CN113193756A - 一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法 - Google Patents

一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法，属于医疗开关电源技术领域。本发明中，通过设计的mos管和霍尔感应芯片开关，单独或同时提高电感或输出电容值均会降低输出电压纹波，无论输入线路与输出负载如何变化，控制架构均可确保输出稳压误差在士3％以内，高效的mos管能够以全占空比进行工作，达到高效利用电池能量，尽可能延长电池使用寿命的目的，采用电源工作前检测装置和电源工作后检测装置分别判断开关电源的负载状态，利用霍尔感应芯片配合电源管理芯片来提高电源启动的可操控性，通过电磁感应降低待机状态下的电力损耗，在提高待机响应精度的同时极大限度地降低系统功耗。

Description

一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法
技术领域
本发明属于医疗开关电源技术领域，尤其涉及一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法。
背景技术
随着科技的发展，医院对医疗设备的质量控制工作正在逐渐重视起来，医疗设备是通过不同手段实现医疗观察、辅助治疗的器械设备，医疗设备的开关电源的稳定性是保证患者生命安全的重要设备，因此对开关电源的智能控制方法要求一定的安全性，进而容易导致其在待机状态下对功耗的电能浪费，在开关电源技术领域，必要的稳定性以及将损耗控制在适当范围内是设计电路的前提。
当医疗开关电源工作的状态是在空载情况下，里面的功率开关管和控制芯片仍有一定的损耗，因此造成了开关待机电源的功耗耗损，中国专利文献公开号CN104132420B公开了一种低功耗待机电路装置，通过合理的电源分配，空调器实现了待机状态下的功耗，但减少了芯片的通信接口，容易影响到开关即时性，中国专利文献公开号CN108242883B公开了一种基于CRC控制方式开关电源的轻载检测方法及装，解决了现有轻载检测使用电阻需要复杂电路才能精确检测带来的成本高、效率低的问题，但CRC控制方式特性提高对时钟的扫描频率，增大待机功耗，影响到电源开关整体耐用寿命和整体功耗消耗，因此亟需一种对医疗开关电源稳定性保证的同时降低待机消耗的控制方法。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决开关电源技术领域，必要的稳定性以及将损耗控制在适当范围内是设计电路的前提，当其工作的状态是在空载情况下，里面的功率开关管和控制芯片仍有一定的损耗的问题，而提出的一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法，具体包括以下步骤：
S1、构建医疗器械开关电路，输入电路中配置相应的电器元件进行滤波处理，同时配置向对应霍尔感应芯片开关和常闭微动开关；
S2、在电路中配置电源工作前检测装置和电源工作后检测装置分别判断开关电源的负载状态；
S3、在控制开关处电路串联霍尔感应芯片开关，当按压霍尔感应芯片开关后，电磁与内部单簧管接通发出信号，输入电路启动电池电源接通接触器的驱动线圈，MCU1主触点接触器、MUC2接触器的辅助触点同时闭合，DC/DC开关电源通过MCU1主触点接通电源的高压并处于待输出的状态；
S4、DC/DC开关电源的唤醒信号线与其输出段短路，输出唤醒电压；
S5、DC/DC开关电源的输出电压与起动电池并联，向驱动线圈供电；
S6、松开霍尔感应芯片开关，起动蓄电池与起动回路分离,DC/DC开关电源的输出电压继续向驱动线圈供电，实现正常的输出电压；
S7、电池管理系统接收DC/DC开关电源的输出电压，根据预先设定的控制程序，先吸合预充电接触器KM1，完成预充电后释放MCU1主触点接触器，同时利用MUC2接触器和负极接触器MUC3完成电路通电显示；
S8、在断电关闭时，按下常闭微动开关，DC/DC开关电源输出电压与驱动线圈断开，驱动线圈线圈失电，其主触头和辅助触头同时断开，DC/DC开关电源失电；
