تحليل مخطط تصميم مصدر طاقة الموجات فوق الصوتية المحمولة ب

يعتبر مصدر الطاقة الداخلي لنظام الموجات فوق الصوتية B المحمول معقدًا. يجب تحويل مصدر الطاقة الخاص بالمحول الخارجي والبطارية إلى الجهد المطلوب بواسطة النظام من خلال تحويل DC / DC. من أجل تقليل الاستهلاك غير المجدي لمصدر الطاقة وتحسين كفاءة البطارية ، يتم تشغيل مصدر الطاقة الخاص باللوحة الأم للنظام ولوحة التحكم بالموجات فوق الصوتية B ولوحة المفاتيح LCD ولوحة المفاتيح عن طريق تبديل مصدر الطاقة.

الشكل 1 هو مخطط كتلة التصميم العام لمصدر طاقة الموجات فوق الصوتية المحمولة. هناك نوعان من جهد إدخال الطاقة للموجات فوق الصوتية المحمولة B: أحدهما هو إدخال محول الطاقة ، والجهد 18 فولت ، والآخر هو إدخال البطارية ، والجهد 14.4 فولت. مطلوب لتحقيق التبديل الحراري بين الفولتية ، ولن يتأثر تشغيل النظام عند تبديل الجهد ، أي أنه يوفر وظيفة مصدر الطاقة الخارجي ومصدر طاقة البطارية دون تأخير. مطلوب إخراج العديد من الفولتية مثل 12V و 5V و 3.3V و 48V. المؤشرات المحددة هي 12V / 2.5A ، - 12V / 0.5A ، 5V / 4A ، 3.3v / 3a ، 48V / 80mA و - 48V / 80mA. لديها وظيفة مفتاح واحد on-off ، أي عندما لا توجد قوة ، اضغط على مفتاح التشغيل لتشغيل الطاقة ؛ عندما تكون هناك طاقة ، اضغط على مفتاح التشغيل لإرسال إشارة إيقاف التشغيل إلى لوحة التحكم ، ويمكن أيضًا إيقاف تشغيل الكمبيوتر العلوي من خلال البرنامج (على سبيل المثال. دعم الأمر إيقاف تشغيل ATX). تتبنى واجهة خرج الطاقة واجهة ATX المعيارية للكمبيوتر.

الشكل 1 مخطط كتلة التصميم العام لإمدادات الطاقة المحمولة بالموجات فوق الصوتية B تصميم دائرة تبديل الطاقة

يظهر الشكل 2 دائرة تبديل الطاقة للموجات فوق الصوتية المحمولة B. عند توصيل محول الطاقة الخارجي ، يتم إدخال الجهد إلى تيار متردد 18 فولت ، مقسم على صمامات ثنائية VD100 و vd101 ، ثم يتم تطبيقها على طرف 3 (طرف في الطور) من n100a (lm193) مقارنة الجهد من خلال R100 و R107. جهد الدخل للبطارية هو 14.4 فولت ، مقسومًا على R101 و r108 ويضاف إلى الطرف 2 (الطرف المقلوب) لمقارن الجهد n100a (lm193). نظرًا لأن جهد الدبوس 3 أعلى من جهد الدبوس 2 ، فإن الطرف 1 من n100a (lm193) يخرج مستوى عالٍ لتشغيل الصمام الثلاثي V100 ، وإيقاف تشغيل V101 ، وإيقاف تشغيل FET v105 وإيقاف الطاقة - يحصل الطرف الداخلي على جهد 18 فولت من محول الطاقة الخارجي. في حالة عدم وجود محول طاقة خارجي ، أو عندما لا تتمكن آلة الموجات فوق الصوتية المحمولة من استخدام محول الطاقة الخارجي بسبب انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ في التيار المتردد الخارجي ، يكون جهد السن 3 من n100a (lm193) أقل من السن 2 ، والدبوس 1 من n100a (lm193) ينتج مستوى منخفض ، بحيث يتم إيقاف تشغيل الصمام الثلاثي V100 ، و V101 قيد التشغيل ، و FET v105 قيد التشغيل. يمر جهد البطارية من خلال مصدر واستنزاف FET v105 الموصّل ، power_ يحصل الطرف الداخلي على جهد 14.4V للبطارية ، والذي يحقق التبديل الحراري بين الفولتية. يلعب Vd102 و vd103 دورًا في العزل في الدائرة ، حيث يعزلان محول الطاقة الخارجي ومصدر طاقة البطارية.

