本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于納米腫瘤加熱治療技術(shù)的全橋移相逆變裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代電力電子技術(shù)對(duì)開(kāi)關(guān)電源效率、可靠性的要求越來(lái)越高，且隨著開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用范圍的不斷廣泛和技術(shù)的完善，人們?cè)絹?lái)越發(fā)現(xiàn)提高開(kāi)關(guān)頻率對(duì)電源的巨大優(yōu)勢(shì)，提高頻率最大的優(yōu)點(diǎn)是可以大幅度減少電路中變壓器和感性容性器件的體積重量，從而減小整體的體積，使設(shè)備更加便攜。隨著開(kāi)關(guān)管制造技術(shù)的發(fā)展，絕緣柵雙極型晶體管管和場(chǎng)效應(yīng)管具有更高的工作頻率，耐壓條件，因此不斷被應(yīng)用在開(kāi)關(guān)電源上。

提高開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)，對(duì)電路也出現(xiàn)了一些影響，首先電路的干擾能力變強(qiáng)，其布線必須更加講究，其次開(kāi)關(guān)管的損耗也相對(duì)呈比例增長(zhǎng)，此時(shí)對(duì)于發(fā)熱的控制就顯得尤為重要，所以本設(shè)計(jì)研究的移相全橋技術(shù)，就是為了實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)降低開(kāi)關(guān)管的發(fā)熱，提高電路的可靠性。

軟開(kāi)關(guān)與硬開(kāi)關(guān)的區(qū)別，在于開(kāi)關(guān)管動(dòng)作期間電壓電流變化情況，硬開(kāi)關(guān)工作條件下，開(kāi)關(guān)管動(dòng)作前后，電壓電流不為零，波形上出現(xiàn)重疊，導(dǎo)致功率損耗，開(kāi)關(guān)管發(fā)熱，而在軟開(kāi)關(guān)工作條件下，開(kāi)關(guān)前后電壓或電流已經(jīng)降到零，此時(shí)沒(méi)有損耗發(fā)生，軟開(kāi)關(guān)一般是使用了諧振的原理。

移相全橋型零電壓開(kāi)關(guān)PWM電路，它的電路比較簡(jiǎn)潔，不需要在電路中增加輔助開(kāi)關(guān)，它只需要在負(fù)載處增加一個(gè)電感值合適的電感，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間和相位移動(dòng)的控制，使電容與電感在死區(qū)時(shí)間內(nèi)發(fā)生諧振，在其動(dòng)作前使開(kāi)關(guān)管柵源兩端電壓為零，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通關(guān)斷的效果。最終的負(fù)載使用感應(yīng)加熱線圈，感應(yīng)加熱為通過(guò)電能與磁能相互轉(zhuǎn)換，使鐵件溫度上升。將高頻率大電流通過(guò)感應(yīng)線圈，這時(shí)因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)定律和渦流定律，導(dǎo)磁物體內(nèi)部分子高速移動(dòng)和相互摩擦生熱，從而起到感應(yīng)加熱的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于納米腫瘤加熱治療技術(shù)的全橋移相逆變裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于納米腫瘤加熱治療技術(shù)的全橋移相逆變裝置，包括：供電模塊、整流濾波模塊、移相信號(hào)控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、全橋逆變模塊以及線圈負(fù)載模塊；所述供電模塊將市電220V交流電壓通過(guò)通過(guò)降壓隔離，為所述整流濾波模塊提供直流輸入電壓；所述供電模塊將市電220V交流電壓通過(guò)電源適配器為所述移相信號(hào)控制模塊以及所述驅(qū)動(dòng)模塊提供直流輸入電壓；所述移相信號(hào)控制模塊發(fā)送移相控制信號(hào)至所述驅(qū)動(dòng)模塊；所述驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述全橋逆變模塊，將所述整流濾波模塊為所述全橋逆變模塊提供的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為交流電，并輸入至所述線圈負(fù)載模塊，驅(qū)動(dòng)該線圈負(fù)載模塊加熱。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述供電模塊包括一變壓器，將市電220V交流電壓降壓到24V。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述整流濾波模塊包括一KBPC3510整流橋以及一電容濾波電路。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述移相信號(hào)控制模塊包括一PWM移相控制器UCC3895、兩個(gè)超前臂開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路以及兩個(gè)滯后臂開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路；所述PWM移相控制器UCC3895用于驅(qū)動(dòng)所述兩個(gè)超前臂開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路以及所述兩個(gè)滯后臂開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述PWM移相控制器UCC3895通過(guò)調(diào)節(jié)其8腳電阻RT以及7腳電電容CT的組合以控制其頻率，并通過(guò)調(diào)節(jié)9腳、10腳電阻控制其延時(shí)時(shí)間，從而進(jìn)行移相，并生成4路符合預(yù)設(shè)頻率、預(yù)設(shè)占空比以及預(yù)設(shè)延時(shí)的信號(hào)；

