臺灣博碩士論文加值系統

摘要
心臟疾病為近年來的十大死因之一，一旦心臟出現問題往往在短時間就會造成患者的死亡，因此自動體外除顫器成為近幾年來各國政府極力推廣之急救器材。而本論文為研究自動體外除顫器除顫時所需高能量之電路系統。
本研究中主要設計一個可以耐高壓及大電流之雙向放電系統，其主要分為兩大部分，第一部分為充電系統，此部分主要配合升壓電路及高壓電容兩大因素，透過升壓電路將能量儲存於高壓電容上，並透過偵測電路及微控制器之控制，將能量做一個可調式之控制，使用者可以依不同需求來調整最終釋放之能量。第二部分為放電系統，放電系統主要著重在於放電之波形及系統耐壓及耐流之程度，藉由微控制器控制設計出一放電波形為雙向波形，並針對放電電路設計及元件的選擇做一探討，使系統能承受高壓高電流而不會造成系統損壞。
本研究依據自動體外除顫器之原理，設計一高能量除顫雙向波形，並實際動物實驗驗證其充電及放電效能。

Abstract
Heart diseases have become the leading cause of death in recent years. Heart problems can cause death of a patient in a short time. Therefore, governments around the world have been promoting automated external defibrillator as a first-aid equipment in public places. The aim of this thesis was the study of the high energy circuitry required for defibrillation of automated external defibrillators.
In this study, the main design was a biphasic waveform system, which can withstand high voltage and high current discharge. It included two major parts: the first part was the charging system which was consisted of a main booster circuit and a high voltage capacitor. Energy was stored in a high-voltage capacitor through the boost circuit. Via the control of microcontroller and the detection circuit the discharging energy was adjustable by request. The second part was the discharging system, which was mainly focused on the waveform and the extent of the system withstanding voltage and current. A biphasic discharging waveform was designed through the micro-controller. Additionally, the design of discharging circuit and component selection that the system can withstand high voltage and high currents without being damaged was discussed in the study.
This study based on the principle of automatic external defibrillator high-energy to design the defibrillation biphasic waveform. An animal experiment was performed to verify the charging and discharging performance.

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1引言 1
1.2研究動機與目的 2
1.3文獻回顧 3
1.4論文架構說明 4
第二章 AED電擊機制 5
2.1 心臟生理與心律波形 5
2.1.1 心電圖 (electrocardiogram) 5
2.1.2 心室頻脈(Ventricular tachycardia) 6
2.1.3 心室顫動(Ventricular fibrillation) 7
2.2人體阻抗與除顫恢復機制 8
2.2.1除顫器 8
2.2.2除顫波形 11
第三章 系統設計與架構 13
3.1系統架構 13
3.1.1系統規格簡介 14
3.2充電電路架構 23
3.2.1升壓電路 24
3.2.2 緩衝電路 28
3.2.3全橋轉換 29
3.2.4 充電電壓偵測 31
3.3放電電路架構 32
3.3.1 IGBT驅動隔離電路 33
3.3.2 IGBT驅動電路 35
3.3.3 雙向波形電路 39
3.3.4 時序控制 41
第四章 電路實測波形與結果 43
4.1系統測試與驗證 44
4.1.1充電系統驗證 44
4.1.2放電系統驗證 48
4.2高壓放電量測結果與分析 51
4.2.1高壓放電波形 51
4.2.2充電時間與能量之關係 53
4.2.3系統穩定度 55
4.2.4動物實驗 56
第五章 結論與未來展望 58
5.1結論 58
5.2未來展望 59
參考文獻 60
附錄Ⅰ63
作者簡述 64

圖目錄
圖2-1 標準心電圖波形 6
圖2-2心室頻脈(VT)之心電圖訊號 7
圖2-3心室顫動(VF)之心電圖訊號 7
圖2-4體外除顫器(醫院用) 9
圖2-5校園設置之AED與市售AED 10
圖2-6單向除顫放電波形 11
圖2-7雙向除顫放電波形 12
圖3-1 高壓充放電系統架構圖 13
圖3-2 MSP430G2X52系列單晶片內部功能方塊圖 15
圖3-3 電源穩壓電路 16
圖3-4 可控功率開觀之電源符號 18
圖3-5 IGBT之結構圖 20
圖3-6 IGBT之等效電路及符號 20
圖3-7 高壓電容之實體圖 21
圖3-8 充電電路架構 23
圖3-9 返馳式轉換器基本架構圖 24
圖3-10 Q1導通示意圖 25
圖3-11 Q1截止示意圖 25
圖3-12 MOS開關切換波形 26
圖3-13 UC3843內部結構圖 27
圖3-14 UC3843基於返馳式轉換器之架構 27
圖3-15 RCD緩衝電路 29
圖3-16橋式整流電路 29
圖3-17橋式整流正半周充電迴路 30
圖3-18橋式整流負半周充電迴路 30
圖3-19充電電壓偵測系統 32
圖3-20電壓偵測電路方塊圖 32
圖3-21放電電路架構 33
圖3-22光耦合隔離電路 34
圖3-23變壓器隔離電路 35
圖3-24 IGBT驅動電路 36
圖3-25 NMOS導通迴路 36
圖3-26 NMOS關閉迴路 37
圖3-27 IGBT閘極驅動電路 38
圖3-28 IGBT佈線隔離 39
圖3-29雙向放電波形等效電路 40
圖3-30正向波形流通路徑 40
圖3-31反向波形流通路徑 41
圖3-32雙向波形放電時序圖 42
圖4-1系統空板圖 43
圖4-2系統之實體圖 43
圖4-3高壓脈波電路實際測試架構 44
圖4-4 UC3843-PWM輸出 45
圖4-5 無緩衝電路之波形 45
圖4-6不同RC之緩衝電路波形 46
圖4-7橋式全波整流之輸入訊號 47
圖4-8橋式全波整流之輸出訊號 47
圖4-9電壓偵測之比較器輸出圖 48
圖4-10正半周之時序圖 49
圖4-11負半周之時序圖 50
圖4-12雙向波形 50
圖4-13.150焦耳測試數據 51
圖4-14.150焦耳放電波形圖 51
圖4-15.200焦耳測試數據 51
圖4-16.200焦耳放電波形圖 52
圖4-17.360焦耳測試數據 52
圖4-18.360焦耳放電波形圖 52
圖4-19能量與充電時間的關係圖 53
圖4-20電容與充電時間比較圖 54
圖4-21除顫回復心電圖 57

 
表目錄

表3-1功率開關特性比較表 18
表3-2能量與電容、電壓之關係 22
表4-1系統穩定度測試數據 55

參考文獻
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