专利名称：一种具有可变功率负载电路的供电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种供电系统，尤其涉及一种通过USB供电的供电系统。
背景技术：
CT机是计算机X线断层摄影机，是一种非常重要的医用检查设备，可以检查出大部分器质性疾病。但是因为CT设备中的X线辐射对人体有一定伤害，在大部分情况下操作人员或者医师在较远的地方通过CT控制盒对仪器设备进行控制，并与患者进行语言交流。图1为现有CT设备的控制系统结构图，操作室3包括CT控制盒4和控制台主机5，CT控制盒4以USB接口连接于控制台主机5，上述控制台主机5连接外部计算机(GPC) 2并控制CT整机。CT控制盒4是医师与患者对讲的常用设备，由于USB接口的供电能力有限，并考虑到线缆的损耗等，直接采用USB设备来供电会导致CT控制盒4上的扬声器(未图示)输出大功率音频时会产生失真的现象。为了克服这种缺陷大部分CT控制盒4会采用24伏开关电源分配器I供电，这种供电方式不但增加了整体设计复杂度，也提高了设计成本，而且给操作人员带来了很多不便。
实用新型内容本实用新型提供一种瞬时大功率的供电系统，在正常提供的电压不足时提供补偿电流，使供电系统在负载电路的不同功率需求下提供不同的电流。为了达到上述目的，根据本实用新型的一种具有可变功率负载电路的供电系统包括电流限制电路，用来控制初始电流，使系统高速握手；电流检测电路，位于电流限制电路和负载电路之间，用于检测负载的实时电流；可编程电流控制电路，位于电流检测电路和储能电路之间，在负载电路的控制下对储能电路进行储能的电流进行限制；储能电路，位于可编程电流控制电路和逆变电路之间，对负载电路未用到的电流进行储能；及逆变电路，位于储能电路和负载电路之间，对储能电路向负载电路提供的补充电流进行电压调节。上述储能电路可以是有多个电容并列组成的电容组。上述电容组可以是有三个相同的电容并列组成。上述电容组的每个电容前分别设有控制电容充电的前置开关。上述电容组的每个电容后分别设有控制电容放电的后置开关。上述具有可变功率负载电路的供电系统中，储能电路可以是超级电容器。上述具有可变功率负载电路的供电系统中，储能电路阵列可以是蓄电池。上述具有可变功率负载电路的供电系统还包括，在负载电路控制下与外部控制台主机进行无线信号收发操作的无线收发电路。上述具有可变功率负载电路的供电系统为USB供电系统。本实用新型公开的具有可变功率负载电路的供电系统，直接采用数据传送的USB线对CT控制盒进行供电，取消了传统的附加开关电源，不但降低了产品的设计难度，而且提高了产品的可靠性，也方便了操作者的使用。
图1为现有的CT设备的控制系统结构示意图；图2为本实用新型的供电系统电路结构示意图；图3为本实用新型第一实施例的供电系统的电容充放电曲线示意图；图4为本实用新型第二实施例的多电容结构示意图；图5为本实用新型第二实施例的储能电路单个电容的充放电曲线示意图。
具体实施方式
本实用新型是通过限制电流、存储电能、电压调节三个方面入手，很好的解决了USB供电过程中的因电流的受限，导致负载电路的工作不稳定的缺陷。图2为本实用新型实施例的CT控制盒电路结构示意图。如图2所示，电流限制电路41作用在于限制初始输入电流，防止输入电流过大导致控制台主机5关掉USB电源，以电流限制电路41采用IOOmA的初始电流限制为例，保证系统启动IOOms内的高速握手后，开始向负载电路43进行供电，连接于电流限制电路41输出端和负载电路43输入端之间的电流检测电路42实时的检测负载电流，根据检测的结构，在IOOmA内负载电路43未用到的剩余电流在负载电路43的控制下通过可编程电流限制电路44储存在储能电路45中，上述过程是在满足负载电路43用电需求的情况下进行的。在上述过程中USB接口提供的IOOmA无法满足负载电路43的用电需求时，在负载电路43控制下，储能电路45输出的电流通过逆变电路46进行电压调整，并向负载电路43供电。上述过程中电流检测电路42直接向负载电路43供电和通过储能电路45向负载电路43供电是或的关系，都 是实时向提供负载电路43电能的。如果USB接口提供的电流无法满足要求，其端口电压自然就下降了，自然就退出了供电电路。在上述过程中，若USB接口能提供更大的电流，如500mA时(或800mA)，给储能电路45供电的电流可以相应增加。储能电路45可以是单个电容或多个电容组成的电容组来构成。图3为根据本实用新型第一实施例，即储能电路45为单个电容时的CT控制盒电容充放电曲线示意图。如图3所示，电容的最高存储电量为CH，电容从零到充满所需的时间为Tc,根据图可以看出，刚开始时充电的充电效率高，电容的电量值越接近Ch，充电效率越低。而在供电的过程中从最高电量Ch到设定的最低电量Cu开始时耗电快，而越接近设置的最低电量Q，耗电的速度越慢。当Cm=1/2 ChW，根据附图可以看出，从电量0到(^所需的时间T1明显小于从Cx到Ch的时间T2,而到了放电的阶段，从电量Ch到Cm的放电时间T3明显小于要比Cm到Q的时间T4。为了实现负载电路43的大电流可靠工作，必须考虑最坏条件下的负载电压和电流时间曲线，计算储能电路的容量与系统充放电曲线，这样以最大的限度，最小的成本显示USB供电。图4为根据本实用新型第二实施例，即储能电路45为多电容时的结构示意图。