DE102007040063A1 - Active bridge circuit for exciting bipolar current to produce periodic, modulated magnetic field that is utilized for treatment in traumatology field, has control units and resistors that are connected to ground terminal contact of bridge - Google Patents

Active bridge circuit for exciting bipolar current to produce periodic, modulated magnetic field that is utilized for treatment in traumatology field, has control units and resistors that are connected to ground terminal contact of bridge Download PDF

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Abstract

The circuit has two control units (I, III) that are connected to two P-channel MOSFETs (1, 3), and two control units (II, IV) that are connected to two N-channel MOSFETs (2, 4). The control units (III, IV) are connected by a cable (24) of enable signal A, and the control units (I, II) are connected by a cable (25) of enable signal B. A cable (26) provided for input signals is coupled to the control units (II, IV). The control units (II, IV) and resistors (15, 20) are connected to a ground terminal contact (GND) of a bridge (B).

Description

Die Erfindung betrifft eine aktive Brückenschaltung für bipolare Stromerregung, periodische, modulierte Magnetfelder zu erzeugen, besonders zum Zwecke der Magnetfeldbehandlungen in der Traumatologie, Orthopädie, Neurologie, Dermatologie, Rehabilitation, sowie im Sport.The The invention relates to an active bridge circuit for bipolar current excitation, periodic, modulated magnetic fields too generate, especially for the purpose of magnetic field treatments in traumatology, Orthopedics, neurology, dermatology, rehabilitation, as well in sports.

Die vorgegebene aktive Brückenschaltung soll einerseits spezifische, sinus- und impulsförmige, bipolare Stromerregung für die Applikatorspulen der Behandlungsgeräte erzeugen, andererseits die Stromversorgungsverfahren vereinfachen.The given active bridge circuit is on the one hand specific, sinusoidal and pulsed, bipolar current excitation for generate the applicator coils of the treatment equipment, on the other hand simplify the power supply procedures.

Die mit derartigen Stromversorgungsverfahren ermöglichte Erregung ist erforderlich, damit die Schaltung mit einziger Gleichspannung versorgt ist und verschiedene Signalkonfigurationen beliebig erzeugt werden. Bezüglich der medizinischen Geräte ist es von Bedeutung, ein separiertes, stabilisiertes Sicherheitsnetzgerät zu verwenden.The with such power supply method allowed arousal is required to allow the circuit with single DC voltage is supplied and various signal configurations generated arbitrarily become. Regarding the medical equipment is it is important, a separate, stabilized safety power supply to use.

Es sind moderne Leistungsverstärker gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 bekannt, die primär gestatten, bipolare Stromerregung, insbesondere bei dem Antrieb der Spulen von Lautsprechern und von analogen Instrumenten zu realisieren. Wie in der bekannten Fachliteratur ersichtlich ist, ermöglichen diese Vorrichtungen die Stromerregung im Tonfrequenzbereich und in niedrigem Frequenzbereich zu erzeugen. Die üblichen Gegentaktverstärker, die im allgemeinen mit Komplementärtransistoren aufgebaut sind, symmetrische Versorgungspannung brauchen. Bei den meistverbreiteten Lösungen wird im Gerät ein symmetrisches Netzteil oder ein Spannungswandler verwendet.It are modern power amplifiers according to the Preamble of the protection claim 1 are known, which allow primarily bipolar current excitation, especially in the drive of the coils of loudspeakers and analogue instruments. As can be seen in the known literature, allow these devices the current excitation in the audio frequency range and to generate in low frequency range. The usual Push-pull amplifiers, generally with complementary transistors are constructed, need symmetrical supply voltage. Both most common solutions becomes symmetrical in the device Power supply or a voltage converter used.

