Анализ расчетной схемы портативного источника питания B-ультразвука

Внутренний источник питания портативной ультразвуковой системы типа B сложен. Источник питания внешнего адаптера и батареи должен быть преобразован в напряжение, требуемое системой, путем преобразования постоянного тока в постоянный. Чтобы уменьшить бесполезное потребление источника питания и повысить эффективность работы батареи, питание материнской платы системы, платы управления B-ультразвука, ЖК-дисплея и клавиатуры питается от импульсного источника питания. Общая конструкция портативного источника питания B-ультразвука

На рис. 1 представлена ​​общая блок-схема портативного источника питания ультразвука B. Существует два вида входного напряжения питания для портативного B-ультразвука: один - вход адаптера питания, напряжение 18 В, а другой - вход аккумулятора, напряжение 14,4 В. Требуется реализовать тепловое переключение между двумя напряжениями, и при переключении напряжения работа системы не пострадает, то есть она обеспечивает функцию внешнего источника питания и питания от батареи без задержки. Требуется выводить несколько напряжений, таких как 12 В, 5 В, 3,3 В и 48 В. Конкретные показатели: 12 В / 2,5 А, - 12 В / 0,5 А, 5 В / 4 А, 3,3 В / 3 А, 48 В / 80 мА и - 48 В / 80 мА. Он имеет функцию включения-выключения одной кнопки, то есть, когда нет питания, нажмите кнопку питания, чтобы включить питание; Когда есть питание, нажмите кнопку питания, чтобы отправить сигнал выключения на панель управления, и верхний компьютер также может отключиться с помощью программного обеспечения (т. Поддержка команды ATX shutdown). Интерфейс выходной мощности использует стандартный компьютерный интерфейс ATX.

Рис. 1. Общая структурная схема портативного источника питания B-ультразвука. Конструкция схемы включения питания.

Схема включения питания портативного Б-УЗИ показана на рисунке 2. При подключении внешнего адаптера питания напряжение подается на вход переменного тока 18 В, которое делится диодами VD100 и vd101, а затем подается на контакт 3 (синфазный вывод) компаратора напряжения n100a (lm193) через R100 и R107. Входное напряжение батареи составляет 14,4 В, которое делится на R101 и R108 и добавляется к контакту 2 (инвертирующий конец) компаратора напряжения n100a (lm193). Поскольку напряжение на контакте 3 выше, чем на контакте 2, контакт 1 n100a (lm193) выдает высокий уровень для включения триода V100, выключения V101, выключения полевого транзистора v105 и выключения питания. внешний адаптер питания. Когда нет внешнего адаптера питания или когда портативный ультразвуковой аппарат не может использовать внешний адаптер питания из-за внезапного сбоя питания внешнего переменного тока, напряжение на контакте 3 n100a (lm193) ниже, чем на контакте 2 и контакте 1. n100a (lm193) выдает низкий уровень, так что триод V100 выключен, V101 включен, а полевой транзистор v105 включен. Напряжение батареи проходит через исток и сток проводящего полевого транзистора v105, power_ На клемму входа поступает напряжение 14,4 В от батареи, которое осуществляет тепловое переключение между двумя напряжениями. Vd102 и vd103 играют изолирующую роль в цепи, изолируя внешний адаптер питания и источник питания от батареи.

Рис. 2. Схема силового выключателя. Схема выключателя с одним касанием.

Схема портативного B-ультразвукового переключателя с одним касанием показана на рисунке 3, который питается от внешнего адаптера или батареи. Входное напряжение подается на полевой транзистор Q100 для запуска, а другое подается на один конец питания сенсорной кнопки. -key2 через r104 и vd104. Другой конец кнопки питания-key2 крана заземлен. При нажатии кнопки отвода power-key2 база триода n106 зажимается на низком уровне, включается n106, также включается N102, включается полевой транзистор Q100, и питание от внешнего адаптера или аккумулятора проходит через исток и сток Q100 для получения напряжения питания для питания цепей высокого и низкого напряжения, и машина запускается. В то же время запуска напряжение питания проходит через стабилитрон 6В для включения триода n104, а коллектор n104 находится на низком уровне для поддержания включенного n106 и поддержания состояния запуска.

Рис. 3 схема переключателя с одним касанием Когда портативный ультразвуковой аппарат B находится во включенном состоянии и снова нажимается кнопка питания 2, включается оптопара B101, включается вторичная оптопара, четыре контакта инвертора D101 выводят a низкого уровня на ПКП, а ПКП посылает команду отключения низкого уровня power-off1 на включение оптопары B100, затем включение триода n103, выключение n104, а высокий уровень коллектора n104 выключает n106 , Подвел к концу FET Q100 и реализовал отключение. Когда верхний компьютер отправляет команду отключения питания высокого уровня, он также включит оптопару B100. Остальной процесс аналогичен процессу выключения панели управления.

