專利名稱：節(jié)能穩(wěn)流式co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氣體激光器的電源，特別涉及一種CO2氣體激光器的電源。
CO2氣體激光器是工作在負阻特性的輝光放電區(qū)，需要很高的著火電壓，然后靠限流電阻使放電穩(wěn)定，限流電阻消耗功率約為激光器消耗功率的1／3，功率損耗很大。圖1給出現(xiàn)有CO2氣體激光器的電源結(jié)構(gòu)簡圖，為了使激光器工作電流可調(diào)，一般采用調(diào)整調(diào)壓器(1)方法改變電源變壓器(2)初級電壓，為了兼顧小電流與大電流放電都能穩(wěn)定和都能著火，電源變壓器(2)次級電壓要求比較高，因此串聯(lián)的限流電阻R(3)更大，從節(jié)能方面看，其效率很低，并且使機箱體積增大。如果限流電阻(3)用得較小，會發(fā)生電流抖動，甚至會使放電進入弧光放電區(qū)，損壞激光器。
本實用新型的目的是提供一種能實現(xiàn)自動穩(wěn)流的開關(guān)電源和采用電抗元件限流的CO2氣體激光器的電源，使醫(yī)用激光治療機工作電流在0－20mA范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，擴大了醫(yī)療范圍和提高手術(shù)精度。
為了實現(xiàn)這一目的，本實用新型的發(fā)明方案是圖2給出CO2氣體激光器的電源工作原理結(jié)構(gòu)示意圖。它采用半橋他激式高頻開關(guān)電源(5)(見圖4)，把直流變?yōu)?5KHZ的高頻高壓方波脈沖，采用數(shù)字式交流電流調(diào)整器(6)(見圖3)，用CO2激光管(8)陰極電流經(jīng)采樣電阻(7)得到的電壓反饋到控制回路，實現(xiàn)自動穩(wěn)流。同時采用高壓電抗恒流器件(4)代替串聯(lián)在激光管陽極的電阻R(3)限流。使激光器在小電流與大電流工作時，工作電流同樣穩(wěn)定。節(jié)省功耗1／3，解決了散熱問題，提高了整機的可靠性。有關(guān)該電路的工作原理和特征在
中描述。
本實用新型的優(yōu)點電路結(jié)構(gòu)緊湊該電源由高壓電抗恒流器件(采用專用集成模塊HVD－1型)(4)、半橋他激式高頻開關(guān)電源(采用VMOS開關(guān)管IRF840型)(5)、數(shù)字式交流電流調(diào)整器(6)、采樣電阻(7)、自動穩(wěn)流伺服器(采用雙運放CF358作比較器實現(xiàn))(9)、同步可預(yù)設(shè)定可逆計數(shù)器CC40192B(10)、CO2激光管(8)、CC4511譯碼器(11)和LED數(shù)碼管顯示(12)等組成，具有電路結(jié)構(gòu)合理、造價成本低和易于實施等特點。
使用方便將數(shù)字式交流電流調(diào)整器(6)得到的直流電壓，調(diào)節(jié)范圍為50V－280V，供給半橋他激式高頻開關(guān)電源(5)產(chǎn)生15KHZ的高頻電壓方波，經(jīng)高壓電抗恒流器件(4)，供給CO2激光管(8)。在預(yù)設(shè)定CO2激光管(8)工作電流后，一旦CO2激光管(8)啟動，工作電流從CO2激光管(8)的陽極流到陰極，通過采樣電阻(7)到達地電位，采用樣電阻(7)上的電壓與預(yù)設(shè)定值的電壓相比較，可以糾正同步電流預(yù)設(shè)定可逆計數(shù)器CC40192B(10)的預(yù)設(shè)定值從而增加或減少可控硅(20)導(dǎo)通的相位角，實現(xiàn)自動穩(wěn)流。該電源可使CO2激光管(8)電流工作在0－20mA范圍內(nèi)任意預(yù)設(shè)定值。若用于醫(yī)用激光治療機，擴大了治療范圍，提高了手術(shù)精度。若用于實驗室，使實驗重復(fù)性好。由于采用數(shù)字式交流電流調(diào)整器(6)，省去了笨重的調(diào)壓器(1)和電源變壓器(2)，減少了兩者的損耗，縮小了機箱的體積和減輕重量，適于便攜式激光器裝置。
同時由于采用高壓電抗恒流器件(4)代替串聯(lián)在激光管陽極的電阻R(3)限流。因為電抗元件(電感或電容)可以代替電阻在交流電路中實現(xiàn)限流功能，而本身幾乎不消耗有用功率。所以用電抗限流元件比用電阻限流可以大大節(jié)能。由于在該電源中采用高壓電抗恒流器件(4)，使節(jié)省功耗1／3，同時解決散熱問題，提高了整機的使用可靠性。并且使激光器在小電流與大電流工作時，工作電流同樣穩(wěn)定。因為CO2氣體激光器需要直流高壓激勵，所以直接在直流高壓回路中串聯(lián)電抗元件是不行的。本發(fā)明電抗元件為一種特殊的模擬集成模塊，即為專用集成模塊HVD－1型高壓電抗恒流器件(4)，也稱為激光器專用HVD－1型高壓模塊，使用方便可靠。從輸入端看，是一個電抗與等效負載串聯(lián)，電抗限制了電流。盡管負載有負阻特性，即電流增大時，兩端電壓反而降低，串聯(lián)電抗后的總阻抗還是正的。從輸出端看，是一個有很大內(nèi)阻抗的恒流直流源，當負載不通時，產(chǎn)生數(shù)萬伏的直流高壓使CO2激光管(8)著火，而一有負載，其工作電流由內(nèi)部恒流源決定。該電源具有穩(wěn)流、工作電流范圍寬、精度高和重復(fù)性好，并且節(jié)能、節(jié)省功耗1／3，使用方便、安全可靠等特點。
有關(guān)該電源的工作原理和特征在下列附圖中進一步描述。
圖1給出現(xiàn)有CO2氣體激光器的電源結(jié)構(gòu)簡圖。它由調(diào)壓器(1)、電源變壓器(2)和限流電阻R(3)等組成。
