電源轉換方法及其電路的製作方法
2023-06-23 04:15:51 1
專利名稱：電源轉換方法及其電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及醫療器械的電源，尤其涉及一種電源轉換方法及其電路。
背景技術：
在醫療器械電子產品領域，電源是產品的重要組成部件之一。電源的驅動能力、散熱效率、可靠性以及安全性，對電磁閥和傳感器等工作的穩定性、可靠性以及整機性能均有著重要的影響。
目前，醫用電源轉換電路大都採用DC-DC轉換電路，即將一種直流電源轉換成另
一種直流電源，轉換前後電源電壓的幅值有所變化，即可能將較低幅值的電壓轉換為較高
幅值的電壓，所謂的升壓DC-DC電路；也可能將較高幅值的電壓轉換成較低幅值的電壓，所
謂的降壓DC-DC電路。如圖5所示為降壓DC-DC電路，該電路由處理晶片Ul、開關管Ml、續
流二極體D1、以及阻容等器件組成，該電路可實現高直流電壓到低電壓的轉換，輸入電壓範
圍5. 3V-28V，在保證輸入電流足夠的情況下，輸出驅動能力可達5V/3A。 試驗表明，該電路的驅動能力受限，假如負載需要5V/5A的驅動能力，電壓跌落嚴
重，不能滿足供電要求；電路的散熱效率較低，該轉換電路的熱量產生集中在開關管Ml，在
電路工作時，開關管Ml的溫度迅速升高，對器件的可靠性和散熱均不利，而且高熱量影響
機內傳感器的準確度；電源的可靠性和安全性難以保證，如果出現異常導致源電壓直接輸
出到輸出端，那麼輸出端便呈現較高的電壓，損壞後續的晶片器件，或者導致機器控制混
亂，危及到病人的安全。 現有技術需要改進和提高。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能有效提高安全性的電源轉換方法以及基於該方法的電路。 本發明提供一種電源轉換方法，實現從電源輸入端到電源輸出端的電源轉換，包括開關單元從電源輸入端輸入電源信號；取樣單元控制電源輸出端的電流大小；處理單元啟動驅動單元；驅動單元對輸入的電源信號進行電壓轉換後輸出轉換電壓；反饋單元將轉換電壓的信息反饋至處理單元；處理單元根據轉換電壓的信息判斷轉換電壓是否正常；若正常，則進行電源輸出；若異常，則停止電源輸出。 作為本發明的進一步改進，驅動單元對輸入的電源信號進行電壓轉換後輸出轉換電壓還包括電源輸入至互補功率放大電路；所述互補功率放大電路對電壓進行放大，並輸出轉換電壓；驅動管Q4與驅動管Q5同時輸入所述轉換電壓，進行散熱後輸出所述轉換電壓。 作為本發明的進一步改進，還包括AD採樣單元監測電源輸出端的輸出電壓；所述AD採樣單元反饋所述輸出電壓至控制單元；所述控制單元判斷所述輸出電壓是否正常；若正常，則控制所述處理單元進行電源輸出；若不正常，則控制所述開關單元斷開電源信號輸入，停止電源輸出。 本發明還提供一種電源轉換電路，實現從電源輸入端到電源輸出端的電源轉換，包括開關單元，連接於電源輸入端，控制電源信號的輸入與斷開；取樣單元，連接於所述開關單元，控制電源輸出端的電流大小；驅動單元，連接於所述取樣單元，對所述電源信號進行電壓轉換後輸出轉換電壓；處理單元，連接於所述取樣單元與所述單元之間，用於控制所述驅動單元的使能；反饋單元，連接於所述驅動單元與所述處理單元，輸出所述轉換電壓的反饋信息至所述處理單元。
本發明與現有技術相比較的有益效果是 (1)本發明採用反饋單元對電源輸出端進行實時檢測，並及時反饋至處理單元，由處理單元對驅動單元進行控制，提高了後續電路電源應用的可靠性和安全性；
