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1、精选优质文档-倾情为你奉上小功率开关电源的经济效益提升方案（RCC电路的彻底解析）在输出小于50W的小型开关电源系统中，目前在设计上有很多种，但RCC方式被运用的可以说是最多的。RCC（即Ringing choke convertor）的简称，其名称已把基本动作都附在上面了。此电路也叫做自激式反激转换器。RCC电路不需要外部时钟的控制，由开关变压器和开关管就可以产生振荡的原因，使线路的结构非常的简单，这样就致使成本低廉。所以可以用之中电路来做出地价格的电源供应器。而市场上的小型电源供应器也是采用RCC来设计的。RCC电路的主要优缺点如下：1、电路结构简单，价格成本低。2、自激式振荡，不需要设计
2、辅助电源。3、随着输出电压或电流的变化，启动后，频率周期变化很大。4、转换的效率不高，不能做成大功率电源。5、噪声主要集中在低频段。RCC电路的基本工作过程基本为反激式变换器图一 反激式电源的基本结构图一为反激式电源的基本结构，由一个开关管和变压器组成，当开关管导通时，只在变压器储存能量，而在直流输出端没有功率的输出。按照图一，变压器的一次侧线圈用Lp来表示，在开关管Tr1 导通期间流过集电极电流Ic1，变压器的储能为：P=1/2 Lp（Ic1）2其次，当Tr1截止时，变压器的各线圈不但有逆向电压发生，输出侧整流二极管也导通，变压器所存储的能量则移到输出侧。也就是说Tr1在导通期间，变压器存储
3、能量，在截止期间输出能量（电源）。又从变压器的原理可知，一次侧所流入的能量一定等于二次侧直流所输出的能量。所以可得到以下公式：1/2Lp*Ic12*f=Vo*Io上式中 f为工作频率 Vo为输出直流电压 Io为输出电流。RCC的启动回路图二为RCC方式的基本原理图，当加入输入电压Vin（电阻连接Tr1的基极），电流Ig流过RG，Tr1开始导通，此时Ig为启动电流。开关管Tr1的集电极电流Ic波形如图三，一般的，必须从0开始启动。Ib变得越小越好。图二：RCC基本原理图图三：开关管集电极Ic波形图Tr1一旦进入导通状态，变压器P1绕组已经加上了Vin，因此P2绕组为按照各个的圈数比所形成的电压为
4、：Eb=（Nb/Np）Vin这个电压更因在Tr1导通时，极性相同，因此Tr1在导通状态时能继续维持，此时基极电流Ib为：Ib=（Nb/Np）*Vin （Vf+Vbe） / Rb像定电流般的继续流动。其实，Tr1的集电极电流Ic=Vin*T/Lp，Ic随时间成比例增大。在Ton期间，Tr1呈饱和状态，hfe（Ic/Ib）（hfe：直流电流放大率。） 见图4所示。图4：集电极电流Ic1波形选择基极电阻Rb的重要性前面的工作说明是在输出电压稳定后的初期状态。此线路的开关管基极的驱动条件极为重要，例如：输入电压Vin上升，则Ib也增加，Ic同时跟着增加，也就是说Tr1导通时间增长。反之，若输入电压Vi
5、n下降，未达到必要的Ic，则Tr1不能导通，如此Tr1的直流电流放大率hfe也需要考虑，最低的输入电压由Ib流过的基极电阻Rb来决定。如何决定P2 线圈的匝数？若开关管Tr1截止时，（如图5）开关管射极与基极间加上逆向电压，则使用的三极管的Veb（max）决不可超过以下条件：Nb/NsVeb(max)/(vo+vf)图5：Tr1截止时波形Rb有电流流过，变成像图6的方波。图6：RCC的脉动波形求Rb所损失的功率PRB 其中为开关管导通时间，T为开关振荡周期在实际设计中，此PRB因为很大，不能被忽视，且是全体转换效率降低的最大因素。定电压工作的结构经过一段时间后：侧输出电压上升，此时图2的C2的
6、端电压也依输出电压Vo的比例上升，也就是说，Tr1在截止期间，所积的能量就放出。D3给C2的充电电流与IS同时流动，则P2线圈与S1线圈的电压与圈数比的关系如下： 其中VF3，VF4为D3，D4的正向电压，当VC变化时，VO也跟着变化。VC的端电压上升，稳压二极管D1导通，则Tr1的基极电流下降，加速Tr1的截止。以电压的关系来看，D1的电压VZ为VZ=VC+VBE所以VZ与的比取决于输出电压Vo。总之，这个稳定电压的精度直接受输出电压精度的影响，即用温度系数良好，56V的稳压二极管。只是变压器的各组线圈的电阻，使电压下降，或D1的工作电阻D3的正向电压VF的变化等因数的影响，实际上无法得到横
