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醫用開關電源設計方案
近年來隨著電源技術的飛速發展,開關
穩壓電源
與同容量的線性
穩壓電源
相比,具有效率高,功率低,體積小,質量輕等優點。進入上世紀90年代以來,開關電源已廣泛應用在各種電子電器設備、通訊、電力檢測設備電源之中。同時在醫療儀器設備中也得到了越來越廣泛的應用,比如心電圖機,輸液泵,超聲診斷儀,監護儀,CT機等等。開關電源的質量好壞直接影響整個醫療電子設備的可靠性,因此,在醫療設備的設計中開關電源的設計也越來越得到重視。文章基于 UC3842高性能電流模式脈沖寬度調制(PWM)發生器控制的開關電源適合應用于此類醫療系統。實驗通過光耦實現輸出和輸入的隔離,不僅提高了電源的效率,簡化了外圍電路,也降低了電源的成本和體積,使電源具有輸出電壓穩定,紋波小等優點。
1 UC3842
芯片介紹
UC3842是美國UNIRODE公司生產,此IC具有引腳少(8腳),外接元件少,接線簡單,可靠性高,成本低等優點。UC3842是電流控制型脈寬調節器。通常用于單端反激式變換器。其內部結構見圖1。
圖1:UC3842的內部等效電路
圖中1腳和2腳為補償端和內部電壓比較器的反相輸入端;3腳為電流檢測輸入端,外接過流檢測電阻,可構成過流保護電路,當3腳電壓等于或高于1 V時,電流控制檢測比較器輸出高電平,復位PWM鎖存器,從而關閉輸出脈沖;4腳接振蕩電路,產生所需頻率的鋸齒波RT接在4,8腳之間,CT接在4腳和地之間,5腳為地;6腳為輸出端,有拉、灌電流能力,能直接驅動雙極型功率管或MOS管。7腳是其電源端,芯片工作的開啟電壓為16 V,欠壓鎖定電壓為10 V;8腳是其內部基準電壓(5 V)。
2
開關電源的結構及工作過程
醫療設備中使用的開關電源基本電路由輸入電路、功率變換電路、輸出電路和控制電路等組成,見圖2。
圖2:開關電源的原理框圖
輸入電路包括整流電路、EMI濾波電路及暫態保護電路。整流電路是把輸入交流變為直流,通常開關電源中的整流電路是采用電容輸入型。EMI濾波電路由電容和線圈組成,其作用是濾除電網中的高頻雜波和同相干擾信號,以及避免電源中產生的電磁干擾泄露到外面。暫態保護電路具有雷擊保護,開機沖擊電流限制以及輸入過電流保護功能。功率變換電路是開關電源的核心部分,主要由開關電路和
變壓器
組成。開關晶體管要選用開關速度快,導通和工作時間短的。通常功率開關管的控制方式選擇脈寬調制。輸出電路是把高頻變壓器的次級方波電壓整流成單向脈動電流,并將其平滑成設計要求的低波紋直流電壓。同時,以直流電的輸出電壓為反饋信號,通過隔離的反饋電路,由前級的PWM控制電路進行電壓的調節,達到穩壓的目的。控制電路的主要作用是向驅動電路提供矩形脈沖序列,控制脈沖寬度和頻率,從而達到改變輸出電壓的目的。
3
反激式開關電源設計
文章用UC3842為核心器件設計了一個單端反激式開關穩壓電源。開關電源控制電路是一個電壓、電流雙閉環控制系統。開關穩壓電源電路圖見圖3。
圖3:開關穩壓電源電路圖
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