PDF《经颅磁刺激硬件电路改进研究》

9 8 第3 4卷( 总第3

0 5期) 杨龙成, 孙连海, 等: 经颅磁刺激硬件电路改进研究 提供的单相交流2

2 0 V /

5 0 H z , 经变压器作用输出有效值为5

0 0 V 的交流电压, 为后级电路供电. 3. 2. 2整流滤波电路 电路中的储能电容需要用稳定的直流电源进行供电, 电网2

2 0 V /

5 0 H z交流电通过变压器后仍为交流 电, 故利用整流电路对其进行整流后再用电容进行滤波, 以得到较平滑直流电压.由于变压器输出交流电压 有效值为

5 0

0 V, 整流后 的峰值理论可达

7 0

7 V, 按约

2 倍电压峰值选取滤波电容额定电压, 故采用

3 个3300u/450V的电容器串联以增加滤波回路耐压能力.串联后的滤波回路耐压达到1

3 5

0 V, 其等效电容为: (

1 1 ) 为使串联电容电压均衡, 每个电容均并联相同高组织的电阻.在其后级回路并联3只CBB无极性电容 进行高频滤波, 尽量减小纹波, 提高直流电压精度.C B B电容绝缘阻抗很高, 其频率特性很好, 介电常数较 高, 可承受较高的电压. 3. 2. 3开关控制电路 总体设计图中有S

1、 S

2、 和S 3开关管, 通过对三者的有序开断实现对电容C 5和线圈L的充放电.其控 制时序图如图4所示: 图4 开关时序图 由时序图, S

1、 S

2、 S 3在高电平时导通, 低电平为断开状态. t 1时间( 电容慢速充电过程) .S 1闭合而S 2和S 3断开, 电路经前端变压器以及整流滤波电路后输出稳 定的直流电压, 经限流电阻 R 4为储能电容 C 5充电.由于电路的一个工作周期中, 储能电容的充电时间占 绝大部分, 所以其充电的快慢, 决定了磁刺激的频率.而RC电路有时间常数为 , 它表示了储能电容 的充电时间.因而, 时间常数 是一个限定经颅磁刺激频率的重要因素.实际电路中储能电容的大小无法 改变, 为使电容储存更多的能量, 以提高后续放电过程中的电压值, 必选取大容量储能电容.所以加快充电 时间只能减小电路的电阻.实际电路实验中, 若选取过小的电阻, 虽然缩短充电时间, 但充电电流大, 要求工 频变压器的容量大, 电阻上损耗大, 且通过整流桥的电流大, 整流桥发热量大, 甚至烧毁整流桥.因此将电容 充电过程分为两段, 上半段采用较大电阻 R 4作为限流电阻, 以减轻工频变压器负荷, 同时起到限制流经储 能电容的浪涌电流幅值. t 1- t 2时间( 电容快速充电过程) .S

1、 S 2闭合而S 3断开, 经过对储能电容一半的充电过程, 此时, 已没 有了t 1时刻刚开始充电的电压冲击, 闭合S 2开关, 相当于在限流电阻 R 4上并联了电阻 R 5, 立即减小了电 路的总电阻, 减小时间常数, 储能电阻进行快速充电直至饱和.此时电路中的电阻 R 4与R5两个电阻并联, 电阻发热量也得到了缓解. t

2 - t 3时间( 过渡时间) .为避免电容充电与放电回路在某一时刻连通, 烧毁器件, 设置一段很短的过渡 时间( 约1

0 0 u s ) 将S

1、 S

2、 S 3全部断开, 即充电与放电过程的间隔时间. t 3- t 4时间( 电容放电、 电感储能过程) .此时将 S

1、 S 2断开而使 S 3闭合, 电路将前级供电电路断开, 等效为 R L C电路.此时储能电容 C 5对感应线圈 L放电, 感应线圈为储能过程, 电感电流从0迅速增大, 利09成都师范学院学报

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1 8年7月 用此快速变化的电流产生瞬变磁场, 以达到磁刺激的目的. t

4 - t 5时间( 电感放电过程) .在t 4时刻, 晶闸管 S 3的触发信号被关断, 但晶闸管会继续导通, 直到其 电流下降到维持电流一下, S 3将自行关断. t 5- t 6时间( 缓冲过程) .此时二极管 D 5将为其提供续流通路, 避免电感电流出现震荡. 综上, 在一个周期中, 电感进行快速放电的过程会直接影响到经颅磁刺激产生脉冲磁场的强度大小.此 时电感中的电流变化速率越快, 其周围产生的感应磁场将越大. 3.