節能穩流式co的製作方法

2023-10-11 20:04:04 2

專利名稱：節能穩流式co的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體雷射器的電源，特別涉及一種CO2氣體雷射器的電源。
CO2氣體雷射器是工作在負阻特性的輝光放電區，需要很高的著火電壓，然後靠限流電阻使放電穩定，限流電阻消耗功率約為雷射器消耗功率的1／3，功率損耗很大。圖1給出現有CO2氣體雷射器的電源結構簡圖，為了使雷射器工作電流可調，一般採用調整調壓器(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，因此串聯的限流電阻R(3)更大，從節能方面看，其效率很低，並且使機箱體積增大。如果限流電阻(3)用得較小，會發生電流抖動，甚至會使放電進入弧光放電區，損壞雷射器。
本實用新型的目的是提供一種能實現自動穩流的開關電源和採用電抗元件限流的CO2氣體雷射器的電源，使醫用雷射治療機工作電流在0－20mA範圍內連續可調，擴大了醫療範圍和提高手術精度。
為了實現這一目的，本實用新型的發明方案是圖2給出CO2氣體雷射器的電源工作原理結構示意圖。它採用半橋他激式高頻開關電源(5)(見圖4)，把直流變為15KHZ的高頻高壓方波脈衝，採用數字式交流電流調整器(6)(見圖3)，用CO2雷射管(8)陰極電流經採樣電阻(7)得到的電壓反饋到控制迴路，實現自動穩流。同時採用高壓電抗恆流器件(4)代替串聯在雷射管陽極的電阻R(3)限流。使雷射器在小電流與大電流工作時，工作電流同樣穩定。節省功耗1／3，解決了散熱問題，提高了整機的可靠性。有關該電路的工作原理和特徵在
中描述。
本實用新型的優點電路結構緊湊該電源由高壓電抗恆流器件(採用專用集成模塊HVD－1型)(4)、半橋他激式高頻開關電源(採用VMOS開關管IRF840型)(5)、數字式交流電流調整器(6)、採樣電阻(7)、自動穩流伺服器(採用雙運放CF358作比較器實現)(9)、同步可預設定可逆計數器CC40192B(10)、CO2雷射管(8)、CC4511解碼器(11)和LED數碼管顯示(12)等組成，具有電路結構合理、造價成本低和易於實施等特點。
使用方便將數字式交流電流調整器(6)得到的直流電壓，調節範圍為50V－280V，供給半橋他激式高頻開關電源(5)產生15KHZ的高頻電壓方波，經高壓電抗恆流器件(4)，供給CO2雷射管(8)。在預設定CO2雷射管(8)工作電流後，一旦CO2雷射管(8)啟動，工作電流從CO2雷射管(8)的陽極流到陰極，通過採樣電阻(7)到達地電位，採用樣電阻(7)上的電壓與預設定值的電壓相比較，可以糾正同步電流預設定可逆計數器CC40192B(10)的預設定值從而增加或減少可控矽(20)導通的相位角，實現自動穩流。該電源可使CO2雷射管(8)電流工作在0－20mA範圍內任意預設定值。若用於醫用雷射治療機，擴大了治療範圍，提高了手術精度。若用於實驗室，使實驗重複性好。由於採用數字式交流電流調整器(6)，省去了笨重的調壓器(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，適於可攜式雷射器裝置。
同時由於採用高壓電抗恆流器件(4)代替串聯在雷射管陽極的電阻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能。由於在該電源中採用高壓電抗恆流器件(4)，使節省功耗1／3，同時解決散熱問題，提高了整機的使用可靠性。並且使雷射器在小電流與大電流工作時，工作電流同樣穩定。因為CO2氣體雷射器需要直流高壓激勵，所以直接在直流高壓迴路中串聯電抗元件是不行的。本發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型高壓電抗恆流器件(4)，也稱為雷射器專用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，電抗限制了電流。儘管負載有負阻特性，即電流增大時，兩端電壓反而降低，串聯電抗後的總阻抗還是正的。從輸出端看，是一個有很大內阻抗的恆流直流源，當負載不通時，產生數萬伏的直流高壓使CO2雷射管(8)著火，而一有負載，其工作電流由內部恆流源決定。該電源具有穩流、工作電流範圍寬、精度高和重複性好，並且節能、節省功耗1／3，使用方便、安全可靠等特點。
