基於線圈球面聚焦和igbt單管並聯的脈衝磁場發生器的製造方法

2023-06-14 13:20:26

基於線圈球面聚焦和igbt單管並聯的脈衝磁場發生器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器，其包括電源系統、脈衝電流形成系統、五線圈球面優化聚焦裝置、信號轉換系統及同步觸發模塊，電源系統的開關電源將交流電源降壓為直流後分別與脈衝電流形成系統、信號轉換系統和同步觸發模塊連接並供電；所述脈衝發生模塊M1-M5的輸出端分別與五線圈球面優化聚焦裝置中的載流線圈C1-C5連接；所述信號轉換系統的電/光轉換器J2分別連接脈衝發生模塊M1-M5的控制端；所述同步觸發模塊的輸出端分別與信號轉換系統的電/光轉換器J1及電/光轉換器J2相連接；本發明集成度高、使用壽命更長、工作頻率更高、大大縮小了電路體積，並降低了整個電路的損耗。
【專利說明】基於線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物電磁【技術領域】，具體涉及基於線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器。
【背景技術】
[0002]當前，脈衝磁場對細胞結構和功能的影響與對生物體的治療作用，逐漸成為生物電磁【技術領域】的研究熱點。大量實驗結果顯示，從生物醫學效應角度來看，磁場作用能通過抑制微血管的形成並阻塞新生血管從而減少腫瘤的營養供應,使腫瘤細胞內線粒體和粗面內質網水腫而影響腫瘤細胞的代謝功能，使腫瘤細胞核質比減小而降低其惡性程度和異形生長速度，調控p53、Bcl-2家族、Cytochrome C等基因以及激活DNA內切酶而誘導腫瘤細胞凋亡，提高免疫細胞的溶癌能力和吞噬凋亡小體的能力而提高免疫功能，阻礙DNA複製並抑制腫瘤細胞有絲分裂，從而達到殺傷腫瘤細胞並抑制腫瘤體積增加的效果。從生物電效應角度來看，磁場作用造成了細胞內磁通的變化並導致細胞膜上產生感應電流，感應電流和外加強脈衝磁場之間產生電動力破壞細胞膜；細胞中的帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力的影響，其運動軌跡常被約束在拉摩半徑之內，導致了細胞內的電子和離子不能正常傳遞，從而影響細胞膜跨膜電位和細胞內自由鈣離子濃度，從而影響細胞的正常生理功能。

【發明內容】

[0003]本發明的目的之一是提供一種基於五線圈的脈衝磁場球面優化聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器，該裝置通過IGBT單管並聯電路產生脈衝電流，產生的脈衝電流通入五線圈球面優化聚焦裝置後，將在聚焦平面上很小空間區域內產生脈衝磁場。該聚焦磁場施用於腫瘤組織時，可以利用其聚焦點的強脈衝磁場處理腫瘤區域，而不會對周圍正常細胞產生影響，這樣可以達到無創、精確治療腫瘤的目的。
[0004]為實現本發明目的而採用的技術方案是這樣的，一種基於線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器，實質上是一種基於五線圈球面優化聚焦和IGBT單管並聯的的脈衝磁場發生器，包括電源系統、脈衝電流形成系統、五線圈球面優化聚焦裝置、信號轉換系統及同步觸發模塊，其中
[0005]所述電源系統，包括電源、高壓直流模塊及開關電源，所述電源分別與高壓直流模塊的輸入端、開關電源的輸入端連接並供電；所述高壓直流模塊將所述電源提供的交流電源升壓並轉換為直流後，與脈衝電流形成系統中IGBT單管Kl的輸入端連接進行供電；所述開關電源將所述電源提供的交流電源降壓為直流後分別與脈衝電流形成系統、信號轉換系統和同步觸發模塊連接並供電。