Ein klassischer Verstärker der Betriebsart B, mit symmetrischer Stromversorgung ist z. B. im Buch von Patrick D. van der Puije (2002) "Telecommunication circuit design". John Wiley & Sons, Inc. N. Y. /61. p/ . geschrieben. Diese Problematik der Stromversorgung, durch DC-DC Wandler mit hochern Wirkunsgrad, wurde im US Patent No 7009454 (2006) auch diskutiert.A classic amplifier of mode B, with symmetrical power supply is z. In the book of Patrick D. van der Puije (2002) "Telecommunication circuit design". John Wiley & Sons, Inc. NY / 61. p / , written. This problem of power supply, by DC-DC converter with high efficiency, was in the US Pat. No. 7009454 (2006) also discussed.

Eine Brückenschaltung ist in Khandpur (2005): "Biomedical instrumentation". McGraw-Hill. New York. 132. p . geschrieben. In dieser Schaltung sind einerseits synchronisierte, separierte Eingangssignale mit umgekehrter Polarität auf zwei Seiten der Brücke erforderlich, anderseits, die Vollsymmetrie der Brücke nicht besteht.A bridge circuit is in Khandpur (2005): "Biomedical instrumentation". McGraw-Hill. New York. 132. p , written. In this circuit, on the one hand synchronized, separated input signals with reverse polarity on two sides of the bridge are required, on the other hand, the full symmetry of the bridge does not exist.

Eine DC-Signalübertragung ist auch nötig, die Symmetrie und die Eliminierung der Drift sind wichtig. Die oben besprochene Schaltungen waren nur begrenzt in der Lage die mit beliebigen Hüllkurven modulierte, steile Impulsserien, in einem gesteuerten Schaltbetrieb mit niedriger Verzerrung zu erzeugen.A DC signal transmission is also necessary, the symmetry and the elimination of drift are important. The above discussed Circuits were limited in their ability with arbitrary envelopes modulated, steep impulse series, in a controlled switching mode with low distortion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer zweckmäßigen Konstruktion die oben erwähnten Nachteile zu eliminieren und die Stromerregung der Applikatorspule zur impulsförmigen Magnetfelderzeugung durch eine aktive Brückenschaltung ermöglichen.Of the Invention is based on the object with a functional Construction to eliminate the above-mentioned disadvantages and the current excitation of the applicator coil to the pulse-shaped Magnetic field generation by an active bridge circuit enable.

Die Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen Schaltung durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.The Task is with a generic circuit by the characterizing features of claims 1 and 2 solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die vier Elemente einer für Analogsignalübertragung konstruierten, symmetrischen Brückenschaltung durch vier Steuerstufen, analog und digital gleichzeitig gesteuert ist und durch eine, zu den Ausgängen der Brücke gekoppelte Applikatorspule, geeignete Magnetfelderzeugung realisiert ist.The particular advantages of the invention are that the four elements one for analog signal transmission constructed, symmetrical bridge circuit through four Control stages, analog and digital simultaneously controlled and through one, coupled to the outputs of the bridge Applicator coil, suitable magnetic field generation is realized.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.One Embodiment of the invention is in the drawings and will be described in more detail below.

