一种矩阵式电脉冲时序隔离输出电路的制作方法

1.本发明涉及电脉冲刺激理疗技术领域，具体是一种矩阵式电脉冲时序隔离输出电路。


背景技术：

2.电疗是利用不同类型电流和电磁场治疗疾病的方法。电疗主要有直流电疗法、直流电药物离子导入疗法、低频脉冲电疗法、中频脉冲电疗法、高频电疗法以及静电疗法。其中，电脉冲刺激理疗的方式已发展多年，并且已被人们接受并使用；比如，常见的ems低周波理疗。电脉冲刺激理疗产品的输出，其输出电极一般是成对出现，只有成对输出才能形成输出的电信号闭环(可简单理解为输出电极存在正负两个电极)。
3.现有技术中，大多数的电脉冲理疗产品一般采用单对电极对进行输出，当涉及到多对电极对同时输出时，要么采用各对电极之间供电电源完全隔离，或者采用输出隔离变压器等方式让各对电极对之间的形成电气隔离，才有可能实现各对电极之间的输出电信号不至于互串互扰。
4.这样的电路方式，虽然在功能实现上是能达到要求，但是其整体电路成本很高，且整体产品体积较大；更重要的是，在该电路形式下，各对输出电极对是完全固定的；并且因为其输出的电极对的配对是完全固定的，从而使得电极承载体上的电极分布及其走线方式、导电回路需按即定方式进行，在实际的实施方案中，容易形成不同导电回路的交叉、重叠以及回路较长等缺点，不可避免的增加了电极分布及加工工艺的复杂度，从而降低了产品的可靠性与增加了产品的生产成本。


