Análise do Esquema de Projeto da Fonte de Alimentação Portátil B-ultrassom

A fonte de alimentação interna do sistema portátil de ultrassom B é complexa. A fonte de alimentação do adaptador externo e da bateria deve ser convertida na tensão exigida pelo sistema através da conversão DC/DC. A fim de reduzir o consumo inútil da fonte de alimentação e melhorar a eficiência da bateria, a fonte de alimentação da placa-mãe do sistema, placa de controle B-ultrassom, LCD e teclado é alimentada por comutação de fonte de alimentação.

A Figura 1 é o diagrama de blocos do projeto geral da fonte de alimentação de ultrassom B portátil. Existem dois tipos de tensão de entrada de energia para ultra-som portátil B: um é a entrada do adaptador de energia, a tensão é 18V, e o outro é a entrada da bateria, a tensão é 14,4V. É necessário realizar a comutação térmica entre as duas tensões, e a operação do sistema não será afetada ao alternar a tensão, ou seja, fornece a função de fonte de alimentação externa e fonte de alimentação da bateria sem demora. É necessária a saída de várias tensões, como 12V, 5V, 3,3V e 48V. Os indicadores específicos são 12V/2,5A, - 12V/0,5A, 5V/4A, 3,3v/3a, 48V/80mA e -48V/80mA. Possui a função de chave única liga-desliga, ou seja, quando não há energia, pressione a tecla liga/desliga para ligar a energia; Quando houver energia, pressione a tecla liga/desliga para enviar um sinal de desligamento ao painel de controle e o computador superior também poderá desligar por meio de software (ou seja, Suporte ATX comando de desligamento). A interface de saída de energia adota interface ATX de computador padrão.

Figura 1 diagrama de blocos de design geral da fonte de alimentação portátil B-ultra-somProjeto do circuito de comutação de energia

O circuito de comutação de energia do ultrassom B portátil é mostrado na Figura 2. Quando o adaptador de alimentação externo é conectado, a tensão é inserida em AC 18V, que é dividida pelos diodos VD100 e vd101, e então aplicada ao pino 3 (terminal em fase) do comparador de tensão n100a (lm193) através de R100 e R107. A tensão de entrada da bateria é de 14,4V, que é dividida por R101 e r108 e adicionada ao pino 2 (extremidade inversora) do comparador de tensão n100a (lm193). Como a tensão do pino 3 é maior que a do pino 2, o pino 1 do n100a (lm193) emite alto nível para ligar o triodo V100, desligar o V101, desligar o FET v105 e desligar a alimentação_ O terminal in obtém a tensão de 18V do o adaptador de energia externo. Quando não há adaptador de energia externo, ou quando a máquina portátil de ultra-som B não pode usar o adaptador de energia externo devido a uma falha repentina de energia de CA externa, a tensão do pino 3 do n100a (lm193) é menor que o pino 2 e o pino 1 de n100a (lm193) emite baixo nível, de modo que o triodo V100 está desligado, V101 está ligado e o FET v105 está ligado. A tensão da bateria passa pela fonte e dreno do FET v105 condutor, power_ O terminal in obtém a tensão de 14,4V da bateria, que realiza a comutação térmica entre as duas tensões. Vd102 e vd103 desempenham um papel de isolamento no circuito, isolando o adaptador de energia externo e a fonte de alimentação da bateria.

Figura 2 circuito de comutação de energiaDesign do circuito de comutação de toque único

O circuito do interruptor de toque único portátil B-ultrassom é mostrado na Figura 3, que é alimentado por um adaptador externo ou bateria_ A tensão de entrada é enviada para o FET Q100 para inicialização e a outra é enviada para uma extremidade do botão de toque -key2 a r104 e vd104. A outra extremidade do botão de toque power-key2 está aterrada. Quando o botão de toque power-key2 é pressionado, a base do triodo n106 é fixada no nível baixo, o n106 é ligado, o N102 também é ligado, o FET Q100 é ligado e a energia do adaptador externo ou da bateria_ In voltagem passa a fonte e o dreno de Q100 para obter a tensão de alimentação para fornecer energia aos circuitos de alta e baixa tensão, e a máquina inicia. Ao mesmo tempo da inicialização, a tensão de alimentação passa pelo diodo zener de 6V para ligar o triodo n104, e o coletor n104 fica no nível baixo para manter o n106 ligado e manter o estado de inicialização.

