CN105534565A

CN105534565A - 一种用于结石破碎的高电压脉冲发生装置

Info

Publication number: CN105534565A
Application number: CN201510882360.3A
Authority: CN
Inventors: 赵红阳; 李宏达; 李昕; 毕明雪; 刘凤仙
Original assignee: Shenyang Bidekang Medical Technology Co ltd
Current assignee: Shenyang Bidekang Medical Technology Co ltd
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2016-05-04

Abstract

一种用于结石破碎的高电压脉冲发生装置，包括由整流滤波电路单元、充电单元、控制单元和高压输出单元组成的高压脉冲发生器和双绞输出线。高压脉冲单元包括高压脉冲变压器，高压脉冲变压器的输出脉冲通过双绞线引到结石上，对其进行破碎。本发明从能量角度，相比于其他研究所需的破碎能量更小，具体为0.15J左右。从输出频率角度，此高压脉冲发生器输出频率最高可达10KHz,从传输线角度，相比于其他研究本发明采用经济性好双绞线作为传输线，并兼顾电极的作用。其他类似成果采用价格昂贵的同轴线，并且电极头损耗后需要另外焊接。本发明的电极头损耗后仅需简单处理后便可继续使用。从经济性角度，本发明更加经济便宜，设备费用低。

Description

一种用于结石破碎的高电压脉冲发生装置

技术领域

本发明属于医学结石破碎领域，具体是一种用于结石破碎的高电压脉冲发生装置。

背景技术

针对结石病已有很多临床治疗方法，如液电碎石、体外冲击波碎石、钬激光碎石、气压弹道碎石等。这些治疗方法不能兼顾高效、安全、低成本的要求。利用高电压脉冲放电破碎结石的方法为一个新的研究方向，国外如俄罗斯对这一方法研究较深入，国内对这一方法的研究较少。

发明内容

本发明的目的，是提供一种高电压脉冲发生装置，实现了在盐水环境中对结石的有效破碎。

采用的技术方案是：

一种用于结石破碎的高电压脉冲发生装置，包括高压脉冲发生器、双绞线。其特征在于：

高压脉冲发生器用于产生高电压脉冲，双绞线用于输出脉冲并作为电极使用。

高压脉冲发生器包括整流单元、充电单元、高压输出单元和频率控制单元，具体结构框图如图2所示。

整流单元，包括桥式整流器DV、第一电位器W₁、第二电位器W₂和电容C1；第一电位器W₁串接在经桥式整流器整流后的供电电路的正压端，第二电位器W₂则串接在经桥式整流器整流后的供电电路的负压端。电容器C1的一端与第一电位器W₁连接，其另一端则与第二电位器W₂连接。整流后的电压为200-350V。

充电电路，包括上级开关（VT1，H）、下级开关（VT2，L）、二极管VD1、电感L和电容C2。

上级开关VT1、二极管VD1、电感L和变压器T的初级线圈串联后，经下级开关VT2接地。电容C2的一端与电感L和变压器T初级线圈连线上的任意一点连接，电容C2的另一端接地。

高压输出单元，主要为高压脉冲变压器T。变压器T的次级线圈的正压输出端采用双绞线。高压脉冲变压器T的输出端通过双绞线传输到结石上，对其进行破碎，如图1所示。

上述VT1、VT2为绝缘栅型场效应管（增强型）。

对本发明的元器件的作用作进一步详细说明：

图3（a）显示了控制频率输入（F）和电压输入（U），上级开关（H，VT1）和下级开关（L，VT2）控制输出口；图3（b）是对应工作状态参数随时间的变化图。从图3（b）中可以看出，改变上级开关（H，VT1）的接通时间状态，从30微秒到150微秒变化，能够改变储存电容（C2）的电压从200伏特到600-680V变化。

如图4所示，断开上级开关（H，VT1）后，通过“停歇”时间（约1微秒）后接通下级开关（L，VT2），经过变压器T产生高电压脉冲，同时经过双绞线传输对结石进行破碎。变压器初级线圈上的电压和电容C2上的电压相同，幅值为600-680V。通过变压器把初级线圈上的电压进行提升，电压耦合到次级线圈。

脉冲变压器次级线圈上的电压，采用“双绞线”型传输线进行传输。双绞线相对于其它既昂贵同轴电缆而言，既方便又经济。同时双绞线充当电极的作用，而其他使用同轴线的设备则需要另外焊接电极头。

在具体实验实施时，把结石放在盐水环境内进行破碎。盐水用于模拟人体内的液体环境，同时由水绝缘的理论可知，当脉冲电压的上升沿小于500ns时，水的绝缘强度大于岩石的绝缘强度，结石的电物理特性和岩石相近，则此理论同样适用于水和结石。所以当上升沿小于500ns时，盐水的绝缘强度大于结石，则在结石内部发生放电击穿。

