Analyse du schéma de conception de l'alimentation électrique portable à ultrasons B

L'alimentation électrique interne du système d'échographie B portable est complexe. L'alimentation de l'adaptateur externe et de la batterie doit être convertie à la tension requise par le système par conversion DC / DC. Afin de réduire la consommation inutile d'alimentation et d'améliorer l'efficacité de la batterie, l'alimentation de la carte mère du système, de la carte de commande à ultrasons B, de l'écran LCD et du clavier est alimentée par une alimentation à découpage. Conception globale de l'alimentation portable à ultrasons B

La figure 1 est le schéma fonctionnel global de la conception de l'alimentation électrique portable pour ultrasons B. Il existe deux types de tension d'entrée d'alimentation pour les ultrasons B portables : l'un est l'entrée de l'adaptateur secteur, la tension est de 18 V et l'autre est l'entrée de la batterie, la tension est de 14,4 V. Il est nécessaire de réaliser la commutation thermique entre les deux tensions, et le fonctionnement du système ne sera pas affecté lors de la commutation de la tension, c'est-à-dire qu'il fournit la fonction d'alimentation externe et d'alimentation par batterie sans délai. Il est nécessaire de produire plusieurs tensions telles que 12V, 5V, 3,3V et 48V. Les indicateurs spécifiques sont 12V / 2.5A, - 12V / 0.5A, 5V / 4A, 3.3v/3a, 48V / 80mA et - 48V / 80mA. Il a la fonction de marche-arrêt à une seule touche, c'est-à-dire qu'en l'absence d'alimentation, appuyez sur la touche d'alimentation pour allumer l'alimentation ; Lorsqu'il y a du courant, appuyez sur la touche d'alimentation pour envoyer un signal d'arrêt au panneau de commande, et l'ordinateur supérieur peut également s'arrêter via un logiciel (c'est-à-dire Prise en charge de la commande d'arrêt ATX). L'interface de sortie de puissance adopte une interface ATX standard pour ordinateur.

Figure 1 schéma fonctionnel de conception globale de l'alimentation portable à ultrasons BConception du circuit de commutation de puissance

Le circuit de commutation de puissance de l'échographie B portable est illustré à la figure 2. Lorsque l'adaptateur d'alimentation externe est connecté, la tension est entrée à AC 18V, qui est divisée par les diodes VD100 et vd101, puis appliquée à la broche 3 (borne en phase) du comparateur de tension n100a (lm193) via R100 et R107. La tension d'entrée de la batterie est de 14,4 V, qui est divisée par R101 et r108 et ajoutée à la broche 2 (extrémité inverseuse) du comparateur de tension n100a (lm193). Étant donné que la tension de la broche 3 est supérieure à celle de la broche 2, la broche 1 de n100a (lm193) produit un niveau élevé pour allumer la triode V100, éteindre V101, éteindre le FET v105 et éteindre l'alimentation_ La borne in reçoit la tension 18V de l'adaptateur secteur externe. Lorsqu'il n'y a pas d'adaptateur d'alimentation externe, ou lorsque l'appareil à ultrasons B portable ne peut pas utiliser l'adaptateur d'alimentation externe en raison d'une panne de courant soudaine du courant alternatif externe, la tension de la broche 3 de n100a (lm193) est inférieure à la broche 2 et la broche 1 de n100a (lm193) produit un niveau bas, de sorte que la triode V100 est éteinte, V101 est allumée et le FET v105 est allumé. La tension de la batterie passe par la source et le drain du conducteur FET v105, power_ La borne in obtient la tension de 14,4 V de la batterie, qui réalise la commutation thermique entre les deux tensions. Vd102 et vd103 jouent un rôle d'isolation dans le circuit, isolant l'adaptateur d'alimentation externe et l'alimentation de la batterie.