Fig. 3 circuito de interruptor de toque único Quando a máquina portátil de ultra-som B está no estado ligado e o botão power-key2 é pressionado novamente, o optoacoplador B101 é ligado, o optoacoplador secundário é ligado, os quatro pinos do inversor D101 emitem um nível baixo para o painel de controle, e o painel de controle envia um comando de desligamento de baixo nível power-off1 para ligar o optoacoplador B100, depois liga o triodo n103, desliga o n104, e o nível alto do coletor n104 desliga o n106 , Levou ao final do FET Q100 e realizou o desligamento. Quando o computador superior envia um comando de desligamento de alto nível, ele também liga o optoacoplador B100. O processo de descanso é o mesmo que o processo de desligamento do painel de controle.

Projeto de circuito de alimentação de baixa tensão

O circuito de fonte de alimentação de ultra baixa tensão portátil B é mostrado na Figura 4, que é composto principalmente por 6 tps5430 da empresa TI e 1 lm2576 da empresa nacional de semicondutores. Os seis tps5430s fornecem dois grupos de tensões de 12V, 5V e 3,3V, um dos quais é usado para fornecer energia à placa de controle principal da máquina portátil de ultra-som B e o outro é usado para fornecer energia ao computador no portátil. B-máquina de ultra-som. Os dois grupos são exatamente os mesmos, então apenas fornecemos o diagrama esquemático da fonte de alimentação de um grupo. Lm2576 é responsável por gerar - 12V de tensão para o computador em ultra-som portátil B.

Figura 4 circuito de alimentação de baixa tensão

O Tps5430 possui uma ampla faixa de entrada de tensão de 5,5 36V, capacidade de saída de corrente contínua de 3A (valor de pico de 4A) e eficiência de conversão de 95%. Pacote de remendo pequeno de 8 pinos, a parte de trás do chip é um dissipador de calor de metal, que deve ser soldado ao solo ao usar. Ao fazer o pacote de PCB, o dissipador de calor é considerado o nono pino. Não há necessidade de conectar o dispositivo de dissipação de calor, e bons resultados podem ser alcançados usando a dissipação de calor da própria placa de circuito, que é especialmente adequada para o projeto e uso de produtos portáteis. O pino 1 do tps5430 é a extremidade de inicialização, que requer um pH indireto de 0,01 entre a inicialização e o pino 8 Baixa capacitância ESR de F. 2. O pino 3 é o terminal vazio e o pino 4 VSENSE é o terminal de tensão de realimentação do regulador, que é conectado ao terminal de resistência divisora ​​de tensão da tensão de saída para obter a realimentação da tensão de saída. O pino 5 ENA é o terminal de controle liga/desliga. Quando a tensão deste pino for inferior a 0,5V, o chip desligará a conversão de energia e reduzirá a corrente da fonte de alimentação para 18 A. O chip funciona normalmente quando está suspenso. Nós não controlamos este pino, então ele está suspenso e não conectado. O pino 6 é aterrado, o pino 7 Vin é o terminal da fonte de alimentação, conectado à energia . Um capacitor cerâmico de alta qualidade e baixo ESR é conectado indiretamente entre a fonte de alimentação e o terra. O pH de 8 pinos é a fonte do FET de energia interna, e o diodo de roda livre e o indutor são conectados externamente. A extremidade do pino 9 do powerpad é a chapa metálica de dissipação de calor na parte traseira do chip, que deve ser conectada ao terra (GND).

