[发明专利]具有集成DC调节器的电外科手术输出级

说明书

本申请公开一种DC‑DC电压调节器电路，其包括：输出节点；上拉开关和下拉开关，其中输出节点耦合在上拉开关和下拉开关之间；电抗电路元件，电抗电路元件耦合到输出节点；上拉设定电压电路，上拉设定电压电路经耦合以提供作为输出节点处的电压的函数的上拉设定电压；下拉设定电压电路，下拉设定电压电路经耦合以提供作为输出节点处的电压的函数的下拉设定电压；第一比较器，第一比较器经耦合以基于上拉设定电压和控制电压的比较引起上拉开关在断开开关状态及其闭合开关状态之间转变；以及第二比较器，第二比较器经耦合以引起下拉开关在其断开开关状态及其闭合开关状态之间转变。

要求优先权

本申请要求2017年5月31日提交的美国临时专利申请No.62/513,287的优先权的权益，该专利申请在本文中全文以引用方式并入本文。

背景技术

电外科手术涉及使用电以引起生物组织的热破坏，以例如通过干燥、凝固或汽化切割或去除组织。益处包括在具有有限失血的情况下进行精确切割的能力。在外科手术过程期间频繁使用电外科手术设备以帮助防止医院手术室中或门诊过程中的失血。最常用的两种类型的电外科手术是高频电外科手术和电烙术。高频电外科手术涉及高频(射频)交流电，当高频(射频)交流电穿过组织时通过电阻被转换成热量。例如，组织内的热量积累引起热组织损伤，导致切口或减瘤(debulking)。电烙术也涉及将热量直接传送到组织。然而，代替将电流传递通过组织，电流用于加热手持式元件，然后手持式元件被施加到组织。附加形态的电外科手术包括电解和消融(coblation)，电解使用由直流产生的化学反应损伤组织，消融使用电流使传导介质(诸如生理盐水)电离，然后传导介质用于将热量传输到组织。

典型的电外科手术发生器使用多级电压转换器，以将交流(AC)线路功率转换成实行电外科手术过程所需的受控射频(RF)输出。该方法正常包括：第一、将AC线路输入转换成调节的直流(DC)；第二、将调节的DC转换成受控DC电压；以及第三、将受控DC电压供应到RF输出级。电外科手术发生器通常包括用户界面，该用户界面允许外科医生调整高频输出电压、电流或功率，以便实现期望的外科手术效果。

现有电外科手术发生器系统通常包括控制器，以监测RF输出，并且调整受控DC电压以维持期望的RF输出电压、电流和功率。在外科手术过程期间，电外科手术器械可以与多种组织类型和负载条件接触，引起负载的阻抗显著变化。结果，一般需要对受控DC电压进行合理的严格控制，以针对改变的阻抗调整RF输出级电压。在典型系统上，受控DC电压级和RF输出级独立操作，其中控制器主动闭合它们之间的控制回路。

更具体地，现有开关电源经常包括第一控制回路，第一控制回路使用脉冲宽度调制(PWM)调节所转换的DC电压，并且现有开关电源包括第二控制回路，第二控制回路在微控制器的控制下确保受控DC输出适当地对RF输出级处的负载改变作出响应。PWM控制回路正常独立于RF输出级操作，并且使用其自己的时钟源以生成PWM开关。实质上，现有电外科手术发生器系统经常包括同时运行以将AC线路输入转换成RF输出信号的两个控制回路。DC开关调节器中的第一PWM控制回路确保调节的DC电压与命令的目标DC电压匹配，并且第二控制回路响应于控制器而调整命令的目标DC电压，以响应于射频级处的负载的改变而调整RF输出电压、电流和功率。

两个控制回路的使用可以对多级电压转换器对具有迅速改变阻抗的RF输出负载的波动的响应施加限制。例如，在一些早期的转换器中，微控制器确定响应于RF输出负载阻抗的改变而需要的改变的目标电压。改变的目标电压被传达到DC调节器，DC调节器调整提供到RF输出级的受控DC电压，这最终导致调整RF输出电压。由于这些现有控制例程本质上是迭代的，所以对RF负载阻抗的改变的响应时间可能受到RF输出级和相关联的测量电路的响应时间连同DC调节器电路的响应时间的限制。由于这两个子系统独立操作，所以该响应时间可以是显著的。慢的响应时间可能致使外科医生检测性能的明显滞后从而中断外科手术流程的情况、或递送过度功率引起意想不到的组织损伤的时段。

发明内容