[0006]所述脈衝電流形成系統包括IGBT單管Kl、IGBT單管K2及脈衝發生模塊M1-M5 ；所述IGBT單管Kl輸出端分別與IGBT單管K2的輸入端和脈衝發生模塊M1-M4輸入端的並聯節點連接，IGBT單管K2的輸出端與脈衝發生模塊M5的輸入端連接；脈衝發生模塊M1-M5的輸出端分別與五線圈球面優化聚焦裝置中的載流線圈C1-C5連接。[0007]所述五線圈球面優化聚焦裝置包括底部圓盤、線圈固定盤1、四個線圈固定盤I1、支杆I及支杆II ;所述線圈固定盤I的上表面為水平面、下表面與支杆I連接，所述線圈固定盤I的水平上表面具有容納線圈的環形槽；所述線圈固定盤II的上表面與水平面夾角為45°、線圈固定盤II的下表面與支杆II連接，所述線圈固定盤II的上表面具有容納線圈的環形槽；四個線圈固定盤II設置於所述線圈固定盤I的周圍，所述線圈固定盤I的環形槽內安裝載流線圈C5,所述四個線圈固定盤II的環形槽內安裝載流線圈Cl?C4。
[0008]所述信號轉換系統包括電/光轉換器Jl及電/光轉換器J2 ;所述電/光轉換器Jl分別與IGBT單管Kl和IGBT單管K2的開通/關斷控制端連接，所述電/光轉換器J2分別連接脈衝發生模塊M1-M5的控制端。
[0009]所述同步觸發模塊的輸出端分別與信號轉換系統的電/光轉換器Jl及電/光轉換器J2相連接。
[0010]進一步的，所述其中IGBT單管Kl或K2包括DC — DC模塊、光/電轉換器、開關驅動器、IGBT及柵極保護電路，所述DC - DC模塊接收電源系統中開關電源輸入的直流電，所述DC — DC模塊的輸出端分別與所述開關驅動器和光/電轉換器的電源端連接，所述光/電轉換器輸出控制信號到開關驅動器的控制端，所述開關驅動器的輸出端輸出驅動信號到IGBT的柵極,所述光/電轉換器的輸入端通過光纖與信號轉換系統中的電/光轉換器Jl連接；所述IGBT的輸入端接收電源系統中高壓直流模塊輸入的電流，所述IGBT的輸出端與脈衝發生模塊Ml或M2或M3或M4或IGBT單管K2的輸入端連接；所述柵極保護電路的輸入端與所述IGBT的柵極連接，柵極保護電路的輸出端與IGBT的輸出端連接。
[0011]進一步的，所述脈衝發生模塊Ml、M2、M3、M4或M5包括脈衝電容器、IGBT單管並聯組Pl及無感放電電阻R1，所述脈衝電容器的接地端與IGBT單管並聯組Pl的輸出端連接，脈衝電容器的高壓端與無感放電電阻R1、五線圈球面優化聚焦裝置中的載流線圈以及與IGBT單管並聯組Pl的輸入端構成電流迴路。
[0012]進一步的，所述脈衝發生模塊M1-M4的IGBT單管並聯組P1-P4由多個(優選為2個)IGBT單管Kl並聯組成，所述脈衝發生模塊M5中的IGBT單管並聯組P5由多個(優選為5個)IGBT單管Kl並聯組成。
[0013]進一步的，所述五線圈球面優化聚焦裝置的載流線圈由銅棒繞製成兩邊帶缺口的圓柱形，缺口兩側分別為所述載流線圈的輸入端與輸出端。
[0014]所述五線圈球面優化聚焦裝置的底部圓盤上均勻布置若干穿線孔。
[0015]本發明採用以上技術方案後，主要具有如下的有益效果:
[0016]1、本發明採用IGBT器件，使用壽命更長、工作頻率更高、大大縮小了電路體積，並降低了整個電路的損耗。結構緊湊，布局合理，減小了放電迴路的雜散電感，採用無感電阻負載，提高了輸出脈衝陡度，從而能夠提高腫瘤細胞凋亡率，到達更好的腫瘤治療效果。
[0017]2、本發明採用光纖作為信號傳輸通道，實現強、弱信號之間的電氣隔離。與常用的採用光耦合器件的方式相比，光纖的隔離電壓更高，並且響應速度快。光纖的高抗幹擾性能大大避免了光信號在傳輸過程中受周圍環境的電磁幹擾。
