Acoustic noise analysis of multiplexed strategies in multi-output converters for induction cooktops

Recent developments in domestic induction heating seek to increase the cooking surface flexibility while maintaining cost-effective implementations. In order to do so, the interconnection of classical topologies or the optimized design of new ones is being prospected. This approach usually leads to a higher complexity in the power control strategies. Thus, multiplexed load power control is used due to its versatility with the different topologies. Despite the advantages of this technique, power variations over the different pots generate a change in the forces between those and the inductors that might generate acoustic noise. This paper analyses multiplexed load power control and its restrictions and presents a modulation strategy based on switching frequency and duty cycle variation that allows a soft-transient load activation and deactivation, reducing the generated acoustic noise

Sistema para el tratamiento de cáncer basado en electroporación irreversible

La electroporación es una técnica consistente en la exposición celular a campos eléctricos de alta intensidad, favoreciendo de este modo el aumento de la permeabilidad de sus membranas y permitiendo la circulación de iones y macromoléculas a través de esta. Este aumento de la permeabilidad está vinculado a la afectación de todo el contorno de la membrana celular. Hay dos tipos de electroporación. En una electroporación ligera una vez suspendido el campo eléctrico, los mecanismos de auto-reparación permiten restablecer los poros generados recobrándose así la permeabilidad selectiva que favorece la homeostasia de la célula. Si esto se produce podemos hablar de lo que se denomina electroporación reversible (EPR). En cambio, si la estimulación de la membrana ha sido suficiente puede provocarse una afectación no reversible, la cual recibe el nombre de electroporación irreversible (EPI). En condiciones muy extremas de poración, la célula no es capaz de recuperar el equilibrio y se desencadena la lisis celular, muerte natural. Si se persigue la muerte celular, el método de la electroporación irreversible es el más directo y seguro, aunque también una electroporación con niveles de tensión menores pero prolongada en el tiempo puede provocar alteraciones a nivel celular suficientes para provocar la muerte necrótica o apóptica de la célula. Las propiedades de la electroporación pueden usarse para producir muerte celular en tratamientos médicos. La principal ventaja que presenta la electroporación, aplicada a los procesos de muerte programada, respecto a otros métodos como el tratamiento por hipertermia, es que induce a la muerte celular sin producir calentamiento del tejido circundante, evitando así sus efectos adversos en el resto del tejido sano. El objetivo del presente trabajo es investigar el diseño de un sistema electrónico para la aplicación de tratamientos con niveles de tensión elevados (en torno a 15kV) que permitan verificar de manera experimental los rangos de aplicación de la electroporación sin que la barrera tecnológica de campo eléctrico, 2500V/cm, o mantenimiento del pulso, 100 µs, sean limitantes. Además de presentar un planteamiento general de la arquitectura del equipo, en este trabajo fin de máster se profundizará en el aspecto más desconocido: el diseño del acoplamiento electromagnético del pulso y la adaptación a una determinada carga. El tipo de señal requerida para el rango de la aplicación es de alta potencia y alta frecuencia. Para ello se propondrá una metodología de diseño basada en hipótesis del estado de la técnica, que se verificará finalmente a partir de la comparación de los valores teóricos y de los resultados numéricos extraídos de los ensayos realizados con el prototipo. El presente trabajo está enmarcado en una línea de colaboración de la Universidad de Zaragoza con un grupo multidisciplinar (formado por cirujanos, veterinarios e ingenieros) de otras Universidades y centros de investigación

Integración de control, medida y ensayos de un electroporador para tratamientos quirúrgicos

