一种常见的电源系统原理分析

2016-08-29五邑中医院设备科彭小斌

电子世界 2016年15期

关键词：程控框图控制电路

五邑中医院设备科　彭小斌

一种常见的电源系统原理分析

五邑中医院设备科彭小斌

本文根据现代医疗设备电源系统的设计架构和思路，对常见电源系统包含的几个重要组成模块：电源连接板、PFC板、+5V板、-5V板、PHV板进行原理分析。

电源系统；组成模块；原理分析

常见的电源系统包括连接板、PFC板、+5V板、-5V板、PHV板、辅助输出转接板、LED板、风扇转接板、电源母板和电源输出监控板共10块板卡。

在此电源系统中，AC网电源经过断路器后进入连接板，再经过隔离变压器后转化为隔离的两部分输出。经过滤波后，一组作为AC辅助输出供给显示器和打印机等外设，另一组经由电源母板后作为PFC板的输入电源。该电源进入到PFC板后，通过BOOST PFC变换为稳恒的约390V高压直流输出，再提供给后级的+5V板和-5V板，得到+5V、+3.3V、-5V、12V和-12V共5组输出。其中，12V作为PHV板的输入电源，经过PHV板内部的FLYBACK变换器后得到±100V两组电压，通过BOOST变换器和BUCK-BOOST变化起后得到4组程控电压。电源系统的各组输出经由电源母板后连接至电源输出监控板进行滤波和监控，尤其是对程控电压的监控后输出到主机系统，为相关硬件电路供电。同时，各组输出还通过电源母板，经由风扇转接板后连接至LED板，由LED板对各组输出的状态给以直观指示。下面，针对电源连接板、PFC板、+5V板、-5V板、PHV板这5个较为复杂的模块进行原理上的深入分析。

1.连接板原理

连接板的原理框图如图1所示。

图1　连接板原理框图

如图1所示，电网电源输入经过断路器后进入连接板，经过浪涌电流抑制电路后到达隔离变压器，由隔离变压器输出两组与网电源隔离的交流输出。这两组输出经过一级或多级EMI滤波器后，一组给PFC板供电，另一组通过继电器控制后给显示器、打印机等外设供电。电网电源的高、低电压的选择通过变压器转接线来实现。系统正常开机后，由PFC板给出继电器闭合控制信号，旁路掉抑制浪涌电流的热敏电阻，同时接通AC辅助输出。

2.PFC板原理

PFC板主要由APFC功率电路、STANDBY电源、软开关机控制电路、LED指示电路及保护电路构成。其原理框图如图2所示。

如图2所示，AC输入电源经过EMI滤波电路，通过整流桥到达BOOST APFC功率电路，在APFC控制电路下，完成对输入电源的APFC功能，同时输出稳恒的+390V直流输出至后一级的+5V板和-5V板。APFC控制电路由STANDBY电源供电。STANDBY电源采用的是单端FLYBACK变换器结构，除了提供给APFC控制电路的+18V供电电源VCC外，还输出一隔离的+5V输出电压5B给软开关机控制电路和LED控制电路。

图2　　PFC板原理框图

PFC板除了具有自身的OVP、OTP等保护电路和时序控制电路外，还接受来自+5V板的失效保护信号PF、软关机信号POFF和关机使能信号ENA，从而达到整个电源系统安全关闭的目的。

PFC板两个核心芯片PFC控制器和PWM控制器采用的分别是TI公司的UC3854和38HC43，具有较高的可靠性。

3.+5V板原理

+5V板采用的是单端正激式有源箝位变换结构。

如图3所示，DC输入电压经过一LC滤波器送至变压器，并通过PWM控制转换为方波电压，该方波电压经过整流滤波后输出稳定的+5V直流电压。PWM控制器对于占空比的调节是通过反馈网络的误差放大信号，并经光耦传输来达到。另外一路+3.3V由+ 5V经过BUCK变换输出，该BUCK变换部分的控制IC为LINEAR的LTC1629EG。PWM控制芯片U9为TI公司的UCC2894，开关管采用的是TOSHIBA公司的2KS2611。

图3　　+5V板原理框图

4.-5V板原理

如图4所示，-5V板采用的是单端正激变换器电路结构，其原理框图如图9所示。390Vdc输入由+5V板经连接器进入电源板，经过LC滤波电路后作为FORWARD变换器的输入。该直流电压在经过一单端Forward变换器后得到+12V、-5V、-12V三路稳恒直流输出，其中+12V为变换器的主反馈输出，其余两组为辅助输出，且采用的是磁性放大器调节的稳压方式。

图4-5　V板原理框图

5.PHV板原理

如图5所示，12V输入电压进入PHV后，通过FLYBACK变换器产生两组正负高压，通过BOOST变换器和BUCK-BOOST变换器分别产生PHV1、PHV3和PHV2、PHV4四路程控电压。

其中，FLYBACK变换器的控制芯片采用常用的是ONSEMI公司的UC3843，主开关管用IR的IRF3710，主要参数为100V/60A。BOOST变换器的控制芯片采用的是ONSEMI公司的TL594，开关管用IR的IRF52N15DPBF，其主要参数为150V/60A；BUCK-BOOST变换器的控制芯片采用的是MAXIM公司的MAX1847，开关管用IR的IRF6215PBF，其主要参数为150V/13A。PHV1～PHV4的输出电压值与程控控制电压的大小呈线性关系，当控制电压在0～4V范围内变化时，输出电压的绝对值应分别对应在5～80V范围内变化。