[实用新型]一种高压电流脉冲发生电路

说明书

本实用新型公开了一种高压电流脉冲发生电路，所述的电压电流脉冲发生电路由压控电流源和电流切换电路构成；所述的压控电流源包括sink电流源和source电流源；所述的压控电流源的输出电流输入至电流切换电路。该电路可输出多种脉冲模式。该电路的电流输出范围可达0~2 mA，电流精度5μA，最大输出电压可达200 V。本神经电刺激器适用于生物神经电化学研究以及医学研究和临床应用。

技术领域

本实用新型涉及一种高压电流脉冲发生电路，主要为电刺激器提供高压电流源，特别适合电生物神经电化学研究的生物电刺激器，以及神经科学研究用的神经电刺激器。

背景技术

研究生物细胞和神经组织在电压或电流刺激下的行为特性是神经科学和生物电化学领域的重要研究方向。电刺激器主要用于输出刺激信号，是这类研究的主要实验工具。医用电刺激器一般仅能输出电压脉冲，而且对刺激脉冲的精度要求并不严格，更多关注的是功能性与安全性。与一般的医用电刺激的要求不同，而生物神经电化学研究要求电刺激器能够输出精度高电流脉冲。刺激电极的界面电阻较高，一般在数KΩ到100KΩ甚至更高，此时如果要求刺激电流1mA，刺激器的电源电压则高达100V以上。同时，神经科学和生物电化学的研究对刺激器脉冲波形的要求较高，需要精准地控制脉冲的上升与下降时间、脉冲电流、脉冲周期等脉冲参数。此外，还要求输出双极性脉冲电流。目前还没有能够应用于生物神经电化学研究的高电压电流源，因此亟需开发高压电流脉冲发生电路。

发明内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术的缺陷，提供一种用于电神经刺激的高压电流脉冲发生电路，可输出多种脉冲模式。该电路电流输出范围可达0~2mA，电流精度5 μA，最大输出电压可达200 V。

本实用新型技术方案是：

一种高压电流脉冲发生电路，由压控电流源和电流切换电路构成；所述的压控电流源包括sink电流源和source电流源；所述的压控电流源的输出电流输入至电流切换电路。

进一步的技术方案如下：

所述的高压电流脉冲发生电路，其sink电流源由运算放大器U1、开关管Q2和电阻R1组成，运算放大器U1的正向输入接控制电压VDAC；所述的sink电流源的输出电流与该控制电压呈线性关系，所述的sink电流源输出电流的大小等于VDAC除以R1的阻值。

所述的高压电流脉冲发生电路，其source电流源由运算放大器U2、开关管Q1、电阻R2和电阻R4组成，电阻R2将sink电流源的输出转变为电压，该电压值除以R4的电阻即为source电流源的输出电流值。

所述的高压电流脉冲发生电路，其压控电流源包括电阻R6和稳压管D2，所述的电阻R6和稳压管D2为运算放大器U2提供了一个浮动的+12V电源。

所述的高压电流脉冲发生电路，其source电流源由电阻R3和稳压管D1产生一个低于高压电源VHV的偏置电压供电。

所述的高压电流脉冲发生电路，其电流切换采用H桥形式，通过四个开关管Q3、Q4、Q5、Q6的通断控制，在OUTA1和OUTA2两端能够输出双极性电流脉冲波形。

所述的高压电流脉冲发生电路，其H桥的开关管采用的是四个NMOS管，其中的高端的两个MOS管（Q3、Q4）的驱动采用了隔离电源加数字隔离驱动的方式，低端的两个MOS管可以通过普通IO的低压引脚进行驱动；所述的二极管D3、D4、D5、D6都是为了给MOS管的栅极提供反向偏置。

所述的高压电流脉冲发生电路，其高端MOS管的驱动电路运算放大器U6、U7和组成；所述的运算放大器U6、U7为带隔离电源的数字隔离芯片，所述的数字隔离芯片提供一个5 V的隔离电源一路隔离的IO通道；所述的隔离电源的地与高端MOS管Q3、Q4的源级连接，所述的隔离的IO驱动Q3、Q4的栅极。