流、电压不超过安全范围，保证人体安全。

55、本发明的有益效果是：本发明根据功率输出电路的谐振电路的输入电压、输出电压调节驱动频率以使驱动频率与功率输出电路的谐振频率匹配，还通过谐振电路的输出电压、输出电流、输出功率来调节功率调节电路的输出功率，以使最终的输出功率满足大功率能量平台工作的需求；即使功率输出电路的谐振电容和谐振电感出现老化，大功率能量平台仍能正常工作，特别适用于高频电刀、大血管吻合器、氩气刀、利普刀等之类的大功率能量平台。

56、在对输出功率进行自适应调节时，先调节频率再调节功率，提高调节的速度与准确性，且在调节功率时先进行电流比较、再进行电压比较，最后再比较功率，这样可以保证电流、电压不超过安全范围，保证人体安全。

57、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。