الشكل 2 دائرة تبديل الطاقةتصميم دائرة التبديل التي تعمل بلمسة واحدة

تظهر دائرة مفتاح B-ultrasound المحمول الذي يعمل بلمسة واحدة في الشكل 3 ، والذي يتم تشغيله بواسطة محول خارجي أو بطارية _ يتم إرسال الجهد الكهربائي إلى FET Q100 لبدء التشغيل ، ويتم إرسال الآخر إلى أحد طرفي زر اللمس. -key2 خلال r104 و vd104. تم تأريض الطرف الآخر من مفتاح التشغيل 2 لزر النقر. عند الضغط على زر النقر على مفتاح التشغيل 2 ، يتم تثبيت قاعدة الصمام الثلاثي n106 عند المستوى المنخفض ، ويتم تشغيل n106 ، ويتم أيضًا تشغيل N102 ، وتشغيل FET Q100 ، والطاقة من المحول الخارجي أو البطارية - يمر الجهد الكهربي من خلاله مصدر واستنزاف Q100 للحصول على جهد كهربائي لتزويد الطاقة لدوائر الجهد العالي والمنخفض ، ويبدأ الجهاز في العمل. في نفس وقت بدء التشغيل ، يمر جهد الطاقة عبر الصمام الثنائي زينر 6 فولت لتشغيل الصمام الثلاثي n104 ، ويكون المجمع n104 عند المستوى المنخفض للحفاظ على n106 قيد التشغيل والحفاظ على حالة بدء التشغيل.

التين. 3 دائرة مفتاح بلمسة واحدة عندما تكون آلة الموجات فوق الصوتية المحمولة في حالة التشغيل ويتم الضغط على مفتاح الطاقة على الزر مرة أخرى ، يتم تشغيل optocoupler B101 ، ويتم تشغيل optocoupler الثانوي ، وإخراج أربعة دبابيس من العاكس D101 مستوى منخفض إلى لوحة التحكم ، وترسل لوحة التحكم أمر إيقاف التشغيل منخفض المستوى power-off1 لتشغيل optocoupler B100 ، ثم قم بتشغيل الصمام الثلاثي n103 ، وأوقف تشغيل n104 ، ويتوقف المستوى العالي للمجمع n104 عن n106 ، أدى إلى نهاية FET Q100 وإغلاق محقق. عندما يرسل الكمبيوتر العلوي أمر إيقاف تشغيل عالي المستوى ، فإنه سيقوم أيضًا بتشغيل optocoupler B100. عملية الراحة هي نفس عملية إيقاف تشغيل لوحة التحكم.

تصميم دائرة إمداد الطاقة ذات الجهد المنخفض

تظهر دائرة إمداد الطاقة المحمولة ذات الجهد المنخفض للغاية B في الشكل 4 ، والتي تتكون أساسًا من 6 tps5430 من شركة TI و 1 lm2576 من شركة أشباه الموصلات الوطنية. توفر أجهزة tps5430 الستة مجموعتين من الفولتية 12 فولت و 5 فولت و 3.3 فولت ، تستخدم إحداهما لتزويد لوحة التحكم الرئيسية لجهاز الموجات فوق الصوتية B المحمولة بالطاقة ، بينما تستخدم الأخرى لتزويد الكمبيوتر بالطاقة في الجهاز المحمول جهاز الموجات فوق الصوتية ب. المجموعتان متماثلتان تمامًا ، لذلك نقدم فقط مخططًا تخطيطيًا لإمداد الطاقة لمجموعة واحدة. Lm2576 مسؤول عن توليد جهد 12 فولت للكمبيوتر في الموجات فوق الصوتية المحمولة ب.

