CN108988638A - 微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源，包括：输入电路、变换电路、控制电路、保护电路。输入电路将输入的市电电源进行整流滤波，得到第一直流电；变换电路与输入电路的输出端连接，对第一直流电进行脉宽调制，将第一直流电变为占空比可调的方波脉冲，对方波脉冲进行升压、整流和滤波，得到第二直流电；控制电路与变换电路的输出端连接，对第二直流电的电压值采样；控制电路根据接收到的控制信号，输出与控制信号对应电流值的第三直流电；保护电路的输入端与变换电路中的脉宽调制芯片的输出端连接，监测第三直流电电流，如果过流或欠电流，将关闭第三直流电，防止损坏电源，防止磁控管跳模；保护电路的输出端分别与脉宽调制芯片的电源输入端和控制电路的电源输入端连接。

Description

微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源。
背景技术
现有微波治疗机磁控管阳极电源有2种方案：
第1种，将AC220V，50Hz的网电源电压经机械式接触调压器调压后，经工频变压器升压，再整流，作为磁控管阳极电源，调压是为了调节微波输出功率。这种方案体积较本申请提案大4倍、重量大10倍、能耗大2倍、输出功率误差为±30％，由于高压阳极电源没有滤波，微波被正弦波全波整流后的波形调制，输出是波动的，用示波器测量微波输出的包络线可看到，磁控管以50Hz的频率关闭和启动，
第2种，将AC220V，50Hz的网电源电压经固态调压器(可控硅)调压后，经工频变压器升压，再整流，作为磁控管阳极电源，调压是为了调节微波输出功率。这种方案体积、重量、能耗、输出精度和第1种方案，除重量减1倍外，无明显区别。
以上2种方案，在患者体位变化引起的负载阻抗不匹配时，会造成输出功率误差超过±30％，严重时会造成磁控管跳模，容易损坏磁控管。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明实施例提供一种微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源。
一种微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源包括：输入电路(11)、变换电路(12)、控制电路(13)、保护电路(14)；
所述输入电路(11)，将输入的市电电源进行整流滤波，得到第一直流电；
所述变换电路(12)与所述输入电路(11)的输出端连接，对所述第一直流电进行脉宽调制，将所述第一直流电变为占空比可调的方波脉冲，对所述方波脉冲进行升压、整流和滤波，得到第二直流电；
所述控制电路(13)与所述变换电路(12)的输出端连接，对第二直流电的电压值采样，如果过压，将关闭第二直流电；所述控制电路(13)根据接收到的控制信号，输出与所述控制信号对应电流值的第三直流电；
所述保护电路(14)由辅助电源供电，所述保护电路(14)的输入端与所述变换电路(12)中的脉宽调制芯片(31)的输出端连接，监测第三直流电电流，如果过流或欠电流，将关闭第三直流电；所述保护电路(14)的输出端分别与所述脉宽调制芯片(31)的电源输入端和所述控制电路(13)的电源输入端连接。
可选的，所述变换电路(12)包括：开关模块(21)、第一变压器(22)和倍压整流滤波模块(23)，
所述开关模块(21)与所述输入电路(11)的输出端连接，所述开关模块(21)对所述第一直流电进行脉宽调制，将所述第一直流电变为占空比可调的方波脉冲，所述开关模块(21)与第一变压器(22)一次端连接，通过所述第一变压器(22)升压，连接到所述倍压整流滤波模块(23)；
所述倍压整流滤波模块(23)与所述第一变压器(22)二次端连接，对升压后的波形整流和滤波，得到第二直流电。
可选的，所述开关模块(21)包括：脉宽调制芯片(31)、脉冲放大单元(32)、第二变压器(33)、第一驱动和开关单元(34)、第二驱动和开关单元(35)第一互感器(36)；
所述脉宽调制芯片(31)的输出端通过脉冲放大单元(32)与第二变压器(33)的一次侧连接；
第二变压器(33)的第一输出端通过第一驱动和开关单元(34)及串联的第一互感器(36)与第一变压器(22)的一次侧连接；
第二变压器(33)的第二输出端通过第二驱动和开关单元(35)与第一变压器(22)的一次侧连接；
