先進的手術系統(tǒng)具有獨特的電源需求
簡介
想像一下，利用微創(chuàng)切口來進行重大外科手術，就能大大減輕疼痛，縮短住院時間，讓病人更快恢復日�；顒�，并可獲得更佳的臨床效果。但直到最近，可用的外科手術方式還是非常有限的，只能采用大型切口的傳統(tǒng)開放式手術或是腹腔鏡手術，這也就是一種利用光源導管通過小型切口進行的手術。然而，盡管腹腔鏡手術是一種侵入性極低的手術，但由于儀器因素，通常只能用來進行非常簡單的步驟。受益于技術的突破，如今出現(xiàn)了另一種利用機器人輔助的微創(chuàng)手術。
這些手術系統(tǒng)結(jié)合了電腦和機器人技術，能用來實現(xiàn)機器人輔助腹腔鏡、胸腔鏡或內(nèi)視鏡手術。通過向外科醫(yī)生提供這些加強的功能，微創(chuàng)手術將能夠以比傳統(tǒng)外科方法更佳的視覺化效果、精密度、靈敏度和控制來處理更多的情況。
微創(chuàng)機器人輔助手術的應用廣泛，從心臟手術到癌癥手術都能適用，可以治療多種病癥，例如前列腺癌、子宮內(nèi)膜癌、病態(tài)型肥胖和二尖瓣回流等。這些系統(tǒng)以創(chuàng)新方式將機器人與外科技術結(jié)合在一起，讓外科醫(yī)生能為各種復雜病癥的病人提供最有效、侵入性最低的治療方式。
該設備的典型設置包括手術臺以及病人推車，推車上安裝了互動式機器人手臂和一臺可觀看身體內(nèi)部的高倍數(shù) 3D 影像監(jiān)視器。造影和影像引導技術可為外科醫(yī)生提供有關重要身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和儀器位置的準確三維信息。
進行手術時，外科醫(yī)生會利用像鉗子一樣的主控設備來操作。當外科醫(yī)生操作控制臺時，系統(tǒng)會對輸入產(chǎn)生實時反應，并將醫(yī)生的手部、腕部和手指動作轉(zhuǎn)換成微型設備的精密動作。圖 1 所示為機器人手術系統(tǒng)的照片。
圖 1：典型的機器人輔助手術機器
這類系統(tǒng)通常采用分散式電源架構(gòu)設計。因此，它是以 AC 電源線供電，可能是 110VAC 或 220VAC，然后轉(zhuǎn)換到能為 48V 電池組充電的隔離式 48V DC 電壓。48V 總線電壓會流過整個系統(tǒng)，以對所有子系統(tǒng)的負載穩(wěn)壓器的下行點供電，包括機器人手臂、系統(tǒng)電子、儀器和高清顯示。當 AC 主電源斷電時，電池組可用來維持系統(tǒng)的運行。然而，根據(jù)電池充電的狀態(tài)，電池組電壓可能會高于、低于或等于 48V 輸入，因而，要為此應用設計電源已成為一個挑戰(zhàn)。幸運的是，凌力爾特公司最近推出了 LT8705，這是 80V 同步降壓-升壓型控制器，可解決這樣的電源需求問題。
新的設計方法
LT8705 是效率非常高 (高達 98%) 的同步降壓-升壓型 DC/DC 控制器，輸入電壓能夠以高于、低于或等于穩(wěn)壓的輸出電壓運行。該器件有四個可調(diào)節(jié)輸入電流 / 電壓以及輸出電流 / 電壓的反饋環(huán)路。輸出電流環(huán)路可為電池充電器提供已調(diào)輸出電流，或作為電流源。通過使用具備 4 開關同步整流的單一電感器，LT8705 能在 2.8V 至 80V 的寬廣輸入電壓范圍內(nèi)運行，并產(chǎn)生一個 1.3V 至 80V 的輸出。單一器件最高可提供 250W 的輸出功率。若將多個電路并聯(lián)，還能實現(xiàn)更高的輸出功率。
其他的特性還包括：能夠顯示哪個反饋環(huán)路在啟用的伺服引腳、為外部器件供電的 3.3V/12mA LDO、可調(diào)整的軟啟動、內(nèi)置的芯片溫度監(jiān)測器，以及 -40°C 至 125°C 的工作結(jié)溫范圍。LT8705 有 38 引腳、5mm x 7mm QNF，以及 38 引線 TSSOP 兩種封裝形式。同時，也可提供 LT8705 的 LTspice® 電路模型，能容易地評估各種創(chuàng)新應用。
LT8705 包含四個誤差放大器，能用來調(diào)節(jié)或限制輸出電流、輸入電流、輸入電壓和輸出電壓。在典型的應用中，通常會調(diào)節(jié)輸出電壓，其余的誤差放大器則是用來監(jiān)控過高的輸入或輸出電流，或是輸入欠壓的情況。在電池充電器等其他應用中，輸出電流調(diào)節(jié)器能促進恒定的電流充電，直到達到預先設定的電壓值為止，這時輸出電壓控制便會接管任務。在圖 2 顯示的電路圖中，此 LT8705 電路是用來為一個 48V 電池充電，并能在從 36V 至 72V 之間變化的輸入電壓范圍運行。把多個電路并聯(lián)在一起，便能用于更高功率的應用。電路中有4 個外部 MOSFET，能使此電路作為同步降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器，并通過配置成為給 4 個串聯(lián) 12V 鉛酸電池充電的電流源。
圖 2：LT8705 電池充電器電路圖
電源開關控制
圖 3 為簡化的示意圖，其說明了怎樣將 4 個電源開關連接至電感器、VIN, VOUT 和地。
圖 3：由 LT8705 驅(qū)動 4 個 MOSFET 開關的簡化示意圖
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