基于FPGA控制的全固态高压纳秒方波脉冲发生器
专利类型：发明专利
语 言：中文
申 请 号：CN201110195350.4
申 请 日：20110713
申 请 人：重庆大学
申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
公 开 日：20140409
公 开 号：CN102441231B
代 理 人：胡正顺
代理机构：重庆大学专利中心 50201
摘 要：一种基于FPGA控制的全固态高压纳秒方波脉冲发生器，属于生物电磁技术领域。本发明主要包括电源系统、脉冲形成系统、脉冲测量系统、FPGA控制系统、信号转换系统和便携式计算机。本发明输出的脉冲幅值为0~10kV、脉冲宽度为200~1000ns、脉冲频率为1~1000Hz，下降沿为30~40ns，脉冲个数为1~1000个，具体参数根据治疗肿瘤的需要确定。本发明具有脉冲参数(脉冲幅值、宽度、频率和个数)智能调节，光纤传输，参数精确度高，使用寿命长，体积小，故障率低，安全性好等特点；本发明输出的脉冲频率高，通过智能调节更有利于快速寻求诱导肿瘤细胞凋亡的最佳窗口参数，从而提高肿瘤治疗效果。本发明可广泛应用于肿瘤的治疗中。
主 权 项：一种基于FPGA控制的全固态高压纳秒方波脉冲发生器，主要包括电源系统(1)、脉冲形成系统(2)，其特征在于还包括脉冲测量系统(3)、FPGA控制系统(4)、信号转换系统(5)和便携式计算机(6)；所述的电源系统(1)，包括电源、隔离变压器、高压直流模块、开关电源T1、开关电源T2、DC?DC模块，所述的电源为220V市电，通过导线与隔离变压器的原边连接，隔离变压器的副边通过导线与高压直流模块的输入端连接，所述的高压直流模块的输出端通过导线与脉冲形成系统(2)的充电隔离电阻RC串联后再与脉冲形成系统(2)的马克斯电路(7)的输入端连接，所述的隔离变压器的原边的接地线与副边的接地线不直接连接，所述的开关电源T1的输入端通过导线与所述的电源连接，所述的开关电源T1将220V交流电转换为15V的直流电后通过导线与所述的DC?DC模块的输入端连接，所述的DC?DC模块将15V直流电转换为15V直流电后通过导线与脉冲形成系统(2)的马克斯电路(7)中的开关驱动器的输入端连接，所述的开关电源T2的输入端通过导线与所述的电源连接，所述的开关电源T2将220V交流电转换为5V直流电后，分别通过导线分别与FPGA控制系统(4)中的FPGA模块、单片机模块和报警模块及信号转换系统(5)的两个电/光转换器J1、J2和两个光/电转换器K1、K2的输入端连接；所述的脉冲形成系统(2)，包括充电隔离电阻RC、马克斯电路(7)和负载，所述的充电隔离电阻RC的一端通过导线与前述电源系统(1)的高压直流模块的输出端连接，所述的充电隔离电阻RC的另一端通过导线与马克斯电路(7)的第一级电压单元(8)的旁路二极管D1的正极连接，所述的马克斯电路(7)由4~10级串联在母板上的带旁路二极管的电压单元(8)组成，每级电压单元(8)由全固态开关、开关驱动器、储能电容器、旁路二极管和二极管组成，在每级所述的电压单元(8)中：旁路二极管的负极通过导线与全固态开关和储能电容器的并联点连接，全固态开关的栅极通过导线与开关驱动器的输出端连接，开关驱动器的输入端通过导线与所述的电源系统(1)的DC?DC模块的输出端连接，开关驱动器的控制端通过导线与所述的信号转换系统(5)的第二光/电转换器K2连接，储能电容器的另一端与二极管的正极串联后，再与全固态开关并联，所述的负载为无感电阻负载，通过导线并联在马克斯电路(7)的输出端，在马克斯电路(7)的输出端与所述负载的连接处通过导线与脉冲测量系统(3)连接；所述的脉冲测量系统(3)，包括分压器、电流传感器和处理电路，所述的分压器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统(2)的输出端连接，所述分压器的输出端通过导线与处理电路的输入端连接，所述的电流传感器的输入端通过导线与所述的脉冲形成系统(2)的输出端连接，所述电流传感器的输出端通过导线与处理电路的输入端连接，所述处理电路的输出端通过导线与所述的FPGA控制系统(4)的FPGA模块的输入端连接；所述的FPGA控制系统(4)，包括FPGA模块和同步触发模块及单片机模块以及报警模块，所述的FPGA模块接收从所述测量系统(3)的处理电路传输来的监测的所述脉冲形成系统(2)的马克斯电路(7)输出的高压纳秒方波脉冲的电压和电流信号，经过运算处理后，一方面所述的FPGA模块通过导线与所述的单片机模块进行数据交换，另一方面所述FPGA模块通过导线与所述的同步触发模块的输入端连接，所述同步触发模块的输出端通过光纤，经过信号转换系统(5)的第二电/光转换器J2和第二光/电转换器K2，与所述的脉冲形成系统(2)的马克斯电路(7)的开关驱动器的控制端连接，所述的报警模块通过导线与所述的FPGA模块连接，所述的单片机模块通过光纤，经过信号转换系统(5)的第一电/光转换器J1和第一光/电转换器K1与所述电源系统(1)的高压直流模块的控制端连接，将所述的FPGA控制系统(4)发出的对所述的高压直流模块的控制信号转换成光信号进行传输；所述的便携式计算机(6)通过串行电缆与所述的FPGA控制系统(4)的单片机模块连接，操作人员通过控制程序的用户界面设置参数命令发送给所述的FPGA控制系统(4)而实现人机交互通信。
关 键 词：
法律状态：生效
IPC专利分类号：C12M1/42; A61N1/32