基于UC3844控制的双管正激式变换器在电动自行车充电器中的应用

摘要：设计一种恒压充电器，本质是由UC3844控制的双管正激式开关电源，本文给出了主电路和控制电路的拓扑结构，并对其工作原理进行了详细分析，通过实验对其效果进行了验证， 达到设计要求。

叙词：UC3844;双管正激式开关电源;充电器

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

电动自行车作为一种轻便，无污染的新型交通工具越来越普及，其动力部分市场上大多采用阀控式全密封免维修的铅酸蓄电池。该蓄电池在正常充电时，比较好的充电方式是恒压限流充电方式，即充电电源的电压在整个充电过程中是恒定的，同时对初充电流加以限制。

本文所设计的充电器其充电对象为两节12V/100Ah铅酸蓄电池，输入电压范围是130~240V，28V输出时额定电流是15A,该充电器主要有两部分组成:主电路和控制电路。

1 充电器电路组成部分及原理分析

1 .1 主电路拓扑结构

图1 双管正激式变换器

如图1所示，该充电器主电路采用双管正激式变换器.其工作过程基本分成三个过程：能量转移阶段、变压器磁复位阶段和死区阶段。在能量转移阶段，原边的两个MOSFET管Q1、Q2都导通，能量从输入端向输出端转移。在变压器磁复位阶段，原边的两个快恢复二极管D1、D2都导通，使变压器绕组承受反相输入电压，从而实现变压器的磁复位。当变压器完全复位后，变换器工作在死区阶段，即原边无电流，副边通过D5、L3续流。

MOSFET的驱动部分采用带有隔离变压器的互补驱动电路，依靠隔直电容C6和变压器T2使MOSFET可靠导通和关断，抗干扰能力强。

MOSFET的驱动控制主要采用电流型脉宽调制控制器UC3844, 如图1所示，控制电路的V端连接到3844的电源脚。当充电器工作开始时，整流输出侧通过R1、C5给UC3844提供电源，使其启动，变压器T1开始工作，此时由副边绕组N3,稳压二极管W1、W2，晶体管Q3,R7及D3构成了串联反馈型晶体管稳压电路开始给3844提供稳定工作电源。其具体工作原理分析如下：当T1的副边供电绕组N3输出电压变大时，Q3的E端输出电压相应变大，由于B端的基准电压被W2稳住不变，故晶体管的基极电位Ub也不变，那么基-射极电压Ube将减少，从而Ib减少，管压降Uce增大，又让Q3的E端输出电压相应减小，故E端的输出电压保持不变。如果N3输出电压变小时，调节过程与上述正好相反。

1.2控制电路组成

控制电路主要由电流型脉宽调制控制器UC3844和可调基准电压源TL431组成。

UC3844具有电压环和电流环双闭环控制性能，其内部方框图如图2所示，其引脚共有8个，第2脚是电压反馈端，将取样电压加至E/A误差放大器的反相输入端，与同相放大器的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压。利用内部E/A误差放大器可以构成电压环。第3脚是电流反馈端，电流取样电压由第3脚输入到电流比较器。利用第3脚和电流比较器可以构成电流环。第1脚是补偿端，外接阻容元件以补偿误差放大器的频率特性.UC3844的振荡工作频率由4脚和8脚之间的所接定时电阻Rt以及4脚和地之间所接的定时电容Ct设定。

图2 UC3844脉宽调制器内部方框图

TL431是一种可调式精密并联稳压器，其等效内部电路如图3所示，主要由四部分组成：①误差放大器A，其同相输入端接取样电压UREF,反相输入端则接内部2.5V基准电压

Uref,并且设计为UREF=Uref ;②内部2.50V基准电压源 UREF ;③NPN型晶体管VT，在电路中起调节负载电流的作用;④保护二极管VD,能防止因K-A间电源极性接反而损坏芯片。通常在R-K端加入R、C构成误差放大器的反馈网络.TL431作为可调电压源时，外部接线图如图4所示，其输出电压由外部电阻R1和R2来设定，有公式U0=UKA=(1+R1/R2)*UREF

图3 TL431内部等效电路 图4 可调电压源外部接线

基于上面的分析，本文采用了电压环和电流环双环控制的思想，控制电路如图5所示。其中利用TL431稳压的性能代替UC3844中的E/A误差放大器的功能，实现电压闭环控制，这样可以提高系统的动态响应，同时采用了光耦隔离技术，使整个反馈系统更安全可靠。内环依然通过UC3844的电流测量脚和内部电流测定比较器构成电流环.考虑到过流对系统的影响，在电压环(外环)调节的输出端，即电流环(内环)调节的给定端，进行幅值限定，

如图5所示，R15就是分流限幅作用.控制电路的工作原理分析如下:当F端电压升高时，取样电压UREF也随之升高，使UREF> Uref,比较器输出高电平，使VT导通，TL431分流增加，从而使F端电压回落。同时电流环也在起作用，TL431分流增加，即光耦发光加强，感光端得到的反馈信号就越大,UC3844根据这个反馈信号，调节驱动信号的占空比，使F端电压回落。当F端电压减少时，调节方式正好相反。这样循环下去，从动态平衡的角度来看，系统输出电压趋于稳定，达到稳压的目的。