有關該電源的工作原理和特徵在下列附圖中進一步描述。
圖1給出現有CO2氣體雷射器的電源結構簡圖。它由調壓器(1)、電源變壓器(2)和限流電阻R(3)等組成。
圖2給出CO2氣體雷射器的電源工作原理結構示意圖。它由高壓電抗恆流器件(專用集成模塊HVD－1型)(4)、半橋他激式高頻開關電源(VMOS開關管IRF840型)(5)、數字式交流電流調整器(6)、採樣電阻(7)、自動穩流伺服器(雙運放CF358作比較器實現)(9)、同步可預設定可逆計數器CC40192B(10)、CO2雷射管(8)、CC4511解碼器(11)和LED數碼管顯示器(12)等組成。
圖3給出數字式交流電流調整器(6)工作原理框圖。當交流電經零值檢測器(採用四劃或門CC4070B)(13)，它前三級門作同相延遲，後一級門反50周輸入訊號和經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後輸出一個高電平脈衝，送入包括壓控振蕩器(15)在內饋相環CC4046B(14)，其壓控振蕩器(15)輸出頻率為50×256HZ，經用CC4520B構成的分頻器分頻，得到與工頻相位嚴格保持一致的50周方波。當同步可預設定可逆計數器CC40192B(10)的數值與分頻器(16)0－225計數器上的值一致時，數值比較器(採用電阻網絡實現)(17)發出一個觸發脈衝，啟動固態繼電器(採用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)使可控矽BCR8A／600V(19)逐級改變交流電流的導通相位角，平滑地改變出電流大小，對濾波電容充電。同步可預設定可逆計數器CC40192B(10)不同的數值對應不同的相位角，交流電被切割的波形不同，得到的直流電壓也就不同，其調節直流電壓範圍為50－280V，供給半橋他激式高頻開關電源(5)，產生15KHZ的高頻電壓方波，經高壓電抗恆流器件(4)供給CO2雷射管(8)。矽整流器電源採用1N4004×4(20)。由於大規模集成電路技術的發展，圖為中框圖(14)、(15)和(16)等的功能已被一塊大規模專用集成電路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開關管(23)和高壓輸出變壓器(24)等組成。(23)是工作在丙類，轉換效率高，節能效果好。
本發明適用於3W至15W的各種CO2氣體雷射器的電源。
按照上述製作即構成本實用新型——節能穩流式CO2氣體雷射器的電源。
權利要求1.一種節能穩流式CO2氣體雷射器電源，其特徵是在於它由高壓電抗恆流器件(4)、半橋他激式高頻開關電源(5)、數字式交流電流調整器(6)、採樣電阻(7)、自動穩流伺服器(9)、同步可預設定可逆計數器(10)、CO2雷射管(8)、CC4511解碼管(11)和LED數碼管顯示(12)等組成。
2.根據權利要求1所述的電源，其特徵是在於數字式交流電流調整器(6)由零值檢測器(採用四異或門CC4070B)(13)、帶有壓控振蕩器(15)在內的鎖相環(採用CC4046B)(14)、分頻器(採用CC4520B)(16)、數值比較器(採用電阻網絡實現)(17)、可預設定可逆計數器(採用CC40192B)(10)、固態繼電器(採用DIP－4封裝的FL520型AC280V0.3A)(18)和可控矽BCR8A／600V(19)等組成或由專用集成電路LS7232代替前(14)～(16)的功能。
3.根據權利要求1所述的電源，其特徵是在於半橋他激式高頻開關電源(5)由振蕩器(採用CB555)(21)、輸入變壓器(22)、IRF840型VMOS開關管(23)和高壓輸出變壓器(24)等組成。
4.根據權利要求1所述的電源，其特徵是在於高壓電抗恆流器件(採用專用集成模塊HVD－1型)(4)代替串聯在雷射管陽極的電阻R(3)限流。從輸入端看，是一個電抗與等效負載串聯，電抗限制了電流，從輸出端看，是一個有很大內阻抗的恆流直流源，具有穩流作用。
專利摘要本實用新型涉及一種節能穩流式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 優先權日1990年9月28日
發明者汪仁裡 申請人:汪仁裡