稳流电源
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2018年7月25日提交的标题为“Constant-current power supply system”的美国临时专利申请序列号62/703,244和于2018年7月25日与前述申请同时提交的标题为“Burst mode constant-current power supply system”的美国临时专利申请序列号62/703,256的利益，这两个临时专利申请的提交优先权特此被主张。
[0003] 领域
[0004] 本发明涉及基于稳定电流源(regulated current source)的电力设备和系统。
[0005] 背景
[0006] 诸如电池和电源干线出口(main outlets)的电源一般提供在某些情况下可以直接被应用的稳定电压(regulated voltage)。相反，一般具有广泛变化的电阻的生物和类似负载常常需要稳定电流(regulated current)。
[0007] 图1是稳定电流源100的简单常规配置的框图。主电能量源105供应相对于局部(底盘)接地107测量的电压Vin，该电压Vin连接到升压器110的输入端111以在电力输出点112处提供更高的电压Vout 108。Vout 108连接到输出端子135，输出端子135连接到具有可变电阻Rvar的外部负载150的一个引线。稳定电流源100的另一输出端子130连接到外部负载150的另一引线。期望将稳定电流Iload 140驱动通过外部负载150。因此，输出端子130连接到电流调节器120，该电流调节器120通过自动改变其内电阻而被调整以使稳定电流Iload 140通过。作为结果，变化的调节器电压降Vreg145在电流调节器120两端出现，变化的调节器电压降Vreg 145随着Rvar值的变化而变化。
[0008] 如所公知的，诸如电流源100的配置是非常低效的，因为电流调节器120消耗功率P＝Vreg*Iload，其是被浪费的，因为该功率没有被外部负载150所利用。
[0009] 已知的电源干线恒流电源集成电流调节器，其中反馈用于启动诸如脉宽调制
(PWM)的机制。几个布置基于这种技术，但是没有一个布置提供具有单独电流调节器的单独升压器(和/或调节器)。
[0010] 因此，使更有效的稳定电流源利用升高的电压是合乎需要的，该稳定电流源仍然保持电流源100的简单性和可靠性。这个目标通过本发明的实施例来实现。
[0011] 应用
[0012] 施加稳定电流(诸如由本发明的实施例提供的稳定电流)在各种治疗场景中的医学和生物应用中是特别有用的。特定的治疗区域包括但不限于：
[0013] 肌与骨骼、皮肤和软组织问题：
[0014] 急性和亚急性的脊骨疼痛，包括椎间盘性、肌筋膜、韧带或小平面关节疼痛；
[0015] 骨盆疼痛；
[0016] 胸廓出口综合征；
[0017] 急性和/或慢性的四肢关节疼痛；
[0018] 骨关节炎、类风湿性关节炎、滑囊炎；
[0019] 急性和/或慢性的痛风；
[0020] 触发点疼痛；
[0021] 急性和/或慢性的损伤，包括软组织损伤；
[0022] 运动后肌肉酸痛；
[0023] 伴有新疼痛或慢性疼痛的骨折；
[0024] 肌筋膜疼痛，包括关节退行性变和/或脊骨/椎间盘问题；
[0025] 皮肤伤口愈合、过敏反应；
[0026] 锻炼恢复、镇静或表现；
[0027] 淋巴水肿；
[0028] 肌肉减少症；
[0029] 皮肤皮下脂肪和/或皱纹减少；
[0030] 电针刺；
[0031] 神经学：大脑和中枢神经系统问题：
[0032] 三叉神经痛；
[0033] 神经根病；
[0034] 神经瘤；
[0035] 纤维肌痛；
[0036] 丘脑疼痛；
[0037] 带状疱疹：病变疼痛的减少；
[0038] PTSD(创伤后精神紧张性精神障碍)改善；
[0039] 疱疹后神经痛；
[0040] 周围神经病；
[0041] 伴有脑震荡和/或脑雾的脑损伤；
[0042] 脑垂体、后脑、中脑或髓质的亚急性损伤；
[0043] 抑郁；
[0044] 放松和/或睡眠问题；
[0045] 腕管综合征；
[0046] 帕金森氏病；
[0047] 阿片成瘾：预防和禁断症状减少；
[0048] 内部器官问题：
[0049] 关于毒性、肝炎、纤维化的肝脏问题；
[0050] 胰腺支持和抗胰岛素性；
[0051] 涉及胃、食道、胆囊、小肠/大肠(包括便秘)的GI问题；
