多路隔离输出的车载辅助电源设计

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1、沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节www.symcukf.com多路隔离输出的车载辅助电源设计作者：浙江大学电力电子研究所张晓峰摘要：设计了一种多路隔离输出的车载辅助电源．采用UC3842控制芯片的多路输出反激变换器。结合试验样机和试验结果，分析了电路的工作特点、变压器的设计要求。该变换器的效率高、体积小、具有过载与短路保护等优点。关键词：反激变换器；连续工作模式；断续工作模式；辅助开关电源O引言反激变换器具有电路结构简单、输入输出电气隔离、电压调节范围宽、易于多路输出等特点，因而适合于电力电子设备内的辅助开

2、关电源。本文所设计的开关电源系统是一种小型车载电源，通过蓄电池供电，为车内的主控制系统、驱动系统、通信系统等提供所需的辅助电源，此电源具有多组隔离输出、结构简单、性能可靠、成本低廉等特点。开关电源的控制电路可分为电压控制型和电流控制型，前者是一个单闭环电压控制系统，系统响应慢，很难达到较高的电压调整率；后者是一个电压、电流双闭环控制系统，较电压控制型有不可比拟的优点。因此，本文所设计的电源选择了UC3842电流型控制器作为隔离开关稳压电源的核心。1UC3842PWM控制器简介UC3842是一种高性能的固定频率电流型控制器，单

3、端输出，可直接驱动MOSFET，具有管脚数量少、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点。通过高频变压器与供电电源隔离，非常适于20～50W的小功率的辅助电源，其内部结构如图l所示。它具有两个控制环路，一个是输出电压反馈误差放大器，用于同基准电压比较后产生误差电压；另一个是变压器原边中的电流在采样电阻上产生的电压与误差电压进行比较调节调制脉冲的宽度，这些都是在时钟所限定的固定频率下工作。其主要特点如下。1)良好的负载调整率因为误差放大器可专门用于控制由于负载变化造成的输出电压变化。2)电压调整率好，可达到001

4、％／V这是由于输入电压的变化可立即反映为变压器原边电流的变化，它不经过任何误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度，再加上一级输出电压至误差放大器控制，能够使电压调整率更好。1沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节www.symcukf.com3)过流保护电路的简化由于采样电阻上的信号对应变压器原边电流的峰值，所以形成逐个脉冲限流电路，只要采样电阻上电压达到1V，脉宽调制器就立即关闭，而这种峰值电流检测技术可以灵敏地、精确地限制输出的最大电流。4)误差放大器补偿电路简单，稳定度提高并改善了频率响应这是由于采样电阻

5、上检测的峰值电流值能代表其平均值大小，整个电路可以看作一个误差电压控制源，变换器由双极点变为单极点。5)采用电流环的自动稳流电流峰值控制可改善开关调节系统的稳定性和瞬态特性，当系统受到扰动影响时，只要被检测的电流发生变化，就立即反映到控制电路中，使之自动调节，而不会象单环调压系统那样要等输出电压发生变化后，才调节控制端，双闭环控制系统很好地提高了稳压电源的响应速度。6)欠压锁定电路其开启电压为16V，关闭电压为10V,UC3842的电源可以由高压直流电通过一个降压电阻来提供，6V的启动关闭电压回差可以有效地防止电路在阈值电压

6、附近工作时的振荡：在UC3842的输入端设有一个36V齐纳管，保证内部电路绝对工作在36V以下，防止可能高压带来的损坏。7)图腾柱式输出UC3842输出给开关管的平均电流为±200mA，最大峰值电流可达l.OA，输出低电平为1．6V，输出高电平为13．4V，故适合驱动双极晶体管或者MOSFET。芯片内部设置有PWM锁存器，可保证输出端在每个振荡周期内仅出现一个单控制脉冲，防止噪声干扰和功率管的超功耗。2电路设计本文设计的多路输出反激变换器，输人为24V铅酸蓄电池，直流输出有4路(+14．5V×2、+5V、一145V)，一路交

7、流母线方式输出(145V)，可以扩展多路隔离输出。设计原理如图2所示。2.l启动电路设计由R11、C7、C8组成芯片启动网络。当系统上电时，由蓄电池直流电提供给芯片脚7大于16V的电压，使得UC3842开始正常工作。2．2工作频率设定UC3842的工作频率由式(1)设定，即式中：R为脚4与脚8间电阻，CT为脚4接地电容。2沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节www.symcukf.comUC3842的工作频率很宽，最高工作频率为500kHz。本设计取：RT=43kΩ,CT=lnF；则fs=42kHz。2．3高频

8、变压器的设计高频变压器具有储能、隔离的作用，所以在反激变换器设计中，变压器的设计是关键。在磁芯大小、原边电感值、气隙大小、原边线圈的匝数以及各个耦合绕组的绕法等问题都需要仔细计算和考虑。为了减少变压器的体积和降低损耗，一般采用高频低耗的磁芯。高性能功率铁氧体磁芯具有高初始磁导率μi、低矫顽