基于UC3842的電動車用開關電源設計

電動車是目前零排放的機動車，作為綠色交通工具，將在21世紀給人類社會帶來巨大的變化。而直流無刷電機憑借著其優良的性能已經成為電動車電機范疇的主流技術和發展方向。性能優良的無刷電機系統離不開性能優良的控制模塊，而控制模塊的性能在很大程度上取決于供電電源的性能，所以高質量的供電電源系統在整個電動車系統中占有相當緊要的位置。

直流無刷電機的控制模塊是采用微控制器的數字控制的電子系統。基于UC3842高性能電流模式pWM發生器控制的開關電源適合使用于此類系統。本設計通過小型高頻變壓器實現輸出和輸入的完全隔離，不僅提高了電源的效率，簡化了外圍電路，也降低了電源的成本和體積。電源輸出電壓穩定，波紋小，不間斷，性能可靠。

1單端反激式變換電路的基本結構

單端反激式變換的典型結構如圖1。單端是指變壓器的磁心僅工作在磁滯回線的一側;反激是指當開關管導通時，在初級線圈中儲存能量，而次級線圈不通;當開關管封閉的時候，初級線圈中的能量通過次級線圈釋放給負載。這是一種成本低的調整器，可以做到輸入輸出部分的完全隔離，有較好的電壓調整率。

2UC3842芯片的性能特點

UC3842芯片是Unitrode公司的產品，是一種高性能的單端輸出式電流控制型脈寬調制器芯片。其原理框圖如圖2所示。

由5V基準電壓源、控制占空比調定的振蕩器、電流測定比較器、pWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅動功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等組成。其緊要特點是：

外接元件少，外圍電路簡單，價格便宜。

無需輸入變壓器，起動電流小(2.5V，TL431的穩壓值降低，光耦U2控制端電流增大，UC3842的反饋端(VFB)電壓值增大，輸出端的脈沖信號占空比降低，開關管的導通時間減少，輸出電壓降低;反之，倘若輸出電壓出現負誤差，UC3842的輸出脈沖占空比增大，輸出電壓增高，達到穩壓目的。同時，整個電源系統的輸入、輸出被隔離，UC23842受到的干擾減少。

在對電壓精度要求高的場合，會把電壓反饋信號從補償端(CMOp)輸入，不用UC3842的內部放大器，因此反饋信號的傳輸縮短了一個放大器的傳輸時間，使電源的動態應和更快。

3.4整流濾波電路

輸出整流濾波電路筆直影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能。開關電源輸出端中對波紋幅值的影響緊要有以下幾個方面：

輸入電源的噪聲，是指輸入電源中所蘊含的交流成分。處理的辦法是在電源輸入端加電容E1，以濾除此噪聲干擾。

高頻信號噪聲，開關電源中對直流輸入進行高頻的斬波，然后通過高頻的變壓器進行傳輸，在這個過程中，必然會摻人高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開關的過程中引起的高頻噪聲。關于這類高頻噪聲的處理辦法是在輸出端采用π型濾波的方式。濾波電感采用150uH的電感，可濾除高頻噪聲。

采用肖特基二極管D2整流。基于它低壓，功耗低，大電流的特點，有利于提高電源的效率，其反向恢復時間短，有利于減少高頻噪聲。

為了減少共模噪聲，在輸出地和輸入地之間接電容。

3.5導通時序

如圖4所示，在負載不同的時候，其時序電路是不相同的。在滿載時絕大多數始終周期是導通的，也就是導通的頻率高，中等負載會跳過一部分始終周期，而輕載時要跳過大部分的始終電路，惟有少數始終周期是導通的，這樣導通周期的頻率是很低的。圖中，Uo是輸出電壓，CLK是UC3842的基準脈沖，D是UC3842的輸出脈沖，Id是流過開關管的電流，Ud是變壓器初級繞組下端(開關管MOSFET漏級)的電壓。

4試驗結果

為了檢驗該開關電源的性能，筆者按上述使用電路進行了探測，得到開關電源的輸出波形圖以及不同輸人電壓和不同負載時的輸出電壓如圖5所示。

表1為輸入電壓在30~48V波動時，輸出電壓的波動情況。表2是負載電流在10~500mA變化時，輸出電壓的波動情況。

5結論

UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可筆直驅動晶體管和MOSFET，具有管腳數量少、外圍電路簡單、安裝與調試簡便、性能優良、價格低廉等優勢。本設計中充足使用了UC3842的控制功能，實現了對輸出電壓的負反饋調節以及各種保護機制。這種開關電源結構簡單，性能穩定，實現了對電動車無刷電機控制模塊的供電，對提高電動車整體性能大有益處。

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