一款基于UC3845的電動車用DC—DC轉(zhuǎn)換器的研究

王云財　李嵐

摘 要：詳細介紹了一款電流型控制芯片UC3845。由該芯片構(gòu)成的電動車用DC-DC直流轉(zhuǎn)換器與一般的電壓型控制芯片構(gòu)成的直流轉(zhuǎn)換器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、電壓調(diào)整率好、頻率特性好的特點，同時具有過流限制、過壓保護和欠壓鎖定等功能。對目前市場上常用的電動車用直流轉(zhuǎn)換器的原理進行了詳細的分析，并對不同負載下的輸出波形和MOSFET的柵極信號進行了相關測試，結(jié)果表明該轉(zhuǎn)換器能夠很好地實現(xiàn)降壓功能，具有一定的實用參考價值。

關鍵詞：電動車；控制芯片；轉(zhuǎn)換器；電池組

中圖分類號：TM571 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.007

改革開放以來，我國發(fā)生了巨大變化，其中，變化最大的就是人們的出行方式。從最初擠滿大街小巷的自行車發(fā)展到汽車，然而，汽車的發(fā)展帶來了許多問題。首先是石油危機，石油作為不可再生能源，最終會被用盡；其次是污染問題，據(jù)估計，目前大氣中60%的污染物來自于汽車的尾氣。此外，大量的汽車行駛在馬路上容易造成交通擁堵，引發(fā)交通事故。而電動自行車以其價格低廉、無污染等優(yōu)點，已經(jīng)成為人們出行必不可少的交通工具。

電動自行車的電氣部分主要由兩部分組成，一是控制器部分，二是直流變換器部分。控制器部分的主要功能是將直流電通過逆變器轉(zhuǎn)化為交流電，以供電機使用；直流變換器部分主要是降壓電路，將電池組電壓降為12 V，以供照明、喇叭等電路使用。本文所涉及的DC-DC轉(zhuǎn)換器即為該部分。

1 電流型控制芯片UC3845

電流型控制芯片UC3845由于其對輸入電壓的響應速度快、對輸出負載響應及時、穩(wěn)定性好的特點，目前已經(jīng)大量應用在單端反激式開關電源中。設計人員只需要采用少量的外圍元器件，就可以設計出效益高的解決方案，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

UC3845的控制方式采用固定工作頻率調(diào)整脈寬的方式，即PWM控制技術(shù)，最大占空比可達到50%.工作頻率可由4端子外接的電阻和電容的振蕩頻率決定，最大輸出開關頻率500 kHz，內(nèi)部還含有一個精準的5 V電壓源作為基準電壓，具有完善的欠壓保護、過壓保護和過流保護功能。其輸出端采用圖騰柱式輸出，最大輸出電流可達1 A，平均輸出電流200 mA。各引腳功能如下。

1腳：輸出補償端，內(nèi)部誤差放大器的輸出端。與2腳之間接反饋網(wǎng)絡，以確定誤差放大器的增益和頻率響應。

2腳：電壓反饋輸入端，與同相輸入端的2.5 V比較，調(diào)整PWM的脈寬。

3腳：電流取樣輸入端。

4腳：RT/CT端。振蕩器的外接電容C和外接電阻R的公共端。

5腳：接地端。

6腳：PWM輸出端。

7腳：接電源。

8腳：Vref端，5 V基準電源，輸出電流可達50 mA。

2 直流轉(zhuǎn)換器的工作原理

直流轉(zhuǎn)換器作為電能轉(zhuǎn)換的重要組成部分，擔負著能量轉(zhuǎn)換的重要角色。電動車電池組電壓通常在48～72 V之間，直流轉(zhuǎn)換器把該電壓降為12 V以供其它設備使用。這就要求直流轉(zhuǎn)換器具有輸出穩(wěn)定、抗干擾能力強、效率高等特點。圖2是一款基于UC3845的電動車DC-DC直流變換器的原理圖。該轉(zhuǎn)換器的最大功率為120 W。

電池組電壓經(jīng)濾波電容c1濾波后分為兩路，一路加到開關管MOSFET的漏極，另一路經(jīng)二極管D2、電阻R1加到UC3845的啟動端口7腳，7腳得電后開始振蕩，振蕩信號從6腳輸出，經(jīng)過C2和L3耦合加到Q1的柵極進行功率放大。Q1導通時，L2儲能；Q1關斷時，L2經(jīng)過C7濾波后輸出12 V電壓，D4為續(xù)流二極管。

輸出12 V經(jīng)過D5、R8限流，C8和C9濾波后反饋到UC3845的7腳作為該集成塊的工作電壓，使系統(tǒng)穩(wěn)定地工作。電壓反饋環(huán)節(jié)由R9、R10、R11、R12和UC3845內(nèi)部電路組成。假設由于某種原因使輸出電壓升高，通過R9、R10、R11、R12進行采樣，使UC3845的2腳電壓上升，通過內(nèi)部誤差放大器放大，使6腳的PWM輸出占空比降低，輸出電壓降低，最終使輸出電壓穩(wěn)定。如果由于某種原因使Q1的輸出電流過大，經(jīng)T1采樣D3整流后，加到UC3845的3腳，使3腳電壓升高，經(jīng)過內(nèi)部過流比較器，使6腳PWM占空比降低，使輸出電壓趨向，從而使電流降低，系統(tǒng)穩(wěn)定。

3 實驗結(jié)果

為了驗證該款DC-DC直流轉(zhuǎn)換器的可靠性。我們做了大量的實驗，下面就幾個重要的實驗結(jié)果進行分析，測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，變換器在負載分別是空載、正常負載和滿載時，都能穩(wěn)定輸出12 V的電壓。隨著負載的增加，輸入到MOSFET柵極的占空比增加，但輸出波形中含有大量的電壓毛刺，可在輸出端加一個0.1～1 uf的瓷片電容。

4 結(jié)論

UC3845是一款電流型控制芯片，由其搭建的DC-DC轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡單，只需外圍少量的元器件就可實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換的目的。用UC3845制作而成的電動車用DC-DC轉(zhuǎn)換器能夠很好地滿足設計要求，是目前電動車市場上常用的一款控制芯片。

參考文獻

[1]馬洪濤，周芬萍，沙占友，等.開關電源制作與調(diào)試[M].北京：中國電力出版社，2014.

[2]鄭溢.一款降壓性直流-直流開關電源的設計與實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學，2013.

[3]夏亮.電動汽車驅(qū)動器用電源的設計[D].上海：同濟大學，2008.

[4]謝應孝.BUCK型DC/DC開關電源的研究與設計[D].哈爾濱：黑龍江大學，2010.

[5]Neville McNeil，Nareendra K.Gupta，William G.Armstrong.Active Current Transformer Circuits for Low Distortion Sensing in Switched Mode Power Converter.IEEE Transation on Power Eectronics，2004（4）.

〔編輯：王霞〕