所述第一互感器(36)与所述脉宽调制芯片(31)的第二输入端连接。
可选的，所述倍压整流滤波模块(23)包括：
两组串联的整流二极管，每组整流二极管包括4个串联的整流二级管与第一变压器(22)的二次侧的一端连接；
两个滤波电容，分别与第三直流电的两个输出端和第一变压器(22)的二次侧的另一端连接。
可选的，控制电路(13)包括：电光耦合器(51)、采样模块(52)、控制信号处理模块(53)和过压保护模块(54)；
所述控制信号处理模块(53)的输入端接收控制信号，所述控制信号处理模块(53)的输出端连接所述脉宽调制芯片(31)的第一输入端；
所述电光耦合器(51)的输入端通过所述采样模块(52)与所述变换电路(12)的输出端连接；
所述电光耦合器(51)的输出端通过所述过压保护模块(54)与所述控制信号处理模块(53)连接。
可选的，所述采样模块(52)包括：并联与所述电光耦合器(51)输入端的第一电容(521)和第一电阻(522)，以及串联于所述电光耦合器(51)输入端与所述变换电路(12)的输出端之间的三个第二电阻(523、524、525)，对第二直流电的电压值采样；
所述控制信号处理模块(53)包括：运算放大器(531)和运算放大器(532)，所述运算放大器(531)的输出端与所述运算放大器(532)的第二输入端连接；所述运算放大器(532)的第一输入端和输出端连接成跟随器与所述脉宽调制芯片(31)的第一输入端连接；
过压保护模块(54)的输出端与所述运算放大器(531)的第一输入端连接。
可选的，所述保护电路(14)包括：由辅助电源供电的双时基芯片(61)、电压转换芯片(62)和第二电容(63)，
所述双时基芯片(61)的输入端与所述脉宽调制芯片(31)的输出端连接，所述双时基芯片(61)的第一输出端与所述电压转换芯片(62)的关断脚连接，所述电压转换芯片(62)的输出端分别与所述脉宽调制芯片(31)的电源输入端及所述控制电路(13)的电源输入端连接。
所述双时基芯片(61)判断从所述脉宽调制芯片(31)获得的所述第三直流电是否过流或欠电流，当所述第三直流电过流或欠电流时，所述双时基芯片(61)的第一输出端输出TTL低电平到所述电压转换芯片(62)的关断脚，所述电压转换芯片(62)关断输出，停止为所述脉宽调制芯片(31)和所述控制电路(13)供电，所述第三直流电被关断，防止损坏电源，防止由于负载阻抗不匹配引起磁控管跳模；
所述双时基芯片(61)的第一输出端与第二电容(63)连接，在输出TTL高电平时为所述第二电容(63)充电；当所述所述第三直流电过流或欠电流时，输出TTL低电平，停止为所述第二电容(63)充电，所述第二电容(63)开始放电；
当所述第二电容(63)的电压降至所述辅助电源的电压的三分之一时，所述双时基芯片(61)的第一输出端输出TTL高电平到所述电压转换芯片(62)的关断脚，所述电压转换芯片(62)接通输出，恢复为所述脉宽调制芯片(31)和所述控制电路(13)供电；所述双时基芯片(61)恢复为所述第二电容(63)充电；
当所述第三直流电电流正常时，所述双时基芯片(61)的第一输出端输出TTL高电平到所述电压转换芯片(62)的关断脚，所述电压转换芯片(62)保持输出，所述第三直流电保持供电。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源的电路模块图；
图2为本发明实施例中变换电路12的结构图；
图3为本发明实施例中开关模块21的结构图；
图4为本发明实施例中开关模块21的具体电路图；
图5a为本发明实施例中控制电路13的结构图；
图5b为本发明实施例中控制信号处理模块53和采样模块52的电路结构图；
图5c为本发明实施例中控制电路13的具体电路图；
图6a为本发明实施例中保护电路14的结构图；
图6b为本发明实施例中保护电路14具体电路图；
图7为本发明实施例中微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源的具体电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源，其阳极电源包括：输入电路11、变换电路12、控制电路13和保护电路14。
其中，跳模是指磁控管工作模式发生改变，从一个模式跳变为另一个模式的现象。
输入电路11，将输入的市电电源进行整流滤波，得到第一直流电。
其中，市电电源为AC220V，50Hz网电源。