O valor da tensão de saída do tps5430 é determinado pelo valor da tensão parcial de seus 4 pinos, e a tensão de saída Vout = (1.221 (R1 & Temas; 1.221) / r2) v. Em que R1 é a resistência acima da tensão parcial e R2 é a resistência abaixo da tensão parcial. Para o projeto do tps5430, R1 pode ser considerado como 10K e R2 pode ser calculado de acordo com a tensão de saída a ser obtida. De acordo com r206 (1,11k), r208 (3,07k) e R210 (5,36k) dados na Figura 4, podemos calcular que as tensões de saída são 12,2v, 5,2v e 3,5V respectivamente, o que é ligeiramente superior ao valor de projeto por 0,2 V. A carga é relativamente pesada e a tensão está correta quando carregada.

N208 (lm2576-12) é um produto da American National Semiconductor. O pino 1 é o terminal da fonte de alimentação e conectado à alimentação; O pino 2 é a extremidade de saída, que é conectada externamente com diodo de roda livre e indutância; O pino 3 é o terminal de aterramento e o pino 5 é o terminal de controle liga/desliga da fonte de alimentação. Devido à saída de tensão negativa, os pinos 3 e 5 não são aterrados, mas conectados à fonte de alimentação - 12V; O pino 4 é o terminal de realimentação de tensão. Usamos lm2576-12 com saída fixa de 12V, então o pino 4 é aterrado e não há necessidade de conectar o resistor de feedback para dividir a tensão.

Projeto do circuito de alimentação de alta tensãoO circuito de alimentação de ultra-alta tensão portátil B é mostrado na Figura 5, usando conversor DC/DC. Ua3843 é um controlador de modo de corrente e frequência fixa de alto desempenho especialmente usado para aplicações de conversores DC/DC. Ele fornece aos projetistas uma solução econômica usando o mínimo de componentes externos. É dividido em controle PWM, limite de corrente de ciclo, controle de tensão e assim por diante. Figura 5 Circuito de fonte de alimentação de 48V

1 controle PWM

A alimentação fornece tensão ao pino 7 de N1 (ua3843) através do resistor R34, e o oscilador dente de serra formado pelo R36 externo e C33 do pino 4 de N1 e circuito interno começa a funcionar. O pulso PWM é emitido pelo pino 6 de N1 para controlar o tempo de ativação do MOSFET V9 e determinar a tensão de saída. O R37 é usado para suprimir a oscilação parasita e geralmente é conectado em série próximo à porta MOSFET. A resistência da porta r37 não deve ser muito grande, o que afeta diretamente a carga e descarga da capacitância de entrada do MOSFET pelo sinal de acionamento PWM, ou seja, a velocidade de comutação do MOSFET. A força eletromotriz induzida pelos pinos 9 e 10 do secundário do transformador de comutação é retificada por vd14 e filtrada por C35, L7 e C36 para formar uma tensão de saída de 48V DC para fornecer energia à sonda de ultra-som B. A saída de força eletromotriz induzida pelos 7º e 6º pinos do secundário do transformador de comutação é retificada por vd13 e filtrada por C39, L8 e C37 para formar uma tensão de saída de -48V DC para fornecer energia à sonda de ultra-som B. Vd12, C34 e R38 formam um circuito de absorção de pulso de pico, que é usado para suprimir o pulso de pico com amplitude extremamente alta gerado pelo dreno de V9 no momento em que a chave liga para desligar. Seu princípio é: no momento em que V9 é cortado, o pulso de pico gerado por seu dreno forma um circuito de carregamento através de vd12 e C34. A corrente de carga suprime o pulso de pico dentro de uma certa faixa para evitar que V9 seja impactado pelo pulso de pico. Após o carregamento do C34, o C34 descarrega através do R38 para se preparar para absorver o pulso de pico novamente no próximo ciclo

