Análisis del esquema de diseño de la fuente de alimentación portátil de ultrasonido B

La fuente de alimentación interna del sistema portátil de ultrasonido B es compleja. La fuente de alimentación del adaptador externo y la batería debe convertirse al voltaje requerido por el sistema a través de la conversión CC/CC. Con el fin de reducir el consumo inútil de la fuente de alimentación y mejorar la eficiencia de la batería, la fuente de alimentación de la placa base del sistema, la placa de control de ultrasonido B, la pantalla LCD y el teclado se alimentan mediante la fuente de alimentación conmutada. Diseño general de la fuente de alimentación de ultrasonido B portátil

La figura 1 es el diagrama de bloques de diseño general de la fuente de alimentación de ultrasonido B portátil. Hay dos tipos de voltaje de entrada de energía para el ultrasonido B portátil: uno es la entrada del adaptador de corriente, el voltaje es de 18 V y el otro es la entrada de la batería, el voltaje es de 14,4 V. Se requiere realizar la conmutación térmica entre los dos voltajes, y la operación del sistema no se verá afectada al cambiar el voltaje, es decir, proporciona la función de fuente de alimentación externa y fuente de alimentación de batería sin demora. Se requiere dar salida a varios voltajes como 12V, 5V, 3.3V y 48V. Los indicadores específicos son 12V / 2,5A, - 12V / 0,5A, 5V / 4A, 3,3v/3a, 48V / 80mA y - 48V / 80mA. Tiene la función de encendido y apagado de una sola tecla, es decir, cuando no hay energía, presione la tecla de encendido para encenderla; Cuando haya energía, presione la tecla de encendido para enviar una señal de apagado al panel de control, y la computadora superior también puede apagarse a través del software (es decir, Soporte ATX shutdown comando). La interfaz de salida de potencia adopta una interfaz ATX de computadora estándar.

Figura 1 diagrama de bloques de diseño general de fuente de alimentación de ultrasonido B portátil Diseño de circuito de conmutación de alimentación

El circuito de conmutación de energía del ultrasonido B portátil se muestra en la Figura 2. Cuando se conecta el adaptador de alimentación externo, el voltaje se ingresa a CA 18 V, que se divide por diodos VD100 y vd101, y luego se aplica al pin 3 (terminal en fase) del comparador de voltaje n100a (lm193) a través de R100 y R107. El voltaje de entrada de la batería es de 14,4 V, que se divide por R101 y r108 y se suma al pin 2 (extremo inversor) del comparador de voltaje n100a (lm193). Dado que el voltaje del pin 3 es más alto que el del pin 2, el pin 1 de n100a (lm193) emite un nivel alto para encender el triodo V100, apagar V101, apagar FET v105 y apagar la alimentación. El terminal de entrada obtiene el voltaje de 18 V de el adaptador de corriente externo. Cuando no hay un adaptador de corriente externo, o cuando la máquina portátil de ultrasonido B no puede usar el adaptador de corriente externo debido a una falla repentina de energía de CA externa, el voltaje del pin 3 de n100a (lm193) es más bajo que el pin 2 y el pin 1 de n100a (lm193) emite un nivel bajo, de modo que el triodo V100 está apagado, V101 está encendido y el FET v105 está encendido. El voltaje de la batería pasa a través de la fuente y el drenaje del FET v105 conductor, potencia_ El terminal de entrada obtiene el voltaje de 14,4 V de la batería, que realiza la conmutación térmica entre los dos voltajes. Vd102 y vd103 juegan un papel de aislamiento en el circuito, aislando el adaptador de corriente externo y la fuente de alimentación de la batería.