(2)本發明在驅動單元中採用互補功率放大電路，提高了驅動單元的驅動能力和可靠性； (3)本發明在驅動單元中採用多個驅動管散熱，提高了驅動單元的散熱效果。
圖1是本發明電源轉換方法一種實施方式的系統 圖2是本發明電源轉換方法一種實施方式的流程 圖3是本發明電源轉換電路第一種實施方式的電路 圖4是本發明電源轉換電路第二種實施方式的電路 圖5是本發明電源轉換電路現有技術的電路圖。
具體實施方式
下面結合附圖和本發明的實施方式作進一步詳細說明。 圖1是本發明電源轉換方法一種實施方式的系統圖。本實施方式包括本實施方式包括開關單元10，取樣單元20，處理單元50，驅動單元30與反饋單元40。開關單元10連接於電源輸入端Vin，反饋單元40連接於電源輸出端Vout。 在本實施方式中，開關單元10控制直流電源輸入端Vin的接入，若出現輸出異常，則斷開外部輸入電源。取樣單元20提供取樣電阻Rl，該取樣電阻Rl控制電源輸出端Vout的最大輸出電流。驅動單元30實現輸出供電能力的控制，提供適當的輸出電源。反饋單元40反饋輸出電壓的信息至處理單元50，由處理單元50控制驅動單元30的工作狀態。
本實施方式還可以包括控制單元70，連接於開關單元10與處理單元50，根據人為操作或者電路的控制信息控制開關單元10與處理單元50的工作狀態。
本實施方式還可以包括AD採樣單元60連接於電源輸出端Vout與控制單元70之間，實時監測電源輸出端Vout的電壓，並反饋至控制單元70，由控制單元70控制開關單元10與處理單元50的工作狀態。 圖2是本發明電源轉換方法一種實施方式的流程圖。在步驟S100中，開關單元10從電源輸入端Vin輸入電源信號。 在步驟S102中，取樣單元20控制電源輸出端Vout的電流。
在步驟S104中，處理單元50啟動驅動單元30。
在步驟S106中，驅動單元30對輸入的電源信號進行電壓轉換後輸出轉換電壓。具體為電源信號輸入至互補功率放大電路；互補功率放大電路對電壓進行放大，並輸出轉換電壓；驅動管Q4與驅動管Q5同時輸入轉換電壓，進行散熱後輸出轉換電壓。
在步驟S108中，反饋單元40將轉換電壓的信息反饋至處理單元50。
在步驟S110中，處理單元50根據轉換電壓的信息判斷轉換電壓是否正常。
若正常，則返回在步驟S104中，控制電源輸出端Vout進行電源輸出，具體為處理單元50根據控制信號啟動驅動單元30 ;驅動單元30完成電壓轉換並進行電源輸出。
若異常，則在步驟Sl 12中，停止電源輸出，具體為處理單元50根據控制信號斷開驅動單元30 ;驅動單元30停止電壓轉換並停止電源輸出。 在本實施方式中，還包括AD採樣單元60監測電源輸出端的輸出電壓；AD採樣單元60反饋輸出電壓至控制單元；控制單元70判斷輸出電壓是否正常；若正常，則控制處理單元50進行電源輸出；若不正常，則控制開關單元IO斷開電源信號輸入，停止電源輸出。
圖3是本發明電源轉換電路第一種實施方式的電路圖。本實施方式包括開關單元10，取樣單元20，驅動單元30，處理單元50，反饋單元40與控制單元70，控制單元70包括控制晶片U2。 開關單元10，連接於電源輸入端Vin，根據控制單元70的信號，實時控制電源的輸入與斷開，包括繼電器K1、續流二極體D1和電容C1，繼電器K1的兩個輸入控制端分別連接電源輸入端Vin與取樣單元20，第一輸出控制端連接至控制晶片U2，第二輸出控制端接地。續流二極體D1的正極接地，負極連接於繼電器K1的第一輸出控制端。電容C1連接於電源輸入端Vin與繼電器Kl的第二輸出控制端之間。 取樣單元20，連接於開關單元lO，控制電源輸出端Vout的電流大小。