S9、当DC/DC输出电压停止时，电池管理系统失电，正极接触器和负极接触器断开，电源系统停止输出，恢复空载和无功耗状态，完成断电。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述电源工作前检测装置为mos管控制的通断开关，检测电路为电容、电阻、稳压二极管并联，当低电流时mos管的栅极为低电平，进而mos管被关断，输入电流无法流入开关电源主电路，开关电源处于低功耗待机状态，通过实时监测mos管栅极判断开关电路的状态。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述电源工作后检测装置用于通过mos管监测的栅电压超过闽值电压后，在接下来的连续时间内，栅电压有一个阶跃变化，变化的大小取决于可利用的驱动电流，而驱动电流决定了mos的漏电流的上升和下降时间。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述输入电路包括滤波器和整流滤波电路，同时配置变换电路相应规格的功率管、变压器以及控制芯片。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S1中常闭微动开关型号为LXK3-20SL。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述DC/DC开关型号为TPS62111。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述霍尔感应芯片开关型号为MLX90248。
所述医疗器械电路包括稳压芯片、定时时钟芯片、辅助电源管理芯片、mos管第一开关管和第二开关管；电源电路的输出电压通过二极管与第一开关管的源极连接，且第一开关管Q1的源极与栅极之间连接有电阻R3，第一开关管的漏极与辅助电源管理芯片的电源VCC连接，第一开关管的源极通过二极管与第二开关管的漏极连接，第二开关管的栅极通过一个电阻与电源电路的连接，所述辅助电源管理芯片用于控制反激电路；
在待机时，将第一开关管关断，这样待机时辅助电源管理芯片就会断电，将反激电路引起的损耗去除，从而降低待机损耗。
对医疗开关电源控制电路功耗进行验证，具体为：
设定电源适配器的参数为：输入电压Vin＝100～240Vac，50/60Hz；额定直流输出48V/2.08A；
准备5个采用医疗开关电源智能用低功耗控制方法的样本电路，以及，准备相同数量的采用其他控制方法的样本电路；
对以上两个样本电路分别设定四组检测样本，每组检测样本的输入电压Vin分别设定为100V、115V、230V、240V；
断开第一开关管，检测每一组采用低功耗控制方法的样本电路的功耗P1；检测每一组采用其他控制方法的样本电路的功耗P2；
比较所述功率P1和功率P2的大小，以完成医疗开关电源控制电路功耗的验证。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，通过设计的mos管和霍尔感应芯片开关，单独或同时提高电感或输出电容值均会降低输出电压纹波，无论输入线路与输出负载如何变化，控制架构均可确保输出稳压误差在士3％以内，高效的mos管能够以全占空比进行工作，达到高效利用电池能量，尽可能延长电池使用寿命的目的，采用电源工作前检测装置和电源工作后检测装置分别判断开关电源的负载状态，利用霍尔感应芯片配合电源管理芯片来提高电源启动的可操控性，通过电磁感应降低待机状态下的电力损耗，在提高待机响应精度的同时极大限度地降低系统功耗。仅使用一颗稳压芯片，一颗定时时钟芯片和一些简单的外围器件来实现监控待机电路，能够大幅降低待机功耗。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法，具体包括以下步骤：
S1、构建医疗器械开关电路，输入电路中配置相应的电器元件进行滤波处理，同时配置向对应霍尔感应芯片开关和常闭微动开关；
S2、在电路中配置电源工作前检测装置和电源工作后检测装置分别判断开关电源的负载状态；