[0018]3、本發明設計的脈衝電流發生器採用IGBT單管並聯均流方式，可輸出:①一路輸出脈衝電流幅值1000A ;脈衝寬度3.5 u S，脈衝上升時間I ii s ;②另外四路輸出脈衝電流幅值220A ;脈衝寬度3.5 ii S，脈衝上升時間0.S。可用於脈衝功率技術應用場合中。[0019]4、本發明設計了一種五線圈球面優化聚焦裝置，其由5個單匝線圈以及一個尼龍塑料製成的底座組成。將5個線圈放置於各自支座上後，周向的4個子線圈相切於前述半徑為20cm的球面，周圍4個線圈與水平面成45°角且互成90°角均勻分布，而另一個線圈水平放置在距離最下部水平底座IOcm高度平面中央位置處。這樣，5個子線圈中心線相交於前述半徑為20cm球面球心位置處，以此達到較小範圍內的空間聚焦。當每個線圈通入上述脈衝電流發生器對應脈衝電流後，將在在聚焦點(即前述半徑為20cm球面球心)處產生脈衝磁場上升時間為I U s,脈寬為3.5 ii s,幅值為IOGs脈衝磁場。該量級的磁場可以用於誘導腫瘤細胞凋亡，且該磁場只集中在空間較小區域，能夠避免對周圍正常組織的損傷，實現無創、精確治療。
[0020]5、該裝置採用標準化、模塊化設計。各單元可以方便地進行拆卸與組裝。將各個單元組裝在一起可以實現前速無創、精確治療腫瘤組織的目的；即使將各單元拆分也可以用於相關的脈衝功率技術應用中。
[0021]6、該裝置預留了相關的接口，可以對五線圈球面優化聚焦裝置進行擴展。例如，可以沿聚焦球面增加線圈個數，這樣產生磁場的線圈將會增多，最終在聚焦點將會產生強度更大的脈衝磁場，以此來適應誘導各類腫瘤組織凋亡所需脈衝磁場強度不同的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發明的裝置可以通過附圖給出的非限定性實施例進一步說明。
[0023]圖1為實施例1的五線圈球面優化聚焦裝置各部分組成圖；
[0024]圖2為本發明的原理框圖；
[0025]圖3為實施例1脈衝電流形成系統中IGBT單管Kl的結構示意圖；
[0026]圖4為實施例1脈衝電流形成系統中脈衝生成模塊Ml的結構示意圖；
[0027]圖5為實施例1的五線圈球面優化聚焦裝置正視圖和俯視圖；
[0028]圖6為實施例1的五線圈球面優化聚焦裝置二維正視圖和俯視圖；
[0029]圖7為實施例1聚焦仿真設計中聚焦平面磁場分布圖。
[0030]圖中:1電源系統，2脈衝電流形成系統，3五線圈球面優化聚焦裝置，4信號轉換系統，5同步觸發模塊，6DC—DC模塊，7光/電轉換器，8開關驅動器，9IGBT, 10柵極保護電路，11脈衝電容器，12底部圓盤，13穿線孔，14塑料圓柱，15線圈固定盤II，16支杆II，17上部中心塑料圓柱，18支杆I , 19線圈固定盤I。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但不應該理解為本發明上述主題範圍僅限於下述實施例。在不脫離本發明上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發明範圍內。
[0032]如圖1?4所示，一種基於五線圈的脈衝磁場球面優化聚焦和IGBT單管並聯的腫瘤定向治療裝置，主要包括電源系統1、脈衝電流形成系統2、五線圈球面優化聚焦裝置3、信號轉換系統4、同步觸發模塊5。
[0033]所述的電源系統1，包括電源、高壓直流模塊、開關電源。所述的電源為220V市電，通過導線與高壓直流模塊輸入端連接，用以為高壓直流模塊提供交流電源。所述的高壓直流模塊為輸出最高電壓幅值4000V、最大電流幅值60mA直流電的市購模塊，所述的高壓直流模塊的輸出端通過導線與所述的脈衝電流形成系統2中IGBT單管Kl輸入端連接，用以為脈衝電流形成系統2提供充電電源。所述的開關電源(市購元件)的輸入端通過導線與所述的電源連接，所述的開關電源將220V交流電轉換為15V直流電後，通過導線與脈衝電流形成系統2、信號轉換系統4和同步觸發模塊5連接，用以為上述幾部分提供電源。
