基於超聲設備的浪湧電流抑制電路、其控制方法及系統與流程
2023-07-22 22:21:11
本發明屬於醫療超聲技術領域，主要涉及一種基於可攜式超聲設備的浪湧電流抑制電路、其控制方法及控制系統。
背景技術：
隨著醫療技術的發展，醫療設備發展日趨成熟，用於超聲成像的超聲設備受到極大的關注；相應的，對可攜式的超聲設備的性能穩定性要求極高。通常情況下，可攜式的超聲設備通常裝置有電池，當電源適配器供電中斷時，電池主動供電，以保障超聲設備正常運行。
現有技術中，當可攜式設備的功率較大時，內部會採用多個大容量的電解電容，在開機的瞬間會產生較大的浪湧電流(幾十安培到上百安培)，如此，容易導致電池的誤保護；同時，較大的浪湧電流會嚴重影響保險絲的使用壽命。
目前常見抑制浪湧電流的方式分為兩種，一種是串聯ntc電阻；該種方式下，由於開機的瞬間溫度低，ntc電阻的阻值較大，故，ntc電阻上通過的電流會導致ntc電阻發熱，ntc電阻發熱後，阻值會變小；雖然阻值變小會降低對效率損耗的影響，但如果是電池給系統供電，並且電流較大時，該影響不可忽視；另外，如果關機之後立即開機，由於ntc電阻的溫度還未降低，阻值依然較小，對浪湧電流的抑制能力較差；所以，此種方案不適合應用於可攜式超聲設備。另外一種是利用mos管的米勒效應，增加mos管g端，s端的電容，讓mos管處於放大區去抑制浪湧電流，該方案在設計上有兩個難點；其一，當g，s端點容太小時，不能較好地抑制浪湧電流，其二，當該電容太大時，mos管長時間出於放大區，容易燒壞。
如上所述，現有技術中的兩種常見的抑制浪湧電流的方式中，其中之一採用ntc電阻串聯的方案存在效率和熱機後開機浪湧電流抑制差的問題；其中另一採用mos管g，s端增加電容的方式，由於電容的值不容易設定，一般採用實測的方式確定，在生產數量大時，容易出現可靠性問題，例如：mos管熱擊穿。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種基於超聲設備的浪湧電流抑制電路、其控制方法及系統。
為了實現上述發明目的之一，本發明一實施方式的基於超聲設備的浪湧電流抑制電路，包括：電壓輸入端、負載輸出端以及用於連通所述電壓輸入端和所述負載輸出端的電壓調控單元；
所述電壓輸入端包括：選擇性輸出電壓的適配器輸出電路和電池輸出電路；
所述負載輸出端包括：電壓輸出端，設置於電壓調控單元和電壓輸出端之間幹路上的電感和支路上的第二電容；所述電壓調控單元包括：dcdc晶片，分別連接於dcdc晶片的兩個管腳，並在同一時刻下擇一選擇導通電壓輸入端和負載輸出端之間電路的第一開關mos管和第二開關mos管，以及設置於電壓輸入端和第一mos管之間支路上的第一電容；
其中，所述電壓調控單元還包括：
串聯在電壓輸入端和負載輸出端幹路之間幹路上的浪湧限流電路，以及連接於所述浪湧溢流電路以及dcdc晶片之間的控制電路；
所述浪湧溢流電路包括：串聯在電壓輸入端與第一電容所在支路之間的第三開關mos管，與第三開關mos管s極與d極所在支路並聯的限流電阻；與第三開關mos管s極與g極所在支路並聯的穩壓電阻；
所述控制電路包括：串聯在第三開關mos管g極與dcdc晶片之間的第四開關mos管，一端連接於dcdc晶片與第一開關mos管所在幹路，一端連接於第四開關mos管的第一二極體，一端連接於dcdc晶片與第二開關mos管所在幹路，一端連接於第四開關mos管的第二二極體；所述第一二極體、第二二極體的輸出端均與第四開關mos管的g極連接。
作為本發明一實施方式的進一步改進，所述電壓調控單元還包括：串聯設置的採樣電阻組，所述採樣電阻組用於採樣第一電容的當前電壓值，其一端連接於所述第三mos管和第一mos管之間的幹路上，另一端連接參考地；
