先进的手术系统具有独特的电源需求

时间：2013-10-21 08:44 来源：凌力尔特公司作者：Bruce Haug

简介

想像一下，利用微创切口来进行重大外科手术，就能大大减轻疼痛，缩短住院时间，让病人更快恢复日常活动，并可获得更佳的临床效果。但直到最近，可用的外科手术方式还是非常有限的，只能采用大型切口的传统开放式手术或是腹腔镜手术，这也就是一种利用光源导管通过小型切口进行的手术。然而，尽管腹腔镜手术是一种侵入性极低的手术，但由于仪器因素，通常只能用来进行非常简单的步骤。受益于技术的突破，如今出现了另一种利用机器人辅助的微创手术。

这些手术系统结合了电脑和机器人技术，能用来实现机器人辅助腹腔镜、胸腔镜或内视镜手术。通过向外科医生提供这些加强的功能，微创手术将能够以比传统外科方法更佳的视觉化效果、精密度、灵敏度和控制来处理更多的情况。

微创机器人辅助手术的应用广泛，从心脏手术到癌症手术都能适用，可以治疗多种病症，例如前列腺癌、子宫内膜癌、病态型肥胖和二尖瓣回流等。这些系统以创新方式将机器人与外科技术结合在一起，让外科医生能为各种复杂病症的病人提供最有效、侵入性最低的治疗方式。

该设备的典型设置包括手术台以及病人推车，推车上安装了互动式机器人手臂和一台可观看身体内部的高倍数 3D 影像监视器。造影和影像引导技术可为外科医生提供有关重要身体内部结构和仪器位置的准确三维信息。

进行手术时，外科医生会利用像钳子一样的主控设备来操作。当外科医生操作控制台时，系统会对输入产生实时反应，并将医生的手部、腕部和手指动作转换成微型设备的精密动作。图 1 所示为机器人手术系统的照片。

图 1：典型的机器人辅助手术机器

这类系统通常采用分散式电源架构设计。因此，它是以 AC 电源线供电，可能是 110VAC 或 220VAC，然后转换到能为 48V 电池组充电的隔离式 48V DC 电压。48V 总线电压会流过整个系统，以对所有子系统的负载稳压器的下行点供电，包括机器人手臂、系统电子、仪器和高清显示。当 AC 主电源断电时，电池组可用来维持系统的运行。然而，根据电池充电的状态，电池组电压可能会高于、低于或等于 48V 输入，因而，要为此应用设计电源已成为一个挑战。幸运的是，凌力尔特公司最近推出了 LT8705，这是 80V 同步降压-升压型控制器，可解决这样的电源需求问题。

新的设计方法

LT8705 是效率非常高 (高达 98%) 的同步降压-升压型 DC/DC 控制器，输入电压能够以高于、低于或等于稳压的输出电压运行。该器件有四个可调节输入电流 / 电压以及输出电流 / 电压的反馈环路。输出电流环路可为电池充电器提供已调输出电流，或作为电流源。通过使用具备 4 开关同步整流的单一电感器，LT8705 能在 2.8V 至 80V 的宽广输入电压范围内运行，并产生一个 1.3V 至 80V 的输出。单一器件最高可提供 250W 的输出功率。若将多个电路并联，还能实现更高的输出功率。

其他的特性还包括：能够显示哪个反馈环路在启用的伺服引脚、为外部器件供电的 3.3V/12mA LDO、可调整的软启动、内置的芯片温度监测器，以及 -40°C 至 125°C 的工作结温范围。LT8705 有 38 引脚、5mm x 7mm QNF，以及 38 引线 TSSOP 两种封装形式。同时，也可提供 LT8705 的 LTspice® 电路模型，能容易地评估各种创新应用。

LT8705 包含四个误差放大器，能用来调节或限制输出电流、输入电流、输入电压和输出电压。在典型的应用中，通常会调节输出电压，其余的误差放大器则是用来监控过高的输入或输出电流，或是输入欠压的情况。在电池充电器等其他应用中，输出电流调节器能促进恒定的电流充电，直到达到预先设定的电压值为止，这时输出电压控制便会接管任务。在图 2 显示的电路图中，此 LT8705 电路是用来为一个 48V 电池充电，并能在从 36V 至 72V 之间变化的输入电压范围运行。把多个电路并联在一起，便能用于更高功率的应用。电路中有4 个外部 MOSFET，能使此电路作为同步降压-升压型转换器，并通过配置成为给 4 个串联 12V 铅酸电池充电的电流源。