[0034]所述的脈衝電流形成系統2，包括IGBT單管Kl、IGBT單管K2、脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3、脈衝發生模塊M4、脈衝發生模塊M5。所述的IGBT單管Kl包括DC - DC模塊6、光/電轉換器7、開關驅動器8、IGBT9和柵極保護電路10，上述5者集成在同一塊PCB板上，如圖3所示。前述電源系統I中開關電源將220V交流電轉換為15V直流電後通過導線與所述的DC - DC模塊6的輸入端連接，所述的DC — DC模塊6 (市購元件)將15V直流電轉換為15V和5V直流電後分別通過電路接線與前述開關驅動器8的輸入端和光/電轉換器7的電源端連接，用以為開關驅動器8以及光/電轉換器7提供電源，同時起到強、弱電之間的電壓隔離作用。所述開關驅動器8的輸入端通過電路接線與前述DC — DC模塊6輸出端連接，所述開關驅動器8控制端通過電路接線與光/電轉換器7輸出端連接，所述開關驅動器8輸出端通過電路接線與IGBT9柵極連接。在所述光/電轉換器7輸入端通過光纖與電/光轉換器Jl連接，在所述光/電轉換器7中信號作用下，開關驅動器輸8出驅動信號使前述IGBT9開通/關斷。所述的IGBT9的柵極通過電路接線與前述開關驅動器8的輸出端連接，輸入端則通過導線與前述電源系統I中高壓直流模塊連接，輸出端通過導線與脈衝電流形成系統2中IGBT單管K2、脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3和脈衝發生模塊M4這5者輸入端的並聯節點連接。所述的柵極保護電路10輸入端與前述IGBT9柵極連接，輸出端與前述IGBT9輸出端連接，用以防止柵極出現過電壓損壞所述IGBT9。所述開關驅動器8的控制端通過電路接線與光/電轉換器7輸出端連接，所述開關驅動器8輸出端通過電路接線與前述的IGBT9的柵極連接。因此在前述光/電轉換器7中信號的控制下，所述的開關驅動器8輸出驅動信號使IGBT9開通/關斷。所述的脈衝電流形成系統2脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3、脈衝發生模塊M4、脈衝發生模塊M5中，前4者用於產生4路幅值為230A、上升時間為0.S、脈寬為3.S、重複頻率為0.2Hz?46Hz的脈衝電流，故他們各項參數相同，故可以統一描述，此處可以以脈衝發生模塊Ml為例說明；而脈衝發生模塊M5用於產生單路幅值為1000A、上升時間為I U S、脈寬為3.5 ii S、重複頻率為0.2Hz?46Hz的脈衝電流。所述的脈衝發生模塊Ml包括脈衝電容器11、IGBT單管並聯組P1、無感放電電阻R1。所述的脈衝電容器11 (市購元件)額定工作電壓4kV，電容值為2 ii F的麗7型電容器，其高壓端先與所述的IGBT單管K2、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3和脈衝發生模塊M4這4者的輸入端並聯後再通過導線與IGBT單管Kl輸出端連接用以獲取充電電源，所述脈衝電容器11接地端(與電源地相連)則通過導線與所述的脈衝發生模塊Ml中IGBT單管並聯組Pl輸出端連接。由於單個IGBT單管Kl所能通過的脈衝電流幅值小於200A且需要考慮較大的安全裕度，所述脈衝發生模塊Ml的IGBT單管並聯組Pl採用2個前述的IGBT單管Kl並聯組成，旨在通過並聯分流以期達到能夠使輸出脈衝電流幅值達到230A的目的。所述的脈衝發生模塊Ml中IGBT單管並聯組Pl的2個IGBT單管的IGBT9輸入端先並聯後再通過導線與五線圈球面優化聚焦裝置3中的載流線圈Cl連接，前述2個IGBT9的輸出端先並聯後再通過導線與前述脈衝電容器11接地端連接，所述IGBT單管並聯組Pl單個IGBT單管中的DC — DC模塊6和開關驅動器8接線與IGBT單管Kl接線相同，但前述IGBT單管Kl中光/電轉換器7輸入端通過光纖與電/光轉換器Jl連接，而前述IGBT單管並聯組Pl單個IGBT單管中光/電轉換器7輸入端通過光纖與電/光轉換器J2連接。所述的無感放電電阻Rl為無感電阻，阻值為7Q的市購元件，功率為30W。所述的無感放電電阻Rl —端通過導線與前述脈衝電容器11高壓端連接，另一端通過導線與五線圈球面優化聚焦裝置3中的載流線圈Cl連接。