所述dcdc晶片的其中一個管腳連接所述採樣電阻組，以根據第一電容的當前電壓值判斷是否開始發送脈衝信號。
作為本發明一實施方式的進一步改進，所述控制電路還包括：
第三電容，所述第三電容的一端連接於所述第一二極體、第二二極體的輸出端與第四開關mos管之間的幹路上，另一端連接參考地。
作為本發明一實施方式的進一步改進，所述控制電路還包括：
第一放電電阻，所述第一放電電阻的一端連接於所述第一二極體、第二二極體的輸出端與第四開關mos管之間的幹路上，另一端連接參考地。
作為本發明一實施方式的進一步改進，第二放電電阻，所述第二放電電阻的一端連接於電感和電壓輸出端之間的幹路上，另一端連接參考地。
作為本發明一實施方式的進一步改進，所述第一mos管、第二mos管、第四mos管均為nmos；所述第三mos管為pmos。
為了實現上述發明目的之一，本發明一實施方式提供一種基於超聲設備的浪湧電流抑制電路的控制方法，包括：提供如上所述的基於超聲設備的浪湧電流抑制電路；
當接收到開機信號後，使電壓輸入端輸出的電流經過限流電阻為第一電容充電；
實時獲取第一電容的電壓值，當其電壓值等於預設電壓時，驅動dcdc晶片發出脈衝信號；
根據dcdc晶片發出的脈衝信號持續並擇一導通第一mos管或第二mos管，對第二電容充電，為負載供電；
同時，依次導通第四mos管和第三mos管，使所述限流電阻被短路。
作為本發明一實施方式的進一步改進，所述方法包括：
當接收到關機信號後，使電壓輸入端停止輸入電流，第一電容放電，第二電容放電、第三電容均持續放電；
實時獲取第一電容的電壓值，當其電壓值小於預設電壓時，驅動dcdc晶片停止發出脈衝信號，使第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管均截止；同時，負載停止工作。
為了實現上述發明目的之一，本發明一實施方式提供一種基於超聲設備的浪湧電流抑制電路的控制系統，包括：所述系統包括：如上所述的基於超聲設備的浪湧電流抑制電路；
信號接收模塊，用於判斷是否接收到開機信號；
處理模塊，用於在接收到開機信號後，使電壓輸入端輸出的電流經過限流電阻為第一電容充電；
實時獲取第一電容的電壓值，當其電壓值等於預設電壓時，驅動dcdc晶片發出脈衝信號；
根據dcdc晶片發出的脈衝信號持續並擇一導通第一mos管或第二mos管，對第二電容充電，為負載供電；
同時，依次導通第四mos管和第三mos管，使所述限流電阻被短路。
作為本發明一實施方式的進一步改進，所述處理模塊還用於：
當接收到關機信號後，使電壓輸入端停止輸入電流，第一電容放電，第二電容放電、第三電容均持續放電；
實時獲取第一電容的電壓值，當其電壓值小於預設電壓時，驅動dcdc晶片停止發出脈衝信號，使第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管均截止；同時，控制負載停止工作。
與現有技術相比，本發明的基於超聲設備的浪湧電流抑制電路、其控制方法及系統，通過增加浪湧限流電路，及相互配合的控制電路，並利用現有dcdc晶片結合控制電路控制浪湧限流電路的導通，既能精確控制最大浪湧電流，同時又能保證正常工作時對電源效率，提升設備穩定性。
附圖說明
圖1是本發明一具體實施方式中基於超聲設備的浪湧電流抑制電路的結構示意圖；
圖2是本發明一實施方式中基於超聲設備的浪湧電流抑制電路的控制方法的流程示意圖；
圖3是本發明一實施方式中基於超聲設備的浪湧電流抑制電路的控制系統的模塊示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖所示的各實施方式對本發明進行詳細描述。但這些實施方式並不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護範圍內。
