基于UA3843,LM2576,TPS5430設(shè)計的便攜式B超電源整體方案
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圖3 單鍵觸摸開關(guān)機電路
當便攜B超機在開機狀態(tài)中，再一次按下按鈕POWER-KEY2時，光耦B101導通，光耦次級導通，反向器D101的4腳輸出低電平到控制面板，控制面板發(fā)出低電平關(guān)機指令POWER-OFF1，使光耦B100導通，進而使三極管N103導通，N104截至，N104集電極的高電平使N106截至，導致場效應(yīng)管Q100截至，實現(xiàn)了關(guān)機。
當上位機發(fā)出高電平的關(guān)機指令POWER-OFF時，也將使光耦B100導通，余下的過程和控制面板關(guān)機過程一樣。
低壓電源電路的設(shè)計
便攜B超低壓電源電路如圖4所示，主要有6個TI公司的TPS5430和1個美國國家半導體公司的LM2576組成。6個TPS5430提供2組+12V、+5V、+3.3V的電壓，其中一組給便攜B超機的主控板供電，另外一組用于給便攜B超中的電腦供電。這兩組是完全一樣的，因此，我們只給出了其中一組的供電原理圖。LM2576負責產(chǎn)生-12V電壓給便攜B超中的電腦。
圖4 低壓電源電路
TPS5430有5.5～36V的寬電壓輸入范圍，連續(xù)的3A的電流輸出能力（峰值達4A），轉(zhuǎn)換效率達95%。8引腳小型貼片封裝，芯片背部是金屬散熱片，使用的時候一定要焊接到地，做PCB封裝的時候?qū)⑸崞敵傻?腳。不需要再接散熱裝置，利用電路板本身散熱就可以取得很好的效果，特別適合便攜產(chǎn)品的設(shè)計使用。TPS5430的1腳是BOOT端，需要在BOOT和8腳PH間接0.01μF的低ESR電容。2、3腳是空端，4腳VSENSE是調(diào)整器的反饋電壓端，接輸出電壓的分壓電阻端，來取得輸出電壓的反饋。5腳ENA是電源ON/OFF控制端，當此腳電壓低于0.5V以下時，本芯片將關(guān)閉電源轉(zhuǎn)換，供電電流減少到18μA，懸空的時候使能，芯片正常工作，我們沒有對此腳控制，因此懸空沒接。6腳接地，7腳VIN是電源供電端，接POWER+。在電源供電和地間接一個高質(zhì)量、低ESR的陶瓷電容。8腳PH是內(nèi)部功率場效應(yīng)管的源極，外部連接續(xù)流二極管和電感。第9腳PowerPad端是芯片背部散熱金屬片，必須連接到地（GND）上。
TPS5430的輸出電壓值是由其4腳的分壓電壓值決定的，輸出電壓Vout=（1.221+（R1×1.221）/R2）V。其中，R1是分壓上電阻，R2是分壓下電阻。對于TPS5430的設(shè)計，R1可以取10kΩ，R2則能根據(jù)要獲得的輸出電壓來計算。根據(jù)圖4給出的R206(1.11K)、R208(3.07K)、R210(5.36K)，我們可以計算出輸出電壓分別是12.2V、5.2V、3.5V，比設(shè)計值略高0.2V，負載比較重，帶載的時候電壓正好合適。
N208(LM2576-12)是美國國家半導體的產(chǎn)品，1腳是電源供電端，接POWER+；2腳是輸出端，外接續(xù)流二極管和電感；3腳是地端，5腳是電源ON/OFF控制端，由于要輸出負電壓，因此3、5腳沒有接地而是接-12V電源上了；4腳是電壓反饋端，我們使用固定12V輸出的LM2576-12，故4腳接地，不需要接反饋電阻分壓
高壓電源電路的設(shè)計
便攜B超高壓電源電路如圖5所示，使用DC/DC變換器。UA3843是專門用于DC/DC變換器應(yīng)用的高性能、固定頻率、電流模式控制器，為設(shè)計者提供使用最少外部元件的高性價比的解決方案。其分PWM控制、周波電流限制、電壓控制等幾部分。
圖5 ±48V電源電路
1 PWM控制