Figura 2 circuito de conmutación de potencia Diseño de circuito de interruptor de un solo toque

El circuito del interruptor de un solo toque de ultrasonido B portátil se muestra en la Figura 3, que funciona con un adaptador externo o una batería. El voltaje se envía al FET Q100 para el arranque, y el otro se envía a un extremo de la alimentación del botón táctil. -key2 a través de r104 y vd104. El otro extremo del botón de toque power-key2 está conectado a tierra. Cuando se presiona el botón de toque power-key2, la base del triodo n106 se sujeta en el nivel bajo, n106 se enciende, N102 también se enciende, FET Q100 se enciende y la alimentación del adaptador externo o batería_ En voltaje pasa a través la fuente y el drenaje de Q100 para obtener voltaje de alimentación para suministrar energía a los circuitos de alto y bajo voltaje, y la máquina se inicia. En el mismo momento del inicio, el voltaje de alimentación pasa a través del diodo zener de 6 V para encender el triodo n104, y el colector n104 está en el nivel bajo para mantener n106 encendido y mantener el estado de inicio.

¡Fig! 3 circuito de interruptor de un solo toque Cuando la máquina de ultrasonido B portátil está en estado de encendido y el botón de encendido-key2 se presiona nuevamente, el optoacoplador B101 se enciende, el optoacoplador secundario se enciende, los cuatro pines del inversor D101 emiten un nivel bajo al panel de control, y el panel de control envía un comando de apagado de bajo nivel power-off1 para encender el optoacoplador B100, luego enciende el triodo n103, apaga n104, y el nivel alto del colector n104 apaga n106 , Llevó al final de FET Q100 y realizó el apagado. Cuando la computadora superior envía un comando de apagado de alto nivel, también encenderá el optoacoplador B100. El resto del proceso es el mismo que el proceso de apagado del panel de control.

Diseño de circuito de alimentación de baja tensión.

El circuito de fuente de alimentación de voltaje ultra bajo portátil B se muestra en la Figura 4, que se compone principalmente de 6 tps5430 de la compañía TI y 1 lm2576 de la compañía nacional de semiconductores. Los seis tps5430 proporcionan dos grupos de voltajes de 12 V, 5 V y 3,3 V, uno de los cuales se usa para suministrar energía a la placa de control principal de la máquina portátil de ultrasonido B y el otro se usa para suministrar energía a la computadora en el portátil. Máquina de ultrasonido B. Los dos grupos son exactamente iguales, por lo que solo proporcionamos el diagrama esquemático de la fuente de alimentación de un grupo. Lm2576 es responsable de generar - voltaje de 12V a la computadora en B-ultrasonido portátil.

Figura 4 circuito de alimentación de baja tensión

Tps5430 tiene un amplio rango de entrada de voltaje de 5.5 36V, capacidad de salida de corriente continua de 3A (valor máximo de 4A) y eficiencia de conversión del 95%. Paquete de parche pequeño de 8 pines, la parte posterior del chip es un disipador de calor de metal, que debe soldarse al suelo cuando se usa. Al hacer el paquete de PCB, el disipador de calor se considera el noveno pin. No es necesario conectar el dispositivo de disipación de calor y se pueden lograr buenos resultados utilizando la disipación de calor de la propia placa de circuito, que es especialmente adecuada para el diseño y uso de productos portátiles. El pin 1 de tps5430 es el extremo de la bota, que requiere un pH indirecto de 0,01 entre la bota y el pin 8 Capacitancia ESR baja de F. 2. El pin 3 es el terminal vacío, y el pin 4 VSENSE es el terminal de voltaje de retroalimentación del regulador, que está conectado al terminal de resistencia de división de voltaje del voltaje de salida para obtener la retroalimentación del voltaje de salida. El pin 5 ENA es el terminal de control de encendido/apagado. Cuando el voltaje de este pin es inferior a 0,5 V, el chip apagará la conversión de energía y reducirá la corriente de la fuente de alimentación a 18 A. El chip funciona normalmente cuando está suspendido. No controlamos este pin, por lo que está suspendido y no conectado. El pin 6 está conectado a tierra, el pin 7 Vin es el terminal de la fuente de alimentación, conectado a la alimentación. Un capacitor cerámico de baja ESR de alta calidad está conectado indirectamente entre la fuente de alimentación y la tierra. El pH de 8 pines es la fuente del FET de alimentación interna, y el diodo de rueda libre y el inductor están conectados externamente. El extremo del powerpad del pin 9 es la hoja de metal de disipación de calor en la parte posterior del chip, que debe conectarse a tierra (GND).

