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直流調速器-單片機控制的開關式CO2激光器電源
發布時間 : 2018-06-14 14:23 瀏覽量 : 41

  為此,我們研制了單片機控制的開關式CO2激光器電源。此種電源具有控制靈活、穩定性好、體積小、重量輕、效率高并具有監測系統等許多優點。


1 電腦控制系統組成
  根據目前國外CO2激光治療機的各種功能要求,我們設計的電源系統框圖如圖1所示。該電源控制系統可通過鍵盤進行如下幾方面的控制:①可以控制輸出功率大小并可對激光功率測試和顯示;②可以選擇九種不同的工作方式;③可選擇激光照射時間,其時間間控制范圍是0.01-9.00秒。④監測部分可自動監視水冷系統、激光器溫度、開關電源的過流保護和開路保護狀態等,一旦機器失靈,計算機可立即切斷激光電源并在顯示屏幕上顯示故障類型。
  顯示屏采用240128點陣式液晶屏,漢字顯示并采用菜單式選擇參數,使用方便。單片微機采用ATMELL公司的AT89C52并擴充A/D和D/A轉換器及鍵盤輸入等電路。其軟件程序約7.5K。

2 開關電源工作原理
  根據醫生不同的臨床需求,CO2激光治療機有九種不同的激光輸出形式,如連續、脈沖、短脈沖、單脈沖等,采用工頻變壓器式CO2激光電源是難以控制和實現的。為此我們研制了一種采用半橋自激式變換器的開關電源,該電源與它激變換器方式的開關電源相比有以下幾方面的優點:①起輝電壓高;②電源輸出電流連續可調,無工作死區;③電路簡單,抗干擾能力強。此外電源采用多級升壓法,降低了對高頻變壓器絕緣的要求,減少了限流電阻的阻值(僅為10K-20K)并有良好的輸出特性。圖2為開關式CO2激光器電源框圖。主網絡由高頻噪聲抑制、軟啟動、可控硅整流濾波、開關變換、高頻升壓、多倍壓整流濾波等幾個部分組成??刂撇糠钟奢o助電源、電壓調節控制電路、電流檢測電路、電壓檢測電路、工作保護電路、工作方式控制電路等幾部分組成。
3 開關電源主要電路和設計
主頻噪聲抑制電路是由L、R、C組成的濾波網絡,如圖3所示。L1、L2同繞在一個環型磁芯上,圈數相等,方向相反,當有高頻電流流過來時,產生一個大小相等方向相反的磁場,同時,L1、L2與C2、C3又組成一個共模濾波器,從而阻止了高頻電流的流過。R3、C1為高頻旁路,R4為放電電阻,通過R、 L、C電路既阻止了外界的高頻信號串入,又阻止了本電源的高頻信號進入電網。
  可控硅整流濾波和軟啟動電路如圖4所示。由于本電源采用的是自激變換式,因此對輸出功率的調整是采用單向可控硅S2實現的。在控制信號端加上不同的相位控制信號G,使C5電容兩端電壓控制在0-300 V。R5為軟啟動電阻,當開機瞬間電源通過R5對C5充電,使主回路工作。當進入正常工作時,R5被可控硅S1短路將不再起作用使主回路工作。當進入正常工作時,R5被可控硅S1短路將不再起作用R6、R7、C4、D1是控制S1導通電路。R8、C6用于保護可控硅S2。
  開關變換電路如圖5所示,當X端由觸發電路觸發一次后,開關管N1和N2將受I1、I2、I3的控制輪流導流(I1、I2、I3同繞在一個環型磁芯上),T3輸出端產生頻率約為20KHz的交變電壓U(100V-800V),該電壓經高頻多倍壓整流電路,連接到CO2激光器上。在X端加不同的控制信號,可使CO2激光器按控制方式工作在連續、脈沖等多種工作方式,脈沖脈率可達1KHz。在脈沖工作方式下,激光輸出峰值功率是平均功率的四倍。這是其它類型電源難以實現的。

4 結論
  本CO2激光電源電路根據激光器的輸出功率的不同,設計不同的高頻升壓變壓器和多倍壓整流電路,可使輸出功率2-60瓦的CO2激光器工作。經多年CO2激光治療機使用驗證表明,本激光電源具有節能、輸出功率連續可調、工作穩定可靠、電路設計合理,工作效率達百分之八十九等優點。

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