PWM 控制 - 一种车载笔记本电源适配器的设计

　　2  PWM 控制

　　升压转换器中的电源开关S，用一个工作在开关状态的功率MOSFET 管实现，见图2 。在栅极加上一系列脉冲后，功率管将不断地处于通断交替的状态，改变通断的时间比率，就可以调节输出电压的大小。假设一个周期为t ，t =tON时，脉宽调制脉冲的正脉冲被送到功率管的栅极，K导通;当t =tOFF时，送到K管上的调制脉冲变成零伏或负偏压，S 处于截止状态。

　　上式表明了输出电压UOUT和功率管开关时间之间的关系。由于tOFF时间较短，采用低功耗的二极管和电容，使其不超过安全工作区，否则，可能会导致器件过热而损坏。该升压转换器的电流和电压波形如图3 所示。

图3  占空比50 %时电压和电流波形

　　波形(3)显示电感线圈的纹波电流，增大线圈的尺寸能降低纹波，但同时也增加了器件的物理尺寸。线圈不能太小，否则无法在MOSFET 截止时提供足够的能量，使输出电压的调节能力变差。本设计用到的线圈为56 μH。

　　所有的控制功能由Unitrode 公司生产PWM 芯片UC3843 来完成，它具有反馈电压比较、误差放大、脉宽调制、过流保护、欠压保护等功能[4]。该芯片为功率管产生脉宽调制信号，通过检测输出的电压和电流信号来控制开关管的通断和调整输出电压。输入和输出电压在一系列低功耗的电容作用下变得平滑。主要电路如图4 所示。输入端并联的四个大容量电解电容(C1 ～C4 )起到电源滤波的作用，C5用来滤除电路工作时产生的高频谐波成分。线圈L1是由几个不同长度漆包线并联，以减少表面对高速转换的影响。大功率开关元件K1采用IR 公司的IRL2505 ，该器件的源极/漏极电阻在工作时只有8 mΩ，故功耗非常低。肖特基二极管D1采用TO220 的封装，最大工作电压为45 V，正向导通压降为0。63 V 时的电流为16 A。低ESR 的电解电容C6 ～C9用于平滑输出电压，减小纹波电压。电容C10用于高频去耦。输出电压由R1 、R2 、R3和P1分压，送入IC1的电压反馈输入端。IC 的时钟频率由RC 网络R8和C13决定，工作频率约为42kHz 。由R12 、C15和C16构成的电源去耦电路以确保IC1工作的可靠性。

　　3  测 试

　　电源适配器在正常运行时各电量及效率见表1 。

　　其高效率(通常是95 %)不但能降低汽车电池的负荷，同时也降低了适配器内部的功耗。PCB 尺寸比笔记本本身的电源适配器要小。

图4  主电路原理图

表1  测试结果及效率

　　4  结束语

　　本文提出了一种车载电源12 V DC/19 V DC 解决方案，利用汽车蓄电池为笔记本电脑提供持续电力。

　　该方案不仅能满足普通用户自驾游出行时的需求，也能使行业用户如公路、工商、税务稽查、公安与地质等野外汽车流动作业随时保证笔记本电脑的供电，充分发挥笔记本电脑的无线办公特性。