專利名稱：醫用微波功率源的制作方法
技術領域：
本發明涉及電源領域，它是一種微波功率源，可用于微波治療儀的主機，也可用于生物醫學實驗的加熱、干燥或微波測量。
現有的磁控管型微波治療儀上用的功率源，例如WR-5-1型，WR-L-4型，RLJ-4型微波治療機上用的功率源，由于沒有穩定的微波輸出功率裝置，因而磁控管的微波輸出功率Pout對其陽極電壓Ua很敏感，使Pout隨外電壓變動而不停地變化，很不穩定，不穩定就不能實現數字顯示;因而難以實現對輸出功率的精確外控，自控和反饋控制。另一方面，這些微波功率源的輸出功率調節均依賴笨重的調壓器進行，這使它很難便攜化。為克服以上缺點，有人曾把微波功率晶體管用于微波功率源中，但由于其造價成十倍，以至成百倍地增加，所以很難推廣應用。
本發明的目的是在現有的磁控管微波功率源的基礎上提供一種微波輸出穩定，能用數字顯示磁控管陽極電流或功率，具有體積小，重量輕能實現便攜化的微波功率源。
本發明的目的是這樣實現的;首先，通過一個高壓穩壓電源將磁控管兩端的工作電壓穩定到1%～0.5%以下，然后再通過串聯于穩壓電源和磁控管陽極之間的高壓可控穩流電源將磁控管的陽極電流穩定到0.5%～0.05%。調節可控穩流電源的基準電壓值，即可連續調節磁控管的陽極電流。這樣，由于磁控管的磁場強度是恒定的，根據磁控管的工作特性曲線，其輸出功率Pout＝Kla，K為常數，只要la穩定了，則Pout就穩定了。為了實現數字顯示，在磁控管的陽極和可控穩流電流輸出之間串聯一采樣電阻，磁控管的電流和功率通過接在采樣電阻上的數字面板表直接顯示。
下面結合附圖加以說明
圖1是本微波功率源原理框圖。
圖2是高壓直流穩壓電源線路圖。
圖3是高壓可控穩流源電路圖。
圖4是提高穩流電源耐壓的光電耦合器法電路圖。
圖5是提高穩流源耐壓的多電源串聯法電路圖。
圖6是便攜式微波治療儀功率源原理框圖。
圖7是便攜式微波治療儀功率源電源電路圖。
從圖1可見本微波功率源由磁控管M，高壓穩壓電源1-1，高壓可控穩流電源1-2，采樣電阻R7及數字面板表DVM以及變壓器T3和輔助電源1-3，1-4等構成。磁控管電源接高壓穩壓電源1-1的兩輸入端。高壓穩壓電源的輸出一端接高壓可控穩流電源1-2的輸入，另一端接磁控管陰極。高壓可控穩流電源的輸出經采樣電阻R7接至磁控管陽極，采樣電阻R7兩端跨接有3 1/2 位或4 1/2 位數字面板表DVM。變壓器T3和輔助電源1-3為高壓穩壓和高壓可控穩流電源提供低壓電源。
圖2中示出了高壓直流穩壓電源1-1實施例的線路圖，該線路包括采樣電路2-1，光電耦合電路2-2，倒相放大線路2-3，可控恒流源電路2-4，觸發電路2-5，可控硅電路2-6，和變壓器T3。可控硅BCR串于變壓器的初級，變壓器的次級接采樣電路2-1，采樣得到的信號經光電耦合器組成的光電耦合電路傳輸到倒相放大電路2-3，再通過可控恒流源2-4與基準源相迭加后控制觸發電路2-5，觸發可控硅BCR，從而構成負反饋環。通過控制可控硅的導通角實現電壓調節，圖2中的2-7為基準源電路，2-8為延遲開關電路。
高壓可控穩流源1-2電路(見圖3)包括可調基準電壓源(3-1)和高壓穩流源(3-2)兩部分，可調基準電壓源由電阻R1電位器RW1及穩壓二極管WY1組成基準源，引出基準電壓，經運算放大器OP-1隔離后用電位器RW2分壓以調節輸出電壓，再經OP-2隔離后獲得高穩定輸出，然后輸送到高壓穩流源。
