車載電源系統(tǒng)開關(guān)電源的設(shè)計

目前世界各國正在研究48VDC汽車用電源系統(tǒng)，歐共體計劃從2008年開始采用48VDC電源系統(tǒng)。如何在48VDC電源系統(tǒng)下兼容12VDC電子設(shè)備成為了一個課題。通過線性穩(wěn)壓電源實現(xiàn)48VDC/12VDC的轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生很大的功率損耗，缺點明顯。

本文提出了一種具有過載和短路保護的車載電源系統(tǒng)的開關(guān)電源設(shè)計方案。該方案采用單端反激式結(jié)構(gòu)實現(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的保護電路設(shè)計

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 過載保護原理分析

當(dāng)出現(xiàn)輸出短路時，輸出電壓會下降，同時為UC3842供電的反饋繞組也會出現(xiàn)輸出電壓下降。當(dāng)輸入電壓低于10V時，UC3842停止工作，開關(guān)管截止。短路現(xiàn)象消失后，電源重新啟動，自動恢復(fù)正常工作。但由于在高頻關(guān)斷的時候會出現(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降到足夠低，過載保護電路并不總能有效的響應(yīng)所出現(xiàn)的過載情況，對整個系統(tǒng)的性能會產(chǎn)生不良的影響，存在著一定的安全隱患。

3 過流保護原理分析

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

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

圖2 補償前的電流波形

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