一款基于UC3845的電動(dòng)車用DC—DC轉(zhuǎn)換器的研究

王云財(cái)　李嵐

摘 要：詳細(xì)介紹了一款電流型控制芯片UC3845。由該芯片構(gòu)成的電動(dòng)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(jiǎn)單、電壓調(diào)整率好、頻率特性好的特點(diǎn)，同時(shí)具有過流限制、過壓保護(hù)和欠壓鎖定等功能。對(duì)目前市場(chǎng)上常用的電動(dòng)車用直流轉(zhuǎn)換器的原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)不同負(fù)載下的輸出波形和MOSFET的柵極信號(hào)進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試，結(jié)果表明該轉(zhuǎn)換器能夠很好地實(shí)現(xiàn)降壓功能，具有一定的實(shí)用參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車；控制芯片；轉(zhuǎn)換器；電池組

中圖分類號(hào)：TM571 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.007

改革開放以來(lái)，我國(guó)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(lái)了許多問題。首先是石油危機(jī)，石油作為不可再生能源，最終會(huì)被用盡；其次是污染問題，據(jù)估計(jì)，目前大氣中60%的污染物來(lái)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(dòng)自行車以其價(jià)格低廉、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為人們出行必不可少的交通工具。

電動(dòng)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(jī)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(duì)輸入電壓的響應(yīng)速度快、對(duì)輸出負(fù)載響應(yīng)及時(shí)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，目前已經(jīng)大量應(yīng)用在單端反激式開關(guān)電源中。設(shè)計(jì)人員只需要采用少量的外圍元器件，就可以設(shè)計(jì)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(dá)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(guān)頻率500 kHz，內(nèi)部還含有一個(gè)精準(zhǔn)的5 V電壓源作為基準(zhǔn)電壓，具有完善的欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)和過流保護(hù)功能。其輸出端采用圖騰柱式輸出，最大輸出電流可達(dá)1 A，平均輸出電流200 mA。各引腳功能如下。

1腳：輸出補(bǔ)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(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻率響應(yīng)。

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(zhǔn)電源，輸出電流可達(dá)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(dān)負(fù)著能量轉(zhuǎn)換的重要角色。電動(dòng)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(shè)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(qiáng)、效率高等特點(diǎn)。圖2是一款基于UC3845的電動(dòng)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(guān)管MOSFET的漏極，另一路經(jīng)二極管D2、電阻R1加到UC3845的啟動(dòng)端口7腳，7腳得電后開始振蕩，振蕩信號(hào)從6腳輸出，經(jīng)過C2和L3耦合加到Q1的柵極進(jìn)行功率放大。Q1導(dǎo)通時(shí)，L2儲(chǔ)能；Q1關(guān)斷時(shí)，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(shè)由于某種原因使輸出電壓升高，通過R9、R10、R11、R12進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證該款DC-DC直流轉(zhuǎn)換器的可靠性。我們做了大量的實(shí)驗(yàn)，下面就幾個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，變換器在負(fù)載分別是空載、正常負(fù)載和滿載時(shí)，都能穩(wěn)定輸出12 V的電壓。隨著負(fù)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(gè)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(jiǎn)單，只需外圍少量的元器件就可實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換的目的。用UC3845制作而成的電動(dòng)車用DC-DC轉(zhuǎn)換器能夠很好地滿足設(shè)計(jì)要求，是目前電動(dòng)車市場(chǎng)上常用的一款控制芯片。

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〔編輯：王霞〕