利用Vicor模塊電源試制醫(yī)療器械

引言

Vicor公司是關(guān)同的專業(yè)模塊電源生產(chǎn)廠家。其產(chǎn)品最大特點(diǎn)是功率密度高，可靠性好。產(chǎn)品覆蓋10～600W，輸入輸出隔離，使用方便，許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用：

第二代Vicor模塊使用r零電流零電壓開關(guān)(ZCS／ZVS)技術(shù)， 以其高功率、高效率、高工作頻率以及優(yōu)良特性而享譽(yù)世界。

利用Vicor模塊電源進(jìn)行二次丌發(fā)用于研制醫(yī)療器械，快捷、可靠性高：

1、Vicor模塊電源

1．1 V1-200系列諧振型模塊電源簡(jiǎn)介

Vl-200系列采用了零電流零電壓開關(guān)的單端正激變換器，其基本電路和開關(guān)管的波形如圖1所示。

振蕩電路由高頻變壓器71的漏感和變壓器次級(jí)的諧振電容Cf組成。功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)， 輸入電流流過T的初級(jí)，次級(jí)線圈上端電壓為正，VD1導(dǎo)通，輸入能苗傳輸?shù)街C振電容Cf由于VD1的單向?qū)щ娦裕芰恐荒軉蜗騻鬏敗Ｋ粤鬟^VT的電流應(yīng)為正弦波的一半。開關(guān)管VT從零電流開始導(dǎo)通，并且當(dāng)電流下降到零時(shí)，功率開關(guān)管VT關(guān)斷。Lf和Cf組成低通濾波電路，減少輸出紋波電壓， 因此較普通的硬開關(guān)型PWM 型變換器能將 F擾大大減弱，噪聲大大減少。

第二代Vieor模塊l住原有ZCS的基礎(chǔ)I 增加r ZVS構(gòu)架，除保留ZVS構(gòu)架的優(yōu)點(diǎn)外，還使其共漏極式的主開關(guān)管和反向升壓開關(guān)以及共源復(fù)位的開關(guān)損耗減到最低， 加上先進(jìn)的高頻處理工藝使工作頻牢達(dá)到2MHz，這樣降低噪聲的處理更容易，同時(shí)使效率達(dá)到90%以上，如圖2所示。

V1-200系列DC／DC功率變換模塊的引腳圖如圖3所示，對(duì)于功率增強(qiáng)模塊末引出+S、T、-S號(hào)引腳。

(1)+IN、-IN

直流電壓輸入止、負(fù)端。輸入電壓可存額定值的-（20%~50%）~+(25%~60%)范罔內(nèi)變動(dòng)，具體值請(qǐng)參閱產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)。

(2)GATEOUT

引腳輸出的脈沖信號(hào)是同類模塊并聯(lián)運(yùn)行中的同步信號(hào)。川步信號(hào)一般按一模塊的GATEOUT端連到下一模塊的GATEIN端。可使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的模塊并聯(lián)， 獲得較大的輸出功率 、并聯(lián)運(yùn)行中，必須有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器模塊，其他模塊應(yīng)該是功率增強(qiáng)模塊。驅(qū)動(dòng)器模塊和功率增強(qiáng)模塊的工作原理及其指標(biāo)相同， 區(qū)別在于功率增強(qiáng)模塊沒有遙測(cè)(+S，-S)和輸出調(diào)整(Trim)引腳。

(3)GATEIN

此端足集電極開路結(jié)構(gòu)，可以看做模塊的使能／同步端。當(dāng)它被拉低電平時(shí)(以-IN 為基準(zhǔn)，低于0．65V6mA)，模塊關(guān)閉；浮窄時(shí)，模塊工作。另外，模塊頻繁開關(guān)時(shí)，此端接1uF左右電容，可提供軟啟動(dòng)功能。功率增強(qiáng)模塊的GATEIN受控于驅(qū)動(dòng)器模塊 ．如圖4所示。