如图5所示，为本发明所述高功率气体开关触发系统的电压、电流输出波形图，其中波形2为电流波形图，波形1为电压波形图。图5中波形图的横向每格代表500ns，纵向每格代表50kV，周期为3-5微秒，上升沿为100ns左右。

本发明具有如下优点：

1）从能量角度，相比于其他研究所需的破碎能量更小，具体为0.15J左右。

2）从输出频率角度，相比于其他研究此高压脉冲发生器输出频率最高可达10KHz,而其他类似成果的输出频率很小。

3）从传输线角度，相比于其他研究本发明采用经济性好双绞线作为传输线，并兼顾电极的作用。其他类似成果采用价格昂贵的同轴线，并且电极头损耗后需要另外焊接。本发明的电极头损耗后仅需简单处理（剪掉损耗部分）后便可继续使用。

4）从经济性角度，本发明更加经济便宜，设备费用低。

附图说明

图1为本发明所述用于结石破碎的高电压脉冲发生装置破碎结石的原理图。

图2为高压脉冲发生器的框图。

图3为高压脉冲发生器频率控制单元原理图。

图4为高压脉冲发生器电路图。

图5为高压脉冲发生器的电压、电流输出波形。

具体实施方式

本发明结合具体实施方式和附图进一步说明。

如图1所示为高压脉冲放电破碎结石的原理图。如图1所示，所述的一种用于结石破碎的高电压脉冲发生装置包括高压脉冲发生器和双绞线。图1中的高压脉冲发生器用于产生高电压脉冲，脉冲幅值大小可调。双绞线为输出线，直接把高压脉冲发生器产生的高电压脉冲输出到结石。

如图2所示为高电压脉冲发生器的结构图，主要包括整流单元、充电单元、频率控制单元和高压输出单元。其特征在于：

整流滤波单元，包括桥式整流器DV、第一电位器W₁、第二电位器W₂和电容C1；第一电位器W₁串接在经桥式整流器整流后的供电电路的正压端，第二电位器W₂则串接在经桥式整流器整流后的供电电路的负压端。电容器C1的一端与第一电位器W₁连接，其另一端则与第二电位器W₂连接。

充电单元，包括上级开关（VT1，H）、下级开关（VT2，L）、二极管VD1、电感L和电容C2。上级开关VT1、二极管VD1、电感L串联后，经下级开关VT2接地。电容C2的一端与电感L和变压器T初级线圈连线上的任意一点连接，电容C2的另一端接地。

高压输出单元主要为高压脉冲变压器T。变压器T的次级线圈的输出端采用双绞线，同时双绞线端头作为电极头与结石接触。在实验室把结石置于盐水环境中，盐水既用于模拟人体液体环境，也用做绝缘液。

上述VT1、VT2为绝缘栅型场效应管（增强型）。

Claims

1.一种用于结石破碎的高电压脉冲发生装置，包括高压脉冲发生器和双绞线输出线，其特征在于所述的高压脉冲发生器包括整流滤波电路单元、充电单元、控制单元和高压输出单元，整流滤波单元，包括桥式整流器DV、第一电位器W₁、第二电位器W₂和电容C1；第一电位器W₁串接在经桥式整流器整流后的供电电路的正压端，第二电位器W₂则串接在经桥式整流器整流后的供电电路的负压端，电容器C1的一端与第一电位器W₁连接，其另一端则与第二电位器W₂连接并接地；

充电电路，包括上级开关（VT1，H）、下级开关（VT2，L）、二极管VD1、电感L和电容C2，上级开关VT1、二极管VD1、电感L串联后，经下级开关VT2接地，电容C2的一端与电感L和变压器T初级线圈连线上的任意一点连接，电容C2的另一端接地；

控制单元包括控制上级开关（VT1）的电路和控制下级开关（VT2）的电路，控制单元具体工作过程为：控制单元在30微秒到150微秒范围内给上级开关（H，VT1）一个方波信号，使上级开关闭合，对储存电容（C2）进行充电，充电完成后，断开上级开关（H，VT1）后，通过停歇时间，约1微秒后，控制单元给下级开关（L，VT2）一个方波信号使其接通；

高压输出单元包括高压脉冲变压器T，高压变压器的输出脉冲通过双绞线引到结石上。

2.根据权利要求1所述的一种用于结石破碎的高电压脉冲发生装置，其特征在于双绞线输出即作为输出线又作为电极使用。

3.根据权利要求2所述的一种用于结石破碎的高电压脉冲发生装置，其特征在于所述的VT₁、VT₂为绝缘栅型场效应管（增强型）。