S3、在控制开关处电路串联霍尔感应芯片开关，当按压霍尔感应芯片开关后，电磁与内部单簧管接通发出信号，输入电路启动电池电源接通接触器的驱动线圈，MCU1主触点接触器、MUC2接触器的辅助触点同时闭合，DC/DC开关电源通过MCU1主触点接通电源的高压并处于待输出的状态；
S4、DC/DC开关电源的唤醒信号线与其输出段短路，输出唤醒电压；
S5、DC/DC开关电源的输出电压与起动电池并联，向驱动线圈供电；
S6、松开霍尔感应芯片开关，起动蓄电池与起动回路分离,DC/DC开关电源的输出电压继续向驱动线圈供电，实现正常的输出电压；
S7、电池管理系统接收DC/DC开关电源的输出电压，根据预先设定的控制程序，先吸合预充电接触器KM1，完成预充电后释放MCU1主触点接触器，同时利用MUC2接触器和负极接触器MUC3完成电路通电显示；
S8、在断电关闭时，按下常闭微动开关，DC/DC开关电源输出电压与驱动线圈断开，驱动线圈线圈失电，其主触头和辅助触头同时断开，DC/DC开关电源失电；
S9、当DC/DC输出电压停止时，电池管理系统失电，正极接触器和负极接触器断开，电源系统停止输出，恢复空载和无功耗状态，完成断电；
所述电源工作前检测装置为mos管控制的通断开关，检测电路为电容、电阻、稳压二极管并联，当低电流时mos管的栅极为低电平，进而mos管被关断，输入电流无法流入开关电源主电路，开关电源处于低功耗待机状态，通过实时监测mos管栅极判断开关电路的状态。
mos管能够实现对低电流的精确判断，提高对待机状态下的微电流判断，同时通过霍尔感应芯片实现低功耗的监视，变压器副边电压通过整流电路，将交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。由于整流后的电压均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作，还不能够直接运用，为了减少电压的脉动，需要通过滤波电路(电容)进行滤波，使输出电压变得平滑。
所述电源工作后检测装置用于通过mos管监测的栅电压超过闽值电压后，在接下来的连续时间内，栅电压有一个阶跃变化，变化的大小取决于可利用的驱动电流，而驱动电流决定了mos的漏电流的上升和下降时间。
所述输入电路包括滤波器和整流滤波电路，同时配置变换电路相应规格的功率管、变压器以及控制芯片，所述S1中常闭微动开关型号为LXK3-20SL，所述DC/DC开关型号为TPS62111，所述霍尔感应芯片开关型号为MLX90248。
所述医疗器械电路包括稳压芯片、定时时钟芯片、辅助电源管理芯片、mos管第一开关管和第二开关管；电源电路的输出电压通过二极管与第一开关管的源极连接，且第一开关管Q1的源极与栅极之间连接有电阻R3，第一开关管的漏极与辅助电源管理芯片的电源VCC连接，第一开关管的源极通过二极管与第二开关管的漏极连接，第二开关管的栅极通过一个电阻与电源电路的连接，所述辅助电源管理芯片用于控制反激电路；
在待机时，将第一开关管关断，这样待机时辅助电源管理芯片就会断电，将反激电路引起的损耗去除，从而降低待机损耗。
对医疗开关电源控制电路功耗进行验证，具体为：
设定电源适配器的参数为：输入电压Vin＝100～240Vac，50/60Hz；额定直流输出48V/2.08A；
准备5个采用医疗开关电源智能用低功耗控制方法的样本电路，以及，准备相同数量的采用其他控制方法的样本电路；
对以上两个样本电路分别设定四组检测样本，每组检测样本的输入电压Vin分别设定为100V、115V、230V、240V；
断开第一开关管，检测每一组采用低功耗控制方法的样本电路的功耗P1；检测每一组采用其他控制方法的样本电路的功耗P2；
比较所述功率P1和功率P2的大小，以完成医疗开关电源控制电路功耗的验证。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、构建医疗器械开关电路，输入电路中配置相应的电器元件进行滤波处理，同时配置向对应霍尔感应芯片开关和常闭微动开关；
S2、在电路中配置电源工作前检测装置和电源工作后检测装置分别判断开关电源的负载状态；