El presente trabajo está enmarcado en una línea de colaboración de la Universidad de Zaragoza con un grupo multidisciplinar (formado por cirujanos, veterinarios e ingenieros) de otras Universidades y centros de investigación. Se colaborará en la investigación del diseño de un sistema electrónico para la aplicación de tratamientos con niveles de tensión elevados (en torno a 15kV) que permitan verificar de manera experimental los rangos de aplicación de la electroporación sin que la barrera tecnológica de campo eléctrico, 2500V/cm, o mantenimiento del pulso, 100 μs, sean limitantes. La electroporación es una técnica que consistente en la exposición celular a campos eléctricos de alta intensidad, favoreciendo de este modo el aumento de la permeabilidad de sus membranas y permitiendo la circulación de iones y macromoléculas a través de esta. Este aumento de la permeabilidad está vinculado a la afectación de todo el contorno de la membrana celular. Hay dos tipos de electroporación, electroporación reversible (EPR) e irreversible (EPI). En la segunda, la afección en la membrada no es reversible y por tanto la célula no es capaz de recuperar el equilibrio y se desencadena la lisis celular, muerte natural. En la persecución de la muerte celular, la EPI es el método de electroporación más directo y sus propiedades pueden usarse en tratamientos médicos. La principal ventaja de la electroporación, es que induce la muerte celular sin producir calentamiento del tejido circundante, evitando así sus efectos adversos en el resto de tejido sano. Se tendrá como propósito 3 hitos principales. Se comenzará por el estudio y análisis del pulso de electroporación partiendo del modelo eléctrico generador-tejido, con el objetivo de cuantificar , para cada forma de onda de pulso, cuál es su ancho de banda efectivo. La siguiente meta a superar, será el diseño e implementación de una topología de acoplador/atenuador capaz de capturar la forma de onda procedente del tratamiento aplicado al tejido. Dicha topología, deberá conseguir baja distorsión de pulso, atenuación planteada y cumplir BW adecuado independientemente de la carga del osciloscopio o de las tolerancias de los parámetros. Por último, en este Trabajo Fin de Grado se desarrollará un proyecto software de control básico que permita al personal cualificado, el dominio de los parámetros de la forma de onda requerida, así como de su creación y aplicación en tiempo real. Como objetivo final se plantea, la verificación y puesta en marcha de los prototipos a desarrollar

Diseño de inversor de potencia para sistema electrónica de tratamiento de cáncer mediante electroporación irreversible

El presente trabajo está enmarcado en una línea de colaboración de la Universidad de Zaragoza con un grupo multidisciplinar (formado por cirujanos, veterinarios e ingenieros) de otras Universidades y centros de investigación. Se colabora en la investigación del diseño de un sistema electrónico para tratamiento de cáncer mediante electroporación irreversible. El objetivo principal es verificar de manera experimental los rangos de aplicación de la electroporación y su viabilidad sin que la barrera tecnológica de pulso (10-100μs) y campo eléctrico (2500V/cm) sean limitantes. Es, por lo tanto, un proyecto de investigación donde se pretende acotar los límites de aplicación, la viabilidad, y los futuros pasos a seguir de una tecnología todavía no madura. La electroporación es una técnica consistente en la exposición celular a campos eléctricos de alta intensidad, favoreciendo de este modo el aumento de la permeabilidad de sus membranas y permitiendo la circulación de iones y macromoléculas a través de esta. Este aumento de la permeabilidad está vinculado a la afectación de todo el contorno de la membrana celular. En este proyecto se desarrolla la técnica de electroporación irreversible, la cual está caracterizada por la necesidad de aportar al tejido grandes tensiones y corrientes en pulsos estrechos. No es, por lo tanto, una técnica habitual. La principal ventaja de la electroporación irreversible como método de muerte celular programada es que induce la muerte celular sin producir calentamiento del tejido circundante, evitando así sus efectos adversos en el resto de tejido sano. Dentro de este contexto, en el presente trabajo de fin de carrera se presentará, en primer lugar, un planteamiento general de la arquitectura del equipo. Tras ello, la meta a superar será el diseño e implementación del Inversor de Potencia y de su sistema de control. Por último, se diseñará una placa de circuito impreso (PCB) que implemente de forma eficiente las funciones de control y seguridad del inversor. En conjunto, el sistema deberá cumplir las especificaciones necesarias, así como estar dotado de ciertos sistemas de seguridad y de una flexibilidad que permitan el estudio de posibles mejoras y añadidos en el futuro. Todo ello planteado como paso previo a un prototipo de sistema completo de electroporación. Como objetivo final se plantea la verificación y la puesta en marcha del hardware de control desarrollado

Normativa y ensayos aplicables a equipo electrónico para tratamiento de cáncer mediante electroporación

