(57)【要約】複数の発光体（５０）を駆動するために単一のインダクタ（Ｌ６）を使用する、酸素濃度計のための発光体駆動回路。インダクタは、スイッチング回路（４０）を介して、コンデンサのような複数のエネルギーストレージ回路に接続される。これらは、同等のインダクタを使用して、交互に充電される。次に、コンデンサは、同等のインダクタを介してそれらの対応する発光体に対して、交互に放電される。更に、ＬＥＤ駆動回路の磁化率は、インダクタにおける磁束キャンセリングを使用することによって、減少される。一実施形態においては、環状インダクタは、幾何的対称性およびその磁束を用いて使用される。他の実施形態においては、デュアルコアクローズドボビンシールドインダクタが使用される。
2007525292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素濃度計のための発光体駆動回路であって、該回路は、
電圧生成回路と、
該電圧生成回路に結合されるインダクタと、
該インダクタの第１のノードに結合される第１のスイッチング回路と、
該インダクタからの電流が、該第１のスイッチング回路によって第１および第２のエネルギーストレージ回路のうちの１つに導かれ得るように、該第１のスイッチング回路に接続される第１および第２のエネルギーストレージ回路と、
該インダクタの第２のノードに結合される第２のスイッチング回路と、
該第１および第２のエネルギーストレージ回路からのエネルギーが、第１および第２の発光体駆動ラインに交互に結合され得るように、該第２のスイッチング回路に接続される第１および第２の発光体駆動ラインと
を備える、回路。
【請求項２】
前記第１および第２のエネルギーストレージ回路が、第１および第２のコンデンサを含む、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記駆動ラインが、背中合わせである発光体を駆動するように構成される、請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記第２のスイッチング回路が、４つのトランジスタを含むＨブリッジ駆動回路である、請求項３に記載の回路。
【請求項５】
前記電圧生成回路が、前記酸素濃度計の残りのための供給電圧とは別の電圧調節器である、請求項１に記載の回路。
【請求項６】
前記インダクタと並列の抵抗およびコンデンサをさらに備える、請求項１に記載の回路。
【請求項７】
前記インダクタが、磁束キャンセリングインダクタである、請求項１に記載の回路。
【請求項８】
前記インダクタが環状インダクタである、請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記インダクタが、デュアルコアクローズドボビンシールドインダクタである、請求項７に記載の回路。
【請求項１０】
前記インダクタの前記第２のノードに接続されるサンプルアンドホールド回路をさらに備える、請求項１に記載の回路。
【請求項１１】
少なくとも第３のエネルギーストレージ回路をさらに備える、請求項１に記載の回路。
【請求項１２】
酸素濃度計のためのＬＥＤ回路であって、該回路は、
電圧生成回路と、
該電圧生成回路に結合されるインダクタと、
該インダクタの第１のノードに結合される第１のスイッチング回路と、
該インダクタからの電流が、該第１のスイッチング回路によって第１および第２のコンデンサのうちの１つに導かれ得るように、該第１のスイッチング回路に接続される第１および第２のコンデンサと、
該インダクタの第２のノードに結合される４つのトランジスタを含むＨブリッジ駆動スイッチング回路と、
該第１および第２のコンデンサからのエネルギーが、第１および第２の発光体駆動ラインに交互に結合され得るように、該Ｈブリッジの真ん中において、背中合わせの構成におけるＬＥＤのための第１および第２の発光体駆動ラインと
を備える、回路。
【請求項１３】
酸素濃度計のための発光体駆動回路であって、該回路は、
電圧生成回路と、
第１および第２のエネルギーストレージ回路と、
該電圧生成回路および該エネルギーストレージ回路の少なくとも１つに結合される磁束キャンセリングインダクタと、
発光体のためのラインを駆動するために、最初に電流を該エネルギーストレージ回路に導き、次いで該第１および第２のエネルギーストレージ回路からエネルギーを提供するように構成される、スイッチング回路網と
を備える、回路。
【請求項１４】
前記インダクタが環状インダクタである、請求項１２に記載の回路。
【請求項１５】
