一种应用于纳米肿瘤加热治疗技术的全桥移相逆变装置的制作方法

本发明涉及一种应用于纳米肿瘤加热治疗技术的全桥移相逆变装置。

背景技术：

现代电力电子技术对开关电源效率、可靠性的要求越来越高，且随着开关电源应用范围的不断广泛和技术的完善，人们越来越发现提高开关频率对电源的巨大优势，提高频率最大的优点是可以大幅度减少电路中变压器和感性容性器件的体积重量，从而减小整体的体积，使设备更加便携。随着开关管制造技术的发展，绝缘栅双极型晶体管管和场效应管具有更高的工作频率，耐压条件，因此不断被应用在开关电源上。

提高开关频率的同时，对电路也出现了一些影响，首先电路的干扰能力变强，其布线必须更加讲究，其次开关管的损耗也相对呈比例增长，此时对于发热的控制就显得尤为重要，所以本设计研究的移相全桥技术，就是为了实现软开关技术降低开关管的发热，提高电路的可靠性。

软开关与硬开关的区别，在于开关管动作期间电压电流变化情况，硬开关工作条件下，开关管动作前后，电压电流不为零，波形上出现重叠，导致功率损耗，开关管发热，而在软开关工作条件下，开关前后电压或电流已经降到零，此时没有损耗发生，软开关一般是使用了谐振的原理。

移相全桥型零电压开关PWM电路，它的电路比较简洁，不需要在电路中增加辅助开关，它只需要在负载处增加一个电感值合适的电感，通过调节驱动信号的死区时间和相位移动的控制，使电容与电感在死区时间内发生谐振，在其动作前使开关管栅源两端电压为零，实现零电压开通关断的效果。最终的负载使用感应加热线圈，感应加热为通过电能与磁能相互转换，使铁件温度上升。将高频率大电流通过感应线圈，这时因为电磁感应定律和涡流定律，导磁物体内部分子高速移动和相互摩擦生热，从而起到感应加热的效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种应用于纳米肿瘤加热治疗技术的全桥移相逆变装置，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种应用于纳米肿瘤加热治疗技术的全桥移相逆变装置，包括：供电模块、整流滤波模块、移相信号控制模块、驱动模块、全桥逆变模块以及线圈负载模块；所述供电模块将市电220V交流电压通过通过降压隔离，为所述整流滤波模块提供直流输入电压；所述供电模块将市电220V交流电压通过电源适配器为所述移相信号控制模块以及所述驱动模块提供直流输入电压；所述移相信号控制模块发送移相控制信号至所述驱动模块；所述驱动模块驱动所述全桥逆变模块，将所述整流滤波模块为所述全桥逆变模块提供的直流输入电压转换为交流电，并输入至所述线圈负载模块，驱动该线圈负载模块加热。

在本发明一实施例中，所述供电模块包括一变压器，将市电220V交流电压降压到24V。

在本发明一实施例中，所述整流滤波模块包括一KBPC3510整流桥以及一电容滤波电路。

在本发明一实施例中，所述移相信号控制模块包括一PWM移相控制器UCC3895、两个超前臂开关管驱动电路以及两个滞后臂开关管驱动电路；所述PWM移相控制器UCC3895用于驱动所述两个超前臂开关管驱动电路以及所述两个滞后臂开关管驱动电路。

在本发明一实施例中，所述PWM移相控制器UCC3895通过调节其8脚电阻RT以及7脚电电容CT的组合以控制其频率，并通过调节9脚、10脚电阻控制其延时时间，从而进行移相，并生成4路符合预设频率、预设占空比以及预设延时的信号；

在本发明一实施例中，所述驱动模块包括两个驱动芯片IR2110。

在本发明一实施例中，所述全桥逆变模块包括4个开关管，且均采用IRFP460场效应管，且并联MKP电容，反并联续流二极管FR10；第一IRFP460场效应管以及第二IRFP460场效应管均与第一驱动芯片IR2110相连，第三IRFP460场效应管以及第四IRFP460场效应管均与第二驱动芯片IR2110相连。

在本发明一实施例中，还包括一继电器软启动电路，包括一与所述线圈负载模块中继电器相连的限流功率电阻以及一与所述线圈负载模块中线圈并联的电容；当启动电路，电流先从所述限流功率电阻上流过，同时给电容充电，达到动作电压后，继电器动作，触点闭合，将所述限流功率电阻短路，电流回复原来的值完成软启动。

在本发明一实施例中，所述第一驱动芯片IR2110输出的驱动信号分别控制所述第一IRFP460场效应管以及所述第二IRFP460场效应管， 所述第二驱动芯片IR2110输出的驱动信号分别控制所述第三IRFP460场效应管以及所述第四IRFP460场效应管；其中，输入所述第一IRFP460场效应管以及所述第四IRFP460场效应管的驱动信号相位、占空比一致，输入所述第二IRFP460场效应管以及所述第三IRFP460场效应管的信号相位、占空比一致，均为40%，输入的电压幅值均为5V，频率均为20kHz。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)应用谐振的工作原理，由于加热线圈本身带有电感，通过线圈与开关管并联的电容实现谐振，与传统仪器相比，简化了电路结构。