Проектирование схемы питания низкого напряжения

Схема портативного источника питания сверхнизкого напряжения B показана на рис. 4 и состоит в основном из 6 tps5430 компании TI и 1 lm2576 национальной полупроводниковой компании. Шесть tps5430 обеспечивают две группы напряжений 12 В, 5 В и 3,3 В, одна из которых используется для питания главной платы управления портативного ультразвукового аппарата, а другая используется для питания компьютера в портативном ультразвуковом аппарате. В-аппарат УЗИ. Эти две группы абсолютно одинаковы, поэтому мы приводим принципиальную схему блока питания только одной группы. Lm2576 отвечает за генерацию - напряжения 12В на ЭБУ в переносном Б-УЗИ.

Рисунок 4 Цепь питания низкого напряжения

Tps5430 имеет широкий диапазон входного напряжения 5,5–36 В, непрерывную выходную мощность 3 А (пиковое значение 4 А) и эффективность преобразования 95%. 8-контактный небольшой патч-пакет, задняя часть чипа представляет собой металлический радиатор, который при использовании должен быть приварен к земле. При изготовлении печатной платы радиатор рассматривается как девятый контакт. Нет необходимости подключать устройство отвода тепла, и хороших результатов можно добиться, используя отвод тепла самой печатной платы, что особенно подходит для разработки и использования портативных устройств. Контакт 1 tps5430 является концом загрузки, для которого требуется непрямой pH 0,01 между загрузкой и контактом 8. Низкая емкость ESR равна F. 2. Контакт 3 — это пустая клемма, а контакт 4 VSENSE — это клемма напряжения обратной связи регулятора, которая подключена к клемме сопротивления делителя напряжения выходного напряжения для получения обратной связи выходного напряжения. Контакт 5 ENA — это клемма управления включением/выключением питания. При напряжении на этом выводе ниже 0,5 В микросхема отключит преобразование питания и снизит ток питания до 18 А. Чип работает нормально, когда он подвешен. Мы не контролируем этот пин, поэтому он подвешен и не подключен. Контакт 6 заземляется, контакт 7 Vin является клеммой питания, подключенной к питанию. Высококачественный керамический конденсатор с низким ESR косвенно подключается между источником питания и землей. 8-контактный pH является источником внутреннего питания полевого транзистора, а обратный диод и катушка индуктивности подключены снаружи. Конец штырька 9 со стороны питания — это металлический лист, рассеивающий тепло, на задней стороне микросхемы, который должен быть соединен с землей (GND).

Значение выходного напряжения tps5430 определяется значением парциального напряжения его 4 контактов, а выходное напряжение Vout = (1,221 (R1 & Темы; 1,221)/r2) v. При этом R1 представляет собой сопротивление выше парциального напряжения, а R2 представляет собой сопротивление ниже парциального напряжения. Для конструкции tps5430 R1 можно принять равным 10K, а R2 можно рассчитать в соответствии с получаемым выходным напряжением. По r206 (1,11 кОм), r208 (3,07 кОм) и R210 (5,36 кОм), приведенным на рисунке 4, мы можем рассчитать, что выходные напряжения составляют 12,2 В, 5,2 В и 3,5 В соответственно, что немного выше расчетного значения. на 0,2В. Нагрузка относительно тяжелая, и напряжение в самый раз при нагрузке.

N208 (lm2576-12) является продуктом компании American National Semiconductor. Контакт 1 является клеммой питания и подключен к источнику питания; Контакт 2 — это выходной конец, который внешне соединен с обратным диодом и индуктивностью; Контакт 3 — это клемма заземления, а контакт 5 — клемма управления включением/выключением источника питания. Из-за вывода отрицательного напряжения выводы 3 и 5 не заземлены, а подключены к источнику питания - 12В; Контакт 4 — это клемма обратной связи по напряжению. Мы используем lm2576-12 с фиксированным выходом 12 В, поэтому контакт 4 заземлен и нет необходимости подключать резистор обратной связи для деления напряжения.

Конструкция схемы источника питания высокого напряженияСхема источника питания портативного сверхвысокого напряжения B показана на рисунке 5 с использованием преобразователя постоянного тока в постоянный. Ua3843 — это высокопроизводительный контроллер с фиксированной частотой и режимом тока, специально используемый для преобразователей постоянного тока в постоянный. Он предоставляет разработчикам экономичное решение с использованием наименьшего количества внешних компонентов. Он разделен на ШИМ-управление, ограничение тока цикла, управление напряжением и т. Д. Рисунок 5. Цепь питания 48 В.

