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便携式B超电源设计方案解析

2019-12-13 18:42 必威体育 莫熙161°c
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高压电源电路的设计

便携B超高压电源电路如图5所示,使用DC/DC变换器。UA3843是专门用于DC/DC变换器应用的高性能、固定频率、电流模式控制器,为设计者提供使用最少外部元件的高性价比的解决方案。其分PWM控制、周波电流限制、电压控制等几部分。

图4 低压电源电路

电源切换电路的设计

便携B超电源切换电路如图2所示,在外接电源适配器时,电压输入交流18V,经VD100、VD101二极管后,再经R100、R107分压加到N100A(LM193)电压比较器的3脚(同相端)。电池输入电压是14.4V,经R101、R108分压后加到N100A(LM193)电压比较器2脚(反相端)。由于3脚电压高于2脚,因此N100A(LM193)1脚输出高电平,使三极管V100导通,V101截至,场效应管V105截至,POWER_IN+端得到的是外接电源适配器的18V电压。当没有外接电源适配器时,或便携B超机在使用过程中,外部交流电突然停电造成无法使用外接电源适配器时, N100A(LM193)的3脚电压低于2脚,N100A(LM193)1脚输出低电平,使三极管V100截至,V101导通,场效应管V105导通。电池电压经过导通的场效应管V105的源、漏极,POWER_IN+端得到的是电池的14.4V电压,实现了两种电压之间的热切换。VD102、VD103在电路中起隔离作用,隔离外接电源适配器和电池供电。

便携式B超系统内部使用的电源比较复杂,外部适配器和电池的电源必须经过DC/DC转换,以转换成系统需要的电压。为了降低电源上的无用消耗,提高电池使用效率,系统主板、B超控制板、液晶显示器以及键盘的电源采用开关电源供电。

2 周波电流限制

2脚FEED BACK是反馈电压输入端,此脚与内部误差放大器同相输入端的基准电压(一般为+2.5V)进行比较,产生控制电压,控制脉冲的宽度,本电路将其接地,由内部误差放大器的输出端1脚进行控制。3脚的周波电流限制信号决定了PWM脉冲的宽度,即决定了输出电压的高低。N1(UA3843)3脚外接的R47、R48、R14、C32组成周波电流限制电路,在每一个振荡周期中,当开关电源脉冲变压器L6初级的3~5绕组电感电流峰值达到设定值时就关闭PWM脉冲,设定值由N1(UA3843)的1脚COMP端电压决定(1脚COMP是内部误差放大器的输出端),通常此脚与2脚之间接有反馈网络,以确定误差放大器的增益和频响。周波电流限制控制过程如下:开关管导通,电感电流上升,取样电压V3上升,当3脚电压大于1V时,内部电流检测比较器翻转,内部PWM锁存器复位,关闭PWM脉冲,准备进入下周期。为消除电流限制电路尖波脉冲干扰,由R14、C32组成尖波滤波电路,以确保周波电流限制功能在每一个振荡周期中都有效。R47、R48为限流取样电阻,决定了整个开关变换器的最大输出电流值,改变其阻值可以调整最大输出电流。

便携式B超电源设计方案解析

单键触摸开关机电路的设计

便携B超单键触摸开关机电路如图3所示,由外接适配器或电池来的POWER_IN+电压,一路送到场效应管Q100,准备开机,另一路经R104、VD104送到轻触按钮POWER-KEY2的一端。轻触按钮POWER-KEY2的另一端是接地的,当按下轻触按钮POWER-KEY2时,三极管N106的基极被钳位在低电平,N106导通,进而N102也导通,场效应管Q100导通,由外接适配器或电池来的POWER_IN+电压经过导通的Q100的源、漏极,获得POWER+电压,给高、低压电路供电,机器开机。在开机的同时,POWER+电压经过6V的稳压二极管使三极管N104导通,N104集电极为低电平,维持N106导通,保持开机状态。

TPS5430有5.5~36V的宽电压输入范围,连续的3A的电流输出能力(峰值达4A),转换效率达95%。8引脚小型贴片封装,芯片背部是金属散热片,使用的时候一定要焊接到地,做PCB封装的时候将散热片当成第9脚。不需要再接散热装置,利用电路板本身散热就可以取得很好的效果,特别适合便携产品的设计使用。TPS5430的1脚是BOOT端,需要在BOOT和8脚PH间接0.01μF的低ESR电容。2、3脚是空端,4脚VSENSE是调整器的反馈电压端,接输出电压的分压电阻端,来取得输出电压的反馈。5脚ENA是电源ON/OFF控制端,当此脚电压低于0.5V以下时,本芯片将关闭电源转换,供电电流减少到18μA,悬空的时候使能,芯片正常工作,我们没有对此脚控制,因此悬空没接。6脚接地,7脚VIN是电源供电端,接POWER+。在电源供电和地间接一个高质量、低ESR的陶瓷电容。8脚PH是内部功率场效应管的源极,外部连接续流二极管和电感。第9脚PowerPad端是芯片背部散热金属片,必须连接到地(GND)上。

1 PWM控制

POWER+经过电阻R34为N1(UA3843)的7脚提供电压,N1的4脚外接R36、C33与内部电路形成的锯齿波振荡器开始工作。PWM脉冲由N1的6脚输出,控制MOSFET V9的导通时间,决定输出电压的高低。R37用于抑制寄生振荡,通常串联在靠近MOSFET栅极处。栅极电阻R37不能太大,它直接影响PWM驱动信号对MOSFET输入电容的充放电,即影响MOSFET的开关速度。开关变压器的次级第9、10脚输出的感应电动势经VD14整流,C35、L7、C36滤波,形成+48V直流输出电压为B超探头供电。开关变压器的次级第7、6脚输出的感应电动势经VD13整流、C39、L8、C37滤波,形成-48V直流输出电压为B超探头供电。VD12、C34、R38组成尖峰脉冲吸收电路,用于在开关管从导通转为截止的瞬间抑制V9的漏极所产生的幅值极高的尖峰脉冲。其原理是:在V9截止的瞬间,其漏极产生的尖峰脉冲经VD12、C34构成充电回路,充电电流将尖峰脉冲抑制在一定的范围内,避免了V9被尖峰脉冲击穿。当C34充电结束后,C34通过R38放电,为下个周期再次吸收尖峰脉冲作准备