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述全橋逆變模塊包括4個(gè)開(kāi)關(guān)管，且均采用IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管，且并聯(lián)MKP電容，反并聯(lián)續(xù)流二極管FR10；第一IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管以及第二IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管均與第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110相連，第三IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管以及第四IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管均與第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110相連。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括一繼電器軟啟動(dòng)電路，包括一與所述線圈負(fù)載模塊中繼電器相連的限流功率電阻以及一與所述線圈負(fù)載模塊中線圈并聯(lián)的電容；當(dāng)啟動(dòng)電路，電流先從所述限流功率電阻上流過(guò)，同時(shí)給電容充電，達(dá)到動(dòng)作電壓后，繼電器動(dòng)作，觸點(diǎn)閉合，將所述限流功率電阻短路，電流回復(fù)原來(lái)的值完成軟啟動(dòng)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別控制所述第一IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管以及所述第二IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管， 所述第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別控制所述第三IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管以及所述第四IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管；其中，輸入所述第一IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管以及所述第四IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位、占空比一致，輸入所述第二IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管以及所述第三IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管的信號(hào)相位、占空比一致，均為40%，輸入的電壓幅值均為5V，頻率均為20kHz。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)應(yīng)用諧振的工作原理，由于加熱線圈本身帶有電感，通過(guò)線圈與開(kāi)關(guān)管并聯(lián)的電容實(shí)現(xiàn)諧振，與傳統(tǒng)儀器相比，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。

(2)通過(guò)達(dá)到軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)ZVS開(kāi)通關(guān)斷，提升轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)而提升電源品質(zhì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種應(yīng)用于納米腫瘤加熱治療技術(shù)的全橋移相逆變裝置原理框圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中超前臂開(kāi)關(guān)管以及滯后臂開(kāi)關(guān)管的電路圖。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中交流220V轉(zhuǎn)直流24V整流濾波電路電路。

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中整流濾波后波形與交流電波形比較圖

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖。

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中負(fù)載電阻為100Ω的電流波形圖。

圖7為本發(fā)明一實(shí)施例中負(fù)載電阻為1KΩ的電流波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。

本發(fā)明的目的在于通過(guò)軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)ZVS開(kāi)通關(guān)斷，提升轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)而提升電源品質(zhì)的應(yīng)用納米腫瘤加熱治療技術(shù)的全橋移相逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了使用芯片調(diào)節(jié)相應(yīng)的引腳來(lái)達(dá)到移相的目的，最終生成4路頻率，占空比，延時(shí)滿足要求的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，提高轉(zhuǎn)化效率的要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用納米腫瘤加熱治療技術(shù)的全橋移相逆變裝置，包括供電電路模塊、整流濾波電路模塊、信號(hào)控制電路模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、全橋逆變電路模塊、線圈負(fù)載電路模塊等；整流濾波電路模塊并聯(lián)濾波電容達(dá)到整流目的；信號(hào)控制電路模塊通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)的引腳來(lái)達(dá)到移相的目的，最終生成4路頻率，占空比，延時(shí)滿足要求的信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路模塊使信號(hào)帶有驅(qū)動(dòng)能力，能夠控制開(kāi)關(guān)管工作；全橋逆變電路模塊將直流電轉(zhuǎn)化成交流電的作用；線圈負(fù)載電路模塊用來(lái)感應(yīng)加熱。

進(jìn)一步的，市電220V交流電壓通過(guò)降壓隔離，轉(zhuǎn)為24V直流電壓，作為整流濾波電路模塊工作的輸入電源；另一方面，市電220V交流電壓通過(guò)電源適配器轉(zhuǎn)為12V直流電壓，作為移相控制電路模塊與驅(qū)動(dòng)電路模塊的電源。

移相控制電路模塊調(diào)節(jié)相應(yīng)的引腳產(chǎn)生滿足要求的信號(hào)，其產(chǎn)生的信號(hào)輸入到驅(qū)動(dòng)電路模塊，從而使驅(qū)動(dòng)電路模塊能夠控制開(kāi)關(guān)管的工作。