包括電阻Rl，電阻R2與電容C2，電阻R1連接於開關單元10與驅動單元30之間，電阻R2連接於電阻Rl與處理單元50之間，電容C2連接於開關單元10與處理單元50之間，該取樣單元20通過電阻R1控制輸出電流。 驅動單元30，連接於取樣單元20，對輸入的電壓進行電壓轉換後輸出轉換電壓。該驅動單元30採用互補放大電路進行電壓轉換，採用多個驅動管進行散熱，驅動管的數量>=2個。 互補放大電路包括三極體Q2、三極體Q3與電阻R5，三極體Q2與三極體Q3的集電極均連接至處理單元，三極體Q2與三極體Q3的基極均通過電阻R4連接至處理單元，電阻R5串聯於三極體Q2的發射極與三極體Q3的發射極之間。 多個驅動管包括驅動管Q4與驅動管Q5，其柵極均連接於電阻R5與三極體Q3的發射極之間，源極均連接於處理單元50，漏極均連接於取樣單元20。 處理單元50，連接於取樣單元20與驅動單元30之間，用於控制驅動單元30的使能，該處理單元50為集成晶片Ul 。 反饋單元40，連接於驅動單元30，輸出轉換電壓的反饋信息，採用電阻R6與電阻R7分壓的方式，實現輸出電壓的反饋。處理單元50根據該反饋控制驅動單元30的工作狀態，若是輸出電壓正常，則驅動單元30進行電壓轉換並輸出；若是輸出電壓不正常，則控制驅動單元30停止電壓轉換，電源輸出端停止輸出。 本實施方式還可以包括控制單元70，連接於開關單元10與處理單元50，接收用戶界面或者來自電路的控制信息，並根據控制信息控制對開關單元10與處理單元50的信號輸出。該控制單元70包括控制晶片U2、開關Ql、電容R3與電阻R3，控制晶片U2連接於開關單元10及開關Ql的柵極，開關Ql的源極連接於反饋單元40，開關Ql的漏極連接於處理單元，電容R3與電阻R3串聯於開關Ql的源極與漏極之間。 本實施方式中還可以包括AD採樣單元60，連接於所述電源輸出端與控制晶片U2之間，用於實時監控所述電源輸出端的輸出電壓，並反饋所述輸出電壓信息至控制晶片U2，由控制晶片U2控制開關單元10與處理單元50的工作狀態。AD採樣單元60為一種AD採樣晶片，是另一附加電源監測防護措施。 圖4是本發明電源轉換電路第二種實施方式的電路圖。本實施方式與圖3所示的第一種實施方式的不同之處在於，開關單元10採用了開關管Q6取代了繼電器K1，開關單元10包括開關管Q6與電容Cl，開關管Q6的柵極連接於所述控制晶片U2，漏極連接於電源輸入端Vin，源極連接於取樣單元20，電容Cl連接於電源輸入端Vin與地之間。
本發明所提供的電源轉換電路及裝置，本發明採用反饋單元40對電源輸出端進行實時檢測，並及時反饋至處理單元50，由處理單元50對驅動單元30進行控制，提高了後續電路電源應用的可靠性和安全性，解決了圖5所示的現有技術中出現異常導致源電壓直接輸出到輸出端，危及病人的問題；在驅動單元30採用互補功率放大電路，提高了驅動單元30的驅動能力和可靠性，解決了圖5所示的現有技術中，驅動能力受限，電壓跌落嚴重，不能滿足供電要求的問題；在驅動單元30中採用多個驅動管散熱，提高了驅動單元30的散熱效果，解決了圖5所示的現有技術中器件的可靠性和散熱均不利，而且高熱量影響機內傳感器的準確度的問題。 以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
一種電源轉換方法，實現從電源輸入端到電源輸出端的電源轉換，其特徵在於，包括開關單元從所述電源輸入端輸入電源信號；取樣單元控制所述電源輸出端的電流大小；處理單元啟動驅動單元；所述驅動單元對輸入的電源信號進行電壓轉換後輸出轉換電壓；反饋單元將所述轉換電壓的信息反饋至所述處理單元；所述處理單元根據所述轉換電壓的信息判斷轉換電壓是否正常；若正常，則進行電源輸出；若異常，則停止電源輸出。
