一种红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路

迟玉刚 唐征宇 张则乐 王安意

1.安徽省蚌埠市第一人民医院，安徽蚌埠 233000；2.中国电子科技集团公司第四十一研究所，安徽蚌埠 233010

0 引言

红外偏振光治疗仪是采用光电技术，将光谱范围在0.6～1.6μm特殊光能作用于人体疼痛部位和穴位，对患者进行治疗的仪器[1]（图1）。通过配置不同规格的治疗头，使偏振光与近红外光有效整合，实现深浅组合、点面结合。主要适用神经内科、疼痛科、康复理疗科等科室。通过人机界面、触摸屏和按键的交互控制，可以选择多种治疗模式供不同病患使用，还有药方病例的存储与加载、音乐舒缓治疗、安全检测报警、病例和治疗信息导出等一系列功能[2]。

1 常规红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路缺陷

图1 红外偏振光治疗仪外形图

常规红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路原理[3]如图2所示。由AC-DC稳压模块、DC-DC稳压模块、D/A参考电压电路、取样电路、比较电路、积分电路构成。AC-DC稳压模块把220V 50Hz交流电源信号转化成直流电源。DC-DC稳压模块将直流电源转化成驱动卤素灯的程控电压源。带有电压控制端TRIM信号的DC-DC稳压模块可以看成一个压控电压源，一般来说，压控曲线是非线性的，典型的压控曲线是负指数型的。例如，当TRIM控制信号的电压为0V时，DC-DC稳压模块输出电压最高，此时输出电压相对TRIM电压曲线最陡峭，当TRIM控制信号的电压为最大值时，DC-DC稳压模块输出电压最低，约为0V，此时输出电压相对TRIM电压曲线最平滑。参考电压电路包括D/A转换电路，产生控制输出电压的参考信号。取样电路得到卤素灯驱动电路输出信号的电压。积分电路一般采用有源电路形式，由运算放大器、电容、供电电源等电路构成，通过比较参考信号与输出信号的电压，积分电路产生控制DC-DC稳压模块输出电压的负反馈信号。由于卤素灯通常采用直流驱动，运算放大器的正电源输入脚接一个正电压电源，运算放大器的负电源输入脚接地。这种电路形式，在输出最高电压时，稳幅环路不易锁定，限制了最大输出电压，影响了卤素灯驱动电路的带负载能力。以驱动15V 10A卤素灯为例，其最高输出电压可达12V左右，不能满功率驱动150W卤素灯。

2 优化设计的红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路

针对常规红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路最大输出功率偏低，不能充分满足大功率卤素灯的满功率驱动要求，设计了一种驱动能力强、电压范围宽、体积小、精度高的红外偏振光治疗仪卤素灯高性能驱动电路[4]，克服了现有技术的不足，具有良好效果。

优化设计方案包括AC-DC稳压模块、DC-DC稳压模块、参考电压电路、取样电路、比较电路和积分电路[5]。AC-DC稳压模块，被配置为用于将220V 50Hz交流电源信号转化成直流电源；DC-DC稳压模块，被配置为用于将直流电源转化成驱动卤素灯的大功率程控电压源；参考电压电路，包括一个D/A转换电路，被配置为用于产生控制输出电压的参考信号；取样电路，被配置为用于获取卤素灯驱动电路输出信号的电压；比较电路，被配置为用于比较参考信号与输出信号的电压；积分电路，包括运算放大器、电容和供电电源，被配置为用于产生控制DC-DC稳压模块输出电压的负反馈信号[6]。

该红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路中积分电路由两个积分单元级联而成，使得积分电路的低频增益加大，增大了对误差电压的灵敏度，提高了稳幅环路的锁定速度[7]。通过给积分电路增加一组负电源，使得驱动电路的稳幅环路更容易锁定，大大提高了驱动电路的输出电压范围，增强了对大功率卤素灯的驱动能力，输出电压范围达0～15V，能够满功率驱动150W卤素灯。使用本文论述的卤素灯驱动电路，设计的K1000系列红外偏振光治疗仪，在输出光功率、偏振度等核心指标上，优于国外同类仪器[8]。积分电路由两级积分单元级联而成，提高了稳幅环路的锁定速度。

如图3所示，AC-DC稳压模块把220V 50Hz交流电源信号转化成24V直流电源。DC-DC稳压模块将24V直流电源转化成驱动卤素灯的150W大功率0～15V程控电压源。参考电压电路包括一个D/A转换电路，产生控制输出电压的参考信号。取样电路得到卤素灯驱动电路输出信号的电压。积分电路由运算放大器、电容、供电电源等电路构成，通过比较参考信号与输出信号的电压，积分电路产生控制DC-DC稳压模块输出电压的负反馈信号。

图2 常规红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路原理框图

图3 红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路原理框图

采用高集成度、高开关频率的大功率AC-DC稳压模块、DC-DC稳压模块，大大降低了电路的体积[9]。以驱动15V 10A卤素灯为例，其最高输出电压可达15V，能够满功率驱动150W卤素灯，图4是本红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路DC-DC电路原理框图。

图4 红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路DC-DC电路原理框图

3 常规电路输出电压与优化后电路输出电压的对比

实验结果如表1所示。

4 结论

本文的红外偏振光治疗仪卤素灯驱动电路优化设计方案，驱动电路的输出电压范围更大，稳幅环路更容易锁定，增强了对大功率卤素灯的驱动能力，电路性能得到很大提高。

表1 常规电路输出电压与优化后电路输出电压的对比