車載電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)

目前世界各國(guó)正在研究48VDC汽車用電源系統(tǒng)，歐共體計(jì)劃從2008年開(kāi)始采用48VDC電源系統(tǒng)。如何在48VDC電源系統(tǒng)下兼容12VDC電子設(shè)備成為了一個(gè)課題。通過(guò)線性穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)48VDC/12VDC的轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生很大的功率損耗，缺點(diǎn)明顯。

本文提出了一種具有過(guò)載和短路保護(hù)的車載電源系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方案。該方案采用單端反激式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)48VDC/12VDC的轉(zhuǎn)換，輸出電壓穩(wěn)定，波紋小，不間斷，性能可靠且電源損耗小。

UC3842的保護(hù)電路設(shè)計(jì)

1 UC3842的典型應(yīng)用

UC3842是高性能的單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制（PWM）芯片，其典型應(yīng)用電路如圖1所示。

圖1 UC3842典型應(yīng)用電路

2 過(guò)載保護(hù)原理分析

當(dāng)出現(xiàn)輸出短路時(shí)，輸出電壓會(huì)下降，同時(shí)為UC3842供電的反饋繞組也會(huì)出現(xiàn)輸出電壓下降。當(dāng)輸入電壓低于10V時(shí)，UC3842停止工作，開(kāi)關(guān)管截止。短路現(xiàn)象消失后，電源重新啟動(dòng)，自動(dòng)恢復(fù)正常工作。但由于在高頻關(guān)斷的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)很高的尖峰電壓，即使占空比很小的情況下，電路中7腳的輸入電壓也可能不會(huì)降到足夠低，過(guò)載保護(hù)電路并不總能有效的響應(yīng)所出現(xiàn)的過(guò)載情況，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能會(huì)產(chǎn)生不良的影響，存在著一定的安全隱患。

3 過(guò)流保護(hù)原理分析

當(dāng)電流取樣端3腳上的電壓值超過(guò)電流檢測(cè)比較器負(fù)端的電壓時(shí)，可以使脈寬調(diào)制鎖存器輸入復(fù)位信號(hào)，開(kāi)關(guān)管于是被關(guān)閉。這樣峰值檢測(cè)電路限制輸出的最大電流，起到了一定的保護(hù)作用。

但是隨著開(kāi)關(guān)頻率的升高，可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源處于連續(xù)模式下，也就是每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的初級(jí)電感電流是從一定的幅度開(kāi)始增長(zhǎng)，這樣會(huì)產(chǎn)生分諧波振蕩。這種不穩(wěn)定性和穩(wěn)壓器的閉環(huán)特性無(wú)關(guān)，它是由固定頻率和峰值電流取樣同時(shí)工作引起的。圖2說(shuō)明了這樣的現(xiàn)象。

圖2 補(bǔ)償前的電流波形

如圖2所示，在t0時(shí)刻，開(kāi)關(guān)管被導(dǎo)通，這時(shí)初級(jí)線圈電流以斜率m1上升，該斜率是輸入電壓和電感的函數(shù)。在t1時(shí)刻，電流取樣輸入到達(dá)了電流檢測(cè)比較器的門限，將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管關(guān)閉，電流以斜率m2衰減，直到下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的到來(lái)。如果有一個(gè)擾動(dòng)加在電流檢測(cè)比較器的門限電壓上，產(chǎn)生了一個(gè)小的△I（如圖2中虛線所示），就會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。在一個(gè)固定的振蕩周期內(nèi)，電流衰減時(shí)間減少，最小電流在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)刻（t ₂）上升了△I+m ₂/m ₁。最小電流在下一個(gè)周期（t ₃）減小到（△I+m ₂/m ₁）