所述IGBT單管K2與IGBT單管Kl相同，所述IGBT單管K2的IGBT輸入端先與脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3和脈衝發生模塊M4這4者並聯後再與前述IGBT單管Kl通過導線連接於並聯節點，所述IGBT單管K2輸出端通過導線與脈衝發生模塊M5連接，所述IGBT單管K2的DC - DC模塊6和開關驅動器8接線與前述IGBT單管Kl完全相同。所述的脈衝發生模塊M5包括脈衝電容器11、IGBT單管並聯組P5、無感放電電阻R5。所述脈衝發生模塊M5中脈衝電容器11與前述脈衝發生模塊Ml的脈衝電容器11相同，所述脈衝發生模塊M5中脈衝電容器11高壓端通過導線IGBT單管K2輸出端連接用以獲取充電電源，所述脈衝電容器11接地端則通過導線與IGBT單管並聯組P5輸出端連接。所述脈衝發生模塊M5中的IGBT單管並聯組P5由5個IGBT單管Kl並聯組成，旨在通過並聯分流以期達到能夠產生幅值達到IOOOA的輸出脈衝電流的目的，所述IGBT單管P5的5個IGBT單管的IGBT輸入端先並聯後再通過導線與五線圈球面優化聚焦裝置3中載流線圈C5 —端連接，所述IGBT單管並聯組P5的5個IGBT單管的IGBT輸出端先並聯再通過導線與前述脈衝發生模塊M5中脈衝電容器接地端連接；所述IGBT單管並聯組P5的5個IGBT單管的DC - DC模塊6、光/電轉換器7和開關驅動器8接線與前述脈衝發生模塊Ml中IGBT單管並聯組Pl單個IGBT單管中接線相同。所述的無感放電電阻R5為無感電阻，是阻值為I Q的市購元件，功率為30W。前述IGBT單管Kl與IGBT單管K2中光/電轉換器7均通過光纖與電/光轉換器Jl輸出端連接，故他們的開關驅動器8輸出驅動信號工作時序相同；但前述的脈衝發生模塊M1、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3、脈衝發生模塊M4、脈衝發生模塊M5中IGBT單管並聯組中光/電轉換器7均通過光纖與電/光轉換器J2輸出端連接，開關驅動器8輸出驅動信號工作時序與前述IGBT單管Kl與IGBT單管K2中開關驅動器8輸出驅動信號工作時序剛好相反(因為電/光轉換器Jl與電/光轉換器J2工作時序相反)。當同步觸發模塊5發出充電信號經過信號轉換系統4傳至前述各IGBT單管的開關驅動器8後轉換為驅動信號，使得前述IGBT單管Kl與IGBT單管K2中IGBT開通，同時使得前述脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3、脈衝發生模塊M4、脈衝發生模塊M5中IGBT單管並聯組中IGBT單管的IGBT關斷，此時電路對前述脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3、脈衝發生模塊M4、脈衝發生模塊M5中脈衝電容器11充電。反之，當同步觸發模塊5發出放電信號經過信號轉換系統4傳至前述各IGBT單管的開關驅動器8後轉換為驅動信號，使得前述IGBT單管Kl與IGBT單管K2中IGBT關斷，同時使得前述脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3、脈衝發生模塊M4、脈衝發生模塊M5中IGBT單管並聯組中IGBT單管的IGBT開通，此時前述脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3、脈衝發生模塊M4、脈衝發生模塊M5中脈衝電容器11通過各自放電電阻分別對五線圈球面優化聚焦裝置相應載流線圈Cl、載流線圈C2、載流線圈C3、載流線圈C4和載流線圈C5放電，在線圈中形成脈衝電流。[0035]所述的五線圈球面優化聚焦裝置包括載流線圈Cl、載流線圈C2、載流線圈C3、載流線圈C4、載流線圈C5和球面型聚焦陣列底座。所述5個載流線圈匝數均為一匝，由直徑9.5mm?10.5mm銅棒繞製成直徑為9.5?10.5cm的缺口銅圈，缺口兩側分別為所述載流線圈的輸入端與輸出端。