CN108093545B - 一种红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路 - Google Patents

一种红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路，属于仪器设计领域；该驱动电路，由AC‑DC稳压模块、DC‑DC稳压模块、参考电压电路、取样电路、比较电路、积分电路构成。本发明红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路中积分电路由两级积分单元级联而成，提高了稳幅环路的锁定速度，引入一组负电源，使得驱动电路的稳幅环路更容易锁定，大大提高了驱动电路的输出电压范围，增强了对大功率卤素灯的驱动能力，输出电压范围达0～15V，能够满功率驱动150W卤素灯。使用本发明卤素灯驱动电路，设计的红外偏振光治疗仪，在输出光功率、偏振度等核心指标上，优于国外同类仪器，达领先水平。

Description

一种红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路
技术领域
本发明属于仪器设计领域，具体涉及一种红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路。
背景技术
红外偏振光治疗仪是一种采用世界最新光电技术，将光谱范围在0.6μm～1.6μm特殊光能作用于人体相应的疼痛部位和穴位，对患者进行治疗的仪器。根据配置不同的治疗头规格，使偏振光与近红外光的有效整合实现深浅组合、点面结合，功能强，疗效好，适用范围广，主要适用神经内科、疼痛科、康复理疗科等科室。通过人机界面、触摸屏和按键的交互控制，可以选择多种治疗模式供不同病患使用，还有药方病例的存储与加载、音乐舒缓治疗、安全检测报警、病例和治疗信息导出等一系列功能。
红外偏振光治疗仪原理如图1所示。CPU模块通过USB接口及USB接口芯片与FPGA相连接。USB接口芯片将USB总线转换成高速并行总线，并与FPGA进行通信，实现CPU对各线路板的控制。温度传感器检测机壳温度信号。紧急叫停接口输入紧急叫停按键信号。光纤限位接口输入光纤限位信号，用来检测光纤是否已经插好。功率模块开关控制信号通过光耦隔离后，输出至程控电压源模块，程控电压源模块即为本发明的卤素灯驱动电路。光功率参考信号通过D/A转换器转换成模拟信号后，输出至程控电压源模块。程控电压源模块上的卤素灯电压信号通过A/D转换器转换成数字信号。FPGA还对仪器面板上的设置锁定指示灯、开始/ 停止指示灯进行控制。来自键盘的行列信息通过键盘接口，与32位单片机相连接，按键信息经过编码后输出至RS232接口，该接口与CPU模块相连接。程控电压源模块输出直流电压信号驱动卤素灯。卤素灯发出的红外光经过滤光片滤波后，输出至光纤，经过光纤耦合后输出到治疗头，经过治疗头上的偏振光镜片转化为偏振光。
常规红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路原理如图2所示。由AC-DC稳压模块、DC-DC稳压模块、D/A参考电压电路、取样电路、比较电路、积分电路构成。AC-DC稳压模块把220V50Hz 交流电源信号转化成直流电源。DC-DC稳压模块将直流电源转化成驱动卤素灯的程控电压源。带有电压控制端TRIM信号的DC-DC稳压模块可以看成一个压控电压源，一般来说，压控曲线是非线性的，典型的压控曲线是负指数型的。例如，当TRIM控制信号的电压为0V时，DC-DC 稳压模块输出电压最高，输出电压相对TRIM电压曲线这时最陡峭，当TRIM控制信号的电压为最大值时，DC-DC稳压模块输出电压最低，约为0V，输出电压相对TRIM电压曲线这时最平滑。参考电压电路包括一个D/A转换电路，产生控制输出电压的参考信号。取样电路得到卤素灯驱动电路输出信号的电压。积分电路一般采用有源电路形式，由运算放大器、电容、供电电源等电路构成，通过比较参考信号与输出信号的电压，积分电路产生控制DC-DC稳压模块输出电压的负反馈信号。由于卤素灯通常采用直流驱动，很自然的，运算放大器的正电源输入脚接一个正电压电源，运算放大器的负电源输入脚接地。这种电路形式，在输出最高电压时，稳幅环路不易锁定，限制了最大输出电压，影响了卤素灯驱动电路的带负载能力。以驱动15V 10A卤素灯为例，其最高输出电压可达12V左右，不能满功率驱动150W卤素灯。
发明内容
针对常规红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路最大输出功率偏低，不能充分满足大功率卤素灯的满功率驱动要求，本发明提出了一种驱动能力强、电压范围宽、体积小、精度高的红外偏振光治疗仪卤素灯高性能驱动电路，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路，包括AC-DC稳压模块、DC-DC稳压模块、参考电压电路、取样电路、比较电路和积分电路；
AC-DC稳压模块，被配置为用于将220V 50Hz交流电源信号转化成直流电源；
DC-DC稳压模块，被配置为用于将直流电源转化成驱动卤素灯的大功率程控电压源；
参考电压电路，包括一个D/A转换电路，被配置为用于产生控制输出电压的参考信号；
取样电路，被配置为用于获取卤素灯驱动电路输出信号的电压；