結合圖1所示，為現有技術中的超聲設備的電路結構示意圖，所述電路包括：電壓輸入端10、負載輸出端50以及用於連通所述電壓輸入端10和所述負載輸出端50的電壓調控單元30。
本發明具體實施方式中，所述電壓輸入端10至負載輸出端50的降壓比可根據需要設定，對於超聲設備其降壓比例如為19v到5v。本實施方式的所述電壓輸入端10包括：選擇性輸出電壓的適配器輸出電路和電池輸出電路；如圖1所示，dc_in表示適配器輸入，其供電電壓通常為19v-24v，bat_in表示電池輸入，其供電電壓通常為12v-16.8v；q1、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q8均表示具有開關作用的mos管，其具體形態以及控制狀態以下內容中將會詳細描述。
該示例中，對於電壓輸入端10，mos管q2，q3控制dc_in的供電輸入，mos管q1控制電池的供電輸入，電源管理ic是按照dc_in和bat_in的情況，控制mos管q2，q3以及mos管q1的導通狀況，任意情況下，最多只有一路導通，即同一時刻下，或者dc_in供電的電壓的適配器輸出電路導通，或者bat_in電池供電的電池輸出電路。具體的，當dc_in供電時，mos管q1截止，mos管q2，mos管q3導通；dc_in停止供電時，bat_in開始供電，此時，mos管q2，q3截止，mos管q1導通。
本實施方式，所述電壓輸入端10還包括：串聯在電壓輸入端10和電壓調控單元30所在幹路上的mos管q4，mos管q4的g端上連接開關機ic，超聲設備啟動後，開機ic控制mos管q4導通，進而連通電壓輸入端10和電壓調控單元30。當然，在本發明的其他實施方式中，也可以僅採用上述一種方式作為電壓輸入端，在此不做繼續贅述。
所述負載輸出端50包括：電壓輸出端vout，設置於電壓調控單元30和電壓輸出端vout之間幹路上的電感l1和支路上的第二電容c2；當通過電壓調控單元30正常為負載輸出端50輸入電流時，電感l1儲存能量，同時給第二電容c2供電，當通過電壓調控單元30為負載輸出端50輸入電流臨時中斷時，電感l1釋放儲存的能量給第二電容c2供電，直至再次正常供電或第二電容c2不足以為負載供電時停止設備運行。
優選的，負載輸出端50還包括：第二放電電阻load，所述第二放電電阻load的一端連接於電感l1和電壓輸出端vout之間的幹路上，另一端連接參考地。當通過電壓調控單元30為負載輸出端50輸入電流確定中斷時，第二電容c2通過第二放電電阻load順速放電，以使設備停止運行。
所述電壓調控單元30包括：dcdc晶片，分別連接於dcdc晶片的兩個管腳，並在同一時刻下擇一選擇導通電壓輸入端10和負載輸出端50之間電路的第一開關mos管q5和第二開關mos管q6，設置於電壓輸入端10和第一mos管q5之間支路上的第一電容c1；串聯在電壓輸入端10和負載輸出端50之間幹路上的浪湧限流電路，以及連接於所述浪湧溢流電路以及dcdc晶片之間的控制電路。
所述浪湧溢流電路包括：串聯在電壓輸入端10與第一電容c1所在支路之間的第三開關mos管q7，與第三開關mos管q7的s極與d極所在支路並聯的限流電阻r1；與第三開關mos管q7的s極與g極所在支路並聯的穩壓電阻r5；所述控制電路包括：串聯在第三開關mos管g極與dcdc晶片之間的第四開關mos管q8，一端連接於dcdc晶片與第一開關mos管q5所在幹路，一端連接於第四開關mos管q8的第一二極體d1，一端連接於dcdc晶片與第二開關mos管q6所在幹路，一端連接於第四開關mos管q8的第二二極體d2；所述第一二極體d1、第二二極體d2的輸出端均與第四開關mos管q8的g極連接。
