近红外激光电源设计和应用

　　1 引言

　　近年来快速发展的近红外光学层析(OpticalComputer Tomography)成像技术是一种新兴的对生物活体无辐射伤害的医学成像技术，在生物医学界得到广泛的研究和应用。不同于X-ray在生物组织中的直线传播，近红外光在生物组织中传播时不但有吸收，还有散射。吸收和散射的程度与入射波长有关，对于波长介于 600~1100nm 的近红外光，乳腺组织体现出强散射和弱吸收效应，典型的散射系数和吸收系数分别为μs≈10 ²~10 ³ cm ^-1和μa≈10 ^-2 ~10 ^-1 cm ^-1。这样肿瘤组织和正常组织在各个光谱段散射和吸收系数的差异为有效发现肿瘤提供了高对比度的信号。而用于近红外光学层析成像的近红外激光器要求光强稳定，可以随意调节光强的强度，并能够长时间工作。为了能够满足激光器的要求得到稳定的600~1300nm波段的近红外光，我们设计了可以输出恒定的电流并且电流可以调节的近红外激光电源。

　　2 电源设计的要求

　　(1) 输入电压 195V~265V

　　(2) 稳压部分输出电压 5V

　　(3)稳压部分输出纹波电压 ≤-2% ~ +5%(4.9V~5.25V)

　　(4) 稳压部分输出噪声电压 ≤80mV(50mV)

　　(5) 稳流部分输出电流 300mA~1500mA

　　3 设计原理图与电源电路

　　近十年来，开关电源在很多医疗设备中得到广泛应用。开关电源有很多优点，他抛弃了传统的工频变压器，使用高频的电子震荡电路。与同容量线性稳压电源比较，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点。

　　考虑到开关电源的电压稳定的特点，我们设计了由 5V 稳压电路和输出稳流电路组成的电源，其中 5V 稳压电路是利用开关电源的优点，选择了美国动力公司的 TOP232P 芯片，电路采用三端隔离反激式脉宽调制开关电源，并且采用连续工作模式。在得到稳定的5伏电压以后，利用元件LM 317的特性设计了一个恒流源以达到稳定电流输出和电流可调的目的。图 1 是恒流源的设计原理方框图。

　　3.1 稳压部分

　　(1)PWM 及控制电路

　　选择美国动力公司的TOP 232P 芯片，电路采用三端隔离反激式脉宽调制开关电源，并且采用连续工作模式。

　　TOPS witch 232 在一块 CMOS芯片中集成了高压功率 MOSFET、PWM 控制器、故障自动保护和所有其他控制电路，还可以通过多功能引脚实现可编程过压、欠压关断设定和降低前馈、最大占空比(Dcmax)。其中漏极脚 D 接变压器端，它是高压功率 MOSFET 漏极引脚的输出;多功能引脚 M 通过电阻R1可对输入电压进行检测，实现过压关断、欠压保护并降低 Dcmax 的前馈;控制脚 C是用于占空比控制的误差放大器和反馈电流的输入脚，它与内部并联稳压器相连接，提供正常工作时的内部偏置电流，也用作电源旁路和自动重启动和补偿电容的连接点;源极脚 S 是 MOSFET(与高压功率回路连接)的源极引脚的输出，初级控制电路的公共点和参考点。