一种手术床负载驱动电路和手术床的制作方法

本实用新型涉及医疗器械技术领域，更具体地说，涉及一种手术床负载驱动电路和手术床。

背景技术：

目前，针对手术床的台面高度和左右摆度的调节，主要依靠电控液压传动装置实现对手术床的调整。

在现有技术中，电控液压传动装置的主要工作原理是：利用油泵驱动电路将电能传输到液压电动机，将电能转化为动能。在具体应用过程中，由于大部分的传统的油泵驱动电路输出为恒压恒流，从而存在油泵无法调速的问题，导致无法满足操作者在对手术床进行调整过程中对调整速度的实际要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种手术床负载驱动电路和手术床，以实现手术床调整过程中的数字调速和调速最大化的目的。

本实用新型实施例提供如下一技术方案：

一种手术床负载驱动电路，包括：微控制器mcu、mos管驱动器和降压拓扑电路；

所述微控制器mcu的输出端与所述mos管驱动器的输入端相连，所述微控制器mcu接收负载调速信号，并向所述mos管驱动器输出脉冲宽度调制pwm信号；

所述mos管驱动器的输出端与降压拓扑电路的控制端相连，所述mos管驱动器基于接收到的所述pwm信号生成开关信号，并输入所述降压拓扑电路；

所述降压拓扑电路的负载端与负载相连，所述降压拓扑电路基于所述开关信号控制所述降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平状态。

本实用新型实施例还提供如下另一个技术方案。

一种手术床，包括：若干床体支撑板、设置于对应床体支撑板上的驱动设备、主控板和手术床负载驱动电路；

所述驱动设备包括电机或液压驱动设备；

所述主控板上设置有第一微控制器mcu；

所述手术床负载驱动电路至少包括第二微控制器mcu、mos管驱动器和降压拓扑电路；

所述第一微控制器mcu向所述第二微控制器mcu发送负载调速信号，所述负载调速信号用于指示所述第一微控制器mcu控制电机或者液压驱动设备使对应的所述床体支撑板动作；

所述第二微控制器mcu的输出端与所述mos管驱动器的输入端相连，所述第二微控制器mcu接收负载调速信号，并向所述mos管驱动器输出脉冲宽度调制pwm信号；

所述mos管驱动器的输出端与降压拓扑电路的控制端相连，所述mos管驱动器基于接收到的所述pwm信号生成开关信号，并输入所述降压拓扑电路；

所述降压拓扑电路的负载端与所述电机或者液压驱动设备相连，所述降压拓扑电路基于所述开关信号控制所述降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平状态。

基于上述本实用新型实施例提供的一种手术床负载驱动电路和手术床，该手术床负载驱动电路包括微控制器mcu、mos管驱动器和降压拓扑电路，其中，微控制器mcu的输出端与所述mos管驱动器的输入端相连，所述微控制器mcu接收负载调速信号，并向所述mos管驱动器输出脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)信号，所述mos管驱动器的输出端与降压拓扑电路的输入端相连，所述降压拓扑电路的负载端与负载相连。通过微控制器mcu接收上位机发送的负载调速信号，调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比，使降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平，从而改变输出电压大小，使降压拓扑电路向负载输出的输出电压趋近于输入电压，在不需要专门芯片的情况下实现数字调速，以及调速最大化的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种手术床负载驱动电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的另一种手术床负载驱动电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例公开的另一种手术床负载驱动电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例公开的另一种手术床负载驱动电路的结构示意图；

图5为本实用新型实施例公开的一种手术床的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

由于大部分的传统的液压驱动电路输出为恒压恒流，从而存在液压驱动设备无法调速的问题，导致无法满足操作者在对手术床进行调整过程中对调整速度的实际要求。虽然，有部分液压驱动设备可以采用降压拓扑和专门的降压电源管理芯片来实现液压驱动设备的变压调速，但是，采用专门的降压电源管理芯片又会造成成本高，灵活性差的问题。

因此，本实用新型实施例提供了一种包括微控制器mcu、mos管驱动器和降压拓扑电路的手术床负载驱动电路，通过微控制器mcu接收上位机发送的负载调速信号，调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比，使降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平，从而改变输出电压大小，使降压拓扑电路向负载输出的输出电压趋近于输入电压，在不需要专门芯片的情况下实现调速，以及调速最大化的目的。具体手术床负载驱动电路的结构通过以下实施例进行详细说明。

如图1所示，为本实用新型公开的一种手术床负载驱动电路的结构示意图。该手术床负载驱动电路主要包括：微控制器mcu10、mos管驱动器11和降压拓扑电路12。

该微控制器mcu10的输出端与该mos管驱动器11的输入端相连。该微控制器mcu10用于接收负载调速信号v_speed，并向该mos管驱动器11输出pwm信号。

在本实用新型中，该微控制器mcu10通过接收到的负载调速信号调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比。

