CN201118516Y - 远程调速控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种控制电路，一种控制电路，包括一个远程控制电路、一个触发电路、一个双向可控硅、一个方向控制电路、一个力矩电机，所述远程控制电路将一方向信号输出到所述方向控制电路，所述触发电路用于触发所述双向可控硅，所述双向可控硅与所述方向控制电路相连，所述方向控制电路对所述力矩电机进行控制，所述触发电路包括一个脉冲整形电路、一个交流电过零点检测电路、一个计数器电路、一个隔离电路，所述远程控制电路将一信号输入到所述脉冲整形电路，所述脉冲整形电路的输出和所述交流电过零点检测电路的输出分别与所述计数器电路的输入相连，所述计数器电路的输出与所述隔离电路的输入相连。

Description

远程调速控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种控制电路，尤其是一种用于X光机的远程调速控制电路。

背景技术

为了拍片和透视的需要，X光机通常配有一个压迫机构(CompressionUnit)，通过调整病灶部位压迫力的大小来获取更高质量的影像。实际工作中通常使用一个单相交流力矩电机对压迫机构进行驱动。由于力矩电机的机械特性比普通电机的机械特性要软的多，在压迫机构对病灶部位进行压迫时，该力矩电机在压迫机构的压力达到一定大小时产生堵转，堵转发生后力矩电机不再转动，但是压迫机构仍然保持一定的压力，该压力与施加在力矩电机上的电压成正比。

如上所述，X光机中包含压迫机构及驱动该压迫机构的力矩电机。由于X射线对人体组织有一定的副作用，为了保护医生不受X射线伤害，需要通过一个远程的控制台对压迫机构进行控制，即在远程控制力矩电机上的电压，从而达到控制压迫机构的目的。远程的控制台与X光机之间设置有一段距离，中间用铅玻璃进行分隔。现有技术中，对力矩电机的控制主要采用以双向二极管触发双向可控硅的方式来实现，如图1所示。

图1中位于左侧的是一个可供医生进行操作的远程控制电路，该电路中设有一个可调电阻RP1。中间部分为一个位于X光机中的触发电路，包括一个充电电阻R1、一个充电电容C1、一个双向二极管Q1。通过可调电阻RP1、充电电阻R1对充电电容C1进行充电。当充电到达一定幅值时，双向二极管Q1导通，此时就能够触发双向可控硅Q2。一旦双向可控硅Q2被触发，位于图1右侧的力矩电机M上就获得电源。由于在每个交流电周期都进行触发，因此触发波形的宽度与可调电阻RP1、充电电阻R1以及充电电容C1的大小有关。在充电电阻R1和充电电容C1为固定值的情况下，主要是对可调电阻RP1进行调节来控制触发波形的宽度。也就是说，通过调节可调电阻RP1阻值的大小来调节双向可控硅Q2触发的相位角。电阻R2和电容C2则组成一个谐波吸收回路，用于吸收双向可控硅Q2通断时产生的谐波。C3为电机M的运转电容。

在图1所示的电路中，如果要调节可调电阻RP1阻值的大小从而实现可控硅触发的远程控制，只有通过延长可调电阻RP1的引出线达到上述目的。延长可调电阻RP1的引出线会带来以下缺点：

首先，因为图1所示的电路为强电回路，而可调电阻RP1位于该强电回路中，如果可调电阻RP1的引线过长，就会增加不安全因素。例如在可调电阻RP1绝缘性能变差的时候，如果医生不小心接触了该可调电阻RP1，医生就有可能受到危险。因此需要增加额外的保护措施来避免这种危险的发生。

其次，由于可调电阻RP1电阻的引出线加长，在引出线上会产生干扰信号，从而影响电机输出的稳定性。

除了上述两个不利之处，图1所示的电路中双向二极管Q1受温度影响比较明显，起导通值会随着温度的变化而作相应的改变，导致影响该电路的精度。而且充电电容C1也会受到温度的影响，进一步降低电路的精度。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种控制电路，使得通过远程的控制台能够更加准确地对位于远程控制力矩电机上的电压进行控制，并且无需延长可调电阻的引出线，从而使得该控制电路更加安全和稳定。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：一种控制电路，包括一个远程控制电路、一个触发电路、一个双向可控硅、一个方向控制电路、一个力矩电机，所述远程控制电路将一方向信号输出到所述方向控制电路，所述触发电路用于触发所述双向可控硅，所述双向可控硅与所述方向控制电路相连，所述方向控制电路对所述力矩电机进行控制，其特征在于，所述触发电路包括一个脉冲整形电路、一个交流电过零点检测电路、一个计数器电路、一个隔离电路，所述远程控制电路将一信号输入到所述脉冲整形电路，所述脉冲整形电路的输出和所述交流电过零点检测电路的输出分别与所述计数器电路的输入相连，所述计数器电路的输出与所述隔离电路的输入相连。

