单片机控制的开关式CO2激光器电源

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