需要说明的是，pwm可用于调整输出直流平均电压，基于pwm信号的输出形态，输出直流平均电压等于峰值电压和占空比的乘积，其中，占空比是一个脉冲周期内高电平时间与周期的比值，例如，峰值电压等于5v，占空比等于50％的方波信号平均电压等于2.5v。

在其中一些实施例中，该微控制器mcu10可以为电源系统的微控制器mcu。

在其中一些实施例中，负载为液压电机，该液压电机的液压驱动设备为油泵，该微控制器mcu10则通过接收到的油泵调速信号，调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比。在本实用新型中，负载并不仅限于液压电机。

该mos管驱动器11的输出端与降压拓扑电路12的控制端相连，基于接收到的pwm信号生成开关信号，并输入降压拓扑电路12中。

该mos管驱动器11的作用是为了增强微控制器mcu10的输出信号，又确保输出的pwm信号的波形不被改变。因此，在其中一些实施例中，该mos管驱动器可以由一个独立的芯片完成，也可以有分立元件，例如三极管等器件搭建。通常情况下，信号频率高时使用集成芯片，信号频率低时可以采用分立元件自己组装。

该降压拓扑电路12的负载端与负载相连，该降压拓扑电路12基于该开关信号控制降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个pwm脉冲周期内持续处于高电平状态。也就是说，降压拓扑电路12向负载输出的输出电压趋近于输入电压。

在其中一些实施例中，输出电压为浮地，即vo＝(v_pump+)-(v_pump-)。其中，vo为输出电压，v_pump+为降压拓扑电路12的输出端正极电压，v_pump-为降压拓扑电路12的输出端负极电压。

在其中一些实施例中，该mos管驱动器11基于微控制器mcu10发送的不同占空比的pwm信号生成对应的不同的开关信号，并基于不同的开关信号输入该降压拓扑电路12中，使得该降压拓扑电路12可以根据不同的开关信号对输出电压进行调整，使得所述降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平状态，从而改变输出电压的大小，使降压拓扑电路向负载输出的输出电压趋近于或者等于输入电压，实现调速达到最大化的目的。

在其中一些实施例中，该降压拓扑电路12可以为buck降压拓扑电路。

在其中一些实施例中，通过微控制器mcu接收负载调速信号，调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比，使降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平，从而改变输出电压大小，在不需要专门芯片的情况下实现数字调速，通过mos管驱动器向降压拓扑电路输出基于pwm信号生成的开关信号，使降压拓扑电路向负载输出的输出电压趋近于输入电压，从而实现调速最大化的目的。

如图2所示，为本实用新型实施例公开的另一种手术床负载驱动电路的结构示意图。该手术床负载驱动电路包括：微控制器mcu20、mos管驱动器21和降压拓扑电路。

该微控制器mcu20的第一输出端与该mos管驱动器21的第一输入端相连，该微控制器mcu20的第二输出端与该mos管驱动器21的第二输入端相连。

在其中一些实施例中，当微控制器mcu20的第一输出端输出正向pwm1信号时，该微控制器mcu20的第二输出端输出反向pwm2信号。确保该微控制器mcu20向该mos管驱动器11输出两路互补的pwm信号。

当微控制器mcu20的第一输出端输出反向pwm2信号时，该微控制器mcu20的第二输出端输出正向pwm1信号。确保该微控制器mcu20向该mos管驱动器21输出两路互补的pwm信号。

该降压拓扑电路包括：第一开关mos管q1、第二开关mos管q2、电感l、第一电容cin和第二电容co。该第二开关mos管q2为主功率开关管。

其中，该第一开关mos管q1的栅极与该mos管驱动器21的第一输出端相连。该第一开关mos管q1的漏极与该第一电容cin的正极相连，该第一开关mos管q1的源极与该第二开关mos管q2的漏极相连并构成第一公共端。

该第二开关mos管q2的栅极与该mos管驱动器21的第二输出端相连，该第二开关mos管q2的源极接地。

该第一公共端与电感l的一端相连，该电感l的另一端与该第二电容co的一端相连并构成第二公共端。

该第二电容co的另一端通过该第一电容cin的正极相连并构成第三公共端。

该第二公共端构成降压拓扑电路的输出端负极。

该第三公共端构成所述降压拓扑电路的输出端正极。

在其中一些实施例中，降压拓扑电路的输出电压为浮地，即vo＝(v_pump+)-(v_pump-)。其中，vo为输出电压，v_pump+为降压拓扑电路的输出端正极电压，v_pump-为降压拓扑电路的输出端负极电压。

在其中一些实施例中，第二开关mos管q2为主功率开关管。

当第二开关mos管q2导通时，电感l储能，电流走向如图2中的虚线a所示，具体走向为：电流从第一电容cin流到负载，再通过电感l和第二开关mos管q2流向地，从而构成一回路。