前記インダクタが、デュアルコアクローズドボビンシールドインダクタである、請求項１２に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃度計に関し、より詳細にはパルス酸素濃度計におけるＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス酸素濃度計は典型的には、動脈血におけるヘモグロビンの血中酸素飽和度、組織に供給する個々の脈拍の血液量、および、患者の個々の心拍に対応する脈拍の速度を含む（それらに限定されるわけではない）血液の様々な化学的特性を計測するために使用される。これらの特性の計測は、非侵襲センサの使用によって達成される。その非侵襲センサは、血液が組織を灌流する患者の組織の一部に光を散乱し、そのような組織における光の吸収を光電測光にて感知する。様々な波長において吸収される光の量は、計測される血液成分の量を計算するために使用される。
【０００３】
組織に散乱された光は、血液中に存在する血液成分の量を示す量において、血液によって吸収された一つ以上の波長として選択される。組織に散乱された、透過光線の量は、組織および関連する光の吸収における血液成分の変化する量に従って変化する。血中酸素レベルを計測するために、そのようなセンサは、典型的には、血中酸素飽和度を計測するための周知の技術に従い、少なくとも二つの異なる波長の光を生成するように適合される光源、および、それらの波長の両方に感度の高い光検出器を提供される。
【０００４】
周知の非侵襲センサは、指、耳、または頭皮などの体の一部に固定される装置を含む。動物や人間においては、これらの体の部分の組織は血液によって灌流され、その組織の表面はセンサに対して、容易にアクセス可能である。
【０００５】
光源、典型的に発光ダイオード（ＬＥＤ）は、それらを活性化させるために電流を用いて駆動される必要がある。要求される電流がかなりの量のため、酸素濃度計によって消費される電力の減少を妨げ得る。一解決法は、特許文献１に示される。そこにおいては、インダクタ・コンデンサ回路は、最初に第１のスイッチ位置において充電を格納し、次いで第２のスイッチ位置において、その格納された充電をＬＥＤに運ぶために使用される。２つの異なるインダクタ・コンデンサ回路が使用され、各ＬＥＤに対して１つ使用される。この特許の回路において要求される構成要素の数を減少することが望ましい。
【特許文献１】米国特許第６，２２６，５３９号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の発光体を駆動するために単一のインダクタを使用する、酸素濃度計のための発光体駆動回路を提供する。インダクタは、スイッチング回路を介して、コンデンサのような複数のエネルギーストレージ回路に接続される。これらは、同等のインダクタを使用して、交互に充電される。次に、コンデンサは、同等のインダクタを介してそれらの対応する発光体を活性化させるために、交互に放電される。
【０００７】
本発明の他の局面においては、ＬＥＤ駆動回路の磁化率は、インダクタにおける磁束キャンセリングを使用することによって、減少される。一実施形態においては、環状インダクタは、その磁束における幾何的対称性を用いて使用される。他の実施形態においては、デュアルコアクローズドボビンシールドインダクタ（ｄｕａｌ  ｃｏｒｅ  ｃｌｏｓｅｄ  ｂｏｂｂｉｎ  ｓｈｉｅｌｄｅｄ  ｉｎｄｕｃｔｏｒ）が使用される。この実施形態は、外部の磁界の効果をキャンセルするために使用される、直列の両コアの巻線を有する。
【０００８】
本発明の本質および利点の更なる理解のために、添付の図面に関連する以下の説明を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（酸素濃度計システム）
図１は、本発明を具体化する酸素測定システムの実施形態を示す。センサ１０は、赤および赤外線ＬＥＤ、ならびに光検出器を含む。これらは、ケーブル１２によって、基板１４へ接続される。ＬＥＤ駆動電流は、ＬＥＤ駆動インターフェース１６によって提供される。センサからの、受信された光電流は、Ｉ−Ｖインターフェース１８に提供される。ＩＲおよび赤電圧は、次いで、本発明を具体化する、シグマ−デルタインターフェース２０に提供される。シグマ−デルタインターフェース２０の出力は、マイクロコントローラ２２に提供される。マイクロコントローラ２２は、プログラムのためのフラッシュメモリ、および、データのためのＳＲＡＭメモリを含む。プロセッサはまた、フラッシュメモリ２６に接続されるマイクロプロセッサチップ２４を含む。最後に、クロック２８が使用され、センサ１０におけるデジタル較正へのインターフェース３０が提供される。別個のホスト３２は、処理された情報を受信し、および、アナログ表示を提供するためのライン３４上にて、アナログ信号を受信する。
【００１０】
（ＬＥＤ駆動回路）