En este Trabajo de Fin de Grado se presenta el estudio de un sistema electrónico para tratamiento de cáncer mediante electroporación irreversible (IRE). El objetivo de ese estudio es asimilar el conjunto de normativas disponibles que se aplican al equipo electromédico y determinar qué condiciones tiene que cumplir y la manera de verificarlo. En la memoria se recopila inicialmente un estado del arte sobre la electroporación y una descripción de los sistemas electroporadores actualmente presentes en el mercado. Tras analizar el estado del arte, se pasa a describir las características y prestaciones del equipo estudiado. Dicho equipo fue desarrollado por el Grupo de investigación de Electrónica de Potencia y Microelectrónica (GEPM) de la Universidad de Zaragoza. El amplio estudio de la normativa permite recopilar una serie de requisitos que el equipo debe de cumplir para garantizar la seguridad para el paciente y el operador durante su uso en una operación quirúrgica. La normativa también señala una serie de ensayos destinados a verificar la conformidad del equipo en los requisitos previamente descritos. Esta memoria plantea una secuencia ordenada de ensayos de conformidad según lo expuesto en la normativa y proporciona instrucciones detalladas sobre cómo llevar a cabo dichos ensayos. Por otro lado, también se detalla la documentación a presentar si se desean superar los trámites legales para obtener la autorización para realizar investigaciones clínicas (ensayos en humanos). En concreto, se plantean una serie de pautas para desarrollar un plan de investigaciones clínicas basándose en la información disponible sobre ensayos clínicos similares de otros equipos para electroporación.<br /

Desarrollo e Implementación de Técnicas y Dispositivos para la Aplicación de Electroporación como Tratamiento Tumoral

La electroporación es un fenómeno que aumenta la permeabilidad de las membranas celulares mediante pulsos de campo eléctrico. Entre sus aplicaciones, la ablación tumoral presenta importantes ventajas derivadas de la ausencia de efectos térmicos. Este artículo detalla los dispositivos y técnicas desarrollados que permiten optimizar y controlar dichos tratamientos

Implementación de multi-inversor resonante mediante dispositivos de banda ancha para calentamiento por inducción doméstico

En este artículo se propone la implementación de un inversor multi-salida mediante dispositivos de banda ancha (WBG) para calentamiento por indcción doméstico. Esta solución reduce las pérdidas de conmutación posiblitando la aplicación de estrategias de modulación más versátiles y precisas en el control de potencia

Etapas electrónicas de potencia resonantes multi-salida para calentamiento por inducción doméstico

En este artículo se propone una etapa inversora matricial multi-salida controlada mediante una estrategia de modulación asimétrica para su utilización en cocinas de inducción de superficie flexible. De esta forma se consigue una implementación con un número reducido de dispositivos y que ofrece un control de potencia versátil y preciso

Sistema portátil de calentamiento por inducción para la desinfección de prótesis implantadas

Prosthetic implants, such as knee or hip prostheses, have significantly improved the wellbeing of citizens with articulation problems. However, there are still significant challenges in these procedures, being recurring infections one of the most challenging. In this context, hyperthermia has been studied as an effective alternative to antibiotics for biofilm eradication. Among the different heating alternatives, induction heating arises as the idoneous for this application due to its contactless nature and the metallic alloys used in prosthesis. This papers details the design of a portable induction heating system for implanted prosthesis disinfection.Los implantes protésicos, como las prótesis de rodilla o cadera, han mejorado notablemente el bienestar de los ciudadanos con problemas de articulación. Sin embargo, estos procedimientos siguen planteando importantes retos, siendo las infecciones recurrentes uno de los más difíciles. En este contexto, se ha estudiado la hipertermia como alternativa eficaz a los antibióticos para la erradicación del biofilm. Entre las diferentes alternativas de calentamiento, el calentamiento por inducción surge como la idónea para esta aplicación debido a su naturaleza sin contacto y a las aleaciones metálicas utilizadas en las prótesis. En este trabajo se detalla el diseño de un sistema de calentamiento por inducción portátil para la desinfección de prótesis implantadas

Posicionamiento tumoral mediante multielectrodos y redes neuronales

En este trabajo se ha propuesto un método basado en redes neuronales que permite estimar la posición de un tumor por medio de un generador multisalida, estructuras multi-electrodo y redes neuronales, para mejorar el control, focalización, y homogeneidad de las aplicaciones médicas actuales de la electroporación