[实用新型]一种高频双极脉冲生物电源

说明书

本实用新型公开了一种高频双极脉冲生物电源，属于电力电子软开关技术领域。包括软开关电路及与软开关电路电连接的输入电压源，软开关电路包括若干个相互电连接的单元模块，前一单元模块的输出电压等于与之相连的后一单元模块的输入电压，每个单元模块包括相互串联的功率开关管和隔离电感。每个单元模块是隔离充电的，当某个模块开关触发失败，不影响其它模块工作，开关触发同步性要求低。即本实用新型提出的生物用高频双极脉冲电源不仅可以实现升压，而且电路中H桥结构可使其连接的输出端电压反相/电流反向，实现双极，且每级需要更少的半导体开关和电容，降低了器件成本和尺寸，具有很高的稳定性和冗余性，且脉宽可调、频率高、寿命长。

技术领域

本实用新型属于电力电子软开关技术领域，涉及一种高频双极脉冲生物电源。

背景技术

在临床实验中使用的是传统的高压单极脉冲，实验后发现其仍存在一些问题。一方面，肿瘤靶区的生物环境复杂，例如，肿瘤组织常伴有血管、淋巴结、神经等正常组织。这些组织之间明显存在生物学差异，从生物电磁学的角度来看，这些差异体现在这些生物组织具有不同的介电参数、阻抗特性和各向异性。因此使用传统的高压单极脉冲，肿瘤靶区的电场往往不均匀，导致消融不充分。另一方面，单极脉冲中包含的大量DC成分会导致肌肉和神经触发动作电位，从而导致肌肉收缩。这不仅增加了患者的痛苦，还让针电极容易移位，导致消融区无法精确控制。

许多学者对全固态高压双极脉冲电源进行了研究，最直接的方法是使用全桥或半桥来切断高压电源，为了在负载上获得更高的脉冲电压幅度，需要多个串联堆叠的IGBT/场效应晶体管组成桥臂。然而，这种拓扑没有升压功能，所以需要昂贵的高压DC电源。此外，由于开关对地的寄生电容不同以及栅极驱动的不完全同步，使用了复杂的静态/动态电压均衡电路，增加了系统的复杂性和系统故障的风险。另一种方法在双极高压拓扑中广泛使用的方法是，在单极Mars发生器的输出端串联或并联一个H桥。然而，由于由串联堆叠的IGBT/金属氧化物半导体场效应晶体管组成的高压开关将在放电期间承受高电压,存在开关电压均衡问题。基于这一因素，有学者直接使用H基双极单元模叠加或者正负双Marx级联的方法获得双极高压脉冲，其中n桥单元级联方式采用5n+1个IGBT，n+1个二极管和储能电容。双Marx使用4n个IGBTs、2n个二极管和2n个存储电容。使用的开关数量大，不利于装置的紧凑性和成本控制参考。有学者提出了一种可以减少半导体开关数量的广义双极拓扑，但是这种拓扑允许负载在正负脉冲后放电，由于二极管是单向的，因此具有不同的复杂性，半导体二极管的反向恢复时间是不可避免的，这可能会加剧脉冲上升沿的振荡。

此外，多电平转换器(MMC)也广泛用于产生高压双极脉冲和衍生各种新颖的电路拓扑。使用低压DC电源对全桥/半桥子模块顺序充电，然后每个子模块串联放电至负载。或者，使用MMC子模块作为桥臂，直接斩波高压DC电源，以在负载上获得双极脉冲。然而，当需要输出更高的脉冲频率和更高的脉冲电压电平时，多电平转换器很难实现。

综上所述，亟需发展一种新的脉冲电源以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中，传统高压单极脉冲电场不均匀导致消融不充分、单极脉冲中包含大量DC成分导致肌肉和神经触发动作电位引起肌肉收缩的缺点，提供一种高频双极脉冲生物电源。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种高频双极脉冲生物电源，包括软开关电路及与软开关电路电连接的输入电压源，软开关电路包括若干个相互电连接的单元模块，前一单元模块的输出电压等于与之相连的后一单元模块的输入电压，每个单元模块包括相互串联的功率开关管和隔离电感。

优选地，所述软开关电路还包括若干个储能电容；每个单元模块的两端分别并联一个储能电容，分别为第一储能电容和第二储能电容；前一单元模块的输出端和与之相连的单元模块的输入端共用一个储能电容。