[發明專利]具有動態改進的逆變器的電外科發生器

在審

• 申請號: 202211027722.7
• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115733381A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 杰爾·迪杰斯特拉;托馬斯·費辛;丹尼爾·拉明
• 申請（專利權）人: 奧林匹斯冬季和IBE有限公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/088;H02M1/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英

本發明涉及一種具有動態改進的逆變器的電外科發生器，其包括直流電源和產生具有能變化的電壓和頻率的高頻交流電壓的高壓逆變器。該逆變器是由參考信號控制的多電平逆變器，其具有至少兩組串聯的逆變器單元，其中，每組被供應不同的直流電壓，并且其中，兩組輸出的電壓被相加以便在輸出端處輸出。以高電壓供應的組能夠利用其逆變器單元進行快速的大電壓變化，而以低電壓供應的另一組的逆變器單元允許以高變化速度進行精調。動態性不僅在時間方面而且在增加的電壓幅度方面都得到了改進。此外，待切換的HVC單元的數量能夠借助調制器來改變，其中，反向地切換另外數量的LVC單元以進行補償。這能夠降低切換損耗，尤其是HVC單元的切換損耗。

技術領域

本發明涉及一種電外科發生器，該電外科發生器被構造用于向電外科器械輸出高頻交流電壓。它包括直流電壓源和由直流電壓源供電并產生高頻交流電壓的高壓逆變器，該高頻交流電壓被施加到用于連接電外科器械的輸出端。

背景技術

在電外科手術中，高頻交流電尤其用于切割或切斷組織以及在熱切除術(所謂的電手術刀)的意義上去除身體組織。功能原理是基于加熱要切割的組織。一個優點是通過關閉受影響的血管(凝血)能夠在切割的同時停止出血。為此需要相當大的功率，頻率從200kHz或更高到4000kHz，通常在400kHz左右。在這樣的頻率下，身體組織表現得像歐姆電阻。但是，電阻率很大程度上取決于組織的類型，因此肌肉、脂肪或骨骼的電阻率相差很大，高達1000倍。這意味著電手術刀在操作過程中的負載阻抗取決于待切割的組織可能會迅速而顯著地發生變化，直至幾乎短路。這對電外科發生器及其高壓電源提出了特殊和獨特的要求。特別是需要快速電壓調節，適用于幾千伏范圍內的高壓和通常在200kHz和高達4MHz之間的寬范圍內的高頻。

根據組織和產生的阻抗，電流在很短的時間內以高度動態的方式在幾毫安到幾安培之間變化。輸出交流電壓波形能夠是連續的正弦波形，或者能夠在高達約20kHz的調制頻率下以高達10的波峰因數進行調制。

傳統的電外科發生器通常是根據單端高壓轉換器的原理構造的。它們有一個逆變器，用于為電外科器械供電，該逆變器由具有不同電壓的主電源提供整流電流。這要求直流電壓源能夠根據所提供的直流電壓進行調節。逆變器通常設計為帶有LC諧振電路的自由運行單端發生器(例如：EP 2514380B1)。這種設計已經在實踐中證明了自己，但也有缺點。一方面，由于高損耗，效率低。此外，諧振電路中會出現較大的無功電流，這需要更大尺寸的組件，也會降低低功率時的效率。此外，輸出頻率與負載相關，波峰因數也是如此，這對重度調制模式不利。輸出電壓的調節相對較慢，因此對負載阻抗變化的適應性較差。

為了更好地滿足這些獨特的要求，申請人開發了一種以前未發表的用于使用多電平逆變器的電外科發生器的新穎概念。這能夠改進用于電外科器械的交流電壓的受控生成和輸出。不再需要復雜的電壓可變直流電源，而是通過多電平逆變器直接控制交流電壓的電平(以及頻率和波形)。然而，動態范圍是有限的，尤其是在較小的輸出交流電壓幅度的情況下?？蓪崿F的調制指數隨著輸出電壓的降低而降低。這不僅限制了提供調制波形(稱為模式)的能力，而且還可能降低生成的交流電壓的波形。

這能夠通過使逆變器的直流電源電平可變來解決。然而，因此失去了恒定電壓供應的優勢和相關的直流電壓供應的簡化。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種電外科發生器，該電外科發生器提供更高的動態范圍，而不必依賴具有能變化的電壓高度的直流電壓源。

根據本發明的解決方案在于本發明的特征。有利的改進方案是本發明的主題。

在一種電外科發生器中，設計用于向電外科器械輸送高頻交流電壓，包括直流電壓源和用于高壓的逆變器，該逆變器由直流電壓源供電并產生具有可變的電壓和頻率的高頻交流電壓，并施加到至電外科器械的接口的輸出端，根據本發明提出，逆變器設計為多電平逆變器，多電平逆變器由用于要輸出的電壓的參考信號控制并具有至少兩組串聯的逆變器單元，其中，每組提供不同的直流電壓，并且其中，由這些組輸出的電壓相加后在輸出端輸出。