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专利号: 2021103388019
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 其他类目不包含的电技术
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用于细胞离子通道激活的高频磁热装置,包括依次连接的功率电源单元(1)、高频逆变器单元(2)、电流放大谐振单元(3)、多层感应线圈单元(4)以及信号控制单元(5);所述的功率电源单元(1)为高频逆变器主电路提供能量,所述高频逆变器单元(2)将直流输入信号转换为高频交流信号,并将信号输出至电流放大谐振单元(3),所述电流放大谐振单元(3)将输入的交变电流信号放大2倍,并将信号输出至多层感应线圈单元(4)以及信号控制单元(5),所述多层感应线圈单元(4)将交变电流信号通过高频谐振转换为磁场信号,所述信号控制单元(5)扫描驱动频率,通过LabVIEW软件编程实现输出反馈控制信号至高频逆变器单元(2);

所述的功率电源单元(1)包括一台商用数控直流电源,商用数控直流电源的输出端通过电感(软启动,保护电路)与高频逆变器单元(2)的供电端VCC相连;

所述高频逆变器单元(2)包括第一逆变器驱动电路模块(2a)、第二逆变器驱动电路模块(2c)以及逆变器主电路模块(2b);所述第一逆变器驱动电路模块(2a)由IR2113型的芯片IR1与图腾柱结构结合设计而成,所述第二逆变器驱动电路模块(2c)由IR2113型的芯片IR2与图腾柱结构结合设计而成,所述第一逆变器驱动电路模块(2a)和第二逆变器驱动电路模块(2c)关于逆变器主电路模块(2b)对称,对称的部分功能相同;所述第一逆变器驱动电路模块(2a)中的芯片IR1的输入端与信号控制电路模块(8)的输出端相连,所述第二逆变器驱动电路模块(2c)中的芯片IR2的输入端与信号控制电路模块(8)的输出端相连;

所述图腾柱结构包括NPN型三极管T1、T2、T5、T6和PNP型三极管T3、T4、T7、T8,所述NPN型三极管T1的发射极与PNP型三极管T3的集电极相连,所述NPN型三极管T6的发射极与PNP型三极管T7的集电极相连,所述NPN型三极管T2的发射极与PNP型三极管T4的集电极相连,所述NPN型三极管T5的发射极与PNP型三极管T8的集电极相连,所述NPN型三极管T1和PNP型三极管T3的基极与芯片IR1的HO端相连,所述NPN型三极管T6和PNP型三极管T7的基极与芯片IR1的LO端相连,所述NPN型三极管T2和PNP型三极管T4的基极与芯片IR2的HO端相连,所述NPN型三极管T5和PNP型三极管T8的基极与芯片IR2的LO端相连;

所述第一逆变器驱动电路模块(2a)输出端AH与逆变器主电路模块(2b)的上桥臂输入端AH相连,输出端AL与逆变器主电路模块(2b)的下桥臂输入端AL相连,输出端EA与逆变器主电路模块(2b)的EA相连;

所述逆变器驱动电路B模块(2c)输出端BH与逆变器主电路模块(2b)的上桥臂输入端BH相连,输出端BL与逆变器主电路模块(2b)的下桥臂输入端BL相连,输出端EB与逆变器主电路模块(2b)的EB相连;

所述逆变器主电路模块(2b)是由全桥逆变电路与四组缓冲吸收电路结合设计而成,所述AH和BL分别是全桥逆变电路上下桥臂控制信号的输入端口,AL和BH分别是全桥逆变电路上下桥臂控制信号的输出端口,所述四组缓冲吸收电路一端与功率电源单元相连,另一端连入逆变器主电路模块(2b)的EA或EB与开关管之间,所述功率电源单元(1)包括一台商用数控直流电源,所述缓冲吸收电路由缓冲电容、缓冲电阻、缓冲二极管串联并接地;

所述的电流放大谐振电路单元(3)由多层空心线圈以及并联电容、串联电容构成;所述多层空心线圈单元(4)的一端与并联电容的一端连接,所述多层空心线圈单元(4)的第二端与并联电容的第二端连接,构成LC并联谐振电路,所述多层空心线圈一端与串联电容的第二端连接构成LC串联谐振电路,所述串联电容的第一端与高频逆变器单元(2)的EA端相连,所述并联电容的第二端与高频逆变器单元(2)的EB端相连;

所述的多层感应线圈单元(4)由多层空心线圈以及水冷降温装置构成,其中:多层空心线圈由利兹线在水冷降温装置中心的空心圆柱外壁上密绕多圈多层而成,水冷降温装置为自主设计的3D打印出的尼龙结构,其入水口和出水口通过橡胶管与水泵相连;

所述的信号控制电路模块(8)和PC端(6)的闭环主控程序构成整体的信号控制单元(5);所述信号控制电路模块(8)由STM32和DDS芯片AD9854构成,所述的闭环主控程序基于PC端(6)的LabVIEW软件编写构成;所述信号控制电路模块(8)和PC端(6)的闭环主控程序通过串口进行通信。