(2)通过达到软开关实现ZVS开通关断，提升转化效率，进而提升电源品质。

附图说明

图1为本发明一种应用于纳米肿瘤加热治疗技术的全桥移相逆变装置原理框图。

图2为本发明一实施例中超前臂开关管以及滞后臂开关管的电路图。

图3为本发明一实施例中交流220V转直流24V整流滤波电路电路。

图4为本发明一实施例中整流滤波后波形与交流电波形比较图

图5为本发明一实施例中驱动模块的电路图。

图6为本发明一实施例中负载电阻为100Ω的电流波形图。

图7为本发明一实施例中负载电阻为1KΩ的电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明的目的在于通过软开关实现ZVS开通关断，提升转化效率，进而提升电源品质的应用纳米肿瘤加热治疗技术的全桥移相逆变系统设计的实现方案。该系统实现了使用芯片调节相应的引脚来达到移相的目的，最终生成4路频率，占空比，延时满足要求的信号，从而实现软开关，提高转化效率的要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种应用纳米肿瘤加热治疗技术的全桥移相逆变装置，包括供电电路模块、整流滤波电路模块、信号控制电路模块、驱动电路模块、全桥逆变电路模块、线圈负载电路模块等；整流滤波电路模块并联滤波电容达到整流目的；信号控制电路模块通过调节相应的引脚来达到移相的目的，最终生成4路频率，占空比，延时满足要求的信号；驱动电路模块使信号带有驱动能力，能够控制开关管工作；全桥逆变电路模块将直流电转化成交流电的作用；线圈负载电路模块用来感应加热。

进一步的，市电220V交流电压通过降压隔离，转为24V直流电压，作为整流滤波电路模块工作的输入电源；另一方面，市电220V交流电压通过电源适配器转为12V直流电压，作为移相控制电路模块与驱动电路模块的电源。

移相控制电路模块调节相应的引脚产生满足要求的信号，其产生的信号输入到驱动电路模块，从而使驱动电路模块能够控制开关管的工作。

全桥逆变电路模块接受驱动电路的信号，将直流电转为交流电，实现电磁感应加热，并实现软开关功能，使得原件损耗较小。

进一步的，在本实施例中，移相全桥型零电压开关PWM电路，电路比较简洁，不需要在电路中增加辅助开关，只需要在负载处增加一个电感值合适的电感，通过调节驱动信号的死区时间和相位移动的控制，使电容与电感在死区时间内发生谐振，在其动作前使开关管栅源两端电压为零，实现零电压开通关断的效果。最终负载使用感应加热线圈，感应加热为通过电能与磁能相互转换，使铁件温度上升。将高频率大电流通过感应线圈，这时因为电磁感应定律和涡流定律，导磁物体内部分子高速移动和相互摩擦生热，从而起到感应加热的效果。

为了让本领域技术人员进一步了解本发明所提出的一种应用于纳米肿瘤加热治疗技术的全桥移相逆变装置，下面结合具体实施例进行说明。

图1中，P、U1、U2、U3为控制部分，S、T、Z、L、R为负载供电部分，N为逆变部分，O为负载线圈部分。图2为用于感应加热的移相全桥电路中超前臂开关管以及滞后臂开关管的电路图。

P为芯片供电，使用直流12V输出的电源适配器。U1为UCC3895移相控制芯片用于产生控制开关管的方波信号，且通过控制其外部电路参数，实现占空比，频率，延时的控制。如图2所示，U2和U3分别为全桥电路两个超前臂和两个滞后臂开关管的驱动电路，通过接受U1给出的信号，使其带有驱动能力，负载供电部分中。PWM移相控制器UCC3895通过调节其8脚电阻RT和7脚电电容CT的组合控制其频率，通过调节9脚，10脚电阻控制其延时时间，达到移相的目的，最终生成4路频率，占空比，延时满足要求的信号。S为市电接入的交流220V电压，接入T，T为变压器，将使市电降压到24V；Z为整流电路，使用KBPC3510整流桥，将交流电变为直流，并联滤波电容达到整流目的。交流220V转直流24V整流滤波电路如图3所示。整流滤波后波形与交流电波形比较图如图4所示。

L为电容滤波电路，配合整流电路将波形变成平波；R为继电器软启动电路，为了防止电路启动电流过大，要在启动时电路上接一个功率电阻限流，同时在继电器线圈并联一个电容，继电器常开触点并联在限流电阻上，当启动电路，主电路电流先从电阻上流过，同时给电容充电，达到动作电压后，继电器动作，触点闭合，将限流电阻短路，电流回复原来的值达到软启动目的。

N为逆变电路，为开关管上并联电容与反并联二极管的全桥电路，通过U2、U3接入的驱动信号控制开关管工作实现逆变，通过延时和占空比的设置实现软开关工作，降低开关管温升。在本实施例中，驱动模块使用驱动芯片IR2110，其功能是使信号带有驱动能力，能够控制全桥逆变模块中开关管工作。全桥逆变模块中开关管使用IRFP460场效应管，并联MKP电容，反并联续流二极管FR107。负载O为加热线圈，通过逆变电路使其通以交流电，通过电磁感应定律和涡流定理使线圈上的铁件加热。图5为驱动部分电路图。驱动芯片IR2110输入四个方波驱动信号，同一个驱动芯片的输入为控制上下桥臂的两路互补信号，U1输出的驱动信号分别控制开关管Q1、Q2， U2输出的驱动信号分别控制开关管Q3、Q4，其中输入Q1、Q4的信号相位、占空比一致，输入Q2、Q3的信号相位、占空比一致，都设置为40%，输入的电压幅值都设置为5V，频率暂时设置为20kHz。图6和图7分别为负载电阻为100Ω和1KΩ的电流波形图。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。