الشكل 4 دارة إمداد الطاقة ذات الجهد المنخفض

يتمتع Tps5430 بنطاق إدخال جهد عريض يبلغ 5.5 36 فولت ، وقدرة خرج تيار مستمر 3 أمبير (قيمة الذروة 4 أمبير) وكفاءة تحويل 95٪. حزمة التصحيح الصغيرة 8-pin ، الجزء الخلفي من الرقاقة عبارة عن بالوعة حرارة معدنية ، والتي يجب أن تكون ملحومة على الأرض عند الاستخدام. عند صنع حزمة PCB ، يعتبر المشتت الحراري هو الدبوس التاسع. ليست هناك حاجة لتوصيل جهاز تبديد الحرارة ، ويمكن تحقيق نتائج جيدة باستخدام تبديد الحرارة للوحة الدائرة نفسها ، وهو مناسب بشكل خاص لتصميم واستخدام المنتجات المحمولة. الدبوس 1 من tps5430 هو طرف التمهيد ، والذي يتطلب درجة حموضة غير مباشرة قدرها 0.01 بين التمهيد والدبوس 8 سعة منخفضة ESR لـ F. 2. الدبوس 3 هو الطرف الفارغ ، والدبوس 4 VSENSE هو طرف التغذية المرتدة للجهد المنظم ، وهو متصل بمحطة مقاومة تقسيم الجهد لجهد الخرج للحصول على التغذية الراجعة لجهد الخرج. Pin 5 ENA هي محطة التحكم في التشغيل / الإيقاف. عندما يكون جهد هذا الدبوس أقل من 0.5 فولت ، ستقوم الشريحة بإيقاف تحويل الطاقة وتقليل التيار الكهربائي إلى 18 أ. تعمل الرقاقة بشكل طبيعي عند تعليقها. نحن لا نتحكم في هذا الدبوس ، لذلك فهو معلق وغير متصل. دبوس 6 مؤرض ، الدبوس 7 فين هو محطة إمداد الطاقة ، متصل بالطاقة. مكثف سيراميك عالي الجودة ومنخفض ESR متصل بشكل غير مباشر بين مصدر الطاقة والأرض. الرقم الهيدروجيني ذو 8 أسنان هو مصدر الطاقة الداخلية FET ، ويتم توصيل الصمام الثنائي والمحث خارجياً. نهاية لوحة powerpad للدبوس 9 عبارة عن لوح معدني لتبديد الحرارة على الجزء الخلفي من الشريحة ، والذي يجب توصيله بالأرض (GND).

يتم تحديد قيمة جهد الخرج لـ tps5430 بواسطة قيمة الجهد الجزئي لأربعة دبابيس ، والجهد الناتج Vout = (1.221 (R1 & المواضيع؛ 1.221) / r2) v. حيث R1 هي المقاومة فوق الجهد الجزئي و R2 هي المقاومة تحت الجهد الجزئي. لتصميم tps5430 ، يمكن اعتبار R1 10K ، ويمكن حساب R2 وفقًا لجهد الخرج المطلوب الحصول عليه. وفقًا لـ r206 (1.11k) و r208 (3.07k) و R210 (5.36k) الواردة في الشكل 4 ، يمكننا حساب أن جهد الخرج هو 12.2 فولت و 5.2 فولت و 3.5 فولت على التوالي ، وهو أعلى قليلاً من قيمة التصميم بمقدار 0.2 فولت. الحمل ثقيل نسبيًا ، والجهد يكون مناسبًا تمامًا عند التحميل.

N208 (lm2576-12) هو منتج من شركة American National Semiconductor. الدبوس 1 هو محطة إمداد الطاقة ومتصل بالطاقة ؛ الدبوس 2 هو نهاية الإخراج ، وهو متصل خارجيًا بصمام ثنائي ومحاثة حرة ؛ الدبوس 3 هو طرف التأريض والدبوس 5 هو طرف التحكم في التشغيل / الإيقاف لمصدر الطاقة. نظرًا لإخراج الجهد السلبي ، لا يتم تأريض المسامير 3 و 5 ، ولكنهما متصلان بمصدر الطاقة - 12V ؛ دبوس 4 هو محطة التغذية المرتدة للجهد. نحن نستخدم lm2576-12 مع خرج ثابت 12 فولت ، لذلك فإن الدبوس 4 مؤرض ولا توجد حاجة لتوصيل مقاوم التغذية المرتدة لتقسيم الجهد.