Figure 2 circuit de commutation de puissanceConception du circuit de commutation à simple contact

Le circuit de l'interrupteur tactile unique portable à ultrasons B est illustré à la figure 3, qui est alimenté par un adaptateur externe ou une batterie_ La tension est envoyée au FET Q100 pour le démarrage, et l'autre est envoyée à une extrémité de l'alimentation du bouton tactile -key2 à r104 et vd104. L'autre extrémité du bouton d'alimentation power-key2 est mise à la terre. Lorsque le bouton d'alimentation de la touche d'alimentation 2 est enfoncé, la base de la triode n106 est fixée au niveau bas, n106 est allumé, N102 est également allumé, FET Q100 est allumé et l'alimentation de l'adaptateur externe ou de la batterie _ La tension passe à travers la source et le drain de Q100 pour obtenir la tension d'alimentation pour alimenter les circuits haute et basse tension, et la machine démarre. Au même moment du démarrage, la tension d'alimentation passe par la diode zener 6V pour allumer la triode n104, et le collecteur n104 est au niveau bas pour maintenir n106 allumé et maintenir l'état de démarrage.

Fig. 3 circuit de commutation à simple contactLorsque la machine à ultrasons B portable est sous tension et que le bouton d'alimentation 2 est à nouveau enfoncé, l'optocoupleur B101 est allumé, l'optocoupleur secondaire est allumé, les quatre broches de l'onduleur D101 produisent un niveau bas au panneau de commande, et le panneau de commande envoie une commande d'arrêt de bas niveau power-off1 pour allumer l'optocoupleur B100, puis allumez la triode n103, éteignez n104, et le niveau haut du collecteur n104 éteint n106 , Conduit à la fin du FET Q100 et à l'arrêt réalisé. Lorsque l'ordinateur supérieur envoie une mise hors tension de commande d'arrêt de haut niveau, il allume également l'optocoupleur B100. Le processus de repos est le même que le processus d'arrêt du panneau de commande.

Conception d'un circuit d'alimentation basse tension

Le circuit d'alimentation à ultra basse tension portable B est illustré à la figure 4, qui est principalement composé de 6 tps5430 de la société TI et de 1 lm2576 de la société nationale de semi-conducteurs. Les six tps5430 fournissent deux groupes de tensions 12 V, 5 V et 3,3 V, dont l'un est utilisé pour alimenter la carte de commande principale de la machine à ultrasons B portable, et l'autre est utilisé pour alimenter l'ordinateur dans le portable. Machine à ultrasons B. Les deux groupes sont exactement les mêmes, nous ne donnons donc que le schéma d'alimentation d'un groupe. Le Lm2576 est chargé de générer - une tension de 12 V vers l'ordinateur en échographie B portable.

Figure 4 circuit d'alimentation basse tension

Le Tps5430 a une large plage d'entrée de tension de 5,5 à 36 V, une capacité de sortie de courant continu de 3 A (valeur de crête de 4 A) et une efficacité de conversion de 95 %. Petit paquet de patch à 8 broches, l'arrière de la puce est un dissipateur thermique en métal, qui doit être soudé au sol lors de l'utilisation. Lors de la fabrication d'un boîtier PCB, le dissipateur thermique est considéré comme la neuvième broche. Il n'est pas nécessaire de connecter le dispositif de dissipation thermique et de bons résultats peuvent être obtenus en utilisant la dissipation thermique de la carte de circuit imprimé elle-même, qui convient particulièrement à la conception et à l'utilisation de produits portables. La broche 1 du tps5430 est l'extrémité du démarrage, ce qui nécessite un pH indirect de 0,01 entre le démarrage et la broche 8 Faible capacité ESR de F. 2. La broche 3 est la borne vide et la broche 4 VSENSE est la borne de tension de rétroaction du régulateur, qui est connectée à la borne de résistance de division de tension de la tension de sortie pour obtenir la rétroaction de la tension de sortie. La broche 5 ENA est la borne de commande marche/arrêt. Lorsque la tension de cette broche est inférieure à 0,5 V, la puce désactive la conversion de puissance et réduit le courant d'alimentation à 18 A. La puce fonctionne normalement lorsqu'elle est suspendue. Nous ne contrôlons pas cette broche, elle est donc suspendue et non connectée. La broche 6 est mise à la terre, la broche 7 Vin est la borne d'alimentation, connectée à l'alimentation . Un condensateur céramique de haute qualité à faible ESR est connecté indirectement entre l'alimentation et la terre. Le pH à 8 broches est la source du FET de puissance interne, et la diode de roue libre et l'inductance sont connectées en externe. L'extrémité powerpad de la broche 9 est la tôle de dissipation thermique à l'arrière de la puce, qui doit être connectée à la masse (GND).