根据本实用新型的一个方面，所述远程控制电路中具有一个微型中央控制单元，所述远程控制电路的信号为所述微型中央控制单元输出的信号。

根据本实用新型的另一个方面，所述微型中央控制单元还输出一个使能信号作为一个与门的输入，所述交流电过零点检测电路的输出作为所述与门的另一个输入，所述与门的输出与所述计数器电路的复位输入端相连。

根据本实用新型的又一个方面，所述脉冲整形电路的输出与所述计数器电路的时钟输入端相连。所述脉冲整形电路由一个与非门构成。所述计数器电路采用14位二进制串行计数器/分频器。

根据本实用新型的再一个方面，所述输入到脉冲整形电路的信号为一脉宽调制信号。

另外，所述控制电路中具有一个电源，所述双向可控硅和所述力矩电机分别与所述电源的一端相连。

所述控制电路中具有一个变压器，该变压器分别向所述脉冲整形电路、所述交流电过零点检测电路、所述计数器电路、所述隔离电路、所述方向控制电路提供一直流电源，并向所述交流电过零点检测电路提供一交流电源。所述直流电源和所述交流电源分别为+5V和15V。

本实用新型的控制电路解决了微处理器对远程控制力矩电机的远程控制问题，存在以下优点：

1、在远程信号线上传输的是低压信号，不需要增加额外的安全措施。

2、在远程信号线上传输的PWM信号是数字信号，抗干扰能力强，而且在远程控制电路上具有脉冲整形功能，进一步增强了抗干扰性能。

3、由于采用数字PWM信号控制电路的输出电压，使得输出电压受温度影响比较小，增强了电压的稳定性。

4、相对于现有技术中原有的压迫机构，采用单相交流力矩电机配套本电路的方案，可以降低生产成本。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述，其中：

图1是现有技术中使用的以双向二极管触发双向可控硅的方式来实现对力矩电机的控制的电路。

图2是本实用新型实施例中的远程调速控制电路。

图3是本实用新型实施例中的脉冲整形电路部分的组成电路。

图4是本实用新型实施例中的交流电过零点检测电路部分的组成电路。

图5是图4所示的交流电过零点检测电路中的输出波形。

图6是本实用新型实施例中的计数器部分的组成电路。

图7是图6所示的计数器电路中计数器达到设定值之后计数器输出高电平的示意图。

图8是本实用新型实施例中的触发电路和方向控制电路部分的组成电路。

图9a是在本实用新型中远程调速控制电路输出的PWM信号脉冲频率较低时力矩电机的输出波形。

图9b是在本实用新型中远程调速控制电路输出的PWM信号脉冲频率中等时力矩电机的输出波形。

图9c是在本实用新型中远程调速控制电路输出的PWM信号脉冲频率较高时力矩电机的输出波形。

具体实施方式

图2是本实用新型实施例中的远程调速控制电路。图2左侧为远程控制电路(Remote Control Circuit)，通常位于X光机的控制室内，医生可以对该远程控制电路进行操作。该远程控制电路中含有一个微型中央处理单元。

图2的右侧为本实用新型的控制电路的主要组成部分，由脉冲整形电路、交流电过零点检测电路、计数器电路、隔离电路、双向可控硅和方向控制电路组成。远程控制电路输出一个方向信号到方向控制电路，且该方向控制信号可手动设置。微型中央处理单元输出一个脉冲宽度调节信号PWM给脉冲整形电路，脉冲整形电路的输出连接到计数器电路的时钟输入端CLK。微型中央处理单元还输出一个使能信号给一个与门的一个输入端。交流电过零点检测电路的输出信号连接到与门的另外一个输入端。与门的输出端连接到计数器电路的复位端RST。计数器电路的输出信号连接到隔离电路的输入端，隔离电路输出的触发脉冲连接到一个开关元件，通常是一个双向可控硅的输入端，该双向可控硅的输出连接到方向控制电路的一个输入端，并且该双向可控硅与控制电路的一个110V电压的一端相连。方向控制电路再与力矩电机相连，力矩电机接到所述110V电压的另一端。