優選的，所述控制電路還包括：第三電容c3，所述第三電容c3的一端連接於第一二極體d1、第二二極體d2的輸出端與第四開關mos管q8之間的幹路上，另一端連接參考地。
優選的，所述控制電路還包括：第一放電電阻r4，所述第一放電電阻r4的一端連接於所述第一二極體d1、第二二極體d2的輸出端與第四開關mos管q8之間的幹路上，另一端連接參考地。
優選的，所述電壓調控單元30還包括：串聯設置的採樣電阻組，所述採樣電阻組包括串聯設置的採樣電阻r2和r3，所述採樣電阻組用於採樣第一電容c1的當前電壓值，其一端連接於所述第三mos管q7和第一mos管q5之間的幹路上，另一端連接參考地；所述dcdc晶片的其中一個管腳連接所述採樣電阻組，以根據第一電容c1的當前電壓值判斷是否開始發送脈衝信號。
本發明具體實施方式中，所述mos管q1、q2、q3、q4、第三mos管q7為pmos，所述第一mos管q5、第二mos管q6、第三mos管q8為nmos。本實施方式中，開機ic控制q4導通後，由於第一電容c1的存在，開機的瞬間會產生極大的浪湧電流，此時，如果電池直接對第一電容c1供電，則電池容易誤保護，導致開機失敗，而本實施方式中，通過串聯在電壓輸入端和負載輸出端幹路之間幹路上的浪湧限流電路，以及連接於所述浪湧溢流電路以及dcdc晶片之間的控制電路；可以有效避免上述問題的發生。
具體的，結合圖2所示，本發明一實施方式提供的如上所述基於超聲設備的浪湧電流抑制電路的控制方法，所述方法包括：當接收到開機信號後，使電壓輸入端輸出的電流經過限流電阻為第一電容充電；實時獲取第一電容的電壓值，當其電壓值等於預設電壓時，驅動dcdc晶片發出脈衝信號；根據dcdc晶片發出的脈衝信號持續並擇一導通第一mos管或第二mos管，對第二電容充電，為負載供電；同時，依次導通第四mos管和第三mos管，使所述限流電阻被短路。
當接收到關機信號後，使電壓輸入端停止輸入電流，第一電容放電，第二電容放電、第三電容均持續放電；實時獲取第一電容的電壓值，當其電壓值小於預設電壓時，驅動dcdc晶片停止發出脈衝信號，使第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管均截止；同時，負載停止工作。
本發明具體實施方式中，當驅動設備開啟後，開機ic控制mos管q4導通，此時，會產生極大的浪湧電流，輸入電壓僅可以通過限流電阻r1給第一電容c1等大容量電解充電，到達第一電容c1的最大的浪湧電流等於輸入的電壓除以限流電阻r1的阻值；穩壓電阻r5的作用下，保持第三開關mos管q7處於相對高壓狀態，以使第三開關mos管q7處於截止狀態；
進一步的，通過採樣電阻組中的採樣電阻r2和r3採集第一電容c1上的電壓值至dcdc晶片，當第一電容c1上的電壓值達到dcdc晶片內部設定的預設電壓值時，dcdc晶片開始工作，通過兩個管腳分別向第一開關mos管和第二開關mos管發送pwm脈衝波，兩個管腳發送的pwm脈衝波互補，以保證在同一時刻下，第一開關mos管q5和第二開關mos管q6中僅有一個處於導通狀態，以保證持續向負載輸出端50輸出電壓。