El valor de voltaje de salida de tps5430 está determinado por el valor de voltaje parcial de sus 4 pines, y el voltaje de salida Vout = (1.221 (R1 & Temas; 1.221) / r2) v. Donde, R1 es la resistencia por encima del voltaje parcial y R2 es la resistencia por debajo del voltaje parcial. Para el diseño de tps5430, R1 se puede tomar como 10K y R2 se puede calcular de acuerdo con el voltaje de salida que se obtendrá. De acuerdo con r206 (1.11k), r208 (3.07k) y R210 (5.36k) dados en la Figura 4, podemos calcular que los voltajes de salida son 12.2v, 5.2v y 3.5V respectivamente, que es un poco más alto que el valor de diseño por 0.2V. La carga es relativamente pesada y el voltaje es el correcto cuando se carga.

N208 (lm2576-12) es un producto de American National Semiconductor. El pin 1 es el terminal de la fuente de alimentación y está conectado a la alimentación; El pin 2 es el extremo de salida, que está conectado externamente con diodo de rueda libre e inductancia; El pin 3 es el terminal de conexión a tierra y el pin 5 es el terminal de control de encendido/apagado de la fuente de alimentación. Debido a la salida de voltaje negativo, los pines 3 y 5 no están conectados a tierra, pero están conectados a la fuente de alimentación de - 12V; El pin 4 es el terminal de retroalimentación de voltaje. Usamos lm2576-12 con salida fija de 12 V, por lo que el pin 4 está conectado a tierra y no es necesario conectar la resistencia de retroalimentación para dividir el voltaje.

Diseño del circuito de suministro de energía de alto voltajeEl circuito portátil de suministro de energía de ultra alto voltaje B se muestra en la Figura 5, usando un convertidor CC/CC. Ua3843 es un controlador de modo de corriente y frecuencia fija de alto rendimiento especialmente utilizado para aplicaciones de convertidor CC/CC. Proporciona a los diseñadores una solución rentable utilizando la menor cantidad de componentes externos. Se divide en control PWM, límite de corriente de ciclo, control de voltaje, etc. Figura 5 Circuito de fuente de alimentación de 48 V

1 PWM control

Suministra voltaje al pin 7 de N1 (ua3843) a través de la resistencia R34, y el oscilador de diente de sierra formado por R36 y C33 externos del pin 4 de N1 y el circuito interno comienza a funcionar. El pulso PWM sale por el pin 6 de N1 para controlar el tiempo de encendido del MOSFET V9 y determinar el voltaje de salida. R37 se usa para suprimir la oscilación parásita y generalmente se conecta en serie cerca de la puerta MOSFET. La resistencia de puerta r37 no debe ser demasiado grande, lo que afecta directamente la carga y descarga de la capacitancia de entrada del MOSFET por la señal de accionamiento PWM, es decir, la velocidad de conmutación del MOSFET. La salida de fuerza electromotriz inducida por los pines 9 y 10 del secundario del transformador de conmutación es rectificada por vd14 y filtrada por C35, L7 y C36 para formar un voltaje de salida de 48 V CC para suministrar energía a la sonda de ultrasonido B. La salida de fuerza electromotriz inducida por los pines 7 y 6 del secundario del transformador de conmutación es rectificada por vd13 y filtrada por C39, L8 y C37 para formar un voltaje de salida de -48 V CC para suministrar energía a la sonda de ultrasonido B. Vd12, C34 y R38 forman un circuito de absorción de impulsos de pico, que se utiliza para suprimir el impulso de pico de amplitud extremadamente alta generado por el drenaje de V9 en el momento en que el interruptor pasa de encendido a apagado. Su principio es: en el momento en que se corta V9, el pulso de pico generado por su drenaje forma un circuito de carga a través de vd12 y C34. La corriente de carga suprime el pulso de pico dentro de un cierto rango para evitar que V9 se vea afectado por el pulso de pico. Después de la carga de C34, C34 se descarga a través de R38 para prepararse para absorber el pulso de pico nuevamente en el próximo ciclo