La valeur de tension de sortie de tps5430 est déterminée par la valeur de tension partielle de ses 4 broches et la tension de sortie Vout = (1,221 (R1 & Thèmes; 1.221) / r2) v. Où, R1 est la résistance au-dessus de la tension partielle et R2 est la résistance en dessous de la tension partielle. Pour la conception du tps5430, R1 peut être pris égal à 10K et R2 peut être calculé en fonction de la tension de sortie à obtenir. Selon r206 (1.11k), r208 (3.07k) et R210 (5.36k) donnés dans la figure 4, nous pouvons calculer que les tensions de sortie sont respectivement de 12.2v, 5.2v et 3.5V, ce qui est légèrement supérieur à la valeur de conception de 0,2 V. La charge est relativement lourde et la tension est juste lorsqu'elle est chargée.

N208 (lm2576-12) est un produit d'American National Semiconductor. La broche 1 est la borne d'alimentation et est connectée à l'alimentation ; La broche 2 est l'extrémité de sortie, qui est connectée en externe avec une diode de roue libre et une inductance ; La broche 3 est la borne de mise à la terre et la broche 5 est la borne de commande marche/arrêt de l'alimentation. En raison de la sortie de tension négative, les broches 3 et 5 ne sont pas mises à la terre, mais connectées à l'alimentation - 12V; La broche 4 est la borne de retour de tension. Nous utilisons lm2576-12 avec une sortie 12V fixe, donc la broche 4 est mise à la terre et il n'est pas nécessaire de connecter la résistance de rétroaction pour diviser la tension.

Conception du circuit d'alimentation haute tensionLe circuit d'alimentation ultra haute tension portable B est illustré à la figure 5, utilisant un convertisseur CC / CC. Ua3843 est un contrôleur hautes performances à fréquence fixe et mode courant spécialement utilisé pour les applications de conversion DC / DC. Il fournit aux concepteurs une solution rentable utilisant le moins de composants externes. Il est divisé en contrôle PWM, limite de courant de cycle, contrôle de tension, etc. Figure 5 Circuit d'alimentation 48 V

1 contrôle PWM

La tension d'alimentation est fournie à la broche 7 de N1 (ua3843) via la résistance R34, et l'oscillateur en dents de scie formé par les R36 et C33 externes de la broche 4 de N1 et le circuit interne commence à fonctionner. L'impulsion PWM est émise par la broche 6 de N1 pour contrôler le temps d'activation du MOSFET V9 et déterminer la tension de sortie. R37 est utilisé pour supprimer les oscillations parasites et est généralement connecté en série près de la porte MOSFET. La résistance de grille r37 ne doit pas être trop grande, ce qui affecte directement la charge et la décharge de la capacité d'entrée du MOSFET par le signal de commande PWM, c'est-à-dire la vitesse de commutation du MOSFET. La force électromotrice induite produite par les 9e et 10e broches du secondaire du transformateur de commutation est redressée par vd14 et filtrée par C35, L7 et C36 pour former une tension de sortie de 48 V CC pour alimenter la sonde à ultrasons B. La force électromotrice induite sortie par les 7ème et 6ème broches du secondaire du transformateur de commutation est redressée par vd13 et filtrée par C39, L8 et C37 pour former une tension de sortie de - 48V DC pour alimenter la sonde à ultrasons B. Vd12, C34 et R38 forment un circuit d'absorption d'impulsions de pointe, qui est utilisé pour supprimer l'impulsion de pointe avec une amplitude extrêmement élevée générée par le drain de V9 au moment où l'interrupteur passe de marche à arrêt. Son principe est le suivant : au moment où V9 est coupée, l'impulsion de pointe générée par son drain forme un circuit de charge à travers vd12 et C34. Le courant de charge supprime l'impulsion de pointe dans une certaine plage pour éviter que V9 ne soit impacté par l'impulsion de pointe. Après la charge de C34, C34 se décharge via R38 pour se préparer à absorber à nouveau l'impulsion de pointe lors du cycle suivant