技术实现要素：

5.本发明目的：针对上述背景技术中的问题，本发明提供了一种矩阵式电脉冲时序隔离输出电路，针对具有三个或三个以上输出电极的产品，能够实现任意两个电极因需要而随时组合配对成输出电极对，并且这些随时任意组合而成的电极对之间互不串扰、完全独立；采用矩阵式电极在制作各输出电极的承载体时，无需在意哪个电极与哪个电极一定要形成固定式的物理配对，完全可以按产品的外观结构等条件，就近就简地将电极连接至电路上，从而在实际应用时大大降低了电极承载体的生产工艺难度。
6.为解决上述问题采取的技术方案是：
7.一种矩阵式电脉冲时序隔离输出电路，包括mcu、桥臂电路、升压储能电路、输出电极和负载检测电路。
8.所述升压储能电路，由电感l、三极管q、二极管d和电容c共同组成；其中三极管q受mcu输出的pwm信号所控制，工作在20khz的高速开关状态，使得电感l不断的进行储能与释放能量，电感l所释放的能量经由二极管d整流后，储存于电容c之中；在一个电路工作周期内，电容c所储存的能量完全由mcu输出的pwm信号的占空与pwm信号的个数所决定；在整体电路当中一共具有n(n≥3)组相同的升压储能电路。
9.所述桥臂电路，由th与tl两只三极管构成；在整体电路当中，桥臂电路的数量与升压储能电路的数量相等；其中三极管th与三极管tl受控于mcu信号，在整体电路的工作过程中每一组桥臂电路在同一时刻最多只有其中一只三极管处于导通状态；三极管th或三极管tl的导通的时间完全由mcu信号所决定；升压电路中电容c所储存的能量便是通过与之相连接的桥臂电路往人体(负载)进行释放的；能量释放的方向取决于该桥臂电路当前导通的是哪一只三极管，若以三极管th导通电来释放能量则为正向能量释放，若以三极tl导通来释放能量则为负向能量释放。
10.所述输出电极由导电介质材料构成，其数量与桥臂电路数量相等；即，在整体电路中，每一个桥臂电路均连接有一个输出电极；桥臂电路便是通过与之相连接的输出电极将能量释放到人体(负载)。
11.所述负载检测电路，用于检测释放到人体(负载)的电脉冲信号是否形成闭环，并以此判断相应的输出电极与人体(负载)接触是否良好；在整体电路中仅需要设计一路的负载检测电路即可。
12.进一步地，所述的升压储能电路、桥臂电路、输出电极在整体电路中设计成数量完全相同，且数量大于等于三；所述负载检测电路在整体电路中仅需要设计一组即可。
13.进一步地，整体电路为周期性工作，每一个工作周期分为两个阶段；第一个阶段，升压储能电路进行升压储能准备，在一个电路工作周期内，升压电路中的电容c所储存的能量完全由mcu输出的pwm信号的占空与pwm信号的个数所决定；第二个阶段，桥臂电路将升压电路中的电容c所储存的能量向人体(负载)进行释放；向人体(负载)释放能量的方向与释放的时间完全由桥臂电路上的三极管th或三极管tl的导通状况所决定。
14.进一步地，整体电路每一个工作周期的第二个阶段，又分成若干个小时间片，且每一个小时间片内仅仅允许其中的两个桥臂电路同时输出，且该同时输出的两个桥臂电路的输出能量方向相反，输出时间相同；即，在同一个小时间片内，仅有两路的桥臂电路处于输出状态，进而此刻整体电路向人体(负载)所释放的能量也只能在这两个桥臂电路内形成信号闭环；所以在该小时间片内与这两个正处于工作输出的桥臂电路相连接的输出电极便有效组合成了临时的输出电极对。
15.时序逻辑控制总的原理是：在不同的时间片任意的将某两个电极进行电回路构建，临时组成合配对成电极对，这就是矩阵式电极；
16.在每一个时间片内，电路上仅让其中两个电极进行输出，那么电脉冲信号也只能在这两个被选中的电极之间形成回路，不会串扰到其他电极，这就是时序隔离输出。
17.本发明的有益效果是：
18.1.该矩阵式电脉冲时序隔离输出电路在无需使用任何隔离器件的情况下，只需通过时序控制的方式便可实现各对电极对完全独立的输出，因此各对电极对相互之间不产生互串互扰；
19.2.在无需改变硬件电路或电极分布的情况下，只需通过时序控制的方式便可实现任意两个独立电极随时搭配成一对电极对；(即可理解为：“电极对”的搭配随时可进行重新调配，不受硬件电路和电极自身走线的限制)；
20.3.可以实现在电极承载体上，电极与电路能够就近就简的连接；即在电极承载体的设计/制造上可极大的简化生产工艺；
21.4.通过时序隔离输出，采用时序的控制使得不同电极对之间不会产生串扰问题，即各对电极对的输出信号能够形成有效的独立闭环回路；所以无论电路中设计有多少个独立电极，都被允许所有的独立电极共用参考地，而无需将各电极的电源或者输出信号进行电气上的隔离处理，从而大大降低电路的成本以及电路的体积，也因电路精简且避免使用隔离器件，最终提升了电路的可靠性与灵活性。
附图说明
22.图1为本实施例一种矩阵式电脉冲时序隔离输出电路的原理方框图；