2. 根據權利要求1所述的電源轉換方法，其特徵在於，驅動單元對所述電源信號進行電壓轉換後輸出轉換電壓還包括所述電源信號輸入至互補功率放大電路；所述互補功率放大電路對電壓進行放大，並輸出轉換電壓；驅動管Q4與驅動管Q5同時輸入所述轉換電壓，進行散熱後輸出所述轉換電壓。
3. 根據權利要求2所述的電源轉換方法，其特徵在於，若正常，則進行電源輸出還包括所述處理單元根據所述反饋信號啟動所述驅動單元；所述驅動單元完成電壓轉換並進行電源輸出。
4. 根據權利要求1所述的電源轉換方法，其特徵在於，還包括AD採樣單元監測電源輸出端的輸出電壓；所述AD採樣單元反饋所述輸出電壓至控制單元；所述控制單元判斷所述輸出電壓是否正常；若正常，則控制所述處理單元進行電源輸出；若不正常，則控制所述開關單元斷開電源信號輸入，停止電源輸出。
5. —種電源轉換電路，實現從電源輸入端到電源輸出端的電源轉換，其特徵在於，包括開關單元，連接於電源輸入端，控制電源信號的輸入與斷開；取樣單元，連接於所述開關單元，控制電源輸出端的電流大小；驅動單元，連接於所述取樣單元，對所述電源信號進行電壓轉換後輸出轉換電壓；處理單元，連接於所述取樣單元與所述單元之間，用於控制所述驅動單元的使能；反饋單元，連接於所述驅動單元與所述處理單元，輸出所述轉換電壓的反饋信息至所述處理單元。
6. 根據權利要求5所述的電源轉換電路，其特徵在於所述驅動單元採用互補放大電路進行電壓轉換，所述互補放大電路包括三極體Q2、三極體Q3與電阻R5，三極體Q2與三極體Q3的集電極均連接至所述處理單元，三極體Q2與三極體Q3的基極均通過電阻R4連接至所述處理單元，電阻R5串聯於所述三極體Q2的發射極與所述三極體Q3的發射極之間。
7. 根據權利要求6所述的電源轉換電路，其特徵在於所述驅動單元採用多個驅動管進行散熱，驅動管的數量>=2個。
8. 根據權利要求7所述的電源轉換電路，其特徵在於所述驅動單元包括驅動管Q4與驅動管Q5，其柵極均連接於所述電阻R5與所述三極體Q3的發射極之間，源極均連接於所述處理單元，漏極均連接於所述取樣單元。
9. 根據權利要求5所述的電源轉換電路，其特徵在於還包括控制單元，連接於所述開關單元與處理單元，根據用戶界面或者電路的控制信息控制所述開關單元與所述處理單元的工作狀態。
10. 根據權利要9所述的電源轉換電路，其特徵在於還包括AD採樣單元，連接於所述電源輸出端與控制單元之間，用於實時監控所述電源輸出端的輸出電壓，並反饋控制信息至所述控制單元。
全文摘要
本發明公開了一種電源轉換方法，實現從電源輸入端到電源輸出端的電源轉換，包括開關單元從電源輸入端輸入電源信號；取樣單元控制電源輸出端的電流大小；處理單元啟動驅動單元；驅動單元對輸入的電源信號進行電壓轉換後輸出轉換電壓；反饋單元將轉換電壓的信息反饋至處理單元；處理單元根據轉換電壓的信息判斷轉換電壓是否正常；若正常，則進行電源輸出；若異常，則停止電源輸出。本發明還公開了一種電源轉換電路。本發明所公開的電源轉換方法及其電路，通過反饋電路對電源輸出端進行實時檢測，處理單元及時對電源輸出進行控制，提高了後續電路電源應用的可靠性和安全性。
文檔編號H02H7/10GK101789695SQ201010129908
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月19日 優先權日2010年3月19日
發明者趙天鋒 申請人:深圳市普博科技有限公司