車載筆記本電源適配器的設(shè)計(jì)

　　令電源開(kāi)關(guān)S 占空比為D1 ，二極管D 占空比為D2 。由于在任何時(shí)刻只有一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，則:

　　輸入電壓記為UIN，輸出電壓記為UOUT。若S 導(dǎo)通，輸入電源電壓將被電感吸收，在S 上不會(huì)產(chǎn)生壓降。如果D 導(dǎo)通時(shí)間足夠長(zhǎng)，電感L 可看作短路，也不會(huì)有壓降。忽略二極管正向?qū)▔航?，UIN和UOUT的關(guān)系推導(dǎo)如下:

　　由于D1 1 ，因此，輸出電壓大于輸入電壓。另外，兩個(gè)開(kāi)關(guān)還能調(diào)節(jié)輸出電壓。若輸出電壓高于19 V，則必須迫使輸出電壓下降。S 導(dǎo)通，D 截止使得電容和負(fù)載脫離電路的其它部分。此時(shí)，電容充當(dāng)負(fù)載的電源。放電使得電容兩端的電壓降低，即降低了輸出電壓。若輸出電壓低于19 V，那么必須提高輸出電壓。使S 截止，D 導(dǎo)通，電流流經(jīng)二極管D、電容C和負(fù)載RL形成回路。由于電流向電容充電，使得電容兩端的電壓增加，使輸出電壓也增加。

　　2 PWM 控制

　　升壓轉(zhuǎn)換器中的電源開(kāi)關(guān)S，用一個(gè)工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的功率MOSFET 管實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)圖2 。在柵極加上一系列脈沖后，功率管將不斷地處于通斷交替的狀態(tài)，改變通斷的時(shí)間比率，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。假設(shè)一個(gè)周期為t ，t =tON時(shí)，脈寬調(diào)制脈沖的正脈沖被送到功率管的柵極，K導(dǎo)通;當(dāng)t =tOFF時(shí)，送到K管上的調(diào)制脈沖變成零伏或負(fù)偏壓，S 處于截止?fàn)顟B(tài)。

　　上式表明了輸出電壓UOUT和功率管開(kāi)關(guān)時(shí)間之間的關(guān)系。由于tOFF時(shí)間較短，采用低功耗的二極管和電容，使其不超過(guò)安全工作區(qū)，否則，可能會(huì)導(dǎo)致器件過(guò)熱而損壞。該升壓轉(zhuǎn)換器的電流和電壓波形如圖3 所示。

圖3 占空比50 %時(shí)電壓和電流波形

　　波形(3)顯示電感線圈的紋波電流，增大線圈的尺寸能降低紋波，但同時(shí)也增加了器件的物理尺寸。線圈不能太小，否則無(wú)法在MOSFET 截止時(shí)提供足夠的能量，使輸出電壓的調(diào)節(jié)能力變差。本設(shè)計(jì)用到的線圈為56 μH。

　　所有的控制功能由Unitrode 公司生產(chǎn)PWM 芯片UC3843 來(lái)完成，它具有反饋電壓比較、誤差放大、脈寬調(diào)制、過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)等功能[4]。該芯片為功率管產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)輸出的電壓和電流信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的通斷和調(diào)整輸出電壓。輸入和輸出電壓在一系列低功耗的電容作用下變得平滑。主要電路如圖4 所示。輸入端并聯(lián)的四個(gè)大容量電解電容(C1 ～C4 )起到電源濾波的作用，C5用來(lái)濾除電路工作時(shí)產(chǎn)生的高頻諧波成分。線圈L1是由幾個(gè)不同長(zhǎng)度漆包線并聯(lián)，以減少表面對(duì)高速轉(zhuǎn)換的影響。大功率開(kāi)關(guān)元件K1采用IR 公司的IRL2505 ，該器件的源極/漏極電阻在工作時(shí)只有8 mΩ，故功耗非常低。肖特基二極管D1采用TO220 的封裝，最大工作電壓為45 V，正向?qū)▔航禐?。63 V 時(shí)的電流為16 A。低ESR 的電解電容C6 ～C9用于平滑輸出電壓，減小紋波電壓。電容C10用于高頻去耦。輸出電壓由R1 、R2 、R3和P1分壓，送入IC1的電壓反饋輸入端。IC 的時(shí)鐘頻率由RC 網(wǎng)絡(luò)R8和C13決定，工作頻率約為42kHz 。由R12 、C15和C16構(gòu)成的電源去耦電路以確保IC1工作的可靠性。