Es zeigenIt demonstrate

1 Blockdiagramm der aktiven Brückenschaltung 1 Block diagram of the active bridge circuit

2 Eine Gesamtdarstellung der aktiven Brückenschaltung 2 An overall view of the active bridge circuit

3 Diagramme von Steuersignalen, Eingangs- und Ausgangssignalen 3 Diagrams of control signals, input and output signals

Die 1 zeugt das Blockdiagramm der aktiven Brückenschaltung, die mit Benützung von zwei P-Kanal-MOSFET 1, 3, zwei N-Kanal-MOSFET 2, 4 und zwei Widerständen 15, 20 aufgebaut ist. Die Quellen S1, S3 von P-Kanal-MOSFET 1, 3 sind zu der positiven Speisespannung der Brücke B geschaltet. Der Drain D1 von P-Kanal-MOSFET 1 und der Drain D2 von N-Kanal-MOSFET 2 sind gekoppelt. Der Drain D3 von P-Kanal-MOSFET 3 und der Drain D4 von N-Kanal-MOSFET 4 sind zueinander geschaltet. Eine Applikatorspule 21 ist zu den Ausgänge 22, 23 der Brücke B gekoppelt. Zwei Steuereinheiten I, III sind zu den P-Kanal-MOSFET 1, 3 und zwei Steuereinheiten II, IV sind zu den N-Kanal-MOSFET 2, 4 geschaltet. Die Steuereinheiten III, IV sind durch das Kabel 24 des eingangs EN-A verbunden und die Steuereinheiten I, II sind durch das Kabel 25 des Eingangs EN-B 25 zusammengeschaltet. Der Eingang A-input ist durch das Kabel 26 zu den Steuereinheiten II, IV gekoppelt und die Steuereinheiten II, IV sowie die Widerstände 15, 20 sind mit dem Erdungskontakt GND der Brücke B verbunden.The 1 shows the block diagram of the active bridge circuit, with the use of two P-channel MOSFET 1 . 3 , two N-channel MOSFET 2 . 4 and two resistors 15 . 20 is constructed. The sources S1, S3 of P-channel MOSFET 1 . 3 are connected to the positive supply voltage of the bridge B. The drain D1 of P-channel MOSFET 1 and the drain D2 of N-channel MOSFET 2 are coupled. The drain D3 of P-channel MOSFET 3 and the drain D4 of N-channel MOSFET 4 are connected to each other. An applicator coil 21 is to the exits 22 . 23 coupled to the bridge B. Two controllers I, III are the P-channel MOSFET 1 . 3 and two controllers II, IV are the N-channel MOSFETs 2 . 4 connected. The control units III, IV are through the cable 24 connected to the input EN-A and the control units I, II are through the cable 25 the input EN-B 25 connected together. The input A-input is through the cable 26 coupled to the control units II, IV and the control units II, IV and the resistors 15 . 20 are connected to the ground contact GND of the bridge B.

Auf der 2 ist die aktive Brückenschaltung ausführlich dargestellt. Der Eingang EN-B ist durch Widerstände 12, 13 zu zwei Transistoren 5, 6 geschaltet. Der Kollektor K5 des Transistors 5 ist durch einen Widerstand 11 zur positiven Speisespannung (+) und zu dem Tor G1 des P-Kanal-MOSFET 1 gekoppelt. Die Quellen S1, S3 der P-Kanal-MOSFET 1, 3 sind zur positiven Speisespannung der Brücke B geschaltet. Durch Widerstände 17, 18 ist der Eingang EN-A zu zwei Transistoren 7, 8 geschaltet. Der Kollektor K7 des Transistors 7 ist einerseits durch einen Widerstand 16 zur positiven Speisespannung (+), andererseits zu dem Tor G3 des P-Kanal-MOSFET 3 gekoppelt. Der Eingang A-input ist durch Widerstände 14, 19 einerseits zu Kollektoren K6, K8. von Transistoren 6, 8, andererseits zu nicht invertierenden Eingängen O3, O5 von Operationsverstärkern 9, 10 geschaltet. Die Ausgangspunkte O1, O7 von Operationsverstärkern 9, 10 sind zu Toren G2, G4 der N-Kanal-MOSFET 2, 4 gekoppelt. Die invertierenden Eingänge O2, O6 von Operationsverstärkern 9, 10 sind zu den Quellen S2, S4 der N-Kanal-MOSFET 2, 4, sowie zu Widerstanden 15, 20 geschaltet. Die Emitter E5, E6, E7, E8 der Transistoren 5, 6, 7, 8 und die Widerstände 15, 20 sind mit dem Erdungskontakt GND verbunden.On the 2 the active bridge circuit is shown in detail. The input EN-B is through resistors 12 . 13 to two transistors 5 . 6 connected. The collector K5 of the transistor 5 is through a resistance 11 to the positive supply voltage (+) and to the gate G1 of the P-channel MOSFET 1 coupled. The sources S1, S3 of the P-channel MOSFET 1 . 3 are connected to the positive supply voltage of bridge B. By resistances 17 . 18 is the input EN-A to two transistors 7 . 8th connected. The collector K7 of the transistor 7 is on the one hand by a resistance 16 to the positive supply voltage (+), on the other hand to the gate G3 of the P-channel MOSFET 3 coupled. The input A-input is through resistors 14 . 19 on the one hand to collectors K6, K8. of transistors 6 . 8th on the other hand to non-inverting inputs O3, O5 of operational amplifiers 9 . 10 connected. The starting points O1, O7 of operational amplifiers 9 . 10 At gates G2, G4 are the N-channel MOSFET 2 . 4 coupled. The inverting inputs O2, O6 of operational amplifiers 9 . 10 are the sources S2, S4 of the N-channel MOSFET 2 . 4 , as well as to resist 15 . 20 connected. The emitters E5, E6, E7, E8 of the transistors 5 . 6 . 7 . 8th and the resistors 15 . 20 are connected to the ground contact GND.