图3是本实用新型实施例中的脉冲整形电路的组成电路。该脉冲整形电路主要由一个与非门构成，主要目的是隔离远程线路中的干扰。该与非门可以采用标准的电子器件，例如U4B。微型中央处理单元输出的脉冲宽度调节信号PWM直接与U4B的4脚和5脚连接，U4B的5脚还经过一个电阻R21接地。U4B的6脚的输出一方面通过一个上拉电阻R18连接到+5V的电源上，另一方面通过一个输出电阻R20连接到计数器电路的时钟输入端CLK。

图4是本实用新型实施例中交流电过零点检测电路的组成电路。图4中由变压器输出的是50Hz、15V的交流电。该交流电由控制电路中的一个变压器供给，该变压器除了向交流电过零点检测电路供给15V的交流电外，还分别向脉冲整形电路、交流电过零点检测电路、计数器电路、隔离电路、方向控制电路提供一个+5V直流电源。15V交流电经过整流桥D1整流之后，输出100Hz的正弦波正向脉冲，此正向脉冲经过限流电阻R3后，使发光二极管DS1发光，并加到比较器的同相输入端。分压电阻R5、R6将+5V电压分压加到比较器的反向输入端。比较器的输出经过一个上拉电阻R7连接到+5V电源，经过一个输出电阻R8得到最终的输出信号。该比较器的1、4脚与地相连，5、6脚为空脚、8脚接+5V电源。

比较器输出的是一方波信号，即交流电过零点信号。图5是图4所示的交流电过零点检测电路中的输出波形。位于图5上方的是发光二极管DS1两端的波形，而位于图5下方的是经过比较器输出的交流电过零点信号。从图5中可以看出，该交流电过零点信号为一个连续的方波。

从上述可知，一方面，脉冲整形电路201的输出通过一个输入电阻R24连接到计数器电路203的时钟输入端CLK，另一方面，交流电过零点检测电路的输出和一个使能信号相“与”后通过一个输入电阻R22连接到计数器电路的复位端RST。图6是本实用新型实施例中的计数器部分的组成电路。计数器电路由逻辑电路CD4060构成，CD4060是14位二进制计数器，最大的计数值可以达到214，通过选择它的引脚来确定需要计数的数值。时钟输入端(CLK0)连接逻辑电路的脚10，复位端RST连接脚12，时钟输入端(CLK1)的脚11通过一个功能电阻R23接地，8脚接地GND，工作电压+5V连接到16脚，通过该逻辑电路的4脚进行输出并且输出通过一个上拉电阻R25连接到+5V电压上，其他脚为空。

如图6所示，采用交流电过零点信号对计数器进行复位，复位之后，计数器开始对PWM脉冲进行计数，当计数器数值达到设定值之后，计数器输出高电平。图7是图6所示的计数器电路中计数器达到设定值之后计数器输出高电平的示意图。图7所示的计数器设置为2⁴，也就是说，计数器从收到交流电过零点信号时刻开始计数，每收到16个PWM脉冲信号以后输出一个高电平，该高电平一直持续到计数器接收到下一个交流电过零点信号，再变为低电平。此时一个计数周期结束。

交流电过零点信号的周期为10ms。经过上述计数器电路，使得PWM信号与交流电过零点信号之间实现了同步。也就是说，一旦收到交流电过零点信号，计数器就开始计数，计数到一设定的值之后，发生一个高电平的跳变，该跳变触发后面的可控硅电路。在下一个交流电过零点信号到来时，该可控硅电路关掉。

图8是本实用新型实施例中的隔离电路和方向控制电路部分的组成电路。位于图中电阻R15以下的电路(不含电阻R15)为隔离电路，电阻R15以上的电路(含电阻R15)为方向控制电路。图8中的隔离电路主要由光耦U3及其外围电路构成，例如采用非过零触发的光耦MOC3023。计数器的输出连接到光耦U3的一个输入端，另外，光耦U3的另一输入端通过发光二极管DS2和一上拉电阻R13连接到+5V电源。光耦U3的输出连接至双向可控硅Q4，使得光耦U3可以在交流电的任何相位来触发双向可控硅Q4。另外，光耦U3的外围电路包括电阻R11、电阻R12以及电容C6。电阻R14和电容C7对双向可控硅Q4提供保护，避免在开关过程中，高的瞬时电流dV/dt对可控硅Q4的影响。