变换电路12与输入电路11的输出端连接，对第一直流电进行脉宽调制，将第一直流电变为占空比可调的方波脉冲，对方波脉冲进行升压、整流和滤波，得到第二直流电。
其中，第二直流电为不考虑可控恒流条件的直流电。
控制电路13与变换电路12的输出端连接，对第二直流电的电压值采样，如果过压，将关闭第二直流电；控制电路13根据接收到的控制信号，输出与控制信号对应电流值的第三直流电。如果控制信号电压不变，第三直流电回路电流也不变。
控制信号为0～5v，根据控制信号的电压值高低，可调整第三直流电的电流值为0～100mA范围内任一值。
保护电路14由辅助电源供电，保护电路14的输入端与变换电路12中的脉宽调制芯片31的输出端连接，监测第三直流电电流，如果过流或欠电流，将关闭第三直流电。保护电路14的输出端分别与脉宽调制芯片31的电源输入端和控制电路13的电源端输入端连接。
当第三直流电过流或欠电流时，脉宽调制芯片31和控制电路13供电被停止，第三直流电被关断，防止损坏电源，防止由于负载阻抗不匹配引起磁控管跳模；
本实施例中，微波治疗机磁控管的阳极电源，为高频高压可控恒流源，输出精度高，输出波形是平稳的直流，能耗比现有技术减少50％，体积和重量减小。
如图2-图4所示，变换电路12包括：开关模块21、第一变压器22和倍压整流滤波模块23。
开关模块21与输入电路11的输出端连接，开关模块21对第一直流电进行脉宽调制，将第一直流电变为占空比可调的方波脉冲，开关模块21与第一变压器22一次端连接，通过第一变压器22升压，连接到倍压整流滤波模块23。
倍压整流滤波模块23与第一变压器22二次端连接，对升压后的波形整流和滤波，得到第二直流电。
本实施例中，开关模块21、第一变压器22和倍压整流滤波模块23组成的一种新的电路拓扑——正反激变换器，这种电路拓扑继承了正激和反激的优点，不继承缺点，第一变压器22是一种新的工作特性。
如图3和图4所示，开关模块21包括：脉宽调制芯片31、脉冲放大单元32、第二变压器33、第一驱动和开关单元34、第二驱动和开关单元35、第一互感器36。
脉宽调制芯片31的输出端通过脉冲放大单元32与第二变压器33的一次侧连接；
第二变压器33的第一输出端通过第一驱动和开关单元34及串联的第一互感器36与第一变压器22的一次侧连接；
第二变压器33的第二输出端通过第二驱动和开关单元35与第一变压器22的一次侧连接；
第一互感器36与脉宽调制芯片31的第二输入端连接。
如图4所示，脉宽调制芯片31可以为UC3845芯片。脉冲放大单元32可由两个三极管组成。
如图4所示，倍压整流滤波模块23包括：两组串联的整流二极管，每组整流二极管包括4个串联的整流二级管与第一变压器22的二次侧的一端连接；两个滤波电容，分别与第三直流电的两个输出端和第一变压器22的二次侧的另一端连接。
本实施例的倍压整流滤波模块23，通过多个整流二级管串联，提高了耐压值；倍压整流滤波对滤波电容耐压要求也降低为第二直流电电压的一半。
如图5a、5b和5c所示，控制电路13包括：电光耦合器51、采样模块52、控制信号处理模块53和过压保护模块54，
控制信号处理模块53的输入端接收控制信号，控制信号处理模块53的输出端连接脉宽调制芯片31的第一输入端；
电光耦合器51的输入端通过采样模块52与变换电路12的输出端连接；
电光耦合器51的输出端通过过压保护模块54与控制信号处理模块53连接。
如图5b和图5c所示，采样模块52包括：并联与电光耦合器51输入端的第一电容521和第一电阻522，以及串联于电光耦合器51输入端与变换电路12的输出端之间的三个第二电阻523、524、525，对第二直流电的电压值采样；
控制信号处理模块53包括：运算放大器531和运算放大器532，运算放大器531的输出端与运算放大器532的第二输入端连接；运算放大器532的第一输入端和输出端连接成跟随器与脉宽调制芯片31的第一输入端连接；
过压保护模块54的输出端与运算放大器531的第一输入端连接。
本实施例中，如果第三直流电的电压值超出预设上限，控制信号处理模块53通过脉宽调制芯片31停止第三直流电输出。
磁控管阳极电压的波动和负载阻抗变化都会造成磁控管阳极电流的波动，对磁控管输出功率精度有影响，引起的误差可达±30％。磁控管阳极电流如果不变，微波输出功率就不变。当微波输出功率需要调节时，才调节磁控管阳极电流。