図２は、図１のＬＥＤ駆動インターフェース１６の一部を形成する、本発明の実施形態に従った、ＬＥＤ駆動回路の回路図である。電圧調節器３６は、全体の酸素濃度計回路網のための電圧供給とは別の電圧を提供する。出力は、抵抗Ｒ８９およびＲ９０のフィードバック抵抗ディバイダによってレベルが設定されて、ライン３８上に４．５ボルト信号として提供される。ライン３８上の電圧は、ＦＥＴトランジスタＱ１１に提供され、次いでインダクタＬ６に提供される。インダクタＬ６に流れる電流は、それぞれが赤およびＩＲ  ＬＥＤのための充電を格納する、コンデンサＣ６５およびＣ６６の１つにスイッチ４０によって提供される。ライン４２上の赤／ＩＲ制御信号は、酸素濃度計プロセッサの管理下においてスイッチ位置を選択する。ライン４４上の制御信号ＬＥＤ  ＰＷＭゲートは、トランジスタスイッチＱ１１のスイッチングを制御する。
【００１１】
コンデンサが一度充電されると、ライン４４上の制御信号はスイッチＱ１１をターンオフし、電流は、コンデンサＣ６５またはＣ６６のどちらかからそれぞれ、スイッチ４０およびインダクタＬ６を介して、トランジスタＱ５およびＱ６を介して、赤アノードライン４６またはＩＲアノードライン４８のどちからに提供される。信号「赤ゲート」がトランジスタＱ５をターンオンする一方、その反転の「／赤ゲート」はトランジスタＱ７をターンオフする。これは、電流がＩＲアノードを介してトランジスタＱ８におよび抵抗Ｒ１０を介して接地に戻って、赤アノードライン４６を介して背中合わせ（ｂａｃｋ  ｔｏ  ｂａｃｋ）のＬＥＤ５０に電流を提供する。トランジスタＱ８が信号「／ＩＲゲート」によってターンオンされる一方、この信号の反転である「ＩＲゲート」はトランジスタＱ６をターンオフする。ＩＲアノードが駆動される場合、信号はリバースされ、「ＩＲゲート」および「赤ゲート」信号ならびにそれらの逆は状態を変化させる。それによって電流は、トランジスタＱ６を介してＩＲアノード４８に提供され、赤アノード４６およびトランジスタＱ７を介して、レジスタＲ１０および接地に戻る。「ＬＥＤ電流感知」信号は、本発明に関連性のない較正目的のために読み取られる。
【００１２】
コンデンサＣ６５またはＣ６６からの電流が、インダクタＬ６を介してＬＥＤに提供され、電流が所望の時間においてスイッチオフされた場合、遷移の間の残りの電流がコンデンサＣ６４に落とされ得るように、トランジスタＱ１１はターンオンされる。これにより、ＦＥＴトランジスタスイッチングが瞬間的でない事実の解決に取り組む。次に、Ｃ６４は、コンデンサが再充電されている場合、Ｑ１１およびインダクタＬ６を介して、その電流をコンデンサに落とす。
【００１３】
抵抗Ｒ３８およびコンデンサＣ６７は、信号スパイクを防ぎ、滑らかな遷移を提供するために、インダクタＬ６と並列に接続される。Ｌ６に接続されるのは、信号をサンプリングし、それらを増幅器５６を介して、プロセッサによって読み取られるライン５８上の「ＬＥＤ電流」信号に提供するためのライン５４上のＬＥＤサンプルホールド信号によって制御されるスイッチ５２を有するサンプリング回路である。演算増幅器５６は、４．５ボルトと接地との間において動作する。従って、接地よりわずか上の０．２ボルトである電圧レファレンスは、ピン３における電圧レファレンスとして提供される。積分コンデンサＣ６８は、増幅器５６と並列に提供される。スイッチ６０は、コンデンサをサンプル間においてショートするようにスイッチを動作するために、「クリアＬＥＤサンプル」信号に応答する。
【００１４】
サンプルアンドホールド回路は、電流を決定するためにコンデンサＣ６９とインダクタＬ６との間に、ノードＴ１８において電圧を計測する。コンデンサＣ６９は、コンデンサＣ６５およびＣ６６の値の１／１０００である。従って、ライン５８上の増幅器５６の出力において計測され得る電圧を提供するために、スイッチ５２を介して積分コンデンサＣ６８に送られ得る比例電流は、Ｃ６９を介して提供される。コンデンサ６５および６６に送られる電力の量を選択的に変化させるために、プロセッサがトランジスタＱ１１に送られるパルスの幅を変化させて、ライン５８上のプロセッサによって計測される電圧は、フィードバックとして使用され、やがてＬＥＤ５０に放電される。プロセッサの中のＰＩ（比例積分）ループは、Ｑ１１においてＰＷＭ信号を制御する。これは、ＬＥＤ強度の正確な制御を可能にし、望まれた場合、所望の制限を超えずに強度を最大化することも可能にする（患者の火傷を回避するために等）。
【００１５】
図の左下は、所定の場合において電圧調節器３６をターンオフするためにマイクロプロセッサによって使用される、「４．５ｖＬＥＤディスエーブル」信号を示す。例えば、プラグインされている新しいセンサにおけるショートを捜している診断器は、ＬＥＤラインに問題がある場合、電圧調節器をターンオフする。
【００１６】