POWER+經(jīng)過電阻R34為N1(UA3843)的7腳提供電壓，N1的4腳外接R36、C33與內(nèi)部電路形成的鋸齒波振蕩器開始工作。PWM脈沖由N1的6腳輸出，控制MOSFET V9的導通時間，決定輸出電壓的高低。R37用于抑制寄生振蕩，通常串聯(lián)在靠近MOSFET柵極處。柵極電阻R37不能太大，它直接影響PWM驅(qū)動信號對MOSFET輸入電容的充放電，即影響MOSFET的開關(guān)速度。開關(guān)變壓器的次級第9、10腳輸出的感應(yīng)電動勢經(jīng)VD14整流，C35、L7、C36濾波，形成+48V直流輸出電壓為B超探頭供電。開關(guān)變壓器的次級第7、6腳輸出的感應(yīng)電動勢經(jīng)VD13整流、C39、L8、C37濾波，形成-48V直流輸出電壓為B超探頭供電。VD12、C34、R38組成尖峰脈沖吸收電路，用于在開關(guān)管從導通轉(zhuǎn)為截止的瞬間抑制V9的漏極所產(chǎn)生的幅值極高的尖峰脈沖。其原理是：在V9截止的瞬間，其漏極產(chǎn)生的尖峰脈沖經(jīng)VD12、C34構(gòu)成充電回路，充電電流將尖峰脈沖抑制在一定的范圍內(nèi)，避免了V9被尖峰脈沖擊穿。當C34充電結(jié)束后，C34通過R38放電，為下個周期再次吸收尖峰脈沖作準備
2 周波電流限制
2腳FEED BACK是反饋電壓輸入端，此腳與內(nèi)部誤差放大器同相輸入端的基準電壓(一般為+2.5V)進行比較，產(chǎn)生控制電壓，控制脈沖的寬度，本電路將其接地，由內(nèi)部誤差放大器的輸出端1腳進行控制。3腳的周波電流限制信號決定了PWM脈沖的寬度，即決定了輸出電壓的高低。N1(UA3843)3腳外接的R47、R48、R14、C32組成周波電流限制電路，在每一個振蕩周期中，當開關(guān)電源脈沖變壓器L6初級的3～5繞組電感電流峰值達到設(shè)定值時就關(guān)閉PWM脈沖，設(shè)定值由N1(UA3843)的1腳COMP端電壓決定（1腳COMP是內(nèi)部誤差放大器的輸出端），通常此腳與2腳之間接有反饋網(wǎng)絡(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻響。周波電流限制控制過程如下：開關(guān)管導通，電感電流上升，取樣電壓V3上升，當3腳電壓大于1V時，內(nèi)部電流檢測比較器翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部PWM鎖存器復位，關(guān)閉PWM脈沖，準備進入下周期。為消除電流限制電路尖波脈沖干擾，由R14、C32組成尖波濾波電路，以確保周波電流限制功能在每一個振蕩周期中都有效。R47、R48為限流取樣電阻，決定了整個開關(guān)變換器的最大輸出電流值，改變其阻值可以調(diào)整最大輸出電流。
3 電壓控制
N1(UA3843)是電流型脈寬調(diào)制器，有兩個閉環(huán)控制。電流取樣信號送到電流檢測比較器同相輸入端3腳，構(gòu)成電流閉環(huán)控制,誤差電壓送到內(nèi)部誤差放大器的輸出端1腳，其輸出送到電流檢測比較器反相輸入端作為比較基準，構(gòu)成電壓閉環(huán)控制。由此看出，電壓閉環(huán)與電流閉環(huán)是相互作用的，兩者最后都通過電流檢測比較器來控制PWM鎖存器，即控制PWM脈沖的寬度。電壓閉環(huán)控制電路由電壓基準N2(TL431A)、光電耦合器B4(TLP521)及電阻R31、VR7、R12、R32等元件組成。光電耦合器B4(TLP521)輸出的電流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，送到內(nèi)部誤差放大器的輸出端1腳。N2(TL431A)誤差放大器內(nèi)部比較基準為2.5V。電壓閉環(huán)穩(wěn)壓控制過程是：輸出電壓上升，TL431A基準端VR上升，TL431導通上升，光電耦合器B4(TLP521)導通上升，1腳電壓下降，內(nèi)部電流檢測比較器翻轉(zhuǎn)提前，內(nèi)部PWM鎖存器復位提前，PWM脈沖變窄，輸出電壓變低，從而穩(wěn)定了輸出電壓。高壓輸出電壓值VOUT=(1+R31/(R12+VR7))Vref，通過調(diào)節(jié)電位器VR7的值，可以使輸出調(diào)整在±48V，調(diào)節(jié)范圍是31×2.5=77.5V～（1+15）×2.5=32V。
結(jié)語
本文介紹了便攜式B超電源的設(shè)計，包括電源切換電路的設(shè)計、單鍵觸摸開關(guān)機電路的設(shè)計、低壓電源電路的設(shè)計及高壓電源電路的設(shè)計。在我們的便攜設(shè)備中很好的完成了設(shè)計指標的要求，可以應(yīng)用到其他便攜設(shè)備中。
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