当第二开关mos管q2关断，第一开关mos管q1导通时，电感l释放能量，电流走向如图2中的虚线b所示，具体走向为：电流从电感l的左端流出，经过第一开关mos管q1和负载流入到电感l右端，从而构成一回路。

当第一开关mos管q1导通时，电流具体走向为：电流从电感l1左端流出，经过第二开关mos管q2，最后由负载流向电感l右端，从而构成一回路。

在本实用新型中，由于主功率开关管，也就是第二开关mos管q2的源极接地，使得第二开关mos管q2的栅极接收到的开关信号的电平一直保持高于源极的状态，实现占空比100％输出。

也就是说，第二开关mos管q2在驱动周期内始终保持开通状态，图2中的虚线a所指示的电流走向为直流回路，电感l的压差只靠内部寄生的电阻产生，压差小到可以忽略。此时，降压拓扑电路的输出端负极电压v_pump-相当于接地，降压拓扑电路的输出端正极电压v_pump+等于输入电压vin。

即，输出电压vo＝(v_pump+)-(v_pump-)＝vin。此时针对采用降压拓扑电路的手术床电机驱动电路而言，输出电压等于输入电压，可以使负载以最大速度运转。

在其中一些实施例中，负载为液压电机，则可以使液压电机以最大速度运转。

在其中一些实施例中，该第一开关mos管q1和该第二开关mos管q2可以为n沟道mos管，也可以为n沟道增强型mos管。

在本实用新型中，通过微控制器mcu接收负载调速信号，调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比，使降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平，从而改变输出电压大小，在不需要专门芯片的情况下实现数字调速，通过mos管驱动器向降压拓扑电路输出基于pwm信号生成的开关信号，使降压拓扑电路向负载输出的输出电压趋近于或者等于输入电压，从而实现调速最大化的目的。

如图3所示，为本实用新型实施例公开的另一种手术床负载驱动电路的结构示意图。该手术床负载驱动电路包括：微控制器mcu30、mos管驱动器31、降压拓扑电路，以及设置于微控制器mcu30和mos管驱动器31之间设置反相器32。

具体的，该微控制器mcu30至少包括一个输出端。

所述微控制器mcu30的一输出端与所述mos管驱动器31的第一输入端相连，所述微控制器mcu30的该输出端通过所述反相器32与所述mos管驱动器31的第二输入端相连。

通过反相器32，可以确保该微控制器mcu30向该mos管驱动器31输出两路互补的pwm信号。

该图3中公开的降压拓扑电路的结构与图2公开的降压拓扑电路的结构相同，以及图3中公开的降压拓扑电路与微控制器mcu31之间的通信连接关系，与图2公开的降压拓扑电路与微控制器mcu21之间的通信连接关系一致，具体可参见，这里不再进行赘述。

在本实用新型中，通过微控制器mcu接收负载调速信号，调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比，使降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平，从而改变输出电压大小，在不需要专门芯片的情况下实现数字调速，通过mos管驱动器向降压拓扑电路输出基于pwm信号生成的开关信号，使降压拓扑电路向负载输出的输出电压趋近于输入电压，从而实现调速最大化的目的。

如图4所示，为本实用新型实施例公开的另一种手术床负载驱动电路的结构示意图。该手术床负载驱动电路包括：微控制器mcu40、mos管驱动器41和降压拓扑电路。

该微控制器mcu40有且仅有一个输出端，该微控制器mcu40的输出端与该mos管驱动器41的任一输入端相连。

该降压拓扑电路包括：肖特基二极管sbd、第二开关mos管q2、电感l、第一电容cin和第二电容co。

该第二开关mos管q2的栅极与该mos管驱动器41的第二输入端相连，该第二开关mos管q2的源极接地，该第二开关mos管q2的漏极与该肖特基二极管sbd的正极相连并构成第一公共端。

该肖特基二极管sbd的负极与该第一电容cin相连。

该第一公共端与电感l的一端相连，该电感l的另一端与该第二电容co的一端相连并构成第二公共端。

该第二电容co的另一端与所述肖特基二极管sbd的负极相连并构成第三公共端。

该第二公共端构成所述降压拓扑电路的输出端负极；

该第三公共端构成所述降压拓扑电路的输出端正极。

在具体实现中，降压拓扑电路的输出电压为浮地，即vo＝(v_pump+)-(v_pump-)。其中，vo为输出电压，v_pump+为降压拓扑电路的输出端正极电压，v_pump-为降压拓扑电路的输出端负极电压。

在其中一些实施例中，第二开关mos管q2为主功率开关管。

当第二开关mos管q2导通时，电感l储能，电流走向如图4中的虚线a所示，具体走向为：电流从第一电容cin流到负载，再通过电感l和第二开关mos管q2流向地，从而构成一回路。