通过上述控制电路，采用0-5V的控制电压来改变开关电源的脉宽调制从而改变磁控管阳极电流来实现调节微波输出功率，比如控制信号可让磁控管输出30mA(如对应功率为30W)，阳极电压和负载阻抗在一定范围内改变，不会改变这个恒定的电流，也不会改变微波输出功率，可以将微波治疗设备输出功率精度提高到误差±5％。
如图6a和图6b所示，保护电路14包括：由辅助电源供电的双时基芯片61、电压转换芯片62和第二电容63。
双时基芯片61的输入端与脉宽调制芯片31的输出端连接，双时基芯片61的第一输出端与电压转换芯片62的关断脚连接，电压转换芯片62的输出端分别与脉宽调制芯片31的电源输入端及控制电路13的电源输入端连接；
双时基芯片61判断从脉宽调制芯片31获得的第三直流电是否过流或欠电流，当第三直流电过流或欠电流时，双时基芯片61的第一输出端输出TTL低电平到电压转换芯片62的关断脚，电压转换芯片62关断输出，停止为脉宽调制芯片31和控制电路13供电，第三直流电被关断，防止损坏电源，防止由于负载阻抗不匹配引起磁控管跳模；
双时基芯片61的第一输出端与第二电容63连接，在输出TTL高电平时为第二电容63充电；当第三直流电过流或欠电流时，双时基芯片61的第一输出端输出TTL低电平，停止为第二电容63充电，第二电容63开始放电；
当第二电容63的电压降至辅助电源的电压的三分之一时，双时基芯片61的第一输出端输出TTL高电平到电压转换芯片62的关断脚，电压转换芯片62接通输出，恢复为脉宽调制芯片31和控制电路13供电；双时基芯片61恢复为第二电容63充电；
当第三直流电电流正常时，双时基芯片61的第一输出端输出TTL高电平到电压转换芯片62的关断脚，电压转换芯片62保持输出，第三直流电保持供电。
其中，第二电容63的电压降至辅助电源的电压的三分之一所用的时间，就是重启延时时间。
如图7所示，本发明微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源的具体实施例电路，采用变压器升压，变压器的功率传输能力与频率基本上成正比，工作频率越高，传输的功率越大。本发明工作频率是25000Hz，磁芯是高频铁氧体。由于感抗也与频率成正比，变压器线圈的铜线同样也减少，本实施例的重量可以只有1kg左右。滤波电容的容抗，与频率成反比。频率高，容抗小，有利滤波，磁控管阳极电源滤波容易实现。
另外，本实施例的控制信号接口和辅助电源接口对网电源、对第三直流电有DC4000v的隔离，提高了本实施例外部人和设备的安全性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源，其特征在于，包括：输入电路(11)、变换电路(12)、控制电路(13)、保护电路(14)；
所述输入电路(11)，将输入的市电电源进行整流滤波，得到第一直流电；
所述变换电路(12)与所述输入电路(11)的输出端连接，对所述第一直流电进行脉宽调制，将所述第一直流电变为占空比可调的方波脉冲，对所述方波脉冲进行升压、整流和滤波，得到第二直流电；
所述控制电路(13)与所述变换电路(12)的输出端连接，对第二直流电的电压值采样，如果过压，将关闭第二直流电；所述控制电路(13)根据接收到的控制信号，输出与所述控制信号对应电流值的第三直流电；
所述保护电路(14)由辅助电源供电，所述保护电路(14)的输入端与所述变换电路(12)中的脉宽调制芯片(31)的输出端连接，监测第三直流电电流，如果过流或欠电流，将关闭第三直流电；所述保护电路(14)的输出端分别与所述脉宽调制芯片(31)的电源输入端和所述控制电路(13)的电源输入端连接。
2.根据权利要求1所述的微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源，其特征在于，所述变换电路(12)包括：开关模块(21)、第一变压器(22)和倍压整流滤波模块(23)，
所述开关模块(21)与所述输入电路(11)的输出端连接，所述开关模块(21)对所述第一直流电进行脉宽调制，将所述第一直流电变为占空比可调的方波脉冲，所述开关模块(21)与第一变压器(22)一次端连接，通过所述第一变压器(22)升压，连接到所述倍压整流滤波模块(23)；
所述倍压整流滤波模块(23)与所述第一变压器(22)二次端连接，对升压后的波形整流和滤波，得到第二直流电。
