软开关功率放大电路与高频电刀电路的研究

摘要

电刀是现代临床手术的常用手术设备。它将交变电流输入人体，电流产生的热量使细胞中水分蒸发，细胞气化或干化，从而切割人体。输入人体的电流频率在0.3~2MHz之间，所以电刀也被称为“高频电刀”。从电气角度看，电刀等效为一个电源变换器，它将50Hz市电输入转换为高频电流输出。它内部包括一个AC/DC的变换器和一个DC/AC的功率放大电路，此外，还有若干辅助电路。 本文将针对电刀的各部分电路展开研究，尤其是其中的功率放大电路部分，从提高效率，降低成本的角度给出完整的电刀设计方案。 本文涉及的开关电源和高频功率放大电路均属于功率电子的范畴，所以，首先对功率电子中使用到大功率场效应管做详细的探讨，探讨的内容包括Power MOSFET的特点，驱动电路，功耗和热计算，以及并联使用Power MOSFET的注意事项等。 第3章讨论的软开关功率放大电路是本文的主要创新点。软开关功率放大电路不同于典型的A~E类放大电路，它是一种非典型的功率放大电路。它采用了E类放大器中的谐振软开关的技术，具有输出功率大，效率高的特点，非常适合于高频电刀的应用。本文分析了软开关的谐振过程，推导了软开关功率放大电路的设计公式，最后根据电刀应用的要求给出功率放大电路的设计方法。 第4章介绍高频电刀用开关电源，侧重根据高频电刀的应用要求给出完整的设计电源设计方案。部分实验数据将在文中给出，以证明分析和设计方法的正确性。 第5章介绍高频电刀中辅助电路。辅助电路的作用是使医护人员方便的操作和控制电刀，同时还保护医护人员和病人的安全，它包括电刀前面板的按键和显示，内部的处理器电路，以及报警电路等。本章将详细各部分的组成和实现。