2 cycle limite de courant

La rétroaction de la broche 2 est la borne d'entrée de la tension de rétroaction. Cette broche est comparée à la tension de référence (généralement 2,5 V) à la borne d'entrée en phase de l'amplificateur d'erreur interne pour générer la tension de commande et contrôler la largeur d'impulsion. Ce circuit le met à la terre et est commandé par la broche 1 de la borne de sortie de l'amplificateur d'erreur interne. Le signal de limite de courant de cycle de la broche 3 détermine la largeur de l'impulsion PWM, c'est-à-dire la tension de sortie. R47, r48, R14 et C32 connectés en externe à la broche N1 (ua3843) forment un circuit de limitation de courant de cycle. Dans chaque cycle d'oscillation, lorsque le courant d'inductance de crête de l'enroulement 3 5 dans le primaire du transformateur d'impulsions d'alimentation à découpage L6 atteint la valeur définie, l'impulsion PWM sera désactivée. La valeur définie est déterminée par la tension de la broche 1 comp borne de N1 (ua3843) (la broche 1 comp est la borne de sortie de l'amplificateur d'erreur interne). Habituellement, un réseau de rétroaction est connecté entre cette broche et 2 broches pour déterminer le gain et réponse en fréquence de l'amplificateur d'erreur. Le processus de contrôle de la limite de courant de cycle est le suivant : le tube de commutation est activé, le courant d'inductance augmente et la tension d'échantillonnage V3 augmente. Lorsque la tension de la broche 3 est supérieure à 1 V, le comparateur de détection de courant interne se retourne, le verrou PWM interne se réinitialise, ferme l'impulsion PWM et est prêt à entrer dans le cycle suivant. Afin d'éliminer l'interférence d'impulsion d'onde aiguë du circuit de limitation de courant, un circuit de filtre d'onde aiguë est composé de R14 et C32 pour garantir que la fonction de limitation de courant de cycle est efficace dans chaque cycle d'oscillation. La résistance d'échantillonnage de limitation de courant de R47 et r48 détermine le courant de sortie maximal de l'ensemble du convertisseur à découpage. Le courant de sortie maximal peut être ajusté en modifiant sa résistance.

3 contrôle de tension

N1 (ua3843) est un modulateur de largeur d'impulsion en mode courant avec deux commandes en boucle fermée. Le signal d'échantillonnage de courant est envoyé à la broche 3 de l'extrémité d'entrée en phase du comparateur de détection de courant pour former une commande en boucle fermée de courant, la tension d'erreur est envoyée à la broche 1 de l'extrémité de sortie de l'amplificateur d'erreur interne, et son la sortie est envoyée à l'extrémité d'entrée inverseuse du comparateur de détection de courant en tant que référence de comparaison pour former une commande en boucle fermée de tension. On peut voir que la boucle fermée de tension et la boucle fermée de courant interagissent. Enfin, les deux contrôlent le verrou PWM via le comparateur de détection de courant, c'est-à-dire contrôlent la largeur de l'impulsion PWM. Le circuit de contrôle en boucle fermée de tension est composé de la référence de tension N2 (tl431a), de l'optocoupleur B4 (tlp521) et des résistances R31, vr7, R12, R32, etc. Le signal de courant délivré par l'optocoupleur B4 (tlp521) est converti en un signal de tension et envoyé à la broche 1 de la borne de sortie de l'amplificateur d'erreur interne. La référence interne de l'amplificateur d'erreur N2 (tl431a) est de 2,5 V. Le processus de contrôle de stabilisation de tension en boucle fermée de tension est le suivant : la tension de sortie augmente, la borne de référence VR de tl431a augmente, la conduction de TL431 augmente, la conduction de l'optocoupleur B4 (tlp521) augmente, la tension de la broche 1 chute, le la rotation du comparateur de détection de courant interne est avancée, la réinitialisation du verrou PWM interne est avancée, l'impulsion PWM devient étroite et la tension de sortie devient faible, de manière à stabiliser la tension de sortie. Tension de sortie haute tension Vout = (1 R31 / (R12 vr7)) VREF. En ajustant la valeur du potentiomètre vr7, la sortie peut être ajustée à 48V, et la plage de réglage est 31 & Fois; 2,5 = 77,5 V115 &TImes; 2,5 = 32V

épilogueCet article présente la conception d'une alimentation électrique portable pour ultrasons B, y compris la commutation de puissance