(4) +S、-S

正、負(fù)輸出電壓感受／遙感端。若+S端電壓高于額定輸出值的110％ ，將激活模塊的過壓保護(hù)功能(“VI-JXX”無過壓保護(hù)功能)，父『刑模塊：-S端電位不可超過0．25V，否則電流限制點(diǎn)將提高。這兩端剛于遙測(cè)，即當(dāng)負(fù)載離模塊較遠(yuǎn)、負(fù)載電流較大時(shí)，將+S 與+OUT、-S與-OUT分別與負(fù)載兩端相連， 模塊將略微提高輸出電壓以補(bǔ)償+OUT、-OUT連線卜的壓降，從而保證負(fù)載上的電壓為額定值。當(dāng)不需要遙測(cè)時(shí)，須將+S與+OUT、-S與-OUT值接相連。

(5)Trim

此端使輸出電壓在額定值的5％～1 10％范圍內(nèi)可調(diào)。

(6)+OUT、-OUT

直流電壓輸出正、負(fù)端。

有關(guān)V1—200系列的各種模塊及VI-HAM，MI-RAM等模塊的參數(shù)， 可在Vicor公司產(chǎn)品手冊(cè)和特刊中查閱。

2、Vicor模塊電源在醫(yī)療器械中的應(yīng)用

2．1用Vicor模塊電源制作寬譜光治療儀電源

1)寬譜光治療儀的簡(jiǎn)介

寬譜光治療儀是采用特種鹵素?zé)糇鞴庠矗ㄟ^光學(xué)石英導(dǎo)光棒傳輸，進(jìn)行高效率透射式光進(jìn)行治療，適用于婦科、皮膚科、口腔科等治療。

2)主要技術(shù)指標(biāo)

輸入電壓：AC 220V，50Hz

輸出電壓：24VDC，可調(diào)；

輸出光功率：3-15W，連續(xù)可調(diào)；

光譜特性：0．35～3um， 即從近紫外一直到中紅外；

光斑直徑：15mm (離治療面5mm外)；

光源(鹵素?zé)?：150W，24V (單端)：

可采用風(fēng)冷或水冷使治療頭外殼溫度低于40℃ 。

3)因?yàn)楸局委焹x需要進(jìn)行光功率寬范圍淵節(jié)，所以，必須設(shè)計(jì)或選用性能優(yōu)良的電源。本寬譜光治療儀采用Vicor VI-263C DC／DC模塊，采用AC220V，50Hz輸入，經(jīng)分立元件進(jìn)行整流、濾波等組成電磁兼容電路向模塊提供DC300V變換成DC24V，并設(shè)置可調(diào)降壓電路。向光源(鹵素?zé)?供電，效果很好。現(xiàn)將有關(guān)T輸出電壓調(diào)整端的沒置說明。

在+S、-S和T腳之間，按人R6、R7和R8組成的電阻網(wǎng)路，如圖5所示， 該模塊的輸出電壓就可在很寬的范圍內(nèi)調(diào)整。R7通常選用10kΩ 電位器。電阻R6用來限制最低輸出電壓，如果輸出電壓需要從零伏開始調(diào)整，就不需要R6 輸出電壓能夠降低的百分?jǐn)?shù)與R6阻值的關(guān)系如表1所列。

關(guān)于R6的阻值計(jì)算方法，在Vicor模塊電源應(yīng)用的資料中有詳細(xì)介紹。

2．2用Vicor電源制作直線偏振光治療儀電源

直線偏振光治療儀是采用特種燈泡通過濾光器、偏振器處理獲得波長(zhǎng)在600～1600um 的直線偏振光，通過治療頭照射病患卡}j關(guān)部位，進(jìn)行光輻照的物理治療的儀器。其特點(diǎn)是光波波長(zhǎng)住人體透射窗口范圍，是偏振光，光功率2000mW，能透射到人體(軟組織)，深度達(dá)50mm 以上，通過光熱效應(yīng)、光生化效應(yīng)和光刺激效應(yīng)等，達(dá)到消炎鎮(zhèn)痛，加快術(shù)后傷口愈合等作用。

使用直線偏振光治療儀時(shí)，按照患者的病情， 可選用不同形狀及功能的治療頭， 采用不同的功率，照射時(shí)間，照射模式的脈沖光輸出或連續(xù)光輸出等。這些功能都由單片機(jī)進(jìn)行控制管理。有關(guān)直線偏振光治療儀的電氣控制原理罔如圖6所示。

3、結(jié)論

綜上所述， 利用Vicor模塊電源可以靈活方便地開發(fā)成醫(yī)療器械的電源， 而且質(zhì)量比較穩(wěn)定、可靠。