方向信号(开关信号)通过一个输入电阻R10到达三极管Q3，此处使用的是NPN型的三极管。方向控制功能通过继电器K1实现，而三极管Q3用于控制、驱动继电器K1进行工作。也就是说三极管Q3打开时，继电器K1开始工作，将位于触点上的开关吸合，此时力矩电机M将反向运转。二极管D3的作用是对继电器K1的线圈进行续流，即在三极管Q3关闭时，二极管D3将继电器K1中储存的能量释放掉，进而保护三极管Q3。电阻R16、电容C4、电阻R15、电容C5为继电器K1触点的火花吸收回路。

电机的方向、转速(或扭矩)控制信号经过插头JP3输出到电机M。插头JP3中的一个插脚连接电源110Va，另外两个插脚连接到继电器K1的两个触点上。

本实用新型电路在完成设计之后，进行了调试。在调试中，当PWM脉冲的宽度在一定范围内变化时，双向可控硅的导通相位也随之发生变化，力矩电机的转速(或扭矩)也随之发生了变化。图9a是PWM控制信号频率较低而力矩电机为负载时，控制电路输出的波形。图9b是加快PWM控制信号的频率而力矩电机为负载时，控制电路输出的波形。图9c是PWM控制信号频率更高、力矩电机为负载时，控制电路输出的波形。从图9可以看出，调节PWM脉冲的频率可以实现交流力矩电机上输出电压的调节，从而实现交流力矩电机的远程控制。

本控制电路通过采用与现有技术不同的控制电路，实现了控制台的微处理器102对单相交流力矩电机206的远程控制。该控制电路通过远程控制台的微处理器上的3根信号线来控制力矩电机的运转、方向、转速(或扭矩)。首先，远程的PWM脉冲信号控制双向可控硅的导通，必须要使导通相位和和交流电的过零点的同步，本控制电路解决了远程的PWM脉冲信号和交流电过零点的同步问题。其次，力矩电机的转速(或扭矩)和电压变化大致成平方比关系，也就是说电压越高，转速(或扭矩)越高，如果需要调节力矩电机的转速(或扭矩)，就必须要调节可控硅的输出电压，本控制电路解决了通过改变PWM脉冲的频率来调节可控硅输出电压的问题。

本实用新型的控制电路有以下3个特点：第一，通过远程PWM信号经过整形电路后，作为计数器的计数脉冲。第二，交流电过零信号与使能信号相与后，作为计数器的复位信号。第三，通过选择计数器的输出引脚来设定计算器的计数值，通过调整PWM脉冲的周期来确定计数器输出变化的时间，从而获得同步的触发脉冲。因为计数的数值是一定的，比如计数器设定为100，改变每个输入脉冲的宽度，如从60us改变为50us，那么，计数器输出跳变的时间会从复位信号，即交流电过零点之后6ms改变到5ms，从而增加了可控硅输出电压，即增加了力矩电机的输出转速(或扭矩)。

Claims (10)

1.一种控制电路，包括一个远程控制电路、一个触发电路、一个双向可控硅、一个方向控制电路、一个力矩电机，所述远程控制电路将一方向信号输出到所述方向控制电路，所述触发电路用于触发所述双向可控硅，所述双向可控硅与所述方向控制电路相连，所述方向控制电路对所述力矩电机进行控制，其特征在于，所述触发电路包括一个脉冲整形电路、一个交流电过零点检测电路、一个计数器电路、一个隔离电路，所述远程控制电路将一信号输入到所述脉冲整形电路，所述脉冲整形电路的输出和所述交流电过零点检测电路的输出分别与所述计数器电路的输入相连，所述计数器电路的输出与所述隔离电路的输入相连。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述远程控制电路中具有一个微型中央控制单元，所述远程控制电路的信号为所述微型中央控制单元输出的信号。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述微型中央控制单元还输出一个使能信号作为一个与门的输入，所述交流电过零点检测电路的输出作为所述与门的另一个输入，所述与门的输出与所述计数器电路的复位输入端相连。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述脉冲整形电路的输出与所述计数器电路的时钟输入端相连。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述脉冲整形电路由一个与非门构成。

6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述计数器电路采用14位二进制串行计数器/分频器。

7.根据权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于，所述输入到脉冲整形电路的信号为一脉宽调制信号。

8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路中具有一个电源，所述双向可控硅和所述力矩电机分别与所述电源的一端相连。

9.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路中具有一个变压器，该变压器分别向所述脉冲整形电路、所述交流电过零点检测电路、所述计数器电路、所述隔离电路、所述方向控制电路提供一直流电源，并向所述交流电过零点检测电路提供一交流电源。

10.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述直流电源和所述交流电源分别为+5V和15V。

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