圖2給出CO2氣體激光器的電源工作原理結(jié)構(gòu)示意圖。它由高壓電抗恒流器件(專用集成模塊HVD－1型)(4)、半橋他激式高頻開關(guān)電源(VMOS開關(guān)管IRF840型)(5)、數(shù)字式交流電流調(diào)整器(6)、采樣電阻(7)、自動穩(wěn)流伺服器(雙運放CF358作比較器實現(xiàn))(9)、同步可預(yù)設(shè)定可逆計數(shù)器CC40192B(10)、CO2激光管(8)、CC4511譯碼器(11)和LED數(shù)碼管顯示器(12)等組成。
圖3給出數(shù)字式交流電流調(diào)整器(6)工作原理框圖。當交流電經(jīng)零值檢測器(采用四劃或門CC4070B)(13)，它前三級門作同相延遲，后一級門反50周輸入訊號和經(jīng)三級延遲的輸入訊號異或處理，這樣不管50周交流訊號從0變1或1變0，在變化瞬間就在第四級門后輸出一個高電平脈沖，送入包括壓控振蕩器(15)在內(nèi)饋相環(huán)CC4046B(14)，其壓控振蕩器(15)輸出頻率為50×256HZ，經(jīng)用CC4520B構(gòu)成的分頻器分頻，得到與工頻相位嚴格保持一致的50周方波。當同步可預(yù)設(shè)定可逆計數(shù)器CC40192B(10)的數(shù)值與分頻器(16)0－225計數(shù)器上的值一致時，數(shù)值比較器(采用電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn))(17)發(fā)出一個觸發(fā)脈沖，啟動固態(tài)繼電器(采用DIP－4封裝的FC520型AC280V0.3A(18)，它使低壓控制電路和交流高壓220V電氣隔離，保證了使用者安全。(18)使可控硅BCR8A／600V(19)逐級改變交流電流的導(dǎo)通相位角，平滑地改變出電流大小，對濾波電容充電。同步可預(yù)設(shè)定可逆計數(shù)器CC40192B(10)不同的數(shù)值對應(yīng)不同的相位角，交流電被切割的波形不同，得到的直流電壓也就不同，其調(diào)節(jié)直流電壓范圍為50－280V，供給半橋他激式高頻開關(guān)電源(5)，產(chǎn)生15KHZ的高頻電壓方波，經(jīng)高壓電抗恒流器件(4)供給CO2激光管(8)。硅整流器電源采用1N4004×4(20)。由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，圖為中框圖(14)、(15)和(16)等的功能已被一塊大規(guī)模專用集成電路LS7232來代替，使體積更小，成本低，使用方便可靠。
圖4給出半橋他激式高頻開關(guān)電源(5)工作原理框圖。它由CB555振蕩器(21)，輸入變壓器(22)，RF840型VMOS開關(guān)管(23)和高壓輸出變壓器(24)等組成。(23)是工作在丙類，轉(zhuǎn)換效率高，節(jié)能效果好。
本發(fā)明適用于3W至15W的各種CO2氣體激光器的電源。
按照上述制作即構(gòu)成本實用新型——節(jié)能穩(wěn)流式CO2氣體激光器的電源。
權(quán)利要求1.一種節(jié)能穩(wěn)流式CO2氣體激光器電源，其特征是在于它由高壓電抗恒流器件(4)、半橋他激式高頻開關(guān)電源(5)、數(shù)字式交流電流調(diào)整器(6)、采樣電阻(7)、自動穩(wěn)流伺服器(9)、同步可預(yù)設(shè)定可逆計數(shù)器(10)、CO2激光管(8)、CC4511譯碼管(11)和LED數(shù)碼管顯示(12)等組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征是在于數(shù)字式交流電流調(diào)整器(6)由零值檢測器(采用四異或門CC4070B)(13)、帶有壓控振蕩器(15)在內(nèi)的鎖相環(huán)(采用CC4046B)(14)、分頻器(采用CC4520B)(16)、數(shù)值比較器(采用電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn))(17)、可預(yù)設(shè)定可逆計數(shù)器(采用CC40192B)(10)、固態(tài)繼電器(采用DIP－4封裝的FL520型AC280V0.3A)(18)和可控硅BCR8A／600V(19)等組成或由專用集成電路LS7232代替前(14)～(16)的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征是在于半橋他激式高頻開關(guān)電源(5)由振蕩器(采用CB555)(21)、輸入變壓器(22)、IRF840型VMOS開關(guān)管(23)和高壓輸出變壓器(24)等組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源，其特征是在于高壓電抗恒流器件(采用專用集成模塊HVD－1型)(4)代替串聯(lián)在激光管陽極的電阻R(3)限流。從輸入端看，是一個電抗與等效負載串聯(lián)，電抗限制了電流，從輸出端看，是一個有很大內(nèi)阻抗的恒流直流源，具有穩(wěn)流作用。
專利摘要本實用新型涉及一種節(jié)能穩(wěn)流式CO
文檔編號H05B41/14GK2080720SQ9022113
公開日1991年7月10日 申請日期1990年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月28日
發(fā)明者汪仁里 申請人:汪仁里