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基于 GaN 的 4MHz 全桥电外科发生器,采用零电压开关技术,在宽负载阻抗范围内工作。

GaN-Based 4-MHz Full-Bridge Electrosurgical Generator Using Zero-Voltage Switching Over Wide Load Impedance Range.

出版信息

IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2023 Oct;17(5):1125-1134. doi: 10.1109/TBCAS.2023.3310880. Epub 2023 Nov 21.

DOI:10.1109/TBCAS.2023.3310880
PMID:37651483
Abstract

In this article, a 4-MHz full-bridge inverter system for an electrosurgical generator (ESG) is presented with zero-voltage switching (ZVS) turn-on over a wide load impedance range based on wideband gap material gallium nitride (GaN) technology. The proposed resonant circuit is used for impedance matching and limits the current when the load is short state while performing ZVS over a wide load impedance range. It also ensures high power performance at high frequencies for electric surgery. The implementation methods of the GaN switch at 4 MHz with high output performance are guided by the low inductance from the gate-driver output to the switch gate node and the effective heating management structure of the GaN-based inverter. The proposed generator achieved a maximum output power of 99 W to the load and a maximum overall efficiency of 89% with overcurrent of <3 A at short state of the load. The ESG can generate constant output power of 20, 50, 70 W through mode control of 2, 5, and 7 s. The overcurrent Moreover, the proposed generator is tested on porcine tissue samples to verify its effectiveness as an ESG.

摘要

本文提出了一种基于宽禁带半导体材料氮化镓 (GaN) 技术的 4MHz 全桥逆变器系统,用于电外科发生器 (ESG),可在宽负载阻抗范围内实现零电压开关 (ZVS) 导通。所提出的谐振电路用于阻抗匹配,并在负载短路时限制电流,同时在宽负载阻抗范围内实现 ZVS。它还确保了高频电外科手术的高功率性能。通过从栅极驱动器输出到开关栅极节点的低电感和 GaN 基逆变器的有效加热管理结构,指导在 4MHz 下实现 GaN 开关的高输出性能的实现方法。所提出的发生器在负载短路时的最大输出功率为 99W,最大整体效率为 89%,电流超过 3A。ESG 可以通过模式控制 2、5 和 7s 来产生 20、50 和 70W 的恒定输出功率。此外,所提出的发生器在猪组织样本上进行了测试,以验证其作为 ESG 的有效性。

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