基于多MCU的高頻電刀研制
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3 射頻產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)
3．1 高頻信號(hào)的產(chǎn)生
高頻信號(hào)的產(chǎn)生方法有多種，以往的高頻電刀設(shè)計(jì)多是采用單片機(jī)直接產(chǎn)生或者利用脈寬調(diào)制器芯片控制功率驅(qū)動(dòng)電路的PWM脈沖；而單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)源由于是靠軟件實(shí)現(xiàn)的，所以輸出頻率及步進(jìn)受單片機(jī)時(shí)鐘頻率、指令數(shù)和指令執(zhí)行周期的限制。本系統(tǒng)是由負(fù)責(zé)射頻控制的MCU(M1)控制復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)，從而產(chǎn)生控制功率驅(qū)動(dòng)電路的方波。CPLD通過(guò)對(duì)晶振頻率分頻產(chǎn)生485 kHz的方波，驅(qū)動(dòng)后續(xù)的功率電路。脈沖信號(hào)源的參數(shù)(頻率、占空比)由負(fù)責(zé)射頻控制的MCU設(shè)置，并通過(guò)SPI接口與CPLD通信，將波形參數(shù)發(fā)送到CPLD。本設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)有：
(1)波形信號(hào)精度高、分辨率高、穩(wěn)定性好，系統(tǒng)頻率不會(huì)隨工作時(shí)間出現(xiàn)漂移；
(2)波形的占空比等參數(shù)易于設(shè)置，從而可以靈活地控制和調(diào)節(jié)射頻輸出功率，以選擇最佳的功率參數(shù)。
3．2 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和選頻電路
射頻功率放大電路要對(duì)CPLD產(chǎn)生的485 kHz方波進(jìn)行放大，經(jīng)阻抗變換和濾波電路將正弦波耦合到電極上。CPLD輸出的方波首先要驅(qū)動(dòng)功率MOS管，這樣就實(shí)現(xiàn)了高頻信號(hào)對(duì)直流電壓的控制，即功率放大。此時(shí)經(jīng)過(guò)放大的脈沖信號(hào)不是手術(shù)所需的高頻高壓電流，還要經(jīng)過(guò)阻抗匹配和選頻濾波才能形成手術(shù)所需的正弦波。由矩形脈沖信號(hào)的傅里葉分析可知，脈沖寬度為τ，幅度為E，重復(fù)周期為T(mén)1的矩形脈沖信號(hào)的基波幅度a1=(2E／π)sin(τ／T1π)，頻帶寬度B=2π／τ；因此通過(guò)改變CPLD產(chǎn)生方波的占空比，可以靈活的選擇最佳輸出功率和選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。
3．3 基于電源管理芯片的射頻功率電源設(shè)計(jì)
針對(duì)高頻電刀不同的工作模式需要不同的射頻電路功率電壓，設(shè)計(jì)了可由MCU控制的可調(diào)功率電壓輸出。以高頻電刀使用電凝功能時(shí)為例，設(shè)計(jì)要求為：輸入為37 V時(shí)，通過(guò)調(diào)整控制端，要求輸出可以為13 V，17 V，21 V，25 V，29 V，最大電流為2．5 A。應(yīng)用電路如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/155312.htm
方案選擇：設(shè)計(jì)采用LINEAR公司的LT1074芯片，Vin的范圍達(dá)到7．3～45 V，Vout在2．21～0．85Vin范圍可調(diào)，輸出電流最大可達(dá)4．4 A，能滿足設(shè)計(jì)要求。Vout計(jì)算公式：
故可通過(guò)MCU控制改變R2的值就可以得到相應(yīng)的電壓；經(jīng)仿真，當(dāng)R2的誤差為5％時(shí)，Vout的誤差在5％以內(nèi)。
評(píng)論