図３は、図１のＬＥＤ駆動インターフェース１６にある、プログラムされたロジック６２に接続される、図１からのプロセッサ２２を示す。プログラムされたロジック６２は、クロックのプロセッサ、同調パルス、およびパルス幅信号からの基本タイミング信号に応答して、図２の回路によって使用される異なる制御信号を提供する。
【００１７】
従って、本発明は、２つのインダクタの必要性を消去するために、インダクタとコンデンサとの間のスイッチ位置を移動させることによって、米国特許第６，２２６，５３９号に示される回路の改良を提供する。これは、２つの代わりに１つのインダクタのみを要求して、部品数を減少させるだけではなく、赤およびＩＲ駆動電流が同等のインダクタを使用するため、赤とＩＲ駆動電流との間により良いマッチングをも提供する。
【００１８】
本発明の他の局面において、ＬＥＤ駆動回路の磁気干渉に対する磁化率が減少される。この磁気干渉は、検出されたプレス（ｐｌｅｔｈ）波形を変形させ得る。これは、インダクタにおいてキャンセリングしている磁束を使用することによって最小化される。一実施形態において、これは図４に示される環状インダクタである。環状インダクタは、その磁束において幾何的対称性を有する。図５および図６に示されるように、他の実施形態は、デュアルコアクローズドボビンシールドインダクタを使用する。直列の両コアの巻線は、外部の磁界の効果をキャンセルするために使用される。これらの磁束キャンセリングインダクタは、図２の回路または従来技術のデュアルインダクタ実施形態のどちらにおいても使用され得る。図５は、円柱７２におけるボビン７０を有するデュアルコアインダクタを示す。ワイヤは、図６に示されるように、ギャップ７６を介して巻かれる。第１の巻線７８が時計回りである一方、第２の巻線８０は反時計回りである。平面図８２も示される。理想的には、一実施形態における合成インダクタンスは６８０μＨである。
【００１９】
図２の実施形態において示されるように、本発明は、Ｈブリッジトポロジを介して、背中合わせのＬＥＤへの電流の多重化を可能にする。代替的に、異なる数の負荷が提供され得る。本発明はＮ個の負荷に対してスケーラブルである。本発明は、支持構成要素の減少、構成要素の選択、ならびに「無損失」コンデンサおよびインダクタストレージ装置の性質を通じて、かなりの効率を提供する。図２の回路は、ＬＥＤに渡る順電圧ドロップの範囲を操作し得る。提供される電圧は、ＬＥＤ電圧ドロップに従って自動的に変化し、必要以上に電力を送出しない。
【００２０】
電流フィードバックが、絶縁を提供する、各ストレージコンデンサ（Ｃ６５およびＣ６６）からの容量性電流ディバイダによって提供され、回路はプロセッサにおけるＰＩループを介してダイナミックに制御される。フィードバックは、従来のインライン感知抵抗Ｒ１０で較正され得る。更に、この技術は、サンプリング期間の間の最適な信号−ノイズに対するピーク電流の調整を可能にする。
【００２１】
アップストリーム線形調節器３６の追加が、電力供給排除能力を強化する一方、ＰＩループは追加の電力供給不感を提供する（ドリフト、Ｐ−Ｐ、サージ等するために）。
【００２２】
当業者によって理解されるように、本発明は、その本質的特性から逸脱することなく、他の特定の形式において具体化され得る。例えば、２つの駆動ラインの代わりに、ＦＥＴトランジスタスイッチがインダクタに接続される他のレグを追加することによって、３つの駆動ラインが提供され得る。更に、これは、並列に接続される４つ以上のレグに対してスケーラブルであり得、Ｑ６、Ｑ８のレグおよびＱ５、Ｑ７のレグも同様である。従って、前述の記載は、例示することを意図されており、請求の範囲において説明される本発明の範囲を制限しない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を具体化する酸素濃度計のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に従った、ＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図３】図２の回路に対するタイミングおよび制御信号を生成するためのロジックの一実施形態のブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態において使用される環状インダクタの図である。
【図５】本発明の一実施形態に従った、デュアルコアインダクタの図である。
【図６】本発明の一実施形態に従った、デュアルコアインダクタの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2007525292.tif 000010
2007525292.tif 000011
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