基于UC3844控制的雙管正激式變換器在電動自行車充電器中的應用

摘要：設計一種恒壓充電器，本質(zhì)是由UC3844控制的雙管正激式開關電源，本文給出了主電路和控制電路的拓撲結構，并對其工作原理進行了詳細分析，通過實驗對其效果進行了驗證， 達到設計要求。

敘詞：UC3844;雙管正激式開關電源;充電器

Abstract： The design of a constant voltage charger, which is a sort of dual-transistor forward switching power supply realized by UC3844 as a core unit, is presented. The topologies of main circuit and control circuit are provided under exhaust analysis in principles, Good agreement is achieved between predictions and measurements, and all the technical indexes are fulfilled.

Keyword：UC3844dual-transistor forward switching power supplycharger

0 引 言

電動自行車作為一種輕便，無污染的新型交通工具越來越普及，其動力部分市場上大多采用閥控式全密封免維修的鉛酸蓄電池。該蓄電池在正常充電時，比較好的充電方式是恒壓限流充電方式，即充電電源的電壓在整個充電過程中是恒定的，同時對初充電流加以限制。

本文所設計的充電器其充電對象為兩節(jié)12V/100Ah鉛酸蓄電池，輸入電壓范圍是130~240V，28V輸出時額定電流是15A,該充電器主要有兩部分組成:主電路和控制電路。

1 充電器電路組成部分及原理分析

1 .1 主電路拓撲結構

圖1 雙管正激式變換器

如圖1所示，該充電器主電路采用雙管正激式變換器.其工作過程基本分成三個過程：能量轉(zhuǎn)移階段、變壓器磁復位階段和死區(qū)階段。在能量轉(zhuǎn)移階段，原邊的兩個MOSFET管Q1、Q2都導通，能量從輸入端向輸出端轉(zhuǎn)移。在變壓器磁復位階段，原邊的兩個快恢復二極管D1、D2都導通，使變壓器繞組承受反相輸入電壓，從而實現(xiàn)變壓器的磁復位。當變壓器完全復位后，變換器工作在死區(qū)階段，即原邊無電流，副邊通過D5、L3續(xù)流。

MOSFET的驅(qū)動部分采用帶有隔離變壓器的互補驅(qū)動電路，依靠隔直電容C6和變壓器T2使MOSFET可靠導通和關斷，抗干擾能力強。

MOSFET的驅(qū)動控制主要采用電流型脈寬調(diào)制控制器UC3844, 如圖1所示，控制電路的V端連接到3844的電源腳。當充電器工作開始時，整流輸出側通過R1、C5給UC3844提供電源，使其啟動，變壓器T1開始工作，此時由副邊繞組N3,穩(wěn)壓二極管W1、W2，晶體管Q3,R7及D3構成了串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路開始給3844提供穩(wěn)定工作電源。其具體工作原理分析如下：當T1的副邊供電繞組N3輸出電壓變大時，Q3的E端輸出電壓相應變大，由于B端的基準電壓被W2穩(wěn)住不變，故晶體管的基極電位Ub也不變，那么基-射極電壓Ube將減少，從而Ib減少，管壓降Uce增大，又讓Q3的E端輸出電壓相應減小，故E端的輸出電壓保持不變。如果N3輸出電壓變小時，調(diào)節(jié)過程與上述正好相反。

1.2控制電路組成

控制電路主要由電流型脈寬調(diào)制控制器UC3844和可調(diào)基準電壓源TL431組成。

UC3844具有電壓環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制性能，其內(nèi)部方框圖如圖2所示，其引腳共有8個，第2腳是電壓反饋端，將取樣電壓加至E/A誤差放大器的反相輸入端，與同相放大器的2.5V基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓。利用內(nèi)部E/A誤差放大器可以構成電壓環(huán)。第3腳是電流反饋端，電流取樣電壓由第3腳輸入到電流比較器。利用第3腳和電流比較器可以構成電流環(huán)。第1腳是補償端，外接阻容元件以補償誤差放大器的頻率特性.UC3844的振蕩工作頻率由4腳和8腳之間的所接定時電阻Rt以及4腳和地之間所接的定時電容Ct設定。

圖2 UC3844脈寬調(diào)制器內(nèi)部方框圖

TL431是一種可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，其等效內(nèi)部電路如圖3所示，主要由四部分組成：①誤差放大器A，其同相輸入端接取樣電壓UREF,反相輸入端則接內(nèi)部2.5V基準電壓

Uref,并且設計為UREF=Uref ;②內(nèi)部2.50V基準電壓源 UREF ;③NPN型晶體管VT，在電路中起調(diào)節(jié)負載電流的作用;④保護二極管VD,能防止因K-A間電源極性接反而損壞芯片。通常在R-K端加入R、C構成誤差放大器的反饋網(wǎng)絡.TL431作為可調(diào)電壓源時，外部接線圖如圖4所示，其輸出電壓由外部電阻R1和R2來設定，有公式U0=UKA=(1+R1/R2)*UREF

圖3 TL431內(nèi)部等效電路 圖4 可調(diào)電壓源外部接線

基于上面的分析，本文采用了電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)控制的思想，控制電路如圖5所示。其中利用TL431穩(wěn)壓的性能代替UC3844中的E/A誤差放大器的功能，實現(xiàn)電壓閉環(huán)控制，這樣可以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應，同時采用了光耦隔離技術，使整個反饋系統(tǒng)更安全可靠。內(nèi)環(huán)依然通過UC3844的電流測量腳和內(nèi)部電流測定比較器構成電流環(huán).考慮到過流對系統(tǒng)的影響，在電壓環(huán)(外環(huán))調(diào)節(jié)的輸出端，即電流環(huán)(內(nèi)環(huán))調(diào)節(jié)的給定端，進行幅值限定，

如圖5所示，R15就是分流限幅作用.控制電路的工作原理分析如下:當F端電壓升高時，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREF> Uref,比較器輸出高電平，使VT導通，TL431分流增加，從而使F端電壓回落。同時電流環(huán)也在起作用，TL431分流增加，即光耦發(fā)光加強，感光端得到的反饋信號就越大,UC3844根據(jù)這個反饋信號，調(diào)節(jié)驅(qū)動信號的占空比，使F端電壓回落。當F端電壓減少時，調(diào)節(jié)方式正好相反。這樣循環(huán)下去，從動態(tài)平衡的角度來看，系統(tǒng)輸出電壓趨于穩(wěn)定，達到穩(wěn)壓的目的。