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单片机控制的开关式CO2激光器电源

时间:02-09 来源:互联网 点击:

1 电脑控制系统组成

根据目前国外CO2激光治疗机的各种功能要求,我们设计的电源系统框图如图1所示。该电源控制系统可通过键盘进行如下几方面的控制:①可以控制输出功率大小并可对激光功率测试和显示;②可以选择九种不同的工作方式;③可选择激光照射时间,其时间间控制范围是0.01-9.00秒。④监测部分可自动监视水冷系统、激光器温度、开关电源的过流保护和开路保护状态等,一旦机器失灵,计算机可立即切断激光电源并在显示屏幕上显示故障类型。

显示屏采用240128点阵式液晶屏,汉字显示并采用菜单式选择参数,使用方便。单片微机采用ATMELL公司的AT89C52并扩充A/D和D/A转换器及键盘输入等电路。其软件程序约7.5K。

2 开关电源工作原理

根据医生不同的临床需求,CO2激光治疗机有九种不同的激光输出形式,如连续、脉冲、短脉冲、单脉冲等,采用工频变压器式CO2激光电源是难以控制和实现的。为此我们研制了一种采用半桥自激式变换器的开关电源,该电源与它激变换器方式的开关电源相比有以下几方面的优点:①起辉电压高;②电源输出电流连续可调,无工作死区;③电路简单,抗干扰能力强。此外电源采用多级升压法,降低了对高频变压器绝缘的要求,减少了限流电阻的阻值(仅为10K-20K)并有良好的输出特性。图2为开关式CO2激光器电源框图。主网络由高频噪声抑制、软启动、可控硅整流滤波、开关变换、高频升压、多倍压整流滤波等几个部分组成。控制部分由辅助电源、电压调节控制电路、电流检测电路、电压检测电路、工作保护电路、工作方式控制电路等几部分组成。

3 开关电源主要电路和设计

主频噪声抑制电路是由L、R、C组成的滤波网络,如图3所示。L1、L2同绕在一个环型磁芯上,圈数相等,方向相反,当有高频电流流过来时,产生一个大小相等方向相反的磁场,同时,L1、L2与C2、C3又组成一个共模滤波器,从而阻止了高频电流的流过。R3、C1为高频旁路,R4为放电电阻,通过R、 L、C电路既阻止了外界的高频信号串入,又阻止了本电源的高频信号进入电网。

可控硅整流滤波和软启动电路如图4所示。由于本电源采用的是自激变换式,因此对输出功率的调整是采用单向可控硅S2实现的。在控制信号端加上不同的相位控制信号G,使C5电容两端电压控制在0-300 V。R5为软启动电阻,当开机瞬间电源通过R5对C5充电,使主回路工作。当进入正常工作时,R5被可控硅S1短路将不再起作用使主回路工作。当进入正常工作时,R5被可控硅S1短路将不再起作用R6、R7、C4、D1是控制S1导通电路。R8、C6用于保护可控硅S2。

开关变换电路如图5所示,当X端由触发电路触发一次后,开关管N1和N2将受I1、I2、I3的控制轮流导流(I1、I2、I3同绕在一个环型磁芯上),T3输出端产生频率约为20KHz的交变电压U(100V-800V),该电压经高频多倍压整流电路,连接到CO2激光器上。在X端加不同的控制信号,可使CO2激光器按控制方式工作在连续、脉冲等多种工作方式,脉冲脉率可达1KHz。在脉冲工作方式下,激光输出峰值功率是平均功率的四倍。这是其它类型电源难以实现的。

4 结论

本CO2激光电源电路根据激光器的输出功率的不同,设计不同的高频升压变压器和多倍压整流电路,可使输出功率2-60瓦的CO2激光器工作。经多年CO2激光治疗机使用验证表明,本激光电源具有节能、输出功率连续可调、工作稳定可靠、电路设计合理,工作效率达百分之八十九等优点。

参考文献

〔1〕 何俊.医用CO2激光器的过去、现在和未来,激光杂志.1987,4-1999
〔2〕 张占松,蔡直三.开关电源的原理设计.北京:电子工业出版社,1999

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