如图4所示，储能电路45由多个电容并联构成，在每个电容的前、后分别设有前置开关SpS3、S5及后置开关s2、s4、s6，电容前的前置开关控制电容的充电与否，而电容后的后置开关是控制电容的供电与否，后置开关也可以防止在多个电容的剩余电量不同时，从高电量电容到低电量电容之间产成逆流充电。本实施例中的电容电路采用过三个电容并联组成，如图4所示，当可编程电流限制电路44向储能电路45进行供电时，电容C1的前置开关S1处于闭合状态，而其余两个电容C2和C3的前置开关S3、S5处于断开状态，在这种情况下只会对C1进行充电，在C1电量达到特定值如Cm (Cm= I/2 Ch)时，电容C1前置开关S1断开，而电容C2前的前置开关S3处于闭合状态，并对电容C2进行充电，依此方法对所有的电容进行充电。当储能电路43需要向负载电路43提供补偿电流时，电容后面的后置开关会闭合，并向负载电路43提供电流。在上述过程中，当三个电容的电量都达到Cm以后，还有负载电路43未用的剩余的电流时，可以将电容前的开关同时闭合，并对三个电容同时进行充电，或也可以继续依次对三个电容进行充电，即每个电容充满为止。上述过程是在负载电路43 (负载电路包含控制功能)的控制下进行。在上述储能电路45向负载电路43提供补充电流时，几个电容后的开关可以同时闭合，由多个电容共同向负载电路供电，这样可以很好的满足大功率下的供电需求。图5为本实用新型第二实施例的储能电路45的单个电容充放电曲线示意图。如图5所示，把三个电容的最高充电电量设置为CM，在电容C1前置开关S1闭合，S3、S4断开的状态下，完成充电的时间为T1，而放电的时间为T4,利用上述方法对3个电容依次进行充电，当三个电容充好以后，可以3* \时间的充电，换取3*Τ4时间的供电。这种设计对负载电路43在较高的功率下较长时间工作有利。上述储能电路45也可以是超级电容器(Supercapacitors),超级电容器又名电化学电容器(Electrochemical Capacitors),超级电容器的突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，上述优点使超级电容器非常适合作为本实用新型中的储能设备。根据本实用新型的一种具有可变功率负载电路的USB供电系统在充电电容足够大情况下，还可以包括无线信号收发电路，通过无线信号收发电路可以支持在一定时间内不用连接USB接口， 也可以完成CT控制盒4与控制台主机5进行无线数据的收发操作。为了满足上述过程中，CT控制盒4通过无线信号收发电路与控制台主机5进行断电情况下的无线数据收发操作，需要较大电量的储能设备，这时储能电路45可以是采用蓄电池。虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求1.一种具有可变功率负载电路的供电系统，其特征在于，包括电流限制电路，用来控制初始电流，使系统高速握手；电流检测电路，位于电流限制电路和负载电路之间，用于检测负载的电流；可编程电流控制电路，位于电流检测电路和储能电路之间，在负载电路的控制下对储能电路进行储能的电流进行限制；储能电路，位于可编程电流控制电路和逆变电路之间，对负载电路未用到的电流进行储能，并向负载电路提供补偿电流；及逆变电路，位于储能电路和负载电路之间，对储能电路向负载电路提供的补充电流进行电压调节。
2.如权利要求1所述的具有可变功率负载电路的供电系统，其特征在于，所述储能电路是多个电容并列组成的电容组。
3.如权利要求2所述的具有可变功率负载电路的供电系统，其特征在于，所述储能电容组为三个相同电容并列组成。
4.如权利要求2或3所述的具有可变功率负载电路的供电系统，其特征在于，所述电容组的每个电容前设有控制电容充电与否的前置开关。
5.如权利要求2或3所述的具有可变功率负载电路的供电系统，其特征在于，所述电容组的每个电容后设有控制电容放电与否的后置开关。
6.如权利要求1所述的具有可变功率负载电路的供电系统，其特征在于，上述储能电路为超级电容器。
7.如权利要求1所述的具有可变功率负载电路的供电系统，其特征在于，上述储能电路为蓄电池。
8.如权利要求1所述的具有可变功率负载电路的供电系统，其特征在于，还包括，在负载电路的控制下，与外部控制台主机进行无线数据收发操作的无线信号收发电路。
9.如权利要求1所述的具有可变功率负载电路的供电系统，其特征在于，所述供电系统为USB供电系统。
专利摘要本实用新型提供一种大功率的供电系统，在正常提供的电压不足时提供补偿电流，解决供电系统的不同功率需求下提供不同的电流。为了达到上述目的，根据本实用新型的一种具有可变功率负载电路的供电系统包括电流限制电路，用来控制初始电流，使系统高速握手；电流检测电路，检测负载的电流；可编程电流控制电路，在负载电路的控制下，对储能电容阵列进行储能的电流进行限制；及逆变电路，对储能电路阵列向负载电路提供的电流进行电压调节。上述大功率的供电系统通数据传送线直接对设备进行供电，取消了传统的附加开关电源，不但降低了产品的设计难度，而且提高了产品的可靠性，也方便了操作者的使用。
文档编号H02J7/34GK202888942SQ201220560850
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者郝为强, 刘凯 申请人:上海联影医疗科技有限公司