摘要：  车载开关电源是应用于汽车上的移动电源，由蓄电池提供能量。本文设计出一种适合于车载电源系统的高频开关电源。该电源以推挽式开关变换器和UC3846 为核心部件，并针对各种不同情况分别采取软启动、封锁输出脉冲等方式保护，防止冲击、过压、过流等，提高了整个系统的可靠性。

关键字：  开关电源，电感，高频变压器

车载开关电源是将车上48 V 蓄电池供电转换为直流12 V 的一种电子设备，是一种DC-DC变换器，它与普通的通讯电源有所不同，特殊的使用环境要求电源变换器能适应-25~50℃的高低温环境，能防止汽车高速运转时，汽车发电机给电源的浪涌和过大的冲击电流直接损坏电源。同时车载开关电源的设计受到蓄电池供电的制约，不能采用低成本的线性电源。由于开关具有电源效率高、体积小、质量轻等优点，应用非常广泛。本文采用的是开关变换的方式。其主要工作是设计1 台12 V/10 A 的车载开关电源。

1 48 V~12 V/10 A 车载开关电源方案

本文设计的车载开关电源主要包括两大主体：主电路和控制电路。其系统总体框图如图1所示。主电路采用推挽变换器，控制芯片为UC3846.以下对主要电路进行设计说明。

图1 开关电源系统框图

1.1 输入电路设计

在DC/DC 变换中，开关管的电流、电压值的快速上升下降，电感电压、电容的电流也迅速变化，这些都构成电磁干扰源(EMI)。为了减少干扰，所以需要在电源的输入端加滤波器。由图2所示的C1、C2、C3、C4、C5 和L004、L001 组成。

车载电源用于汽车上，有可能受到较大瞬态高压，必须在输入级加上瞬态过压保护电路，由图2 中的压敏电阻S20K60 完成此功能。同时考虑到开机时，接入电源有可能有很大的浪涌电流，必须在输入端上接上一电阻来抑制浪涌，如图2 中的R6，当变换器正常工作后，场效应管Q2的门极电流达到开通电流使Q2 开通，R6 两端短接，避免了过多的功率消耗在电阻上。在场效应管为IRF3205(VDSS=55 V ID=110 A RDS(on)=8.0 mΩ)。为避免安装时接入蓄电池极性错误，损坏变换器，故在输入级上反向并联二极管D1 和D2。

1.2 直流变换部分的设计

直流变换部分是开关电源的主体部分。本文设计的开关电源采用的是推挽式，Q3、Q4 为功率管，TR1 为高频变压器，D7、D8、C14～C19、L1、L2等为高频整流电路，C10、R4 为开关管的缓冲回路。Q7～Q10 为场效应管驱动电路。

控制电路采用UC3846，它是一种双端输出的电流控制型脉宽调制器芯片，其引出的脚1为限流电平设置端;脚2 为基准电压输出端;脚3为电流检测放大器的反相输入端;脚4 为电流检测放大器的同相输入端;脚5 为误差放大器的同相输入端;脚6 为误差放大器的反相输入端;脚7为误差放大器反馈补偿;脚8 为振荡器的外接电容端;脚9 为振荡器的外接电阻端;脚10 为同步端;脚11 为PWM 脉冲的A 输出端;脚12 为地;脚13 为集电极电源端;脚14 为PWM 脉冲的B输出端;脚15 为控制电源输入端;脚16 为关闭端。

当差动电流检测放大器检测的是开关电流而不是电感电流时，由于开关管寄生电容放电，检测电流会有一个较大的尖峰前沿，可能使电流检测锁存和PWM 电路误动作，所以应该在电流检测输入端加滤波电路。振荡器的频率由8 脚外接电容和9 脚外接电阻共同决定，而输出频率公式决定：

电流检测输入信号采用互感器L014 测定电流输入信号，然后由D3～D6、R6～R8 变成电压信号。电流测定放大器输出由内电路限定在3.5 V，因此电流测定信号输入的最高电压应低于1.2 V。

电阻R27 和R29、VR2、R31 对输出电压进行取样，然后与参考电压VREF4 进行比较，运放U4B(LM2904N)将误差信号进行PI 调节。当输出电压过高时，运放输出端也变大，二极管D12 导通，三极管Q6 流过电流变大，则光耦器件DT2 的二极管发光强度变强，则光耦器件上三极管上流过的电流变大，则输入到芯片UC3846 的误差放大器反馈补偿端电流变大，芯片输出端的脉宽将变短。使输出电压降低。这样即达到了输出电压稳定的效果。

运放U4A 和它的外围电路构成限流环节。运放两输入端的电容C25 和R26构成惯性环节。当输出电流大于10 A 时，D11 导通，影响光耦DT2 的发光强弱，从而改变输出占空比。

2 实验结果

根据上面的思路设计了如图3 所示的开关电源控制电路。测试了在不同情况下的工作波形，并在各种极限环境下进行了测试，实验结果表明，该电源设计合理，完全可以满足车载环境下的使用。

3 结论

随着我国经济的高速发展，汽车行业越来越壮大。车载开关电源将作为一个重要的电子设备被广泛应用，车载开关电源的需求量将日益增加。本设计基于把48 V 的电压转换为12 V 的常用电源，实验证明设计可靠。