[发明专利]基于IGBT控制的单相节能型三角形脉冲磁场发生器

说明书

本发明提供了一种基于IGBT控制的单相节能型三角形脉冲磁场发生器，其主要包括主电路、控制电路和泄放电路。主电路包括直流电源、限流电阻、储能电容、充放电开关、二极管及磁场激励线圈，直流电源通过限流电阻向储能电容充电，充电阶段结束后，储能电容向磁场激励线圈放电，当电流达到要求值时，断开放电开关，线圈内的电流通过二极管续流回馈给储能电容，产生近似三角形的电流脉冲，从而实现能量的回收，提高能量的利用率；控制电路包括微控制器系统和驱动控制模块，微控制器系统用于产生稳定可靠的控制时序信号，驱动控制模块用于控制相应开关IGBT的导通和关断；泄放电路用于断电后，泄放储能电容内残余的电量，以保证人身安全。

技术领域

本发明属于生物磁学技术领域，涉及一种基于IGBT控制的单相节能型三角形脉冲磁场发生器，特别涉及一种基于IGBT精确控制和二阶RLC动态电路响应原理在磁场激励线圈内产生近似三角形的电流脉冲并实现能量回收利用的方法。

背景技术

磁场是一种客观存在的特殊物质，具有波粒的辐射特性，能够对生物体的生理机制产生影响。脉冲磁场对细胞结构和功能的影响与生物体的治疗作用，逐渐成为生物磁学研究的热点与焦点，已经被广泛应用于生物医学、精神疾病临床诊疗和脑基础认知研究等领域。

如，中国发明专利“基于亥姆霍兹线圈和IGBT模块的均匀脉冲磁场发生器”(公布号：CN103520836A，公布日：2014年01月22日)提供了一种产生均匀脉冲磁场的方式，用于肿瘤的治疗，但脉冲磁场的幅值恒定；中国发明专利“基于线圈球面聚焦和IGBT单管并联的脉冲磁场发生器”(公布号：CN103531325A，公布日：2014年01月22日)涉及一种利用五线圈球面优化聚焦的脉冲磁场发生器，提高了磁场的聚焦性能，用于更精确的诱导肿瘤细胞凋亡避免对周围正常组织的损伤，但是依然只能产生类似正弦的磁场脉冲且脉冲的宽度不可调节。

大量的研究结果表明：近似三角形的电流脉冲所产生的磁场脉冲，能够在空间目标组织靶位点感生出近似矩形的电场，可以提高能量的传递效率，且脉冲宽度可调的脉冲磁场能够选择性的刺激在空间重叠的神经元集群，显著改善神经兴奋的功效。现如今，在单相磁场发生器领域，传统的近似三角形脉冲磁场发生电路在续流阶段将磁场激励线圈内的能量以热量的形式散失，效率较低。续流阶段开始时，磁场激励线圈内的电流大都在kA级，所储存的能量相当可观，如果能够对该部分能量进行回收利用，将会大大提高系统的能量利用率。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于IGBT控制的单相节能型三角形脉冲磁场发生器，其目的在于不仅仅能够在磁场激励线圈内产生幅值和宽度可调的近似三角形电流脉冲，而且还能够回收利用线圈内的能量，由此实现节能再利用的功能，达到节能的效果。

本发明提供了一种基于IGBT控制的单相节能型三角形脉冲磁场发生器，包括主电路、控制电路和保护泄放电路。

更进一步地，所述主电路包括充电回路、放电回路和续流回路。

更进一步地，所述充电回路包括高压直流电源E、限流电阻R、充电开关Q及储能电容C，所述高压直流电源E用于向储能电容C充电；所述限流电阻R用于限制充电回路的电流大小；所述充电开关Q用于控制充电回路的连通或者断开，当充电开关Q导通时，充电回路连通，当充电开关Q关断时，充电回路断开；所述储能电容C为能量储存元件。

更进一步地，所述放电回路包括储能电容C、放电开关IGBT1B和IGBT2A及磁场激励线圈L，所述储能电容C通过放电开关IGBT1B和IGBT2A与磁场激励线圈L相连；所述放电开关IGBT1B和IGBT2A用于控制放电回路的连通或者断开，当IGBT1B和IGBT2A同时导通时，放电回路连通，当IGBT1B和IGBT2A同时关断时，放电回路断开。