超音波メスシステムは、電力変換部、電力増幅部、超音波変換部、およびインテリジェント制御部という4つの主要なモジュールの連携によって動作し、電気エネルギーを超音波機械エネルギーに変換することにより、正確な外科的切開および凝固を実現します。
超音波メスシステムのブロック図
電力変換部（AC-DC）
- 商用交流を直流に変換し、電力増幅部およびシステムに安定した電源を供給します。
- FPGAによるPWM制御、およびMOSFET駆動により、出力電圧または電力を調整します。
電力増幅部（Power Amplifier、AB級プッシュプル）
- 回路構造：プッシュプルトポロジを採用し（図におけるQ1とQ2が交互にオンとなり、変圧器T1、T2を介して結合されます）、高周波交流電流を出力します。
- 動作モード：A級（低歪み）およびB級（高効率）の利点を兼ね備えたAB級増幅方式を採用しており、超音波駆動における高出力かつ低歪みという要求に適しています。
- 制御：FPGAとMOSFETドライブ信号によるPA制御により、出力電力と周波数を調整します。
トランスデューサおよびブレード（Transducer & Blade）
- トランスデューサ：高周波電気信号を超音波の機械的振動に変換します。
- ブレード：超音波振動を組織に伝達して切断および凝固を実現します。
- フィードバック：トランスデューサの共振周波数をPLL（位相ロックループ）を通じてFPGAにフィードバックすることで、周波数追従性を実現するとともに、効率的な手術を行えるようにします。
インテリジェント制御（FPGA制御を用いる）
- 電力増幅部用の駆動信号を生成して、出力周波数および電力を調整します。
- インターフェース入力（ボタン、USB/RS232通信）を処理し、ユーザー制御を実現します。
よくある質問
Q：超音波メスの設計において、正確な機械的エネルギー制御を実現するために、パワー半導体はどのように最適化されているのでしょうか？
A：ほぼ完全な正弦波駆動を実現するために、主にAB級の電力増幅器が採用されています。
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