先進的手術系統具有獨特的電源需求

簡介

想像一下，利用微創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，讓病人更快恢復日常活動，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，如今出現了另一種利用機器人輔助的微創手術。

這些手術系統結合了電腦和機器人技術，能用來實現機器人輔助腹腔鏡、胸腔鏡或內視鏡手術。通過向外科醫生提供這些加強的功能，微創手術將能夠以比傳統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、子宮內膜癌、病態型肥胖和二尖瓣回流等。這些系統以創新方式將機器人與外科技術結合在一起，讓外科醫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部的高倍數 3D 影像監視器。造影和影像引導技術可為外科醫生提供有關重要身體內部結構和儀器位置的準確三維信息。

進行手術時，外科醫生會利用像鉗子一樣的主控設備來操作。當外科醫生操作控制臺時，系統會對輸入產生實時反應，并將醫生的手部、腕部和手指動作轉換成微型設備的精密動作。圖 1 所示為機器人手術系統的照片。

圖 1：典型的機器人輔助手術機器

這類系統通常采用分散式電源架構設計。因此，它是以 AC 電源線供電，可能是 110VAC 或 220VAC，然后轉換到能為 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，以對所有子系統的負載穩壓器的下行點供電，包括機器人手臂、系統電子、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的運行。然而，根據電池充電的狀態，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。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、低于或等于穩壓的輸出電壓運行。該器件有四個可調節輸入電流 / 電壓以及輸出電流 / 電壓的反饋環路。輸出電流環路可為電池充電器提供已調輸出電流，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運行，并產生一個 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，還能實現更高的輸出功率。

其他的特性還包括：能夠顯示哪個反饋環路在啟用的伺服引腳、為外部器件供電的 3.3V/12mA LDO、可調整的軟啟動、內置的芯片溫度監測器，以及 -40°C 至 125°C 的工作結溫范圍。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新應用。

LT8705 包含四個誤差放大器，能用來調節或限制輸出電流、輸入電流、輸入電壓和輸出電壓。在典型的應用中，通常會調節輸出電壓，其余的誤差放大器則是用來監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，輸出電流調節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-升壓型轉換器，并通過配置成為給 4 個串聯 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。