1 pwm контроль

Подает напряжение на вывод 7 N1 (ua3843) через резистор R34, и начинает работать пилообразный генератор, образованный внешними R36 и C33 вывода 4 N1 и внутренней схемой. Импульс ШИМ выводится через контакт 6 N1 для управления временем включения MOSFET V9 и определения выходного напряжения. R37 используется для подавления паразитных колебаний и обычно подключается последовательно рядом с затвором MOSFET. Сопротивление затвора r37 не должно быть слишком большим, что напрямую влияет на заряд и разряд входной емкости МОП-транзистора сигналом возбуждения ШИМ, то есть на скорость переключения МОП-транзистора. Индуцированная электродвижущая сила, выдаваемая 9-м и 10-м контактами вторичной обмотки переключающего трансформатора, выпрямляется с помощью vd14 и фильтруется с помощью C35, L7 и C36, чтобы сформировать выходное напряжение постоянного тока 48 В для подачи питания на B-ультразвуковой датчик. Индуцированная электродвижущая сила, выдаваемая 7-м и 6-м контактами вторичной обмотки переключающего трансформатора, выпрямляется с помощью vd13 и фильтруется с помощью C39, L8 и C37 для формирования выходного напряжения -48 В постоянного тока для подачи питания на B-зонд ультразвука. Vd12, C34 и R38 образуют цепь поглощения импульса спайка, которая используется для подавления импульса спайка с чрезвычайно высокой амплитудой, генерируемого стоком V9 в момент, когда переключатель переключается из положения «включено» в положение «выключено». Его принцип таков: в момент, когда V9 отключается, импульсный разряд, генерируемый его стоком, формирует зарядную цепь через vd12 и С34. Зарядный ток подавляет пиковый импульс в определенном диапазоне, чтобы избежать воздействия пикового импульса на V9. После зарядки C34, C34 разряжается через R38, чтобы подготовиться к повторному поглощению пикового импульса в следующем цикле.

2 тока цикла предел

Контакт 2 обратной связи является клеммой ввода напряжения обратной связи. Этот вывод сравнивается с опорным напряжением (обычно 2,5 В) на синфазной входной клемме внутреннего усилителя ошибки для генерации управляющего напряжения и управления шириной импульса. Эта схема заземляет его и управляется контактом 1 выходной клеммы внутреннего усилителя ошибки. Сигнал ограничения тока цикла на контакте 3 определяет ширину импульса ШИМ, то есть выходное напряжение. R47, r48, R14 и C32, внешне подключенные к контакту N1 (ua3843), образуют схему ограничения тактового тока. В каждом цикле колебаний, когда пиковый ток индуктивности обмотки 3 5 в первичной обмотке импульсного трансформатора импульсного источника питания L6 достигает заданного значения, импульс ШИМ будет выключаться. Установленное значение определяется напряжением контакта 1 comp клеммы N1 (ua3843) (pin 1 comp является выходной клеммой внутреннего усилителя ошибки). Обычно между этим контактом и двумя контактами подключается цепь обратной связи для определения коэффициента усиления и частотная характеристика усилителя ошибки. Процесс управления ограничением тока цикла выглядит следующим образом: переключающая трубка включается, ток индуктивности увеличивается, и напряжение выборки V3 увеличивается. Когда напряжение на выводе 3 превышает 1 В, внутренний компаратор обнаружения тока переворачивается, внутренняя защелка ШИМ сбрасывается, закрывает импульс ШИМ и готов к следующему циклу. Чтобы устранить помехи импульса острой волны схемы ограничения тока, схема фильтра острой волны состоит из R14 и C32, чтобы гарантировать, что функция ограничения тока цикла эффективна в каждом цикле колебаний. Токоограничивающее сопротивление выборки резисторов R47 и r48 определяет максимальный выходной ток всего импульсного преобразователя. Максимальный выходной ток можно регулировать, изменяя его сопротивление.

3 контроля напряжения

N1 (ua3843) представляет собой широтно-импульсный модулятор токового режима с двумя регуляторами с обратной связью. Сигнал выборки тока отправляется на контакт 3 синфазного входа компаратора обнаружения тока для формирования тока с обратной связью, напряжение ошибки отправляется на контакт 1 выхода внутреннего усилителя ошибки, и его выходной сигнал направляется на инвертирующий вход компаратора обнаружения тока в качестве эталона сравнения для формирования управления по напряжению с обратной связью. Видно, что замкнутый контур напряжения и замкнутый контур тока взаимодействуют. Наконец, оба они управляют защелкой ШИМ через компаратор обнаружения тока, то есть контролируют ширину импульса ШИМ. Цепь управления напряжением с обратной связью состоит из источника опорного напряжения N2 (tl431a), оптопары B4 (tlp521) и резисторов R31, vr7, R12, R32 и т. д. Токовый сигнал, выдаваемый оптопарой B4 (tlp521), преобразуется в сигнал напряжения и подается на контакт 1 выходной клеммы внутреннего усилителя ошибки. Внутреннее опорное напряжение усилителя ошибки N2 (tl431a) составляет 2,5 В. Процесс стабилизации напряжения с обратной связью по напряжению выглядит следующим образом: выходное напряжение растет, опорный вывод VR tl431a растет, проводимость TL431 повышается, проводимость оптопары B4 (tlp521) растет, напряжение на выводе 1 падает, напряжение на выводе 1 падает. оборот внутреннего компаратора обнаружения тока продвигается вперед, сброс внутренней защелки ШИМ продвигается вперед, импульс ШИМ становится узким, а выходное напряжение становится низким, чтобы стабилизировать выходное напряжение. Выходное напряжение высокого напряжения Vout = (1 R31 / (R12 vr7)) VREF. Регулируя значение потенциометра vr7, выход можно отрегулировать до 48 В, а диапазон регулировки составляет 31 & Раз; 2,5 = 77,5 В115 &TImes; 2,5 = 32 В

Эпилог В этой статье представлена ​​конструкция портативного источника питания B-ультразвука, включая переключение питания.