現以所述的載流線圈Cl為例，輸入端通過導線與前述脈衝發生模塊Ml中無感放電電阻Rl輸出端連接，輸出端通過導線與前述脈衝發生模塊Ml中IGBT單管並聯組Pl輸入端連接；其餘線圈連線方式類同。所述的球面型聚焦陣列底座由塑料尼龍加工而成，如圖5?6所示，所述球面型聚焦陣列底座包括I個底部圓盤、4個45°支撐和I個中間支撐。所述的底部圓盤12為直徑為36cm?46cm,厚度為1.8cm?2.5cm的尼龍塑料圓盤；其距其圓心3cm?5cm處周向均勻布置有5個直徑為Icm?1.5cm的穿線孔13，於是脈衝發生系統輸出端通過導線穿過上述穿線孔後與前速五線圈球面優化聚焦裝置5個線圈連接；距離所述底部圓盤12圓心15cm?20cm圓周上均勻布置者4個45°支撐，所述45°支撐通過AB膠粘接在上述距離所述底部圓盤圓心15cm?20cm圓周上；在上述底部圓盤12圓心處，中間支撐通過AB膠與所述底部圓盤中心粘接在一起。所述的4個45°支撐相同，故可以統一描述。前述的45°支撐包括周向塑料圓柱14和45°圓盤15。所述的周向塑料圓柱14為直徑為2cm?3cm,高度為12cm的尼龍塑料柱體；所述周向塑料圓柱14下底面為光滑平面，通過AB膠粘接在前述距離所述底部圓盤12上，保證所述周向塑料圓柱14下底面圓心在距離前述所述底部圓盤15cm?20cm圓周上；所述周向塑料圓柱14上頂面為與前述底面傾角為45°的斜面，該斜面通過AB膠與45°圓盤15中心區域粘接在一起。所述的45°圓盤為直徑為13cm?13.2cm,厚度為2cm的尼龍塑料圓盤,在所述的45°圓盤一個面上距離圓盤最外沿8mm?1.2cm開有深度為IOmm?11mm、寬度為12mm?15mm的方形槽用以放置前述載流線圈，且該方形槽通過該面上一個深度為IOmm?11mm、寬度為8mm?IOmm的槽貫通至前述45°圓盤15最外沿用以穿過導線與前述載流線圈連接；所述45°圓盤15另一面中心區域通過AB膠與前述塑料圓柱45°上頂面粘接，保證兩者圓心連接在一起。所述的中間支撐包括:下部中心塑料圓柱16、上部中心塑料圓柱18、下部水平圓盤17和上部水平圓盤19。所述的下部中心塑料圓柱16為直徑為20mm?30mm、高度為40mm的尼龍塑料圓柱，其上、下底面均為水平光滑圓面；所述下底圓面通過AB膠與前述底部圓盤12中心區域粘接,並保證所述下底圓面圓心與前述底部圓盤12圓心重合；所述上圓面通過AB膠與水平圓盤中心區域粘接，並保證所述上底圓面圓心與下部水平圓盤圓心重合。所述的下部水平圓盤17與前述45°圓盤15大體相同，只是這裡改為水平放置而非45°放置，此外，有方形槽的那個面的中心位置處設有深度為15mm的M12內螺紋用以通過螺栓連接與上部中心塑料圓柱18連接。所述的上部中心塑料圓柱18為直徑為20mm?30mm、高度為75mm的尼龍塑料圓柱，其下部為長度為12mm的M12外螺紋，通過該外螺紋與前述下部水平圓盤17中心內螺紋連接；所述上部中心塑料圓柱18上底面為水平光滑面，通過AB膠與上部水平圓盤19沒有方形槽的那個面中心區域粘接，並保證所述上部中心塑料圓柱18上底面圓心與上部水平圓盤圓19沒有方形槽的那個面心重合。所述的上部水平圓盤19與前述45°圓盤15相同，不再贅述。因此，球面型聚焦陣列底座共有5個線圈支座，一個支座處於距離底部圓盤IOcm高度平面中央位置處；其餘4個支座以及底部圓盤12相切於半徑為20cm的球面上，此外，所述上午4個支座沿周向均勻布置且其平面與水平面成45°角。將5個線圈放置於各自支座上後,周向的4個子線圈相切於前述半徑為20cm的球面，周圍4個線圈與水平面成45°角且互成90°角均勻分布。這樣，5個子線圈中心線相交於前述半徑為20cm球面球心位置處，以此達到較小範圍內的空間聚焦。