Die Funktion der aktiven Brückenschaltung wird im durch die 1, 2 und 3 beschrieben.The function of the active bridge circuit is indicated by 1 . 2 and 3 described.

Auf der 1 sind vier MOSFET 1, 2, 3, 4, die die aktive Brücke bilden. Die digitalen Signale, die laut der 3 zu den Eingängen EN-A und EN-B geschaltet sind, steuern die vier Steuereinheiten I, II, III, IV. Die Steuereinheiten I und III haben reine Schaltungsfunktion, abwechslungsweise öffnen und schließen die MOSFET 1 und 3 ab. Die Steuereinheiten II und IV haben eine komplexe Funktion. Diese Steuereinheten II und IV empfangen die digitalen Steuersignale von den Eingängen EN-A, EN-B und gleichzeitig, die durch Hüllkurven modulierten Signalserien von dem Eingang A-input. Nach der Verstärkung dieser modulierten Signale wird das Magnetfeld der vom Strom durchflossenen Applikatorspule 21 für die Behandlung zustande gebracht.On the 1 are four MOSFETs 1 . 2 . 3 . 4 that form the active bridge. The digital signals, according to the 3 are connected to the inputs EN-A and EN-B, control the four control units I, II, III, IV. The control units I and III have pure circuit function, alternately open and close the MOSFET 1 and 3 from. The control units II and IV have a complex function. These controllers II and IV receive the digital control signals from the inputs EN-A, EN-B and simultaneously, the envelope-modulated signal series from the input A-input. After amplification of these modulated signals, the magnetic field of the current flowing through the applicator coil 21 for the treatment.

Auf der 2 ist die Anordnung der aktiven Brückenschaltung ausführlich dargestellt. Die digitalen Signale, die laut der 3 zu den Eingängen EN-A und EN-B geschaltet sind, steuern die vier Transistoren 5, 6, 7, 8, die Schaltfunktionen verrichten. Falls die Spannung am Eingangspunkt EN-A auf dem Pegel "0" ist und EN-B auf dem Pegel "1", dann sind die Transistoren 5 und 6 in Sättigung und die Transistoren 7 und 8 abgeschlossen. In diesem Fall ist der P-Kanal-MOSFET 1 geöffnet, der N-Kanal-MOSFET 2 empfangt kein Signal vom Eingang A-input und ist abgeschlossen. Gleichzeitig ist der P-Kanal-MOSFET 3 auch abgeschlossen. Der N-Kanal-MOSFET 4 empfängt die modulierten Signalserien vom Eingang A-input und wird gleichzeitig geöffnet und gesteuert. Falls der Eingang EN-A auf dem Pegel "1" ist und EN-B auf dem Pegel "0", dann sind die Transistoren 7 und 8 in Sättigung, die Transistoren 5 und 6 abgeschlossen und die Polarität der Spannung auf der Applikatorspule 21 umgekehrt ist.On the 2 the arrangement of the active bridge circuit is shown in detail. The digital signals, according to the 3 connected to the inputs EN-A and EN-B, control the four transistors 5 . 6 . 7 . 8th that perform switching functions. If the voltage at input point EN-A is at "0" level and EN-B at "1" level, then the transistors are 5 and 6 in saturation and the transistors 7 and 8th completed. In this case, the P-channel MOSFET 1 opened, the N-channel MOSFET 2 receives no signal from input A-input and is completed. At the same time is the P-channel MOSFET 3 also completed. The N-channel MOSFET 4 receives the modulated signal series from input A-input and is simultaneously opened and controlled. If input EN-A is at "1" level and EN-B is at "0" level, then the transistors are on 7 and 8th in saturation, the transistors 5 and 6 completed and the polarity of the voltage on the applicator coil 21 is reversed.