2 ciclo limite de corrente

O pino 2 de realimentação é o terminal de entrada de tensão de feedback. Este pino é comparado com a tensão de referência (geralmente 2,5 V) no terminal de entrada em fase do amplificador de erro interno para gerar a tensão de controle e controlar a largura do pulso. Este circuito o aterra e é controlado pelo pino 1 do terminal de saída do amplificador de erro interno. O sinal de limite de corrente de ciclo do pino 3 determina a largura do pulso PWM, ou seja, a tensão de saída. R47, r48, R14 e C32 conectados externamente ao pino N1 (ua3843) formam um circuito limitador de corrente de ciclo. Em cada ciclo de oscilação, quando a corrente de indutância de pico do enrolamento 3 5 no primário do transformador de pulso da fonte de alimentação de comutação L6 atingir o valor definido, o pulso PWM será desligado. O valor definido é determinado pela tensão do pino 1 comp terminal de N1 (ua3843) (pino 1 comp é o terminal de saída do amplificador de erro interno), Normalmente, uma rede de feedback é conectada entre este pino e 2 pinos para determinar o ganho e resposta de frequência do amplificador de erro. O processo de controle do limite de corrente do ciclo é o seguinte: o tubo do interruptor é ligado, a corrente de indutância aumenta e a tensão de amostragem V3 aumenta. Quando a tensão do pino 3 é maior que 1V, o comparador interno de detecção de corrente gira, a trava PWM interna é reiniciada, fecha o pulso PWM e está pronto para entrar no próximo ciclo. A fim de eliminar a interferência de pulso de onda aguda do circuito limitador de corrente, um circuito de filtro de onda aguda é composto por R14 e C32 para garantir que a função de limitação de corrente do ciclo seja efetiva em cada ciclo de oscilação. A resistência de amostragem de limitação de corrente de R47 e r48 determina a corrente de saída máxima de todo o conversor de comutação. A corrente máxima de saída pode ser ajustada alterando sua resistência.

3 controle de tensão

N1 (ua3843) é um modulador de largura de pulso de modo atual com dois controles de malha fechada. O sinal de amostragem de corrente é enviado para o pino 3 da extremidade de entrada em fase do comparador de detecção de corrente para formar um controle de circuito fechado de corrente, a tensão de erro é enviada para o pino 1 da extremidade de saída do amplificador de erro interno e sua a saída é enviada para a extremidade de entrada inversora do comparador de detecção de corrente como uma referência de comparação para formar um controle de malha fechada de tensão. Pode-se observar que a malha fechada de tensão e a malha fechada de corrente interagem. Por fim, ambos controlam o latch PWM através do comparador de detecção de corrente, ou seja, controlam a largura do pulso PWM. O circuito de controle de malha fechada de tensão é composto pela referência de tensão N2 (tl431a), optoacoplador B4 (tlp521) e resistores R31, vr7, R12, R32, etc. A saída do sinal de corrente pelo optoacoplador B4 (tlp521) é convertida em sinal de tensão e enviada para o pino 1 do terminal de saída do amplificador de erro interno. A referência interna do amplificador de erro N2 (tl431a) é 2,5V. O processo de controle de estabilização de tensão de circuito fechado de tensão é o seguinte: a tensão de saída aumenta, o terminal de referência VR de tl431a aumenta, a condução de TL431 aumenta, a condução do optoacoplador B4 (tlp521) aumenta, a tensão do pino 1 cai, o a rotatividade do comparador de detecção de corrente interna é avançada, a reinicialização da trava PWM interna é avançada, o pulso PWM torna-se estreito e a tensão de saída torna-se baixa, de modo a estabilizar a tensão de saída. Tensão de saída de alta tensão Vout = (1 R31 / (R12 vr7)) VREF. Ajustando o valor do potenciômetro vr7, a saída pode ser ajustada para 48V, e a faixa de ajuste é 31 & Vezes; 2.5 = 77.5V115 &TImes; 2.5 = 32V

epílogoEste artigo apresenta o design da fonte de alimentação portátil B-ultrassom, incluindo comutação de energia