該實施方式中，第一開關mos管q5和第二開關mos管q6均為nmos，當與其相連的管腳發送高電平時，第一開關mos管q5或第二開關mos管q6導通，當與其相連的管腳發送低電平時，第一開關mos管q5或第二開關mos管q6截止。dcdc晶片開始工作的同時，dcdc晶片發送的pwm波按照傅立葉轉換以在直流電壓上疊加交流電壓，第一二極體d1、第二二極體d2和第二電容c2提取其中的直流成分，保持第二電容c2上為固定的直流電壓，當第一mos管q5導通時，通過第一二極體d1為第三電容c3充電，當第二mos管q6導通時，通過第二二極體d2為第三電容c3充電，進而通過第三電容c3上的電壓驅動第四mos管q8的狀態始終處於高電平，以在dcdc晶片開始發送脈衝信號後，始終保持第四mos管q8始終處於導通狀態；此時，由於第三mos管q7為pmos，其一端始終保持與工作地連通，接收低電壓，以使其導通；另外，由於限流電阻r1的阻值遠遠大於第三開關mos管q7的阻值，第三開關mos管q7的阻值非常小，可忽略不計，如此，限流電阻r1被短路，電壓輸入端10通過第三mos管q7所在幹路持續向負載輸出端50供電，同時對第一電容c1充電。
進一步的，dcdc晶片控制第一mos管q5導通時，第二mos管q6截止，電流經第一mos管q5後，依次為電感l1和第二電容c2充電，此時，第一電容c1給電感l1儲存能量，同時給第二電容c2供電；dcdc晶片控制第二mos管q6導通時，第一mos管q5截止，電感l1釋放第一mos管q5導通時儲存的能量給第二電容c2充電。
當開關機ic控制mos管q4截止時，第一電容c1的電壓下降；進一步的，通過採樣電阻組中的採樣電阻r2和r3採集第一電容c1上的電壓至dcdc晶片，當第一電容c1上的電壓值低於dcdc晶片內部設定的預設電壓值時，dcdc晶片開停止輸出pwm脈衝波，第三電容c3不再繼續充電，同時，通過第一放電電阻r4迅速放電，以使第四mos管q8截止，第三mos管q7的g極的電壓被穩壓電阻r5拉高，以使第三mos管q7同時截止;相應的，第一mos管q5、第二mos管q6也均截止，停止為負載供電。
結合圖3所示，本發明一實施方式提供的如上所述基於超聲設備的浪湧電流抑制電路的控制系統，所述系統包括：信號接收模塊100，處理模塊200。
信號接收模塊100用於判斷是否接收到開機信號；處理模塊200用於在接收到開機信號後，使電壓輸入端輸出的電流經過限流電阻為第一電容充電；實時獲取第一電容的電壓值，當其電壓值等於預設電壓時，驅動dcdc晶片發出脈衝信號；根據dcdc晶片發出的脈衝信號持續並擇一導通第一mos管或第二mos管，對第二電容充電，為負載供電；同時，依次導通第四mos管和第三mos管，使所述限流電阻被短路。
所述處理模塊200還用於：當接收到關機信號後，使電壓輸入端停止輸入電流，第一電容放電，第二電容放電、第三電容均持續放電；實時獲取第一電容的電壓值，當其電壓值小於預設電壓時，驅動dcdc晶片停止發出脈衝信號，使第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管均截止；同時，控制負載停止工作。
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統中模塊的具體工作過程，可以參考前述方法實施方式中的對應過程，在此不再贅述。
綜上所述，本發明的基於超聲設備的浪湧電流抑制電路、其控制方法及系統，通過增加浪湧限流電路，及相互配合的控制電路，並利用現有dcdc晶片結合控制電路控制浪湧限流電路的導通，既能精確控制最大浪湧電流，同時又能保證正常工作時對電源效率，提升設備穩定性。
為了描述的方便，描述以上裝置時以功能分為各種模塊分別描述。當然，在實施本申請時可以把各模塊的功能在同一個或多個軟體和/或硬體中實現。
應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們並非用以限制本發明的保護範圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護範圍之內。