Die Vorteile dieser aktiven Brückenschaltung bestehen in ihrer Steuerbarkeit, und Wirtschaftlichket. Für die symmetrische Betriebsart braucht diese Schaltung nur einzige, positive Speisespannung. Durch ihre Anordnung, zweckmäßig ermöglicht die Steuerung der Applikatorspule mit zahlreichen Signalvariationen, die eine besondere physiologische Wirksamkeit der Magnetfeldbehandlung aufzeigen können. Die Neuheit dieser Anordnung besteht noch in ihrer komplexen, analog- und digitalen Steuerung, sowie in ihrem eigentlichen „common-mode" Steuerungsbetrieb, der eine invertierende Stufe erspart und stabile Funktion versichert.The Advantages of this active bridge circuit consist in their Controllability, and economy. For the symmetrical Operating mode, this circuit needs only single, positive supply voltage. By their arrangement, appropriate allows the control of the applicator coil with numerous signal variations, the one particular physiological effectiveness of the magnetic field treatment can show. The novelty of this arrangement exists still in their complex, analog and digital control, as well in their actual "common-mode" control mode, which saves an inverting stage and ensures stable operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 7009454 [0005] - US 7009454 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Patrick D. van der Puije (2002) "Telecommunication circuit design". John Wiley & Sons, Inc. N. Y. /61. p/ [0005] - Patrick D. van der Puije (2002) "Telecommunication circuit design". John Wiley & Sons, Inc. NY / 61. p / [0005]
  • - "Biomedical instrumentation". McGraw-Hill. New York. 132. p [0006] - Biomedical instrumentation. McGraw-Hill. New York. 132. p [0006]

Claims (2)

