用于电疗设备的双极性波形产生电路的制作方法

1.本发明属于医疗设备设计领域，特别是涉及一种用于电疗设备的双极性波形产生电路及电疗设备。

背景技术：

2.电疗是利用不同类型电流疾病的方法。其原理是：电能作用于人体引起体内的理化反应，并通过神经－体液作用，影响组织和器官的功能，达到消除病因、调节功能、提高代谢、增强免疫、促进病损组织修复和再生的目的。其中低、中频电流还可用以判断神经肌肉的运动功能，用以诊断周围神经病损程度。如果长时间在一个部位累计电荷会产生静电或电疗效果变弱，为了防止这种现象，电疗仪的电刺激输出波形一般为双极性输出。
3.现有的实现双极性波形的电疗设备具有电源电路复杂，对控制信号要求高，且容易炸机等诸多缺点。

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用于电疗设备的双极性波形产生电路及电疗设备，用于解决现有技术中实现双极性波形的电疗设备具有电源电路复杂，对控制信号要求高，且容易炸机的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于电疗设备的双极性波形产生电路，所述双极性波形产生电路包括：信号电平转换单元，用于将处理器输入的pwm信号转换为高压脉冲驱动信号；输出驱动单元，连接于所述信号电平转换单元，用于将所述高压脉冲驱动信号输出至负载单元；负载单元，连接于所述输出驱动单元，用于在所述高压脉冲驱动信号下产生正向脉冲电流，并在储能电容放电时产生负向脉冲电流；储能电容，连接于所述负载单元，当所述高压脉冲驱动信号输出到所述负载单元产生正向脉冲电流时，所述正向脉冲电流通过所述负载单元后给所述储能电容充电，以形成双极性波形的正半部分，当所述正向脉冲电流结束后，所述储能电容放电通过所述负载单元产生负向脉冲电流，以形成双极性波形的负半部分。
6.可选地，所述信号电平转换单元包括第一开关晶体管、第二开关晶体管、第一电阻及第二电阻，第一开关晶体管的第一极与输入电源和所述第一电阻的第一端连接，第二极作为信号电平转换单元的输出端与所述输出驱动单元的输入端连接，控制极与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接，所述第二开关晶体管的第二极与所述第二电阻的第二端连接，第一极接地，控制极与所述处理器输入的pwm信号连接。
7.可选地，所述第一开关晶体管为pnp型三极管，所述第一开关晶体管的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极，所述第二开关晶体管为npn型三极管，所述第二开关晶体管的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极。
8.可选地，所述第二开关晶体管的控制极与所述处理器输入的pwm信号之间还串接有第三电阻。
9.可选地，所述输出驱动单元包括第三开关晶体管、第四开关晶体管及第四电阻，所述第三开关晶体管的第二极与输入电源连接，第一极与所述负载单元连接，控制极与所述信号电平转换单元的输出端连接，所述第四开关晶体管的第一极与所述负载单元连接，第二极接地，控制极与所述信号电平转换单元的输出端连接，所述第四电阻的第一端与所述第三开关晶体管和第四开关晶体管的控制端连接，第二端接地。
10.可选地，所述第三开关晶体管为npn型三极管，所述第三开关晶体管的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极，所述第四开关晶体管为pnp型三极管，所述第四开关晶体管的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极。
11.可选地，所述负载单元为人体上选定的两个接触点之间的负载。
12.可选地，所述接触点选自于人体中的头部、颈部、肩部、背部及四肢中的一种。
13.可选地，所述储能电容的时间常数τ与所述双极性波形的波形周期t的关系为t》》τ，其中，所述储能电容的时间常数τ＝rc，r为所述负载单元的电阻值，c为所述储能电容的电容值。
14.可选地，所述储能电容放电的最大电压小于所述输出驱动单元输出的高压脉冲驱动信号的最大电压。
15.本发明还提供一种电疗设备，所述电疗设备包括如权利要求1～9任意一项所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路。
16.如上所述，本发明的用于电疗设备的双极性波形产生电路及电疗设备，具有以下有益效果：
17.本发明的电源结构简单，电路只需要单电源供电。
18.本发明的控制信号简单，只需单路信号控制，而且对信号要求较低，可以有效提高设备的适用范围。
19.本发明的驱动电路简单，三极管或者场效应管均可实现电路的驱动，可以有效降低电路的成本。
20.本发明的双极性的实现方式简单，只需通过一个储能电容的充放电的回流路径来实现双极性波形和电荷平衡，可以有效消除或降低累计电荷及静电的产生，可以有效提升电疗效果。
21.本发明通过储能电容实现双极性波形，可以有效抑制过大电流的产生，可以有效提高本发明的电疗设备的安全性，不会存在由于大电流对人体造成意外烧伤的情况。
附图说明
22.图1显示为一种双电源驱动电路的实际电路结构示意图。
23.图2显示为一种h桥电路的实际电路结构示意图。
