[发明专利]具有动态改进的逆变器的电外科发生器

说明书

本发明涉及一种具有动态改进的逆变器的电外科发生器，其包括直流电源和产生具有能变化的电压和频率的高频交流电压的高压逆变器。该逆变器是由参考信号控制的多电平逆变器，其具有至少两组串联的逆变器单元，其中，每组被供应不同的直流电压，并且其中，两组输出的电压被相加以便在输出端处输出。以高电压供应的组能够利用其逆变器单元进行快速的大电压变化，而以低电压供应的另一组的逆变器单元允许以高变化速度进行精调。动态性不仅在时间方面而且在增加的电压幅度方面都得到了改进。此外，待切换的HVC单元的数量能够借助调制器来改变，其中，反向地切换另外数量的LVC单元以进行补偿。这能够降低切换损耗，尤其是HVC单元的切换损耗。

技术领域

本发明涉及一种电外科发生器，该电外科发生器被构造用于向电外科器械输出高频交流电压。它包括直流电压源和由直流电压源供电并产生高频交流电压的高压逆变器，该高频交流电压被施加到用于连接电外科器械的输出端。

背景技术

在电外科手术中，高频交流电尤其用于切割或切断组织以及在热切除术(所谓的电手术刀)的意义上去除身体组织。功能原理是基于加热要切割的组织。一个优点是通过关闭受影响的血管(凝血)能够在切割的同时停止出血。为此需要相当大的功率，频率从200kHz或更高到4000kHz，通常在400kHz左右。在这样的频率下，身体组织表现得像欧姆电阻。但是，电阻率很大程度上取决于组织的类型，因此肌肉、脂肪或骨骼的电阻率相差很大，高达1000倍。这意味着电手术刀在操作过程中的负载阻抗取决于待切割的组织可能会迅速而显著地发生变化，直至几乎短路。这对电外科发生器及其高压电源提出了特殊和独特的要求。特别是需要快速电压调节，适用于几千伏范围内的高压和通常在200kHz和高达4MHz之间的宽范围内的高频。

根据组织和产生的阻抗，电流在很短的时间内以高度动态的方式在几毫安到几安培之间变化。输出交流电压波形能够是连续的正弦波形，或者能够在高达约20kHz的调制频率下以高达10的波峰因数进行调制。

传统的电外科发生器通常是根据单端高压转换器的原理构造的。它们有一个逆变器，用于为电外科器械供电，该逆变器由具有不同电压的主电源提供整流电流。这要求直流电压源能够根据所提供的直流电压进行调节。逆变器通常设计为带有LC谐振电路的自由运行单端发生器(例如：EP 2514380B1)。这种设计已经在实践中证明了自己，但也有缺点。一方面，由于高损耗，效率低。此外，谐振电路中会出现较大的无功电流，这需要更大尺寸的组件，也会降低低功率时的效率。此外，输出频率与负载相关，波峰因数也是如此，这对重度调制模式不利。输出电压的调节相对较慢，因此对负载阻抗变化的适应性较差。

为了更好地满足这些独特的要求，申请人开发了一种以前未发表的用于使用多电平逆变器的电外科发生器的新颖概念。这能够改进用于电外科器械的交流电压的受控生成和输出。不再需要复杂的电压可变直流电源，而是通过多电平逆变器直接控制交流电压的电平(以及频率和波形)。然而，动态范围是有限的，尤其是在较小的输出交流电压幅度的情况下。可实现的调制指数随着输出电压的降低而降低。这不仅限制了提供调制波形(称为模式)的能力，而且还可能降低生成的交流电压的波形。

这能够通过使逆变器的直流电源电平可变来解决。然而，因此失去了恒定电压供应的优势和相关的直流电压供应的简化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电外科发生器，该电外科发生器提供更高的动态范围，而不必依赖具有能变化的电压高度的直流电压源。

根据本发明的解决方案在于本发明的特征。有利的改进方案是本发明的主题。

在一种电外科发生器中，设计用于向电外科器械输送高频交流电压，包括直流电压源和用于高压的逆变器，该逆变器由直流电压源供电并产生具有可变的电压和频率的高频交流电压，并施加到至电外科器械的接口的输出端，根据本发明提出，逆变器设计为多电平逆变器，多电平逆变器由用于要输出的电压的参考信号控制并具有至少两组串联的逆变器单元，其中，每组提供不同的直流电压，并且其中，由这些组输出的电压相加后在输出端输出。