高压脉冲发生器及其充电电压的控制方法和装置

技术领域

本申请涉及一种高压脉冲发生器及其充电电压的控制方法和装置。

背景技术

血管内球囊震波碎石术(Intravascular Lithotripsy，IVL)设备是一种用于冠脉钙化病变治疗和外周血管钙化病变治疗的产品，其设备可以分成主机、手柄和球囊导管三个组成部分。从原理上看，主机是一个高压脉冲发生器，工作过程可以简化成高压电容器充电过程和电极激发过程。目前已有的IVL设备中，高压电容器充电过程可以概括为：充电开始时，高压电源输出电压在迅速上升到工作电压，高压电源经过限流电阻给电容器充电。在开始充电的一段时间里，电容器的电压很低，限流电阻两端几乎承受了高压电源输出的电压，此时流过电阻的电流最大，电源输出电流最大，电源功率几乎浪费在限流电阻上，在这个阶段电容器的电压随着时间迅速抬升；随着电容器电压升高，限流电阻两端电压逐步降低，充电电流逐步减小，高压电源输出电流逐步减小，电容器电压曲线越来越平缓；在电容器电压等于高压电源输出电压时，电容器充电结束。

在整个充电过程中，高压电源输出电流(功率)刚开始充电时最大，临近结束时最小，接近零。高压电源的输出功率波动大，极大浪费高压电源的输出功率。同时，目前的方法在开始充电时需要很高的输出功率，而高压电源能够达到的输出功率越大，其设计复杂度就越高，可靠性能越低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本申请提供了一种高压脉冲发生器及其充电电压的控制方法和装置。通过高压控制器检测电路中的充电电流，输出控制信号控制可控高压电源的输出电压，维持充电过程中的充电电流保持不变，从而降低高压电源功率要求，降低设计复杂程度和制造成本。

根据本申请的第一个方面，提出一种高压脉冲发生器中充电电压的控制方法，包括如下步骤：

获得充电电流值；

比较充电电流和预设的工作电流的大小，在充电电流大于工作电流的情况下，输出低压控制信号控制可控高压电源的输出电压减小预设的电压差值，否则

输出所述低压控制信号控制可控高压电源的输出电压增大电压差值；

在可控高压电源的输出电压大于或等于预设的工作电压的情况下，将可控高压电源的输出电压设定为工作电压，并保持输出电压恒定直到对高压脉冲发生器中高压电容器充电结束。

根据一些实施例，响应于充电电流小于预设的最小充电电流，结束对高压电容器的充电。

根据一些实施例，根据高压脉冲发生器中电路参数设定工作电流、工作电压、电压差值和最小充电电流。

根据一些实施例，电路参数包括可控高压电源的受控精度、高压电容器充电时间要求、控制信号延时时间、脉冲发生频率。

根据一些实施例，可控高压电源的输出电压随输入的低压控制信号线性变化。

根据本申请的第二个方面，提出一种高压脉冲发生器中充电电压的控制装置，包括：

电流值获取模块，用于获得充电电流值；

电压控制模块，用于比较充电电流和工作电流的大小，在充电电流大于工作电流的情况下，输出低压控制信号控制可控高压电源的输出电压减小预设的电压差值，反之：

输出低压控制信号控制可控高压电源的输出电压增大电压差值；

在可控高压电源的输出电压大于或等于预设的工作电压的情况下，将可控高压电源的输出电压设定为工作电压，并保持输出电压恒定直到对高压脉冲发生器中高压电容器充电结束。

根据一些实施例，一种高压脉冲发生器中充电电压的控制装置还包括参数设定模块，用于根据高压脉冲发生器中电路参数设定工作电流、工作电压、电压差值和最小充电电流。

根据本申请的第三个方面，提出一种高压脉冲发生器，包括高压控制器、电流检测器、可控高压电源、高压电容器，高压控制器和可控高压电源、电流检测器相连，可控高压电源、高压电容器和电流检测器构成串联的回路，其中：