[0036]所述的信號轉換系統4,包括電/光轉換器J1、電/光轉換器J2。所述的電/光轉換器J1、電/光轉換器J2通過導線與開關電源連接，用以獲取電源。同步觸發模塊5的輸出端通過光纖，經過所述信號轉換系統4中電/光轉換器Jl與前述的脈衝電流形成系統2中光/電轉換器7，與前述的脈衝電流形成系統中IGBT單管KUIGBT單管K2開關驅動器8的控制端並聯節點連接，以此來控制前述IGBT單管Kl、IGBT單管K2的開通、關斷。同時，同步觸發模塊5的輸出端通過光纖，經過所述信號轉換系統4的電/光轉換器J2與前述的脈衝電流形成系統2中光/電轉換器7，與前述的脈衝電流形成系統中脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3、脈衝發生模塊M4、脈衝發生模塊M5的IGBT單管並聯組開關驅動器8的控制端並聯節點連接，以此來控制前述的脈衝電流形成系統中脈衝發生模塊Ml、脈衝發生模塊M2、脈衝發生模塊M3、脈衝發生模塊M4、脈衝發生模塊M5的IGBT並聯組中各IGBT單管關斷、開通。所述的信號轉換系統4將同步觸發脈衝信號轉換為光信號進行傳輸，可以避免受到前述的脈衝電流形成系統2以及充電迴路中高壓的幹擾，確保同步觸發脈衝信號的穩定性與同步性。
[0037]所述的同步觸發模塊5包括定時器晶片、外接電阻R6、R7、外接電容C、反相器。所述定時器晶片為市購的NE555晶片，由開關電源15V輸出端對其供電。所述定時器晶片外接固定電阻R6阻值為IkQ，可調電阻R7阻值為470kQ。所述的外接電容為容值為IOyF的貼片電容。所述反相器為市購元件，型號為CD4068。所述定時器晶片輸出端一分為二變為兩路信號，一路信號接信號轉換系統4中電/光轉換器Jl，另一路經過反相器後接信號轉換系統4中電/光轉換器J2。因此信號轉換系統4中電/光轉換器Jl和電/光轉換器J2中信號剛好相反。可調電阻R7調節至15kQ時，五線圈球面優化聚焦裝置3中各個線圈中脈衝電流的重複頻率為46Hz，也即最終聚焦區域的磁場重複頻率也為46Hz。另外，本發明中同步觸發模塊5中可調電阻R7的阻值調節至50kQ及460kQ均可實現本發明。
[0038]本實施例中，脈衝電流發生器的主要參數:①一路(中心線圈，「19」內)輸出脈衝電流幅值1000A ;脈衝寬度3.S，脈衝上升時間I ii s ;②另外四路(周圍線圈，「15」內)輸出脈衝電流幅值220A ;脈衝寬度3.5 ii s，脈衝上升時間0.3 ii S。脈衝電流發生器輸出的脈衝電流流過線圈產生的脈衝磁場經過五線圈球面優化聚焦裝置3作用後，在聚焦點處脈衝磁場幅值達到了 IOGs (高斯)，且脈衝電流和脈衝磁場重複頻率為0.2?46Hz可調。
[0039]以上這些實施例應理解為僅用於說明本發明而不用於限制本發明的保護範圍。在閱讀了本發明的記載的內容之後，技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發明權利要求所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種基於線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器，其特徵在於，包括電源系統(I)、脈衝電流形成系統(2)、五線圈球面優化聚焦裝置(3)、信號轉換系統(4)及同步觸發模塊(5)，其中 所述電源系統(I)，包括電源、高壓直流模塊及開關電源，所述電源分別與高壓直流模塊的輸入端、開關電源的輸入端連接並供電；所述高壓直流模塊將所述電源提供的交流電源升壓並轉換為直流後，與脈衝電流形成系統(2)中IGBT單管Kl的輸入端連接進行供電；所述開關電源將所述電源提供的交流電源降壓為直流後分別與脈衝電流形成系統(2)、信號轉換系統(4)和同步觸發模塊(5)連接並供電； 所述脈衝電流形成系統(2)包括IGBT單管Kl、IGBT單管K2及脈衝發生模塊M1-M5 ；所述IGBT單管Kl輸出端分別與IGBT單管K2的輸入端和脈衝發生模塊M1-M4輸入端的並聯節點連接，IGBT單管K2的輸出端與脈衝發生模塊M5的輸入端連接；脈衝發生模塊M1-M5的輸出端分別與五線圈球面優化聚焦裝置(3)中的載流線圈C1-C5連接； 所述五線圈球面優化聚焦裝置(3)包括底部圓盤(12)、線圈固定盤I (19)、四個線圈固定盤II (15)、支杆I (18)及支杆II (16);所述線圈固定盤I (19)的上表面為水平面、下表面與支杆I (18)連接，所述線圈固定盤I (19)的水平上表面具有容納線圈的環形槽；所述線圈固定盤II (15)的上表面與水平面夾角為45°、線圈固定盤II (15)的下表面與支杆II (16)連接，所述線圈固定盤II (15)的上表面具有容納線圈的環形槽；四個線圈固定盤II(15)設置於所述線圈固定盤I (19)的周圍，所述線圈固定盤I (19)的環形槽內安裝載流線圈C5,所述四個線圈固定盤II (15)的環形槽內安裝載流線圈Cl~C4 ; 所述信號轉換系統(4)包括電/光轉換器Jl及電/光轉換器J2 ;所述電/光轉換器Jl分別與IGBT單管Kl和IGBT單管K2的開通/關斷控制端連接，所述電/光轉換器J2分別連接脈衝發生模塊M1-M5的控制端； 所述同步觸發模塊(5)的輸出端分別與信號轉換系統(4)的電/光轉換器Jl及電/光轉換器J2相連接。
2.根據權利要求1所述的基於線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器，其特徵在於:所述其中IGBT單管Kl或K2包括DC — DC模塊(6)、光/電轉換器(7)、開關驅動器⑶、IGBT(9)及柵極保護電路(10)，所述DC —DC模塊(6)接收電源系統(I)中開關電源輸入的直流電，所述DC —DC模塊(6)的輸出端分別與所述開關驅動器⑶和光/電轉換器(7)的電源端連接，所述光/電轉換器(7)輸出控制信號到開關驅動器(8)的控制端，所述開關驅動器⑶的輸出端輸出驅動信號到IGBT(9)的柵極，所述光/電轉換器(7)的輸入端通過光纖與信號轉換系統中的電/光轉換器Jl連接；所述IGBT(9)的輸入端接收電源系統(I)中高壓直流模塊輸入的電流，所述IGBT (9)的輸出端與脈衝發生模塊Ml或M2或M3或M4或IGBT單管K2的輸入端連接；所述柵極保護電路(10)的輸入端與所述IGBT (9)的柵極連接，柵極保護電路(10)的輸出端與IGBT(9)的輸出端連接。
3.根據權利要求1所述的基於線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器，其特徵在於:所述脈衝發生模塊Ml、M2、M3、M4或M5包括脈衝電容器(11)、IGBT單管並聯組Pl及無感放電電阻R1，所述脈衝電容器(11)的接地端與IGBT單管並聯組Pl的輸出端連接，脈衝電容器(11)的高壓端與無感放電電阻RU五線圈球面優化聚焦裝置(3)中的載流線圈以及與IGBT單管並聯組Pl的輸入端構成電流迴路。
4.根據權利要求3所述的基於線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器，其特徵在於:所述脈衝發生模塊M1-M4的IGBT單管並聯組P1-P4由若干個IGBT單管Kl並聯組成，所述脈衝發生模塊M5中的IGBT單管並聯組P5由若干個IGBT單管Kl並聯組成。
5.根據權利要求1所述的基於線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器，其特徵在於:所述五線圈球面優化聚焦裝置(3)的載流線圈由銅棒繞製成兩邊帶缺口的圓柱形，缺口兩側分別為所述載流線圈的輸入端與輸出端。
6.根據權利要求1所述的基於線圈球面聚焦和IGBT單管並聯的脈衝磁場發生器，其特徵在於:所述五線圈球面優化·聚焦裝置(3)的底部圓盤(12)上均勻布置若干穿線孔(13)。
【文檔編號】A61N2/04GK103531325SQ201310478198
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月14日 優先權日:2013年10月14日
【發明者】米彥, 姚陳果, 李成祥, 蔣春, 張晏源, 周龍翔, 儲貽道, 廖瑞金, 李劍 申請人:重慶大學