基于UA3843,LM2576,TPS5430設計的便攜式B超電源整體方案

　　便攜式B超系統(tǒng)內(nèi)部使用的電源比較復雜，外部適配器和電池的電源必須經(jīng)過DC/DC轉換，以轉換成系統(tǒng)需要的電壓。為了降低便攜式B超電源上的無用消耗，提高電池使用效率，系統(tǒng)主板、B超控制板、液晶顯示器以及鍵盤的電源采用開關電源供電。

　　便攜B超電源的整體設計

　　圖1為便攜B超電源的整體設計方框圖。便攜B超電源輸入電壓有兩種：一是電源適配器輸入，電壓為18V，二是電池輸入，電壓為14.4V。要求實現(xiàn)兩種電壓之間的熱切換，并在切換電壓時不影響系統(tǒng)工作，即提供外電和電池供電無延時熱切換功能。需要輸出±12V、5V、3.3V、±48V等幾種電壓，具體指標為12V/2.5A、-12V/0.5A、5V/4A、3.3V/3A、+48V/80mA、-48V/80mA。具有單鍵開關機功能，即無電時，按電源鍵打開電源；在有電時，按電源鍵向控制面板發(fā)送關機信號，上位機還可以通過軟件關機（即支持ATX關機指令）。電源輸出接口采用標準計算機ATX接口。




圖1 便攜B超電源整體設計方框圖

電源切換電路的設計

　　便攜B超電源切換電路如圖2所示，在外接電源適配器時，電壓輸入交流18V，經(jīng)VD100、VD101二極管后，再經(jīng)R100、R107分壓加到N100A（LM193）電壓比較器的3腳（同相端）。電池輸入電壓是14.4V，經(jīng)R101、R108分壓后加到N100A（LM193）電壓比較器2腳（反相端）。由于3腳電壓高于2腳，因此N100A（LM193）1腳輸出高電平，使三極管V100導通，V101截至，場效應管V105截至，POWER_IN+端得到的是外接電源適配器的18V電壓。當沒有外接電源適配器時，或便攜B超機在使用過程中，外部交流電突然停電造成無法使用外接電源適配器時， N100A（LM193）的3腳電壓低于2腳，N100A（LM193）1腳輸出低電平，使三極管V100截至，V101導通，場效應管V105導通。電池電壓經(jīng)過導通的場效應管V105的源、漏極，POWER_IN+端得到的是電池的14.4V電壓，實現(xiàn)了兩種電壓之間的熱切換。VD102、VD103在電路中起隔離作用，隔離外接電源適配器和電池供電。




圖2 電源切換電路

單鍵觸摸開關機電路的設計

　　便攜B超單鍵觸摸開關機電路如圖3所示，由外接適配器或電池來的POWER_IN+電壓，一路送到場效應管Q100，準備開機，另一路經(jīng)R104、VD104送到輕觸按鈕POWER-KEY2的一端。輕觸按鈕POWER-KEY2的另一端是接地的，當按下輕觸按鈕POWER-KEY2時，三極管N106的基極被鉗位在低電平，N106導通，進而N102也導通，場效應管Q100導通，由外接適配器或電池來的POWER_IN+電壓經(jīng)過導通的Q100的源、漏極，獲得POWER+電壓，給高、低壓電路供電，機器開機。在開機的同時，POWER+電壓經(jīng)過6V的穩(wěn)壓二極管使三極管N104導通，N104集電極為低電平，維持N106導通，保持開機狀態(tài)。




圖3 單鍵觸摸開關機電路

　　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，導致場效應管Q100截至，實現(xiàn)了關機。

　　當上位機發(fā)出高電平的關機指令POWER-OFF時，也將使光耦B100導通，余下的過程和控制面板關機過程一樣。

低壓電源電路的設計

　　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封裝的時候將散熱片當成第9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，本芯片將關閉電源轉換，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量、低ESR的陶瓷電容。8腳PH是內(nèi)部功率場效應管的源極，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

基于UA3843,LM2576,TPS5430設計的便攜式B超電源整體方案

便攜式B超系統(tǒng)內(nèi)部使用的電源比較復雜，外部適配器和電池的電源必須經(jīng)過DC/DC轉換，以轉換成系統(tǒng)需要的電壓。為了降低便攜式B超電源上的無用消耗，提高電池使用效率，系統(tǒng)主板、B超控制板、液晶顯示器以及鍵盤的電源采用開關電源供電。

便攜B超電源的整體設計

　　圖1為便攜B超電源的整體設計方框圖。便攜B超電源輸入電壓有兩種：一是電源適配器輸入，電壓為18V，二是電池輸入，電壓為14.4V。要求實現(xiàn)兩種電壓之間的熱切換，并在切換電壓時不影響系統(tǒng)工作，即提供外電和電池供電無延時熱切換功能。需要輸出±12V、5V、3.3V、±48V等幾種電壓，具體指標為12V/2.5A、-12V/0.5A、5V/4A、3.3V/3A、+48V/80mA、-48V/80mA。具有單鍵開關機功能，即無電時，按電源鍵打開電源；在有電時，按電源鍵向控制面板發(fā)送關機信號，上位機還可以通過軟件關機（即支持ATX關機指令）。電源輸出接口采用標準計算機ATX接口。




圖1 便攜B超電源整體設計方框圖

電源切換電路的設計

　　便攜B超電源切換電路如圖2所示，在外接電源適配器時，電壓輸入交流18V，經(jīng)VD100、VD101二極管后，再經(jīng)R100、R107分壓加到N100A（LM193）電壓比較器的3腳（同相端）。電池輸入電壓是14.4V，經(jīng)R101、R108分壓后加到N100A（LM193）電壓比較器2腳（反相端）。由于3腳電壓高于2腳，因此N100A（LM193）1腳輸出高電平，使三極管V100導通，V101截至，場效應管V105截至，POWER_IN+端得到的是外接電源適配器的18V電壓。當沒有外接電源適配器時，或便攜B超機在使用過程中，外部交流電突然停電造成無法使用外接電源適配器時， N100A（LM193）的3腳電壓低于2腳，N100A（LM193）1腳輸出低電平，使三極管V100截至，V101導通，場效應管V105導通。電池電壓經(jīng)過導通的場效應管V105的源、漏極，POWER_IN+端得到的是電池的14.4V電壓，實現(xiàn)了兩種電壓之間的熱切換。VD102、VD103在電路中起隔離作用，隔離外接電源適配器和電池供電。




圖2 電源切換電路

單鍵觸摸開關機電路的設計

　　便攜B超單鍵觸摸開關機電路如圖3所示，由外接適配器或電池來的POWER_IN+電壓，一路送到場效應管Q100，準備開機，另一路經(jīng)R104、VD104送到輕觸按鈕POWER-KEY2的一端。輕觸按鈕POWER-KEY2的另一端是接地的，當按下輕觸按鈕POWER-KEY2時，三極管N106的基極被鉗位在低電平，N106導通，進而N102也導通，場效