3.根据权利要求2所述的微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源，其特征在于，所述开关模块(21)包括：脉宽调制芯片(31)、脉冲放大单元(32)、第二变压器(33)、第一驱动和开关单元(34)、第二驱动和开关单元(35)第一互感器(36)；
所述脉宽调制芯片(31)的输出端通过脉冲放大单元(32)与第二变压器(33)的一次侧连接；
第二变压器(33)的第一输出端通过第一驱动和开关单元(34)及串联的第一互感器(36)与第一变压器(22)的一次侧连接；
第二变压器(33)的第二输出端通过第二驱动和开关单元(35)与第一变压器(22)的一次侧连接；
所述第一互感器(36)与所述脉宽调制芯片(31)的第二输入端连接。
4.根据权利要求2所述的微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源，其特征在于，所述倍压整流滤波模块(23)包括：
两组串联的整流二极管，每组整流二极管包括4个串联的整流二级管与第一变压器(22)的二次侧的一端连接；
两个滤波电容，分别与第三直流电的两个输出端和第一变压器(22)的二次侧的另一端连接。
5.根据权利要求1所述的微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源，其特征在于，控制电路(13)包括：电光耦合器(51)、采样模块(52)、控制信号处理模块(53)和过压保护模块(54)；
所述控制信号处理模块(53)的输入端接收控制信号，所述控制信号处理模块(53)的输出端连接所述脉宽调制芯片(31)的第一输入端；
所述电光耦合器(51)的输入端通过所述采样模块(52)与所述变换电路(12)的输出端连接；
所述电光耦合器(51)的输出端通过所述过压保护模块(54)与所述控制信号处理模块(53)连接。
6.根据权利要求5所述的微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源，其特征在于，
所述采样模块(52)包括：并联与所述电光耦合器(51)输入端的第一电容(521)和第一电阻(522)，以及串联于所述电光耦合器(51)输入端与所述变换电路(12)的输出端之间的三个第二电阻(523、524、525)，对第二直流电的电压值采样；
所述控制信号处理模块(53)包括：运算放大器(531)和运算放大器(532)，所述运算放大器(531)的输出端与所述运算放大器(532)的第二输入端连接；所述运算放大器(532)的第一输入端和输出端连接成跟随器与所述脉宽调制芯片(31)的第一输入端连接；
过压保护模块(54)的输出端与所述运算放大器(531)的第一输入端连接。
7.根据权利要求1所述的微波治疗机磁控管可控恒流防跳模阳极电源，其特征在于，所述保护电路(14)包括：由辅助电源供电的双时基芯片(61)、电压转换芯片(62)和第二电容(63)，
所述双时基芯片(61)的输入端与所述脉宽调制芯片(31)的输出端连接，所述双时基芯片(61)的第一输出端与所述电压转换芯片(62)的关断脚连接，所述电压转换芯片(62)的输出端分别与所述脉宽调制芯片(31)的电源输入端及所述控制电路(13)的电源输入端连接。
所述双时基芯片(61)判断从所述脉宽调制芯片(31)获得的所述第三直流电是否过流或欠电流，当所述第三直流电过流或欠电流时，所述双时基芯片(61)的第一输出端输出TTL低电平到所述电压转换芯片(62)的关断脚，所述电压转换芯片(62)关断输出，停止为所述脉宽调制芯片(31)和所述控制电路(13)供电，所述第三直流电被关断；
所述双时基芯片(61)的第一输出端与第二电容(63)连接，在输出TTL高电平时为所述第二电容(63)充电；当所述所述第三直流电过流或欠电流时，输出TTL低电平，停止为所述第二电容(63)充电，所述第二电容(63)开始放电；
当所述第二电容(63)的电压降至所述辅助电源的电压的三分之一时，所述双时基芯片(61)的第一输出端输出TTL高电平到所述电压转换芯片(62)的关断脚，所述电压转换芯片(62)接通输出，恢复为所述脉宽调制芯片(31)和所述控制电路(13)供电；所述双时基芯片(61)恢复为所述第二电容(63)充电；
当所述第三直流电电流正常时，所述双时基芯片(61)的第一输出端输出TTL高电平到所述电压转换芯片(62)的关断脚，所述电压转换芯片(62)保持输出，所述第三直流电保持供电。
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