2 ciclo límite de corriente

La retroalimentación del pin 2 es el terminal de entrada de voltaje de retroalimentación. Este pin se compara con el voltaje de referencia (generalmente 2,5 V) en el terminal de entrada en fase del amplificador de error interno para generar el voltaje de control y controlar el ancho del pulso. Este circuito lo pone a tierra y es controlado por el pin 1 de la terminal de salida del amplificador de error interno. La señal de límite de corriente de ciclo del pin 3 determina el ancho del pulso PWM, es decir, el voltaje de salida. R47, r48, R14 y C32 conectados externamente al pin N1 (ua3843) forman un circuito limitador de corriente de ciclo. En cada ciclo de oscilación, cuando la corriente de inductancia máxima del devanado 3 5 en el primario del transformador de pulsos L6 de la fuente de alimentación conmutada alcanza el valor establecido, el pulso PWM se apagará. El valor establecido está determinado por el voltaje del pin 1 comp terminal de N1 (ua3843) (pin 1 comp es el terminal de salida del amplificador de error interno). Por lo general, se conecta una red de retroalimentación entre este pin y 2 pines para determinar la ganancia y respuesta de frecuencia del amplificador de error. El proceso de control del límite de corriente del ciclo es el siguiente: el tubo del interruptor se enciende, la corriente de inductancia aumenta y el voltaje de muestreo V3 aumenta. Cuando el voltaje del pin 3 es superior a 1 V, el comparador de detección de corriente interna se activa, el pestillo PWM interno se restablece, cierra el pulso PWM y está listo para ingresar al siguiente ciclo. Para eliminar la interferencia de pulso de onda aguda del circuito limitador de corriente, un circuito de filtro de onda aguda está compuesto por R14 y C32 para garantizar que la función de limitación de corriente del ciclo sea efectiva en cada ciclo de oscilación. La resistencia de muestreo de limitación de corriente de R47 y r48 determina la corriente de salida máxima de todo el convertidor de conmutación. La corriente de salida máxima se puede ajustar cambiando su resistencia.

3 control de voltaje

N1 (ua3843) es un modulador de ancho de pulso en modo corriente con dos controles de bucle cerrado. La señal de muestreo de corriente se envía al pin 3 del extremo de entrada en fase del comparador de detección de corriente para formar un control de circuito cerrado de corriente, el voltaje de error se envía al pin 1 del extremo de salida del amplificador de error interno y su la salida se envía al extremo de entrada inversora del comparador de detección de corriente como referencia de comparación para formar un control de bucle cerrado de voltaje. Se puede ver que el lazo cerrado de voltaje y el lazo cerrado de corriente interactúan. Finalmente, ambos controlan el latch PWM a través del comparador de detección de corriente, es decir, controlan el ancho del pulso PWM. El circuito de control de tensión en lazo cerrado está compuesto por la referencia de tensión N2 (tl431a), el optoacoplador B4 (tlp521) y las resistencias R31, vr7, R12, R32, etc. La señal de corriente emitida por el optoacoplador B4 (tlp521) se convierte en una señal de voltaje y se envía al pin 1 de la terminal de salida del amplificador de error interno. La referencia interna del amplificador de error N2 (tl431a) es de 2,5 V. El proceso de control de estabilización de voltaje de circuito cerrado de voltaje es el siguiente: el voltaje de salida aumenta, el terminal de referencia VR de tl431a aumenta, la conducción de TL431 aumenta, la conducción del optoacoplador B4 (tlp521) aumenta, el voltaje del pin 1 cae, el La rotación del comparador de detección de corriente interna avanza, el restablecimiento del pestillo PWM interno avanza, el pulso PWM se estrecha y el voltaje de salida se vuelve bajo, para estabilizar el voltaje de salida. Voltaje de salida de alto voltaje Vout = (1 R31 / (R12 vr7)) VREF. Al ajustar el valor del potenciómetro vr7, la salida se puede ajustar a 48 V y el rango de ajuste es 31 & Veces; 2,5 = 77,5 V115 &TImes; 2,5 = 32V

epílogoEste documento presenta el diseño de una fuente de alimentación de ultrasonido B portátil, incluida la conmutación de alimentación