24.图3显示为本发明的用于电疗设备的双极性波形产生电路的结构框图。
25.图4显示为本发明的用于电疗设备的双极性波形产生电路的电路结构示意图。
26.图5显示为本发明输入的pwm信号与输出的双极性波形的波形信号图。
27.元件标号说明
28.10
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信号电平转换单元
29.20
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输出驱动单元
30.30
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负载单元
31.40
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储能电容
32.q1
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第一开关晶体管
33.q2
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第二开关晶体管
34.q3
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第三开关晶体管
35.q4
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第四开关晶体管
36.r1
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第一电阻
37.r2
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第二电阻
38.r3
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第三电阻
39.r4
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第四电阻
具体实施方式
40.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。
41.如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
42.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
43.在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
44.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，遂图示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。
45.实现双极性波形输出方案包括双电源驱动电路和h桥电路。
46.如图1所示，双电源驱动电路由正负电源电路、信号电平转换电路和上下驱动晶体管组成，一种实际电路如图1所示。
47.该双电源驱动电路其特点是：1)控制信号简单，只有一路信号输出即可；2)控制简单，不存在上下晶体管同时导通的情况，稳定性性高；3)电路比较复杂，其正负电源电路较为复杂(在图1中没有体现)；4)转换效率不高，两路电源的的输出只占波形的一半。
48.如图2所示，h桥电路包括单路电源、信号电平转换电路和4个晶体管的h桥组成，一种实际电路结构如图2所示。
49.该h桥电路特点是：1)需要的电源电路相对简单，单路电源就可以实现双极性输出；2)电源的转换效率较高；3)控制信号复杂，至少需要两路信号的输出；4)必须控制信号的死区，无论任何原因造成的两路信号同时为高都会晶体管烧坏的炸机。
50.综合以上原因，双电源驱动实现双极性波形存在电源电路复杂的问题，h桥电路实现双极性波形对控制信号要求高，且容易炸机的问题，均不太适用于便携式电疗刺激仪。
51.如图3所示，本发明提供一种用于电疗设备的双极性波形产生电路，所述双极性波形产生电路包括：信号电平转换单元10、输出驱动单元20、负载单元30及储能电容40。
52.如图3所示，所述信号电平转换单元10用于将处理器输入的pwm信号转换为高压脉冲驱动信号。
53.如图4所示，所述信号电平转换单元10包括第一开关晶体管q1、第二开关晶体管q2、第一电阻r1及第二电阻r2，第一开关晶体管q1的第一极与输入电源和所述第一电阻r1的第一端连接，第二极作为信号电平转换单元10的输出端与所述输出驱动单元20的输入端连接，控制极与所述第一电阻r1的第二端和所述第二电阻r2的第一端连接，所述第二开关晶体管q2的第二极与所述第二电阻r2的第二端连接，第一极接地，控制极与所述处理器输入的pwm信号连接。
54.具体地，在本实施例中，所述第一开关晶体管q1为pnp型三极管，所述第一开关晶体管q1的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极，所述第二开关晶体管q2为npn型三极管，所述第二开关晶体管q2的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极。
