中国物理学会第二十七届全国静电学术年会

摘要：在等离子体手术刀的有效电极之间施加高频电压激发放电，可以在其活性电极周围形成厚度为100μm左右的等离子体薄层，利用该等离子体薄层可以对人体组织进行低温的快速切割。在等离子体手术刀与人体组织作用过程中，其等效负载阻抗会在大范围内变化，会造成其驱动电源逆变器的开关频率与谐振频率的严重失谐，使逆变电路的MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）产生较高的开关损耗，甚至过热损坏。本文提出了一种基于单端正激谐振逆变器、使用频率跟踪技术的等离子体电外科手术电源。电外科手术电源的频率一般在300kHz以上，以减少对人体组织的电刺激，本文根据等离子体电外科手术的工作负载范围设计了匹配电路，限制谐振频率在365-410kHz之间，并且滤除了等离子体手术中不对称电流中的直流成分，降低了对人体组织造成非预期的电刺激和热损伤的风险。通过采集谐振变量的半周期来预测下一开关周期的开始时刻，仅采集一个谐振变量就实现了近无差拍的频率跟踪，保证了MOSFET的零电压开通。通过采集逆变电路输出电压、电流有效值计算输出功率，通过调整直流源输入电压实现了逆变电路输出功率闭环，并且制作了一台样机验证本文的设计。样机实现了负载在50-2000Ω范围内，功率输出范围在30W-320W之间的频率跟踪，逆变器输出效率最高可达90%。通过对猪肉组织的测试验证了其作为电外科手术电源的有效性。

关键词：等离子体手术刀；电外科手术电源；频率跟踪；MOSFET；零电压开通
 

等离子体手术刀；电外科手术电源；频率跟踪；MOSFET；零电压开通