电动旅游车用开关电源设计

1 引言

电动旅游车的动力来源主要是电机，而电机的控制系统和驱动系统都需要稳定的电源供电才能正常工作，为了提供稳定的工作电源输入，设计一种多路输出的开关电源就显得十分必要。文中所述的电动旅游车电机为5.5KW异步电机，主开关驱动模块为IPM。

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，为电动车内的主控制系统和驱动系统提供所需的工作电源，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UC3843电流型控制器作为隔离开关稳压电源的核心。

2 UC3843介绍

UC3843是单端隔离式电流控制型DC/DC脉宽调制器，可直接驱动MOSFET和双极功率管，它采用恒定频率方式，其内部原理方框图如图1所示。它有一个振荡器，振荡频率最高可达500kHz，有+5VR的基准电压Vref；有一个增益高达90dB的误差放大器；启动电流低（1mA）；对输入电压Vcc有滞后欠压保护；对+5VR基准电压也有滞后欠压保护；有每一个周期的电流限制锁存器。该电流型脉宽调制器有体积小、成本低、外围组件少、电路简单、可靠性高、故障率低等优点。各引脚功能如下：

脚1为补偿端子，外接RC网络可补偿误差放大器的频率响应；

脚2是电压反馈端，取样电压加在误差放大器的反相输入端。与2．5 V的基准电压进行比较，产生误差电压；

脚3为电流检测输入端，外接检测电阻。可构成过流保护电路，当脚3电压等于或高于1 V时，电流检测比较器输出高电平，复位PWM锁存器。从而关闭输出脉冲，达到限流保护的目的。因此，被检测的峰值电流为

（1）

式中： 为功率开关管的电流检测电阻。在本设计方案中Rs选择0.5Ω；

脚4外接定时电阻和电容，用以确定振荡器的工作频率；

脚5为接地端；

脚6为输出端，采用图腾式输出，输出平均电流为200mA，最大电流为1A；

脚7是其电源端，芯片工作的开启电压为8.5V，欠压锁定电压为7.6V，0.9V的启动与关闭差值可有效地防止电路在门限值电压附近时产生振荡；

脚8是其内部基准电压(5V)。

图1 UC3843代表性原理方框图

UC3843脉宽调制器是将开关变压器初级绕组中电流的变化进行电流取样，将变化的电流转换成变化的电压，再用负反馈的方式来控制脉冲宽度的变化，最后给电流检测比较器输入。电流检测比较器的另一个输入端是误差放大器输出的信号，电流信号与电压信号进行比较，共同来控制占空比的变化，从而抑制了输出电压的变化，使输出电压稳定。这样在电路上既有电流负反馈控制环节，又有电压负反馈控制环节，使开关稳压电源的电压稳定性有很大的提高。

3 系统电路设计与原理

本文设计的多路隔离输出反激式变换器，输入为144V汽车用电池，输出为1路+5V/0.5A用于继电器供电，1路+5V/1A用于DSP等芯片的供电，1路+15V/0.5A用于光电编码器，1路±15V/1A用于A/D采集，4路隔离+15V/0.3A用于IPM驱动供电。设计原理图如图2所示。

图2 开关电源原理图

3.1 电源电路的工作原理

如图2所示，直流电压经L12共模抑制及电容C54、C55 滤波后提供系统工作电压。此工作电压经R1给C1充电，由于UC3843的启动电压为8.5V，当C1电压充至8.5V时，UC3843实现软起动，芯片6脚有信号输出，使开关管Q1开通，能量得以在变压器原边储存，副边有能量输出。启动过程完成后，UC3843的正常工作电压由副边馈电绕组上的高频电压经整流滤波后提供。同时，此电压也作为电压反馈信号，经RV1、R13、R2分压后送到电压比较器的反相输入端（脚2）与UC3843内部的2.5V基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度，从而改变输出电压以实现对输出的控制，其中RV1为可调电阻。R15、C12、D4和R29、C80、D17分别作为两个变压器的缓冲回路，以吸收原边漏感所产生的尖峰，以防止功率器件的损坏。R4、C4构成滤波器以滤去由R18、R30检测的电流中可能会有的毛刺，防止电流比较器的误动作。

3.2 工作频率设定

UC3843的频率由（2）式设定，即：

（2）

式中：为脚4与脚8问电阻，为脚4接地电容。

UC3843的工作频率很宽，最高工作频率为500kHz。本设计中，取：R5==6.8KΩ，C5==0.0033μF；则=80KHz。

3.3 变压器的设计

电动汽车中电机专用的开关电源是一个具有多路输出的直流电源，由