强脉冲光治疗机的控制技术研究

论文摘要

近些年来临床医学实验表明,强脉冲光治疗机在临床治疗和光学美容方面效果显著并且安全可靠。目前,采用脉冲氙灯作为光源的强脉冲光治疗机已经成为国际上进行光子嫩肤的最佳选择。因此,我们选取该种强脉冲光治疗机作为研究对象。由于传统的脉冲氙灯电源在采用间歇式长脉冲工作方式时,各个子脉冲强度仍相差较大,输出能量呈指数衰减。为克服上述缺点,我们设计了基于IGBT斩波电路和LC滤波电路的”母子”式电容储能电源系统。实验证明,该电源系统不仅安全可靠,而且可以实现输出平稳的泵浦电流,使每个强脉冲光强度的差别可满足医学治疗的要求。围绕这一课题,本文研究的重点如下:1,阐述了光与生物组织相互作用的机理,对强脉冲光治疗机的应用和研究现状进行了系统的归纳和总结,并介绍了几个国家多种强脉冲光治疗机的性能指标。2,系统的阐述了脉冲氙灯的光辐射特性和电学特性及其对医疗的影响,并阐述了强脉冲光治疗机控制系统的工作流程。3,设计了基于IGBT斩波电路和LC滤波电路的”母子”式电容储能电源系统。提出了设计LC滤波电路的归一化方法,并且重新优化了IGBT驱动电路和缓冲吸收电路。4,设计了实验方案并验证了”母子”式电容储能电源系统的实际效果。实验证明,该电源系统在工作电压150V的条件下,可以实现大于2KW的充电功率,并且可以保证流经氙灯的电流脉冲基本相等,达到了设计的目的。5,针对实验中出现的电磁干扰现象,采用了多种手段进行应对,取得了一定效果,提高了系统的电磁兼容性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光与生物组织相互作用的原理
• 1.1.1 生物组织的光学特性
• 1.1.2 光的生物组织效应
• 1.2 强光系统在医学领域中的应用以及本课题的提出
• 1.2.1 强光系统在医学领域中的应用
• 1.2.2 强光系统用于医疗的技术要求
• 1.2.3 本课题的提出
• 1.3 本论文所做的工作
• 第二章 强光系统的电源研究
• 2.1 惰性气体放电灯的工作特性
• 2.1.1 惰性气体放电灯的发光机制
• 2.1.2 惰性气体灯的发射光谱分布
• 2.1.3 惰性气体灯脉冲放电过程中的电学性质
• 2.2 脉冲氙灯的电源结构
• 2.2.1 脉冲氙灯电源系统的基本工作原理
• 2.2.2 功率开关元件的选择
• 2.3 单片机控制系统的设计
• 2.3.1 控制系统的硬件结构
• 2.3.2 控制系统软件程序的设计
• 第三章 “母子”式电容储能电源系统的设计
• 3.1 “母子”式电容储能电源系统
• 3.1.1 “母子”式电容储能电源系统的原理
• 3.1.2 “母子”式电容储能电源系统的工作流程
• 3.1.3 “母子”式电容储能电源系统的工作特点
• 3.1.4 方案设计中的关键点
• 3.2 IGBT斩波电路的研究
• 3.2.1 大功率的IGBT模块
• 3.2.2 IGBT的驱动电路
• 3.2.3 IGBT的缓冲吸收电路
• 3.3 滤波电路的设计
• 3.3.1 滤波方案选择
• 3.3.2 LC低通滤波电路的原理
• 3.3.3 LC滤波电路的截止频率
• 3.3.4 应用归一化方法设计高阶LC低通滤波电路
• 第四章 “母子”式电容储能电源系统的实验研究
• 4.1 “母子”式电容储能电源的实验方案
• 4.1.1 实验的电路结构
• 4.1.2 实验的主要内容
• 4.1.3 实验中的检测技术
• 4.2 “母子”式电容储能电源系统的实验分析
• 4.2.1 验证滤波电路设计方案的实验
• 4.2.2 “母电容”向“子电容”充电性能的实验
• 4.2.3 “过流”现象的实验分析
• 4.2.4 电路中“浪涌电压”的实验分析
• 4.3 系统电磁兼容性的研究
• 4.3.1 电磁兼容的原理和研究的必要性
• 4.3.2 电磁兼容性的实验研究
• 4.4 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