55.当然，在其他的实施例中，所述所述第一开关晶体管q1及所述第二开关晶体管q2也可以采用如场效应晶体管(mos)等实现，如nmos管或pmos管等，并不限于上述所列举的示例。
56.如图4所示，所述第二开关晶体管q2的控制极与所述处理器输入的pwm信号之间还串接有第三电阻r3，以保证信号输入的稳定性。
57.如图3所示，所述输出驱动单元20连接于所述信号电平转换单元10，用于将所述高压脉冲驱动信号输出至负载单元30。
58.如图4所示，在本实施例中，所述输出驱动单元20包括第三开关晶体管q3、第四开关晶体管q4及第四电阻r4，所述第三开关晶体管q3的第二极与输入电源连接，第一极与所述负载单元30连接，控制极与所述信号电平转换单元10的输出端连接，所述第四开关晶体管q4的第一极与所述负载单元30连接，第二极接地，控制极与所述信号电平转换单元10的输出端连接，所述第四电阻r4的第一端与所述第三开关晶体管q3和第四开关晶体管q4的控制端连接，第二端接地。
59.具体地，在本实施实施例中，所述第三开关晶体管q3为npn型三极管，所述第三开关晶体管q3的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极，所述第四开关晶体管q4为pnp型三极管，所述第四开关晶体管q4的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极。
60.当然，在其他的实施例中，所述所述第三开关晶体管q3及所述第四开关晶体管q4也可以采用如场效应晶体管(mos)等实现，如nmos管或pmos管等，并不限于上述所列举的示例。
61.如图3及图4所示，所述负载单元30连接于所述输出驱动单元20，用于在所述高压脉冲驱动信号下产生正向脉冲电流，并在储能电容40放电时产生负向脉冲电流。
62.例如，所述负载单元30为人体上选定的两个接触点之间的负载。具体地，所述接触点选自于人体中的头部、颈部、肩部、背部及四肢中的一种。
63.在一个实施例中，所述两个接触点均设置于人体的颈部，以对人体的颈部进行电疗；在另一实施例中，所述两个接触点均设置于人体的肩部，以对人体的肩部进行电疗；在又一实施例中，所述两个接触点分别设置于人体的左下肢和右下肢，其刺激部位是相互对称的，可以用于促进人体恢复行走的康复练习。
64.如图3所示，所述储能电容40连接于所述负载单元30，当所述高压脉冲驱动信号输出到所述负载单元30产生正向脉冲电流时，所述正向脉冲电流通过所述负载单元30后给所述储能电容40充电，以形成双极性波形的正半部分，当所述正向脉冲电流结束后，所述储能电容40放电通过所述负载单元30产生负向脉冲电流，以形成双极性波形的负半部分。
65.在本实施例中，所述储能电容40的时间常数τ与所述双极性波形的波形周期t的关系为t》》τ，其中，所述储能电容40的时间常数τ＝rc，r为所述负载单元30的电阻值，c为所述储能电容40的电容值，本发明的波形周期t远大于电容的时间常数τ，可以保证存储电容能够有较高的放电响应速度，从而实现双极性波形，例如，在一个实施例中，所述储能电容40的时间常数τ与所述双极性波形的波形周期t的关系为t≥10τ；在另一实施例例中，所述储能电容40的时间常数τ与所述双极性波形的波形周期t的关系为t≥50τ；在又一实施例中，所述储能电容40的时间常数τ与所述双极性波形的波形周期t的关系为t≥100τ。
66.在本实施例中，所述储能电容40放电的最大电压小于所述输出驱动单元20输出的高压脉冲驱动信号的最大电压，从而有效提高电路的安全性，不会存在由于大电流对人体造成意外烧伤的情况。
67.需要说明的是，本发明的储能电容40仅在接入负载单元30(如人体)后才会进行充电和放电操作，且在断开负载单元30后，存储于存储电容的电量基本不会损失，可以有效节省电路功耗。
68.图5所示为本发明输入的pwm信号与输出的双极性波形的波形信号图，由图可见，输入的pwm信号为单极性波形，通过本发明的双极性波形产生电路输出后的波形为双极性波形，其包括正半部分和负半部分，由图5可见，该双极性波形的正半部分与输入的pwm信号的正向脉冲波形周期相同，而双极性波形的负半部分波形位于正向脉冲波形之间，该负半部分波形可以有效消除或降低累计电荷及静电的产生，可以有效提升电疗效果。
69.另外，本实施例还提供一种电疗设备，所述电疗设备包括上述的用于电疗设备的双极性波形产生电路。
70.如上所述，本发明的用于电疗设备的双极性波形产生电路及电疗设备，具有以下有益效果：
71.本发明的电源结构简单，电路只需要单电源供电。
72.本发明的控制信号简单，只需单路信号控制，而且对信号要求较低，可以有效提高设备的适用范围。
73.本发明的驱动电路简单，三极管或者场效应管均可实现电路的驱动，可以有效降低电路的成本。
74.本发明的双极性的实现方式简单，只需通过一个储能电容的充放电的回流路径来实现双极性波形和电荷平衡，可以有效消除或降低累计电荷及静电的产生，可以有效提升
电疗效果。
75.本发明的通过储能电容实现双极性波形，可以有效抑制过大电流的产生，可以有效提高本发明的电疗设备的安全性，不会存在由于大电流对人体造成意外烧伤的情况。
76.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。
77.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。