2.如权利要求1所述的用于细胞离子通道激活的高频磁热装置,其特征在于:所述高频逆变器单元(2)由逆变器驱动电路以及逆变器主电路组成;所述逆变器驱动电路由两片IR2113型芯片IR1、IR2与图腾柱结构结合设计而成,分为对称的第一逆变器驱动电路模块(2a)和第二逆变器驱动电路模块(2c);所述第一逆变器驱动电路模块(2a)中的芯片IR1和第二逆变器驱动电路模块(2c)中的芯片IR2的输入端都与信号控制单元(5)的输出端相连,所述第一逆变器驱动电路模块(2a)输出端AH与逆变器主电路(2b)的上桥臂输入端AH相连,输出端AL与逆变器主电路(2b)的下桥臂输入端AL相连,所述第二逆变器驱动电路模块(2c)输出端BH与逆变器主电路(2b)的上桥臂输入端BH相连,输出端BH与逆变器主电路(2b)的下桥臂输入端BL相连;其中,所述高频逆变器单元(2)驱动端AH和BL接收所述信号控制模块(5)传输过来的两束相位相差180°、占空比为40~45%左右的PWM信号,两束PWM信号分别进入所述高频逆变器驱动电路中的芯片IR1、IR2的输入端口,驱使芯片输出逆变器主电路(2b)两上桥臂和两下桥臂的驱动信号,其中在芯片IR1、IR2和逆变器主电路(2b)之间加入推挽输出模块,以便于提高驱动逆变器主电路(2b)的能力,所述推挽输出模块由图腾柱结构与自举电路结合而成,所述图腾柱结构采用常规图腾柱电路结构,并无改动,所述图腾柱结构包括NPN型三极管T1、T2、T5、T6和PNP型三极管T3、T4、T7、T8,所述第一逆变器驱动电路模块(2a)的图腾柱电路中,NPN型三极管T1的发射极与PNP型三极管T3的集电极和驱动电阻的R6的一端相连,所述驱动电阻R6的另一端与逆变器主电路(2b)的上桥臂输入端AH相连,所述PNP型三极管T3的发射极与逆变器主电路(2b)的EA相连,所述NPN型三极管T1与PNP型三极管T3的基极和芯片IR1的HO端口相连,所述NPN型三极管T6的发射极与PNP型三极管T7的集电极和驱动电阻R9的一端相连,集电极与电源相连,所述驱动电阻R9的另一端与逆变器主电路(2b)的下桥臂输入端AL相连,所述PNP型三极管T7的发射极接地,所述NPN型三极管T6与PNP型三极管T7的基极和芯片IR1的LO端口相连,所述第二逆变器驱动电路模块(2c)的图腾柱电路中,NPN型三极管T2的发射极与PNP型三极管T4的集电极和驱动电阻的R8的一端相连,所述驱动电阻R8的另一端与逆变器主电路(2b)的上桥臂输入端BH相连,所述PNP型三极管T4的发射极与逆变器主电路(2b)的EB相连,所述NPN型三极管T2与PNP型三极管T4的基极和芯片IR2的HO端口相连,所述NPN型三极管T5的发射极与PNP型三极管T8的集电极和驱动电阻R12的一端相连,集电极与电源相连,所述驱动电阻R12的另一端与逆变器主电路(2b)的下桥臂输入端BL相连,所述PNP型三极管T8的发射极接地,所述NPN型三极管T5与PNP型三极管T8的基极和芯片IR2的LO端口相连,所述第一逆变器驱动电路模块(2a)的自举电路由二极管D7、电阻R7、电容C5组成,所述二极管D7的正极与电源相连,负极与电阻R7的一端相连,所述电阻R7的另一端与T1的集电极和电容C5的正极相连,所述电容C5的负极与输出端EA相连,所述第二逆变器驱动电路模块(2c)的自举电路由二极管D8、电阻R10、电容C4组成,所述二极管D8的正极与电源相连,负极与电阻R10的一端相连,所述电阻R10的另一端与T2的集电极和电容C4的正极相连,所述电容C4的负极与输出端EB相连。

3.如权利要求2所述的用于细胞离子通道激活的高频磁热装置,其特征在于:在逆变器主电路的开关管附近加入RCD限幅钳位电路,缓冲电容CBB2、缓冲二极管D3、缓冲电阻R1构成开关管Q1的RCD限幅钳位电路,缓冲电容CBB1、缓冲二极管D2、缓冲电阻R2构成开关管Q2的RCD限幅钳位电路,缓冲电容CBB2、缓冲二极管D5、缓冲电阻R4构成开关管Q3的RCD限幅钳位电路,缓冲电容CBB4、缓冲二极管D4、缓冲电阻R3构成开关管Q4的RCD限幅钳位电路;所述开关管Q1的RCD限幅钳位电路缓冲电容CBB2一端与功率电源单元(1)和开关管Q1正极相连,另一端与缓冲二极管D3正极和缓冲电阻R1的一端相连,所述缓冲二极管D3负极与开关管Q1负极相连,所述缓冲电阻R1另一端接地;所述开关管Q2的RCD限幅钳位电路缓冲电容CBB1一端与功率电源单元(1)和开关管Q2正极相连,另一端与缓冲二极管D2正极和缓冲电阻R2的一端相连,所述缓冲二极管D2负极与开关管Q2负极相连,所述缓冲电阻R2另一端接地,所述开关管Q3的RCD限幅钳位电路缓冲电容CBB3一端接地,另一端与缓冲二极管D5负极和缓冲电阻R5一端相连,所述缓冲二极管D5正极与开关管Q3正极相连,所述缓冲电阻R5另一端与功率电源单元(1)相连;所述开关管Q4的RCD限幅钳位电路缓冲电容CBB4一端接地,另一端与缓冲二极管D4负极和缓冲电阻R3一端相连,所述缓冲二极管D4正极与开关管Q4正极相连,所述缓冲电阻R3另一端与功率电源单元(1)相连,所述RCD限幅钳位电路起到有抑制浪涌、钳位限幅和保护开关管Q1、Q2、Q3和Q4的作用。