在本实用新型中，由于主功率开关管，也就是第二开关mos管q2的源极接地，使得第二开关mos管q2的栅极接收到的开关信号的电平一直保持高于源极的状态，实现占空比100％输出。

也就是说，第二开关mos管q2在驱动周期内始终保持开通状态，图4中的虚线a所指示的电流走向为直流回路，电感l的压差只靠内部寄生的电阻产生，压差小到可以忽略。此时，降压拓扑电路的输出端负极电压v_pump-相当于接地，降压拓扑电路的输出端正极电压v_pump+等于输入电压vin。

即，输出电压vo＝(v_pump+)-(v_pump-)＝vin。此时针对采用降压拓扑电路的手术床负载驱动电路而言，输出电压等于输入电压，可以使负载以最大速度运转。

在其中一些实施例中，负载为液压电机，则可以使液压电机以最大速度运转。

在其中一些实施例中，该第二开关mos管q2可以为n沟道mos管，也可以为n沟道增强型mos管。

在本实用新型中，通过微控制器mcu接收负载调速信号，调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比，使降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平，从而改变输出电压大小，在不需要专门芯片的情况下实现数字调速，通过mos管驱动器向降压拓扑电路输出基于pwm信号生成的开关信号，使降压拓扑电路向负载输出的输出电压趋近于或者等于输入电压，从而实现调速最大化的目的。

基于上述本实用新型公开的手术床负载驱动电路，本实用新型还对应公开了一种手术床，如图5所示，该手术床包括：若干床体支撑板500、设置于对应床体支撑板500上的驱动设备501、主控板502和手术床负载驱动电路503。

所述驱动设备501包括电机或液压驱动设备。

若干床体支撑板500包括但不限于台面、立柱系统和底座，其中台面可以由对应支撑患者不同身体部位的多块支撑板组件组成，例如头板、背板、腰板、腿板、臀板、足板或延长板等。

所述主控板502上设置有第一微控制器mcu。

所述手术床负载驱动电路503至少包括第二微控制器mcu、mos管驱动器和降压拓扑电路；

所述第一微控制器mcu向所述第二微控制器mcu发送负载调速信号，所述负载调速信号用于指示所述第一微控制器mcu控制电机或液压驱动设备使对应的所述床体支撑板500动作。

所述第二微控制器mcu的输出端与所述mos管驱动器的输入端相连，所述第二微控制器mcu接收负载调速信号，并向所述mos管驱动器输出脉冲宽度调制pwm信号。

所述mos管驱动器的输出端与降压拓扑电路的控制端相连，所述mos管驱动器基于接收到的所述pwm信号生成开关信号，并输入所述降压拓扑电路。

所述降压拓扑电路的负载端与所述电机或者液压驱动设备相连，所述降压拓扑电路基于所述开关信号控制降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平状态。

在本实用新型公开的手术床中，该手术床负载驱动电路的结构和实现原理具体可参见上述图1至图4示出的手术床负载驱动电路，这里不再进行赘述。

需要说明的是，该电机可以为普通电机，也可以为液压电机，在本实用新型中对此并不限定。

在本实用新型中，通过主控板上的第一微控制器mcu向手术床负载驱动电路上的第二微控制器mcu发送负载调速信号，第二微控制器mcu基于接收到的负载调速信号调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比，使降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平，从而改变输出电压大小，在不需要专门芯片的情况下实现数字调速，通过mos管驱动器向降压拓扑电路输出基于pwm信号生成的开关信号，使降压拓扑电路向负载输出的输出电压趋近于或者等于输入电压，从而实现调速最大化的目的。

在其中一些实施例中，该手术床负载驱动电路设置于手术床的电源系统中，所述主控板上的第一微控制器mcu向位于电源系统中的手术床负载驱动电路上的第二微控制器mcu发送负载调速信号，第二微控制器mcu的输出端与mos管驱动器的输入端相连，并向所述mos管驱动器输出脉冲宽度调制pwm信号；mos管驱动器基于接收到的所述pwm信号生成开关信号，并输入所述降压拓扑电路；该降压拓扑电路基于所述开关信号控制降压拓扑电路中的主功率开关管的栅极驱动信号的电平在一个脉冲周期内持续处于高电平状态。

在本实用新型中，电源系统中的第二微控制器接收主控板上的第一微控制器发送的负载调速信号，第二微控制器基于接收到的负载调速信号调整向mos管驱动器发送的pwm的占空比，从而改变输出电压大小，实现电源系统和手术床的主控板的双处理器协同工作，在不需要专门芯片的情况下实现数字调速，通过mos管驱动器向降压拓扑电路输出基于pwm信号生成的开关信号，利用降压拓扑电路向所述负载输出的输出电压等于输入电压，从而实现调速最大化的目的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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