高压控制器用于执行本申请第一个方面所述的方法；

电流检测器用于检测充电电流，并向高压控制器提供充电电流值；

可控高压电源用于接收高压控制器的低压控制信号，输出随低压控制信号线性变化的输出电压；

高压电容器用于接收可控高压电源的输出电压进行充电。

根据一些实施例，本申请提出的高压脉冲发生器还包括激发控制器、高压开关、电极，激发控制器和高压开关相连，高压电容器构成并联的第一支路，高压开关和电极构成并联的第二支路，其中：

激发控制器用于控制高压开关接通；

高压开关用于接收激发控制器的激发控制信号，接通电路；

高压电容器在高压开关接通后输出高压给电极；

电极用于接收高压电容器输出的高压，发生电弧放电。

根据一些实施例，电流检测器包括线性电阻。

本申请提出的高压脉冲发生器及其充电电压的控制方法和装置，通过高压控制器检测电路中的充电电流，根据充电电流和设定的工作电流的比较结果输出控制信号控制可控高压电源的输出电压，维持充电过程中的充电电流保持不变，能够降低高压电源功率要求，降低设计复杂程度和制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1为本申请的高压脉冲发生器的电路结构示意图；

图2为本申请的高压脉冲发生器中充电电压的控制方法的步骤流程图；

图3为本申请的高压脉冲发生器中充电电压的控制装置示意图；

图4为本申请的高压脉冲发生器中可控高压电源的低压控制信号和输出电压随时间变化的示意图；

图5为本申请的高压脉冲发生器中充电电压和现有技术中充电电压随时间变化的示意图；

图6为本申请的高压脉冲发生器中充电电压的控制方法的整体流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请的高压脉冲发生器的电路结构示意图。

参见图1，一种高压脉冲发生器包括高压控制器304、电流检测器301、激发控制器101、可控高压电源302、高压电容器105、高压开关103、电极104，高压控制器304和可控高压电源302、电流检测器301相连，可控高压电源302、高压电容器105和电流检测器301构成串联的回路，激发控制器101和高压开关103相连，高压电容器105构成并联的第一支路，高压开关103和电极104构成并联的第二支路，其中：

高压控制器304用于获得充电电流值，比较充电电流和预设的工作电流的大小，在充电电流大于工作电流的情况下，输出低压控制信号303控制可控高压电源302的输出电压减小预设的电压差值，否则输出低压控制信号303控制可控高压电源302的输出电压增大电压差值；在可控高压电源302的输出电压大于或等于预设的工作电压的情况下，将可控高压电源302的输出电压设定为工作电压，并保持输出电压恒定直到对所述高压脉冲发生器中高压电容器充电结束。

电流检测器301用于检测充电电流，向高压控制器304提供充电电流值。

可控高压电源302用于接收所述高压控制器304的低压控制信号303，输出随所述低压控制信号303线性变化的输出电压。

高压电容器105用于接收可控高压电源302的输出电压进行充电，并在高压开关103接通后输出高压给电极104。

激发控制器101用于控制高压开关103接通。

高压开关103用于接收激发控制器101的激发控制信号102，接通电路。

电极104用于接收高压电容器105输出的高压，发生电弧放电。

在一些具体实施例中，高压脉冲发生器的工作过程包括高压电容器105充电过程和电极104激发过程。

在一些具体实施例中，高压电容器105充电过程包括：高压控制器304输出低压控制信号303控制可控高压电源302的输出电压，可控高压电源302对高压电容器105进行充电，响应于充电电流小于预设的最小充电电流，结束对高压电容器105的充电。

在一些具体实施例中，电极104激发过程开始于高压电容器105充电结束之后，包括：激发控制器101输出激发控制信号103控制高压开关103接通，在接通瞬间高压电容器105将高压输出给电极104，电极104发生电弧放电。在一些具体实施例中，电极104在发生电弧放电过程中，高压电容器105的电量迅速降低，当电量接近0时，电弧放电结束，随后高压开关103断开，重新进入高压电容器105充电过程。