Aktive Brückenschaltung für bipolare Stromerregung, periodische, modulierte Magnetfelder zu erzeugen, besonders zu den Zwecken der Magnetfeldbehandlungen in der Traumatologie, Orthopädie, Neurologie, Dermatologie, sowie im Sport, dadurch gekennzeichnet, daß zwei P-Kanal-MOSFET (1, 3), zwei N-Kanal-MOSFET (2, 4) und zwei Widerstände (15, 20) in einer Brücke (B) integriert sind, die Quellen (S1, S3) von P-Kanal-MOSFET (1, 3) zu der positiven Speisespannung geschaltet sind, der Drain (D1) von P-Kanal-MOSFET (1) und der Drain (D2) von N-Kanal-MOSFET (2) gekoppelt sind, der Drain (D3) von P-Kanal-MOSFET (3) und der Drain (D4) von N-Kanal-MOSFET (4) zueinander geschaltet sind, zu den Ausgängen der Brückenschaltung (22, 23) eine Applikatorspule (21) gekoppelt ist, zwei Steuereinheiten (I, III) zu den P-Kanal-MOSFET (1, 3) und zwei Steuereinheiten (II, IV) zu den N-Kanal-MOSFET (2, 4) geschaltet sind, die Steuereinheiten (III,IV) durch das Kabel des Enable-Signals "A" (24) und die Steuereinheiten (I, II) durch das Kabel des Enable-Signals "B" (25) verbunden sind, das für die Eingangssignale vorgesehene Kabel (26) zu den Steuereinheiten (II, IV) gekoppelt ist und die Steuereinheiten (II, IV), sowie die Widerstände (15, 20) mit einem Erdungskontakt (GND) der Brücke (B) verbunden sind.Active bridge circuit for bipolar current excitation to generate periodic modulated magnetic fields, especially for the purposes of magnetic field treatments in traumatology, orthopedics, neurology, dermatology, as well as in sports, characterized in that two P-channel MOSFETs ( 1 . 3 ), two N-channel MOSFET ( 2 . 4 ) and two resistors ( 15 . 20 ) are integrated in a bridge (B), the sources (S1, S3) of P-channel MOSFET ( 1 . 3 ) are connected to the positive supply voltage, the drain (D1) of P-channel MOSFET ( 1 ) and the drain (D2) of N-channel MOSFET ( 2 ), the drain (D3) of P-channel MOSFET ( 3 ) and the drain (D4) of N-channel MOSFET ( 4 ) are connected to each other, to the outputs of the bridge circuit ( 22 . 23 ) an applicator coil ( 21 ), two control units (I, III) to the P-channel MOSFET ( 1 . 3 ) and two control units (II, IV) to the N-channel MOSFET ( 2 . 4 ), the control units (III, IV) through the cable of the enable signal "A" ( 24 ) and the control units (I, II) through the cable of the enable signal "B" ( 25 ), the cable intended for the input signals ( 26 ) is coupled to the control units (II, IV) and the control units (II, IV), as well as the resistors ( 15 . 20 ) are connected to a ground contact (GND) of the bridge (B). Aktive Brückenschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangspunkt EN-B durch Widerstände (12, 13) zu Transistoren (5, 6) geschaltet ist, der Kollektor (K5) des Transistors (5) einerseits durch einen Widerstand (11) zur positiven Speisespannung (+), andererseits zu dem Tor (G1) des P-Kanal-MOSFET (1) gekoppelt ist, die Quellen (S1, S3) der P-Kanal-MOSFET (1, 3) zur positiven Speisespannung (+) geschaltet sind, der Eingangspunkt EN-A durch Widerstände (17, 18) zu Transistoren (7, 8) geschaltet ist, der Kollektor (K7) des Transistors (7) einerseits MOSFET (3) gekoppelt ist, der Eingang (A-input) durch Widerstände (14, 19) einerseits zu Kollektoren (K6, K8) von Transistoren (6, 8), andererseits zu nicht invertierenden Eingängen (O3, O5) von Operationsverstärkern (9, 10) geschaltet ist, die Ausgangspunkte (O1, O7) von Operationsverstärkern (9, 10) zu Toren (G2, G4) der N-Kanal-MOSFET (2, 4) gekoppelt sind, die invertierenden Eingänge (O2, O6) zu den Quellen (S2, S4) der N-Kanal-MOSFET (2, 4), sowie zu Widerständen (15, 20) geschaltet sind, die Emitter (E5, E6, E7, E8) der Transistoren (5, 6, 7, 8) und die Widerstände (15, 20) mit dem Erdungskontakt (GND) verbunden sind.Active bridge circuit according to claim 1, characterized in that the input point EN-B by resistors ( 12 . 13 ) to transistors ( 5 . 6 ), the collector (K5) of the transistor ( 5 ) on the one hand by a resistor ( 11 ) to the positive supply voltage (+), on the other hand to the gate (G1) of the P-channel MOSFET ( 1 ), the sources (S1, S3) of the P-channel MOSFET ( 1 . 3 ) are connected to the positive supply voltage (+), the input point EN-A by resistors ( 17 . 18 ) to transistors ( 7 . 8th ), the collector (K7) of the transistor ( 7 ) on the one hand MOSFET ( 3 ), the input (A-input) by resistors ( 14 . 19 ) on the one hand to collectors (K6, K8) of transistors ( 6 . 8th on the other hand to non-inverting inputs (O3, O5) of operational amplifiers ( 9 . 10 ), the output points (O1, O7) of operational amplifiers ( 9 . 10 ) to gates (G2, G4) of the N-channel MOSFET ( 2 . 4 ), the inverting inputs (O2, O6) to the sources (S2, S4) of the N-channel MOSFET ( 2 . 4 ), as well as resistances ( 15 . 20 ), the emitters (E5, E6, E7, E8) of the transistors ( 5 . 6 . 7 . 8th ) and the resistances ( 15 . 20 ) are connected to the ground contact (GND).
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