高壓穩流源3-2由運算放大器OP-3，三極管BG1、BG2、BG3及采樣電阻R5、R6、R7及組成保護電路的D4及R8構成。可調基準電壓源(3-1)輸出的穩定電壓Uin接入運算放大器OP-3的同相輸入端，BG1、BG2分別以射隨器形式聯接于OP-3的輸出端，其集電極均接在單獨的電源VCC1上，電源VCC1的地與OP-3的反相輸入端相聯，這樣BG1、BG2的射極電阻R3、R4也分別連接在OP-3的反相輸入端。BG2與所接的BG3為射隨器形式連接，BG3集電極由高壓供電，其中R5、R6、R7串聯構成其射極電阻，R7與磁控管M陽極相接。R5一端接于BG3的發射極，另一端與R6和OP-3的反相輸入端相接，R6、R7兩端電壓V＝Uin，因通過采樣電阻R6、R7的電流(也即通過磁控管M的電流)la= (U)/(R6+R7) = (Uin)/(R+R7) ，從而通過調節電位器RW2達到精密控制la的目的。為了安全使用，還在BG1、BG2、BG3的基極和發射極分別跨接有串聯的二極管和穩壓管，D1、WY1、D2、WY2、D3、WY3，此外，還在BG3的集電極和地之間跨接有二極管D4和串聯電阻R8，以保護電路工作。通過以上結構的電路實現了直流穩流。
當磁控管M的陽極工作電壓過高時，為提高穩流源的耐壓，可采用圖4中的光電耦合器型電路。它是用光電耦合器作為高壓穩流源第一級晶體管BG1和高壓晶體管間的隔離耦合器件的辦法解決圖3中的電流擴展電路中BG3的耐壓問題。即在BG1的集電極與VCC1間串入幾個光電耦合器的初級BG2、BG3改用幾組光電耦合器的次級和高壓晶體管BG串接成的電路代替，高壓晶體管串接起來，且其中每一級的集電極接高一級的射極電阻R5，最高一級晶體管集電極接高壓電源U0，電阻R9串成均壓電阻列，并聯于相應的高壓晶體管兩端，保證高壓晶體管正常工作，光電耦合器的次級和高壓晶體管BG接成射隨器的形式，均由獨立的電源VCC31、VCC32、VCC33供電。這樣，經過幾組高壓管串聯，解決了耐壓問題。
提高穩流源耐壓性能還可以用多電源串聯法。其線路見圖5。該電路用多級電路逐漸抬升電壓的方法，從而實現高壓穩流。具體的實施方案是在圖3的高壓穩流源的第一級晶體管BG1的輸出接入兩級射隨器以擴大電源，其射極電阻都接到VCC1的地，BG1集電極接電源VCC1。此時高一級由一個VMOS管，1～3個三極管BG組成，其中VMOS管與一個三極管組成達林頓式的射隨器，其電源為VCC21。輸出經射隨器接到最后一個(如第三個)三極管或如圖中的復合管的基極，最后一個三極管的射極接VCC21的地，集電極接到高一級相應的晶體管的射極，即VCC31的地，如此，一級一級提高電壓V，同時通過一串均壓電阻R9將分壓接到相應級的VMOS管柵極，使每一級工作點在正常工作位置，如此構成逐級提高工作電壓的恒流電路。
本發明的另一控流辦法如圖6所示，它直接在磁控管兩端與電源兩端之間接入一直流穩流電路1-8，這樣做比上述穩壓后最精密穩流穩定度差一些。但重量更輕。且比現有的微波功率源有穩流和自動限流的優點。
具體電路如附圖7所示。它與通用萬能穩流源不同處在于又加了由OP-1、OP-2、BG2和電阻R3～R9電容C3組成的延時開關電路。當開機時，BG2導通。恒流二極管2DH無法給緩升壓電路(由2DH、BG3、C4組成)充電，全電路不工作。直到經過由R3、R4、C3、R5、R6、R7所確定的延遲時間后BG2截止。2DH才開始給緩升壓電路充電。電路才開始動作。延遲時間即磁控管燈絲預熱時間。用調節電位器RW1連續調節磁控管陽極電流la從而連續調節其輸出功率P。
本功率源的穩流電路，由于穩流源與負載(磁控管)及高壓電源是相互懸浮的，也即高壓電源兩端，負載磁控管均不在穩流電路內，穩流源與這兩者僅在采樣電阻(R6+R7)、R5及BG3的BE結上相合，見圖3，因而解決了高壓下穩定和調節la的難題，另一方面，本電路中多用了一個輔助電源VCC1為BG1、BG2供電，它的地是穩流源運算放大器OP-3的反相輸入端，這一附加電源供電方式大大提高了電流穩定度，一般可達0.5%，最高可達0.05%，因此，接在采樣電阻R7上的數字表DVM能實現數字顯示，再者，這種功率源由于不用調壓變壓器調節，故重量輕。
權利要求