تصميم دائرة إمداد الطاقة ذات الجهد العالي تظهر دائرة إمداد الطاقة المحمولة ذات الجهد العالي B في الشكل 5 ، باستخدام محول DC / DC. Ua3843 عبارة عن وحدة تحكم عالية الأداء وتردد ثابت ووضع تيار تستخدم خصيصًا لتطبيقات محول DC / DC. يوفر للمصممين حلاً فعالاً من حيث التكلفة باستخدام أقل المكونات الخارجية. وهي مقسمة إلى تحكم PWM ، وحد تيار الدورة ، والتحكم في الجهد وما إلى ذلك. الشكل 5 دائرة إمداد الطاقة 48 فولت

1 PWM السيطرة

امدادات الطاقة الجهد إلى دبوس 7 من N1 (ua3843) من خلال المقاوم R34 ، ومذبذب سن المنشار المكون من R36 و C33 الخارجيين للدبوس 4 من N1 والدائرة الداخلية تبدأ في العمل. يتم إخراج نبضة PWM بواسطة السن 6 من N1 للتحكم في وقت MOSFET V9 وتحديد جهد الخرج. يستخدم R37 لقمع التذبذب الطفيلي وعادة ما يتم توصيله في سلسلة بالقرب من بوابة MOSFET. لا ينبغي أن تكون مقاومة البوابة r37 كبيرة جدًا ، مما يؤثر بشكل مباشر على شحن وتفريغ سعة الإدخال من MOSFET بواسطة إشارة محرك PWM ، أي سرعة تبديل MOSFET. يتم تصحيح ناتج القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بواسطة الدبابيس التاسعة والعاشرة من المحول الثانوي بواسطة vd14 وتصفيته بواسطة C35 و L7 و C36 لتشكيل جهد خرج 48 فولت لتزويد الطاقة إلى مسبار الموجات فوق الصوتية B. يتم تصحيح ناتج القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بواسطة الدبابيس السابعة والسادسة من المحول الثانوي بواسطة vd13 وتصفيته بواسطة C39 و L8 و C37 لتشكيل جهد خرج بجهد 48 فولت لتزويد الطاقة إلى مسبار الموجات فوق الصوتية B. تشكل Vd12 و C34 و R38 دائرة امتصاص النبضات المرتفعة ، والتي تُستخدم لقمع نبضة السنبلة ذات السعة العالية للغاية الناتجة عن استنزاف V9 في الوقت الذي يتحول فيه المفتاح من التشغيل إلى الإيقاف. مبدأها هو: في الوقت الذي يتم فيه قطع V9 ، تشكل النبضات المرتفعة الناتجة عن استنزافها دائرة شحن عبر vd12 و C34. يمنع تيار الشحن نبضة الارتفاع في نطاق معين لتجنب تأثر V9 بنبض الارتفاع. بعد شحن C34 ، يتم تفريغ C34 عبر R38 للتحضير لامتصاص نبضة الارتفاع مرة أخرى في الدورة التالية