23.图2为本实施例一种矩阵式电脉冲时序隔离输出电路的电路原理图；
24.图3为本实施例一种矩阵式电脉冲时序隔离输出电路的时序逻辑示意图；
25.图4为本实施例一种矩阵式电脉冲时序隔离输出电路的mcu核芯程序流程图。
26.其中：图中o1～o6分别表示第一电极片～第六电极片；
27.tn-x表示时间片分割；如：t1-1表示第一个周期的第一个时间片，以此类推；
28.ox《-》oy表示某两个输出电极配置成为电极对；如：o1《-》o6表示第一电极o1与第六电极o6配置成为了一对输出电极对，以此类推。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
30.实施例：
31.本实施例提供一种矩阵式电脉冲时序隔离输出电路，包括mcu、桥臂电路、升压储能电路、输出电极和负载检测电路；整体电路当中具有相同数量的n组升压电路、n组桥臂电路、n个输出电极和一路负载检测电路(其中n≥3)。
32.整体电路在每一个工作周期内，第一阶段先由升压储能电路完成升压储能准备；第二阶段分成若干个小时间片，在每一个小时间片内控制整体电路中某两个桥臂电路向人体(负载)释放出升压储能电路所储的能量，使得在该小时间片内某两个桥臂电路形成电信号闭环，临时组合成为一对输出电极对；以此类推，在每个不同的小时间片内都能临时任意的组合出一对输出电极对，形成矩阵式电极；每一对临时组合而成的电极对仅在权限内的时间片完成电回路构建，因此各电极对的输出完全独立，相互之间互不影响，形成时序式隔离。
33.请参阅图2、图3，发明实施例的工作原理是：
34.在第一个时间片(t1-1)内，仅第一电极o1输出正信号，第六电极o6输出负信号，其他电极均不输出，那么第一电极o1与第六电极o6之间临时形成一对输出电极对，此刻的电脉冲信号只在第一电极o1与第六电极o6之间形成回路；
35.在第二个时间片(t1-2)内，仅第二电极o2输出正信号，第三电极o3输出负信号，其他电极均不输出，那第二电极o2与第三电极o3之间临时形成一对输出电极对，此刻的电脉冲信号只在第二电极o2与第三电极o3之间形成回路；
36.在第三个时间片(t1-3)内，仅第四电极o4输出正信号，第五电极o5输出负信号，其他电极均不输出，那第四电极o4与第五电极o5之间临时形成一对输出电极对，此刻的电脉
冲信号只在第四电极o4与第五电极o5之间形成回路。
37.由此可见，只需改变某一时间片，各电极的输出状态，即可任意控制各输出电极的配对组合以及电脉冲信号的输出极性、输出强度等参数；如附图3中的(t4-1)时间片，便是实现了将第一电极o1与第二电极o2临时配置成了一个新的输出电极对；在不同的时间片任意的将某两个电极进行电回路构建，临时组成合配对成电极对，这就是矩阵式电极；而采用矩阵式电极则意味着在制作各种输出电极的承载体时，无需在意哪个电极与哪个电极一定要形成固定式的物理配对，也无需指定哪个电极一定要与硬件电路中的哪个输出节点(桥臂电路)进行连接，完全可以按照产品的外观结构以及体积规格大小等因素，就简地在电极承载体上进行电极分布，就近地将电极连接至硬件电路上，从而实际上大大降低了电极承载体的生产工艺难度。
38.另外，所述的矩阵式电脉冲时序隔离输出电路的时序隔离输出为：在每一个时间片内，电路上仅让其中两个电极进行输出，那么电脉冲信号也只能在这两个被选中的电极之间形成回路，不会串扰到其他电极，这就是时序隔离输出。
39.通过这种时序隔离输出，因时序的控制不同电极对之间不会产生串扰问题，即电极对信号形成有效闭环回路；所以无论电路中设计有多少个独立电极，都被允许将所有的独立电极共用参考地，而无需将各电极对的电源或者输出信号进行电气上的隔离处理，从而大大降低电路的成本以及电路体积，也因电路精简且避免使用隔离器件，最终提升了电路的可靠性与灵活性。
40.请参阅图4，以程序流程图的方式描述了mcu核芯程序流程。
41.本专利申请中涉及的相关专利名词的解释以便加深审查员的理解：
42.电极：电脉冲输出到人体(负载)上，需要一个有效的导电介质，与人体(负载)体表进行电气接触，将此称之为输出电极(简称为：电极)。
43.电极对：无论是非对称(类直流)电脉冲输出，还是对称式(类交流)的电脉冲输出；都需要存在两个电极才能形成电气回路；
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可近似的理解为正极与负极；所以，在实际的电脉冲电路中，电极均是成对的出现。
44.电极承载体：为了电极能与人体(负载)体表有效接触，一般会将电极安装在一个承载体上，这样可有效提高电极与人体(负载)体表接触的可靠性；承载体一般会选用绝缘性材质。
45.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。