單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)式CO2激光器電源

1 電腦控制系統(tǒng)組成

根據(jù)目前國(guó)外CO2激光治療機(jī)的各種功能要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)框圖如圖1所示。該電源控制系統(tǒng)可通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行如下幾方面的控制：①可以控制輸出功率大小并可對(duì)激光功率測(cè)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(shí)間，其時(shí)間間控制范圍是0．01－9．00秒。④監(jiān)測(cè)部分可自動(dòng)監(jiān)視水冷系統(tǒng)、激光器溫度、開(kāi)關(guān)電源的過(guò)流保護(hù)和開(kāi)路保護(hù)狀態(tài)等，一旦機(jī)器失靈，計(jì)算機(jī)可立即切斷激光電源并在顯示屏幕上顯示故障類(lèi)型。

顯示屏采用240128點(diǎn)陣式液晶屏，漢字顯示并采用菜單式選擇參數(shù)，使用方便。單片微機(jī)采用ATMELL公司的AT89C52并擴(kuò)充A／D和D／A轉(zhuǎn)換器及鍵盤(pán)輸入等電路。其軟件程序約7．5K。

2　開(kāi)關(guān)電源工作原理

根據(jù)醫(yī)生不同的臨床需求，CO2激光治療機(jī)有九種不同的激光輸出形式，如連續(xù)、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(shí)現(xiàn)的。為此我們研制了一種采用半橋自激式變換器的開(kāi)關(guān)電源，該電源與它激變換器方式的開(kāi)關(guān)電源相比有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：①起輝電壓高；②電源輸出電流連續(xù)可調(diào)，無(wú)工作死區(qū)；③電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。此外電源采用多級(jí)升壓法，降低了對(duì)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(kāi)關(guān)式CO2激光器電源框圖。主網(wǎng)絡(luò)由高頻噪聲抑制、軟啟動(dòng)、可控硅整流濾波、開(kāi)關(guān)變換、高頻升壓、多倍壓整流濾波等幾個(gè)部分組成?？刂撇糠钟奢o助電源、電壓調(diào)節(jié)控制電路、電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、工作保護(hù)電路、工作方式控制電路等幾部分組成。

3 開(kāi)關(guān)電源主要電路和設(shè)計(jì)

主頻噪聲抑制電路是由L、R、C組成的濾波網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。L1、L2同繞在一個(gè)環(huán)型磁芯上，圈數(shù)相等，方向相反，當(dāng)有高頻電流流過(guò)來(lái)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)大小相等方向相反的磁場(chǎng)，同時(shí)，L1、L2與C2、C3又組成一個(gè)共模濾波器，從而阻止了高頻電流的流過(guò)。R3、C1為高頻旁路，R4為放電電阻，通過(guò)R、 L、C電路既阻止了外界的高頻信號(hào)串入，又阻止了本電源的高頻信號(hào)進(jìn)入電網(wǎng)。

可控硅整流濾波和軟啟動(dòng)電路如圖4所示。由于本電源采用的是自激變換式，因此對(duì)輸出功率的調(diào)整是采用單向可控硅S2實(shí)現(xiàn)的。在控制信號(hào)端加上不同的相位控制信號(hào)G，使C5電容兩端電壓控制在0－300 V。R5為軟啟動(dòng)電阻，當(dāng)開(kāi)機(jī)瞬間電源通過(guò)R5對(duì)C5充電，使主回路工作。當(dāng)進(jìn)入正常工作時(shí)，R5被可控硅S1短路將不再起作用使主回路工作。當(dāng)進(jìn)入正常工作時(shí)，R5被可控硅S1短路將不再起作用R6、R7、C4、D1是控制S1導(dǎo)通電路。R8、C6用于保護(hù)可控硅S2。

開(kāi)關(guān)變換電路如圖5所示，當(dāng)X端由觸發(fā)電路觸發(fā)一次后，開(kāi)關(guān)管N1和N2將受I1、I2、I3的控制輪流導(dǎo)流（I1、I2、I3同繞在一個(gè)環(huán)型磁芯上），T3輸出端產(chǎn)生頻率約為20KHz的交變電壓U（100V－800V），該電壓經(jīng)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(hào)，可使CO2激光器按控制方式工作在連續(xù)、脈沖等多種工作方式，脈沖脈率可達(dá)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(lèi)型電源難以實(shí)現(xiàn)的。

4　結(jié)論

本CO2激光電源電路根據(jù)激光器的輸出功率的不同，設(shè)計(jì)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(jīng)多年CO2激光治療機(jī)使用驗(yàn)證表明，本激光電源具有節(jié)能、輸出功率連續(xù)可調(diào)、工作穩(wěn)定可靠、電路設(shè)計(jì)合理，工作效率達(dá)百分之八十九等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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〔2〕　張占松，蔡直三．開(kāi)關(guān)電源的原理設(shè)計(jì)．北京：電子工業(yè)出版社，1999