1.一種微波功率源，包括電源、磁控管和功率調節裝置，本發明的特征在于在電源和磁控管之間接入一個電壓穩定到1%～0.5%以下的高壓穩壓電源1-1和一個穩定到0.5%～0.05%的高壓可控穩流電源1-2，即磁控管的電源接高壓穩壓電源1-1的兩輸入端，高壓穩壓電源的輸出，一端接高壓可控穩流電源1-2的輸入，另一端接至磁控管的陰極，高壓可控穩流電源的輸出經采樣電阻R7接至磁控管的陽極。
2.根據權利要求1所述的微波功率源，其特征在于所述的高壓穩壓電源為一直流高壓穩壓電源，該電源包括采樣電路2-1，光電耦合電路2-2，倒相放大電路2-3，可控恒流源電路2-4，觸發電路2-5，可控硅電路2-6和變壓器T，可控硅串于變壓器的初級，變壓器的次級接采樣電路2-1，光電耦合器的初級串接接于采樣電阻中，采樣得到的信號經光電耦合器電路2-2輸送到倒相放大電路2-3，再通過可控恒流源電路與基準源2-7相迭加后輸入觸發電路2-5，觸發可控硅BCR;所述的高壓可控穩流電源包括基準電壓源3-1和高壓穩流源3-2兩部分，可調基準電壓源由電阻R1電位器RW1及穩壓二極管WY1組成基準源，引出的基準電壓經運算放大器OP-1后用電位器RW2分壓，再經過OP-2輸送到高壓穩流源3-2;高壓穩流源3-2由運算放大器OP-3，三極管BG1，BG2，BG3，采樣電阻R5、R6、R7以及由D4、R8構成的保護電路組成，可調基準電壓源3-1輸出接入運算放大器OP-3的同相輸入端，BG1、BG2分別以射隨器形式接于OP-3的輸出端，其集電極均接在單獨的電源VCC1上，電源VCC1的地與OP-3的反相輸入端相聯，BG1、BG2的射極電阻R3、R4分別連接在OP-3反相輸入端，BG2與BG3為射隨器形式連接，BG3集電極由高壓供電，R5、R6、R7串聯構成射極電阻，R7與磁控管陽極相接，R5一端接于BG3的發射極，另一端與R6和OP-3的反相輸入端相接。
3.根據權利要求2所述的微波功率源，其特征在于所述的高壓穩流源3-2采用光電耦合形式，即從運算放大器OP-3的輸出端所接的晶體管BG1的集電極與電源VCC1間串入幾個光電耦合器的初級，每個光電耦合器的次級和高壓晶體管BG接成射隨器的形式，且均由獨立的電源VCC31、VCC32、VCC33供電，幾個高壓晶體管成串聯連接，每一級的集電極接高一級的射極電阻R5，最高一級晶體管的集電極接高壓電源U0，電阻R9串成均壓電阻列，并聯于相應的高壓晶體管BG的兩端。
4.根據權利要求2所述的微波功率源，其特征在于所述的高壓穩流源3-2由多電源串聯構成，即在第一級晶體管BG1的輸出接入兩級射隨器，其射極電阻都接到電源VCC1的地，BG1的集電極接電源VCC1，高一級由一個VMOS管和1～3個三極管BG組成，VMOS管與一個三極管組成達林頓形式的射隨器，其電源為VCC21，輸出經射隨器接到最后一個(如第三個)三極管BG或復合管的基極。最后一個三極管的射極接到電源VCC21的地，集電極接到高一級相應晶體管的射極，也即VCC22的地，如此，逐級連接，一串均壓電阻R9將分壓接到相應級的VMOS管的柵極。
5.根據權利要求1所述微波功率源，其特征在于采樣電阻R7的兩端接在數字面板表。
6.一種微波功率源，其特征在于在磁控管兩端與電源兩端之間接入一個直流穩流電路1-8。
全文摘要
一種微波功率源，由磁控管，高壓穩壓電源和高壓可控穩流源等構成。磁控管的工作電源經過一高壓穩壓源將電壓穩定到1％～0.5％以下，再通過串聯于穩壓電源和磁控管陽極間的高壓可控穩流電源，將磁控管的陽極電流穩定到0.5％～0.05％，且在磁控管陽極和可控穩流電源輸出之間串聯一采樣電阻，采樣電阻兩端接數字面板表。本發明克服了已有磁控管微波功率源輸出不穩定和不能數字顯示和重量重的缺點，它可用于生物醫學實驗的加熱、干燥、微波測量及醫療上。
文檔編號H05B6/68GK1061315SQ90108820
公開日1992年5月20日 申請日期1990年11月7日 優先權日1990年11月7日
發明者吳殿愷 申請人:哈爾濱工業大學