比较电路，被配置为用于比较参考信号与输出信号的电压；
积分电路，包括运算放大器、电容和供电电源，被配置为用于产生控制DC-DC稳压模块输出电压的负反馈信号。
优选地，积分电路由两级积分单元级联而成，供电电源包括一组负电源，被配置为用于使得驱动电路的稳幅环路更容易锁定，提高驱动电路的输出电压范围
本发明所带来的有益技术效果：
该红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路中积分电路由两个积分单元级联而成，提高了稳幅环路的锁定速度，引入一组负电源，使得驱动电路的稳幅环路更容易锁定，大大提高了驱动电路的输出电压范围，增强了对大功率卤素灯的驱动能力，输出电压范围达0～15V，能够满功率驱动150W卤素灯。使用本发明卤素灯驱动电路，设计的红外偏振光治疗仪，在输出光功率、偏振度等核心指标上，优于国外同类仪器，达领先水平。
附图说明
图1为红外偏振光治疗仪原理框图。
图2为常规红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路原理框图。
图3为本发明红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路原理框图。
图4为本发明红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路DC-DC电路原理框图。
图5为本发明红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路DC-DC电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图3所示，一种红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路，由AC-DC稳压模块、DC-DC稳压模块、参考电压电路、取样电路、比较电路、积分电路构成。AC-DC稳压模块把220V 50Hz交流电源信号转化成24V直流电源。DC-DC稳压模块将24V直流电源转化成驱动卤素灯的150W 大功率0～15V程控电压源。参考电压电路包括一个D/A转换电路，产生控制输出电压的参考信号。取样电路得到卤素灯驱动电路输出信号的电压。积分电路由运算放大器、电容、供电电源等电路构成，通过比较参考信号与输出信号的电压，积分电路产生控制DC-DC稳压模块输出电压的负反馈信号。本发明积分电路由两级积分单元级联而成，使得积分电路的低频增益加大，增大了对误差电压的灵敏度，提高了稳幅环路的锁定速度。通过给积分电路增加一组负电源，使得驱动电路的稳幅环路更容易锁定，大大提高了驱动电路的输出电压范围。本发明采用高集成度、高开关频率的大功率AC-DC稳压模块、DC-DC稳压模块，大大降低了电路的体积。以驱动15V 10A卤素灯为例，其最高输出电压可达15V，能够满功率驱动150W卤素灯。
图4是本发明红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路DC-DC电路原理框图，图5是本发明红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路DC-DC电路原理图。
U1是带有电压控制端信号的DC-DC稳压模块，其电压控制端信号是TRIM，开关控制端信号是ON/OFF，电源信号输出到插座X2。插座X3与控制板相连接，其中VOL_TEST是输出电压检测信号，ON/OFF是开关控制信号，VOLTREF是参考电压信号，以及+1.8V电源信号，地信号。本发明中，运算放大器D2、电容C9等组成比较及第一级有源积分电路。U1输出电压经电阻R2、R3、R4衰减后，连接至运算放大器D2的信号负输入端。参考电压VOLTREF经电阻 R6、R7衰减后，连接至运算放大器D2的信号正输入端。运算放大器D1、电容C13等组成第二级有源积分电路，输出信号经R12、R13限流保护电阻，连接至U1的电压控制端TRIM，其中V1是保护二极管。本发明中，U2是正负电源变换芯片，将输入的+1.8V转化成-1.8V，再经过电阻R54、电位器R55分压后，输出-0.5V电压，连接至运算放大器的负电源引脚。本发明中，运算放大器的负电源所消耗的电流非常小，为毫安级。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路，其特征在于：包括AC-DC稳压模块、DC-DC稳压模块、参考电压电路、取样电路、比较电路和积分电路；
AC-DC稳压模块，被配置为用于将220V 50Hz交流电源信号转化成直流电源；
DC-DC稳压模块，被配置为用于将直流电源转化成驱动卤素灯的大功率程控电压源；
参考电压电路，包括一个D/A转换电路，被配置为用于产生控制输出电压的参考信号；
取样电路，被配置为用于获取卤素灯驱动电路输出信号的电压；
比较电路，被配置为用于比较参考信号与输出信号的电压；
积分电路，包括运算放大器、电容和供电电源，被配置为用于产生控制DC-DC稳压模块输出电压的负反馈信号；
积分电路由两级积分单元级联而成，供电电源包括一组负电源，被配置为用于使得驱动电路的稳幅环路更容易锁定，提高驱动电路的输出电压范围。
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