S3、在控制开关处电路串联霍尔感应芯片开关，当按压霍尔感应芯片开关后，电磁与内部单簧管接通发出信号，输入电路启动电池电源接通接触器的驱动线圈，MCU1主触点接触器、MUC2接触器的辅助触点同时闭合，DC/DC开关电源通过MCU1主触点接通电源的高压并处于待输出的状态；
S4、DC/DC开关电源的唤醒信号线与其输出段短路，输出唤醒电压；
S5、DC/DC开关电源的输出电压与起动电池并联，向驱动线圈供电；
S6、松开霍尔感应芯片开关，起动蓄电池与起动回路分离,DC/DC开关电源的输出电压继续向驱动线圈供电，实现正常的输出电压；
S7、电池管理系统接收DC/DC开关电源的输出电压，根据预先设定的控制程序，先吸合预充电接触器KM1，完成预充电后释放MCU1主触点接触器，同时利用MUC2接触器和负极接触器MUC3完成电路通电显示；
S8、在断电关闭时，按下常闭微动开关，DC/DC开关电源输出电压与驱动线圈断开，驱动线圈线圈失电，其主触头和辅助触头同时断开，DC/DC开关电源失电；
S9、当DC/DC输出电压停止时，电池管理系统失电，正极接触器和负极接触器断开，电源系统停止输出，恢复空载和无功耗状态，完成断电。
2.根据权利要求1所述的一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法，其特征在于，所述电源工作前检测装置为mos管控制的通断开关，检测电路为电容、电阻、稳压二极管并联，当低电流时mos管的栅极为低电平，进而mos管被关断，输入电流无法流入开关电源主电路，开关电源处于低功耗待机状态，通过实时监测mos管栅极判断开关电路的状态。
3.根据权利要求1所述的一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法，其特征在于，所述电源工作后检测装置用于通过mos管监测的栅电压超过阈值电压后，在接下来的连续时间内，栅电压有一个阶跃变化，变化的大小取决于可利用的驱动电流，而驱动电流决定了mos的漏电流的上升和下降时间。
4.根据权利要求1所述的一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法，其特征在于，所述输入电路包括滤波器和整流滤波电路，同时配置变换电路相应规格的功率管、变压器以及控制芯片。
5.根据权利要求1所述的一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法，其特征在于，所述S1中常闭微动开关型号为LXK3-20SL，所述DC/DC开关型号为TPS62111，所述霍尔感应芯片开关型号为MLX90248。
6.根据权利要求1所述的一种医疗开关电源智能用低功耗控制方法，其特征在于，所述医疗器械电路包括稳压芯片、定时时钟芯片、辅助电源管理芯片、mos管第一开关管和第二开关管；电源电路的输出电压通过二极管与第一开关管的源极连接，且第一开关管Q1的源极与栅极之间连接有电阻R3，第一开关管的漏极与辅助电源管理芯片的电源VCC连接，第一开关管的源极通过二极管与第二开关管的漏极连接，第二开关管的栅极通过一个电阻与电源电路的连接，所述辅助电源管理芯片用于控制反激电路，在待机时，将第一开关管关断，这样待机时辅助电源管理芯片就会断电，将反激电路引起的损耗去除，从而降低待机损耗。
7.一种检测医疗开关电源控制电路功耗的验证方法，其特征在于：
设定电源适配器的参数为：输入电压Vin＝100～240Vac，50/60Hz；额定直流输出48V/2.08A；
准备5个采用权利要求1-6所述的医疗开关电源智能用低功耗控制方法的样本电路，以及，准备相同数量的采用其他控制方法的样本电路；
对以上两个样本电路分别设定四组检测样本，每组检测样本的输入电压Vin分别设定为100V、115V、230V、240V；
断开第一开关管，检测每一组采用低功耗控制方法的样本电路的功耗P1；检测每一组采用其他控制方法的样本电路的功耗P2；
比较所述功率P1和功率P2的大小，以完成医疗开关电源控制电路功耗的验证。
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