技术特征：

1.一种用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于，所述双极性波形产生电路包括：信号电平转换单元，用于将处理器输入的pwm信号转换为高压脉冲驱动信号；输出驱动单元，连接于所述信号电平转换单元，用于将所述高压脉冲驱动信号输出至负载单元；负载单元，连接于所述输出驱动单元，用于在所述高压脉冲驱动信号下产生正向脉冲电流，并在储能电容放电时产生负向脉冲电流；储能电容，连接于所述负载单元，当所述高压脉冲驱动信号输出到所述负载单元产生正向脉冲电流时，所述正向脉冲电流通过所述负载单元后给所述储能电容充电，以形成双极性波形的正半部分，当所述正向脉冲电流结束后，所述储能电容放电通过所述负载单元产生负向脉冲电流，以形成双极性波形的负半部分。2.根据权利要求1所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于：所述信号电平转换单元包括第一开关晶体管、第二开关晶体管、第一电阻及第二电阻，第一开关晶体管的第一极与输入电源和所述第一电阻的第一端连接，第二极作为信号电平转换单元的输出端与所述输出驱动单元的输入端连接，控制极与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端连接，所述第二开关晶体管的第二极与所述第二电阻的第二端连接，第一极接地，控制极与所述处理器输入的pwm信号连接。3.根据权利要求2所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于：所述第一开关晶体管为pnp型三极管，所述第一开关晶体管的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极，所述第二开关晶体管为npn型三极管，所述第二开关晶体管的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极。4.根据权利要求2所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于：所述第二开关晶体管的控制极与所述处理器输入的pwm信号之间还串接有第三电阻。5.根据权利要求1所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于：所述输出驱动单元包括第三开关晶体管、第四开关晶体管及第四电阻，所述第三开关晶体管的第二极与输入电源连接，第一极与所述负载单元连接，控制极与所述信号电平转换单元的输出端连接，所述第四开关晶体管的第一极与所述负载单元连接，第二极接地，控制极与所述信号电平转换单元的输出端连接，所述第四电阻的第一端与所述第三开关晶体管和第四开关晶体管的控制端连接，第二端接地。6.根据权利要求5所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于：所述第三开关晶体管为npn型三极管，所述第三开关晶体管的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极，所述第四开关晶体管为pnp型三极管，所述第四开关晶体管的第一极为发射极，第二极为集电极，控制极为基极。7.根据权利要求1所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于：所述负载单元为人体上选定的两个接触点之间的负载。8.根据权利要求7所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于：所述接触点选自于人体中的头部、颈部、肩部、背部及四肢中的一种。9.根据权利要求1所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于：所述储能电容的时间常数τ与所述双极性波形的波形周期t的关系为t>>τ，其中，所述储能电容的时
间常数τ＝rc，r为所述负载单元的电阻值，c为所述储能电容的电容值。10.根据权利要求1所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路，其特征在于：所述储能电容放电的最大电压小于所述输出驱动单元输出的高压脉冲驱动信号的最大电压。11.一种电疗设备，其特征在于，所述电疗设备包括如权利要求1～10任意一项所述的用于电疗设备的双极性波形产生电路。

技术总结

本发明提供一种用于电疗设备的双极性波形产生电路，包括：信号电平转换单元，用于将处理器输入的PWM信号转换为高压脉冲驱动信号；输出驱动单元，用于将高压脉冲驱动信号输出至负载单元；负载单元；储能电容，当高压脉冲驱动信号输出到负载单元产生正向脉冲电流时，正向脉冲电流通过负载单元后给储能电容充电，以形成双极性波形的正半部分，当正向脉冲电流结束后，储能电容放电通过负载单元产生负向脉冲电流，以形成双极性波形的负半部分。本发明的双极性的实现方式简单，只需通过一个储能电容的充放电的回流路径来实现双极性波形和电荷平衡，结构简单，可以有效消除累计电荷及静电的产生，有效提升电疗效果。有效提升电疗效果。有效提升电疗效果。