[0052] 肾脏支持，包括肾结石问题；
[0053] 肺支持、支气管炎；
[0054] 输尿管粘连；
[0055] 肾上腺支持；
[0056] 子宫出血、纤维瘤问题；
[0057] 冷/窦；
[0058] 全身炎症。
[0059] 概述
[0060] 本发明的实施例提供了与受控升压器及对其的控制器耦合的稳定电流源。控制器感测负载电阻的变化，并响应于此而调整升压器的操作参数，其结果是在减少功率消耗的情况下提高效率。
[0061] 因此，根据本发明的实施例，公开了一种用于向电阻负载提供稳定电流的稳定电流源设备，该稳定电流源包括：(a)提供输入电压的主电能量源；(b)升压器，其接收输入电压并从电力输出点提供可调电压，其中可调电压是经由在升压器的控制点处的控制信号可控制的；(c)电流调节器，其根据预定稳定负载电流来调节通过电阻负载的电流；以及(d)控制器，其用于测量在电流调节器两端的电压降，并用于根据该电压降经由控制点来控制升压器。
[0062] 此外，根据本发明的另一实施例，公开了一种用于向电阻负载提供稳定电流的方法，该方法包括：(a)初始化电流调节器以使预定负载电流通过电阻负载；(b)初始化升压器以向电阻负载输出初始输出电压，其中升压器从主电能量源接收输入电压，其中升压器输出电压是根据控制信号可控制的，并且其中初始化包括向升压器发送第一控制信号；(c)测量在电流调节器两端的电压降以获得电流调节器电压降测量值；(d)将电流调节器电压降测量值与预定上限阈值进行比较；以及(e)如果电流调节器电压降测量值大于上限阈值，则向升压器发送第二控制信号以向电阻负载输出降低的输出电压，其中降低的输出电压等于输出电压减去增量输出电压变化值；(f)将电流调节器电压降测量值与预定下限阈值进行比较；以及(g)如果电流调节器电压降测量值小于下限阈值，则向升压器发送第三控制信号以输出增加的输出电压，其中增加的输出电压等于输出电压加上增量输出电压变化值。
[0063] 附图简述
[0064] 当下面的详细描述与附图一起被阅读时，所公开的主题可通过参考下面的详细描述被最好地理解，其中：
[0065] 图1是稳定电流源的常规配置的框图。
[0066] 图2a是根据本发明的实施例的稳定电流源的框图。
[0067] 图2b是根据与图2a的稳定电流源相关的实施例的稳定电流源的框图。
[0068] 图2c是根据本发明的与图2b的稳定电流源相关的另一实施例的稳定电流源的框图。
[0069] 图3是根据本发明的另一实施例的用于提供稳定电流的方法的流程图。
[0070] 为了说明的简单和清楚，附图中所示的元件不一定按比例绘制，且一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大。此外，可以在附图当中重复参考数字以指示相应或类似的元件。
[0071] 详细描述
[0072] 图2a是根据本发明的实施例的稳定电流源200a的框图。主电能量源205供应相对于局部(底盘)接地207测量的输入电压Vin，输入电压Vin连接到升压器210的输入端211以在电力输出点212处提供可调电压Vout208。特别地，电压Vout可以大于电压Vin。Vout 208连接到输出端子235，输出端子235连接到具有可变电阻Rvar的外部电阻负载250的一个引线。稳定电流源200a的另一个输出端子230连接到外部负载250的另一个引线。期望将稳定电流Iload
240驱动通过外部负载250。因此，输出端子230连接到电流调节器220，该电流调节器220通过自动改变其内电阻来被调整以使预定稳定负载电流Iload 240通过。作为结果，变化的调节器电压降Vreg 245出现在电流调节器220两端，变化的调节器电压降Vreg 245随着Rvar的值的变化而变化。
[0073] 根据该实施例，控制器225感测Vreg 245，并向升压器210的控制点213输出控制信号，根据该控制信号，升压器210调整输出电压Vout 208。
[0074] 控制器225根据参数集260来调整输出电压208，参数集260包括：
[0075] 初始输出电压值Vout-init 262；
[0076] 输出电压值的增量变化ΔV 264；
[0077] 第一调节器电压降阈值Vreg-thresh-lower 266；以及
[0078] 第二调节器电压降阈值Vreg-thresh-upper 268，使得：
[0079] Vreg-thresh-lower