2 دورة الحد الحالي

دبوس 2 تغذية الظهر هو محطة إدخال جهد التغذية المرتدة. تتم مقارنة هذا الدبوس بالجهد المرجعي (بشكل عام 2.5 فولت) عند طرف الإدخال في الطور لمكبر الخطأ الداخلي لتوليد جهد التحكم والتحكم في عرض النبضة. تقوم هذه الدائرة بتأسيسها ويتم التحكم فيها بواسطة الطرف 1 من طرف خرج مكبر الخطأ الداخلي. تحدد إشارة حد الدورة الحالية للدبوس 3 عرض نبضة PWM ، أي جهد الخرج. R47 و r48 و R14 و C32 المتصلة خارجيًا بالدبوس N1 (ua3843) تشكل دائرة دائرية محدودة للتيار. في كل دورة تذبذب ، عندما يصل تيار الحث الذروي للملف 3 5 في المرحلة الأولية من محول النبض L6 إلى القيمة المحددة ، سيتم إيقاف تشغيل نبضة PWM. يتم تحديد القيمة المحددة بجهد طرف طرف comp pin 1 لـ N1 (ua3843) (pin 1 comp هو طرف الإخراج لمضخم الخطأ الداخلي) ، عادةً ، يتم توصيل شبكة تغذية مرتدة بين هذا الدبوس و 2 دبابيس لتحديد الكسب و استجابة التردد لمكبر الخطأ. تكون عملية التحكم في حد تيار الدورة على النحو التالي: يتم تشغيل أنبوب المفتاح ، ويرتفع تيار الحث ، ويرتفع جهد أخذ العينات V3. عندما يكون جهد الدبوس 3 أكبر من 1 فولت ، ينقلب مقارن الكشف عن التيار الداخلي ، ويعيد مزلاج PWM الداخلي ، ويغلق نبضة PWM ، ويكون جاهزًا لدخول الدورة التالية. من أجل القضاء على تداخل نبض الموجة الحاد لدائرة الحد من التيار ، تتكون دائرة مرشح الموجة الحادة من R14 و C32 لضمان أن تكون وظيفة الحد من تيار الدورة فعالة في كل دورة تذبذب. تحدد مقاومة أخذ العينات المحددة الحالية لـ R47 و r48 الحد الأقصى لتيار الإخراج لمحول التحويل بالكامل. يمكن ضبط الحد الأقصى لتيار الخرج عن طريق تغيير مقاومته.

3 التحكم في الجهد

N1 (ua3843) هو معدل عرض النبضة للوضع الحالي مع اثنين من عناصر التحكم ذات الحلقة المغلقة. يتم إرسال إشارة أخذ العينات الحالية إلى الطرف 3 من نهاية الإدخال في المرحلة لمقارن الكشف الحالي لتشكيل عنصر تحكم الحلقة المغلقة الحالية ، ويتم إرسال جهد الخطأ إلى الطرف 1 من نهاية الإخراج لمضخم الخطأ الداخلي ، و يتم إرسال الإخراج إلى نهاية الإدخال العكسي لمقارن الكشف الحالي كمرجع للمقارنة لتشكيل عنصر تحكم الحلقة المغلقة للجهد. يمكن ملاحظة أن الحلقة المغلقة للجهد والحلقة المغلقة الحالية تتفاعل. أخيرًا ، يتحكم كلاهما في مزلاج PWM من خلال مقارن الكشف الحالي ، أي التحكم في عرض نبض PWM. تتكون دائرة التحكم في الحلقة المغلقة من الجهد المرجعي N2 (tl431a) و optocoupler B4 (tlp521) والمقاومات R31 ، vr7 ، R12 ، R32 ، إلخ. يتم تحويل خرج الإشارة الحالية بواسطة optocoupler B4 (tlp521) إلى إشارة جهد وإرسالها إلى الطرف 1 من طرف خرج مكبر الخطأ الداخلي. المرجع الداخلي لمضخم الخطأ N2 (tl431a) هو 2.5 فولت. تكون عملية التحكم في تثبيت الجهد الكهربي المغلق على النحو التالي: ارتفاع جهد الخرج ، يرتفع الطرف المرجعي VR لـ TL431a ، يرتفع التوصيل TL431 ، يرتفع توصيل optocoupler B4 (tlp521) ، الجهد من الدبوس 1 يسقط ، تم تطوير معدل دوران مقارن الكشف عن التيار الداخلي ، وتم تطوير إعادة تعيين مزلاج PWM الداخلي ، وتصبح نبض PWM ضيقة ويصبح جهد الخرج منخفضًا ، وذلك لتحقيق الاستقرار في جهد الخرج. جهد الخرج العالي الجهد = (1 R31 / (R12 vr7)) VREF. من خلال ضبط قيمة مقياس الجهد vr7 ، يمكن تعديل الإخراج إلى 48 فولت ، ونطاق الضبط هو 31 & الأوقات ؛ 2.5 = 77.5V115 &تيميس. 2.5 = 32V

تقدم هذه الورقة تصميم مصدر طاقة محمول بالموجات فوق الصوتية B ، بما في ذلك تبديل الطاقة