图2为本申请的高压脉冲发生器中充电电压的控制方法的步骤流程图。

步骤S201，获得充电电流值。

步骤S202，比较充电电流和预设的工作电流的大小，在充电电流大于工作电流的情况下，输出低压控制信号控制可控高压电源的输出电压减小预设的电压差值，否则输出低压控制信号控制可控高压电源的输出电压增大电压差值；在可控高压电源的输出电压大于或等于预设的工作电压的情况下，将可控高压电源的输出电压设定为工作电压，并保持输出电压恒定直到对所述高压脉冲发生器中高压电容器充电结束。

步骤S203，响应于充电电流小于预设的最小充电电流，结束对高压电容器的充电。

在一些具体实施例中，通过电流检测器检测电路中的充电电流。在一些具体实施例中，电流检测器包括线性电阻。在一些具体实施例中，控制装置将获取到的充电电流和预设的工作电流进行比较，根据比较结果输出低压控制信号给可控高压电源。

在一些具体实施例中，可控高压电源的输出电压随输入的低压控制信号线性变化。在一些具体实施例中，可控高压电源的输出电压相对于其接收的低压控制信号存在延时。

在一些具体实施例中，增大电压差值后，将可控高压电源的输出电压和预设的工作电压进行比较，在可控高压电源的输出电压小于工作电压的情况下，重复进行获得充电电流值，并根据充电电流控制可控高压电源的输出电压；反之，将可控高压电源的输出电压设置为预设的工作电压，并保持这个输出电压直到对高压脉冲发生器中高压电容器充电结束。

在一些具体实施例中，响应于充电电流小于预设的最小充电电流，结束对高压电容器的充电。在一些具体实施例中，根据高压脉冲发生器中电路参数设定工作电流、工作电压、电压差值和最小充电电流。在一些具体实施例中，电路参数包括可控高压电源的受控精度、电容器充电时间要求、高压控制器的控制信号延时时间、脉冲发生频率。

在一些具体实施例中，可控高压电源的受控精度为可控高压电源可调整的最小电压和最大电压值。在一些具体实施例中，高压电容器充电时间要求为高压电容器充电到指定电量所需要的时间。在一些具体实施例中，控制信号延时时间为可控高压电源的输入低压控制信号和输出电压之间的时间延时。在一些具体实施例中，脉冲发生频率为在固定时间内高压脉冲发生器中电极发生电弧放电的次数。

图3为本申请的一种高压脉冲发生器中充电电压的控制装置示意图。

参见图3，高压脉冲发生器中充电电压的控制装置包括电流值获取模块、电压控制模块和参数设置模块。

电流值获取模块，用于获得充电电流值；

电压控制模块，用于比较充电电流和预设的工作电流的大小，在充电电流大于工作电流的情况下，输出低压控制信号控制可控高压电源的输出电压减小电压差值，反之：

输出低压控制信号控制可控高压电源的输出电压增大电压差值；在可控高压电源的输出电压大于或等于预设的工作电压的情况下，将可控高压电源的输出电压设定为工作电压，并保持输出电压恒定直到对高压脉冲发生器中高压电容器充电结束。

参数设定模块，用于根据高压脉冲发生器中电路参数设定工作电流、工作电压、电压差值和最小充电电流。

在一些具体实施例中，电流值获取模块获得电流检测器检测的电路中的充电电流值。在一些具体实施例中，电流检测器包括线性电阻。在一些具体实施例中，控制装置将获取到的充电电流和预设的工作电流进行比较，根据比较结果输出低压控制信号给可控高压电源。

在一些具体实施例中，可控高压电源的输出电压随输入的低压控制信号线性变化。在一些具体实施例中，可控高压电源的输出电压相对于其接收的低压控制信号存在延时。

在一些具体实施例中，增大电压差值后，将可控高压电源的输出电压和预设的工作电压进行比较，在可控高压电源的输出电压小于工作电压的情况下，重复进行获得充电电流值，并根据充电电流控制可控高压电源的输出电压；反之，将可控高压电源的输出电压设置为预设的工作电压，并保持这个输出电压直到对高压脉冲发生器中高压电容器充电结束。