全橋逆變電路模塊接受驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)，將直流電轉(zhuǎn)為交流電，實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)加熱，并實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能，使得原件損耗較小。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，移相全橋型零電壓開(kāi)關(guān)PWM電路，電路比較簡(jiǎn)潔，不需要在電路中增加輔助開(kāi)關(guān)，只需要在負(fù)載處增加一個(gè)電感值合適的電感，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間和相位移動(dòng)的控制，使電容與電感在死區(qū)時(shí)間內(nèi)發(fā)生諧振，在其動(dòng)作前使開(kāi)關(guān)管柵源兩端電壓為零，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通關(guān)斷的效果。最終負(fù)載使用感應(yīng)加熱線圈，感應(yīng)加熱為通過(guò)電能與磁能相互轉(zhuǎn)換，使鐵件溫度上升。將高頻率大電流通過(guò)感應(yīng)線圈，這時(shí)因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)定律和渦流定律，導(dǎo)磁物體內(nèi)部分子高速移動(dòng)和相互摩擦生熱，從而起到感應(yīng)加熱的效果。

為了讓本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步了解本發(fā)明所提出的一種應(yīng)用于納米腫瘤加熱治療技術(shù)的全橋移相逆變裝置，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

圖1中，P、U1、U2、U3為控制部分，S、T、Z、L、R為負(fù)載供電部分，N為逆變部分，O為負(fù)載線圈部分。圖2為用于感應(yīng)加熱的移相全橋電路中超前臂開(kāi)關(guān)管以及滯后臂開(kāi)關(guān)管的電路圖。

P為芯片供電，使用直流12V輸出的電源適配器。U1為UCC3895移相控制芯片用于產(chǎn)生控制開(kāi)關(guān)管的方波信號(hào)，且通過(guò)控制其外部電路參數(shù)，實(shí)現(xiàn)占空比，頻率，延時(shí)的控制。如圖2所示，U2和U3分別為全橋電路兩個(gè)超前臂和兩個(gè)滯后臂開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)接受U1給出的信號(hào)，使其帶有驅(qū)動(dòng)能力，負(fù)載供電部分中。PWM移相控制器UCC3895通過(guò)調(diào)節(jié)其8腳電阻RT和7腳電電容CT的組合控制其頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)9腳，10腳電阻控制其延時(shí)時(shí)間，達(dá)到移相的目的，最終生成4路頻率，占空比，延時(shí)滿足要求的信號(hào)。S為市電接入的交流220V電壓，接入T，T為變壓器，將使市電降壓到24V；Z為整流電路，使用KBPC3510整流橋，將交流電變?yōu)橹绷鳎⒙?lián)濾波電容達(dá)到整流目的。交流220V轉(zhuǎn)直流24V整流濾波電路如圖3所示。整流濾波后波形與交流電波形比較圖如圖4所示。

L為電容濾波電路，配合整流電路將波形變成平波；R為繼電器軟啟動(dòng)電路，為了防止電路啟動(dòng)電流過(guò)大，要在啟動(dòng)時(shí)電路上接一個(gè)功率電阻限流，同時(shí)在繼電器線圈并聯(lián)一個(gè)電容，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)在限流電阻上，當(dāng)啟動(dòng)電路，主電路電流先從電阻上流過(guò)，同時(shí)給電容充電，達(dá)到動(dòng)作電壓后，繼電器動(dòng)作，觸點(diǎn)閉合，將限流電阻短路，電流回復(fù)原來(lái)的值達(dá)到軟啟動(dòng)目的。

N為逆變電路，為開(kāi)關(guān)管上并聯(lián)電容與反并聯(lián)二極管的全橋電路，通過(guò)U2、U3接入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管工作實(shí)現(xiàn)逆變，通過(guò)延時(shí)和占空比的設(shè)置實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)工作，降低開(kāi)關(guān)管溫升。在本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)模塊使用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110，其功能是使信號(hào)帶有驅(qū)動(dòng)能力，能夠控制全橋逆變模塊中開(kāi)關(guān)管工作。全橋逆變模塊中開(kāi)關(guān)管使用IRFP460場(chǎng)效應(yīng)管，并聯(lián)MKP電容，反并聯(lián)續(xù)流二極管FR107。負(fù)載O為加熱線圈，通過(guò)逆變電路使其通以交流電，通過(guò)電磁感應(yīng)定律和渦流定理使線圈上的鐵件加熱。圖5為驅(qū)動(dòng)部分電路圖。驅(qū)動(dòng)芯片IR2110輸入四個(gè)方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片的輸入為控制上下橋臂的兩路互補(bǔ)信號(hào)，U1輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別控制開(kāi)關(guān)管Q1、Q2， U2輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別控制開(kāi)關(guān)管Q3、Q4，其中輸入Q1、Q4的信號(hào)相位、占空比一致，輸入Q2、Q3的信號(hào)相位、占空比一致，都設(shè)置為40%，輸入的電壓幅值都設(shè)置為5V，頻率暫時(shí)設(shè)置為20kHz。圖6和圖7分別為負(fù)載電阻為100Ω和1KΩ的電流波形圖。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。