在一些具体实施例中，当充电电流小于最小充电电流时，充电结束。在一些具体实施例中，根据高压脉冲发生器中电路参数设定工作电流、工作电压、电压差值和最小充电电流。在一些具体实施例中，电路参数包括可控高压电源的受控精度、电容器充电时间要求、高压控制器的控制信号延时时间、脉冲发生频率。

在一些具体实施例中，可控高压电源的受控精度为可控高压电源可调整的最小电压和最大电压值。在一些具体实施例中，高压电容器充电时间要求为高压电容器充电到指定电量所需要的时间。在一些具体实施例中，控制信号延时时间为可控高压电源的输入低压控制信号和输出电压之间的时间延时。在一些具体实施例中，脉冲发生频率为在固定时间内高压脉冲发生器中电极发生电弧放电的次数。

图4为本申请的高压脉冲发生器中可控高压电源的低压控制信号和输出电压随时间变化的示意图。

在一些具体实施例中，可控高压电源输入的低压控制信号401和输出电压402随时间变化的关系曲线可以为任意曲线。在一些具体实施例中，可控高压电源的输出电压402随着输入的低压控制信号401线性变化。

在一些具体实施例中，可控高压电源的输出电压402相比输入的低压控制信号401存在延时403。在一些具体实施例中，可控高压电源输入的低压控制信号401在高压电容器充电过程中完成电压控制的时刻为203，相对应的可控高压电源的输出电压402完成电压控制的时刻为404。在一些具体实施例中，可控高压电源输入的最大低压控制信号405为LV，此时的最大输出电压201为HV。

图5为本申请的高压脉冲发生器中充电电压和现有技术中充电电压随时间变化的示意图。

在一些具体实施例中，高压脉冲发生器中高压电容器的充电过程中，高压电容器的电容容量C、电量Q、高压电容器两端电压U的关系如式：

其中，i为充电电流，t为充电时间。当充电电流恒定不变时，i＝I，上式可以写成：

高压电容器两端电压与充电时间呈线性关系，参见图5中曲线501。

现有技术中高压电容器的充电过程为：高压电源输出电压迅速上升到工作电压，高压电源经过限流电阻给高压电容器充电。开始充电时，高压电容器的电压很低，随着充电过程电容器电压迅速升高，然后电容器电压上升变化越来越缓慢，高压电容器充电过程中的充电电压随时间变化曲线参见图5中曲线202。

在一些具体实施例中，电流检测模块通过电流检测器检测电路中的充电电流。在一些具体实施例中，电流检测器包括线性电阻。在一些具体实施例中，控制装置将检测到的充电电流和预设的工作电流进行比较，根据比较结果输出低压控制信号给可控高压电源。

在一些具体实施例中，将充电电流和工作电流进行比较，在充电电流大于工作电流的情况下，输出低压控制信号使可控高压电源的电压降低电压差值；反之，输出低压控制信号使可控高压电源的电压增大电压差值。

图6为本申请的高压脉冲发生器中充电电压的控制方法的整体流程图。

在一些具体实施例中，控制装置在高压电容器充电时对充电电压进行控制。在一些具体实施例中，通过电流检测器检测电路中的充电电流。在一些具体实施例中，电流检测器包括线性电阻。在一些具体实施例中，将充电电流和预设的工作电流进行比较，当充电电流大于工作电流时，输出低压控制信号使可控高压电源的电压降低电压差值；反之，输出低压控制信号使可控高压电源的电压增大电压差值。

在一些具体实施例中，增大电压差值后，将输出电压和预设的工作电压进行比较，当输出电压小于工作电压时，重复进行获得充电电流值，并根据充电电流控制可控高压电源的输出电压；反之，将可控高压电源的输出电压设置为工作电压，并保持这个输出电压直到对高压脉冲发生器中高压电容器充电结束。

在一些具体实施例中，根据高压脉冲发生器中电路参数设定工作电流、工作电压、电压差值和最小充电电流。在一些具体实施例中，电路参数包括可控高压电源的受控精度、电容器充电时间要求、高压控制器的控制信号延时时间和脉冲发生频率。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。