7、高的精确度。原来Tr1的逆偏压VEB也被涉及，实际上，也是由D1的其纳电压VZ来决定的。启动时，集电极电流的控制在定电压动作期间，VC的端电压很小，Tr1的基极电流未被限制，即集电极电流由IB和hFE来决定。其实开关管的hFE在制作时，差值很大，环境温度也会有很大的变化，因此，若没有任何的限制时，集电极电流会大大的流失。对线路本身，有很多的损害，为防止此原因，则增加Tr2，R1和RSC。也就是说Tr1的发射极电流增大，Tr1的基极电流下降，Tr1的导通时间件短，使输出电压下降，进行稳定化作用。总之，IE1的最大值不能超过RSC所决定的值。图8为此说明图例图7基本的电流检测控制电流 图8 设计实
8、例 RCC振荡常数（频率）的解析在这里，必须要了解RCC工作的振荡频率和占空比。占空比D：如图9，依次绕线数NP的流出电流为 t=tON的最大值i1P而得到二次回路的电流最大值i1P，依变压器的基本原理：图9：RCC电路的电流波形二次电流因i2P随率衰减，则瞬间值为i2 RCC方式的初期条件，当t=tOFF时，i2=0以i1P式中的tON代入而求得tOFF：所以上式成立下面求占空比D： 此时e1=VIN-VCE（sat），e2=VO+VF 代入上式 成为较实用的公式如何求振荡频率f：由于一次侧与二次侧的电量相等的条件，1/2L1*I1P*f=IO*e2依此求得由此演变，可求得振荡频率f， 由以
9、上两个结论公式，RCC方式的工作就应该很明了了。占空比D与输入的电压成反比，VIN增大，D变小，也就是说 tON变短 tOFF不会变占空比不受负荷电流的影响。占空比随变压器一次侧电感量LP变大而增加，二次侧电感量LS的增大而减小。振荡频率f随输入电压VIN上升而上升，与负载电流成反比例而下降。振荡频率f随LP，LS成反比下降。以上结果与实际结果非常一致。变压器的设计求一次线圈NP匝数变压器的设计方式，最先求一次线圈的圈数（匝数 T）依RCC的设计方式，图10为铁心（磁体 CORE）的B-H曲线，Bm之点为饱和点，此点的磁通密度称为饱和磁通密度。图10 磁 B-H曲线 图11 B-H曲线的温度特
10、性 图12 Il的电流波形一次绕组的求解公式如下： tON：最大值为T/2 VIN：P1线圈的电压 B：磁体的磁通密度 A：磁体的有效截面积若磁体的材质为ferrite 磁体，如图11，温度的变化，使最大的磁束磁通密度Bm产生变化，也就是说，依实际的工作条件的Bm特性求得，在100的Bm为35004000（Gauss 高斯），范围很小，大约用2030%的值，去估计使用。若在过流状态下，tON会很大，磁体仍在此范围内，此过度状态是因磁体未达到饱和的缘故。电感值的计算：当输入电压VIN最小的占空比用1/2法去设计时，Il像（图12般）的碎波，输出功率为PO，功率转换效率为，一次侧电流的平均值为Il
11、（ave），最大值为Ilp，一次绕组的电感LP为其它线圈的计算二次电流的峰值（peak） I2P，对于输出电流IO的关系如下：二次绕组的电感量LS为：如果这里tON=tOFF=2/T的条件，则2次绕组的圈数为：下式中VF为二次整流二极管的正向压降，其中VS=VO+VF 求解得 开关管基极驱动绕组NP2的计算：因Tr1的VEB条件:以上各绕组匝数已经决定,输出侧因线路电压降(line drop)的发生,实际的圈数有必要比以上值稍多.因实际磁导率的关系,必须加入气隙(Gap)RCC方式的变压器,在求一次侧匝数时,磁通密度为必要的条件,即以上的计算方式,较电感的实际值,通常要大一些.在固定的输出功率
12、下,振荡频率f太低的结果,会导致磁饱和.因此,当磁体的实际导磁下降时,电感值非减到必要值不可,用实际的EE、EI磁体,则像图13一样,插入气隙(Gap). 图13 气隙的描述气隙的求法如下：这里要求的Lg为磁回路内合计的气隙的厚度,故中心孔(center Hole)与外部两地方,同时把距离(space)插入,也就是说气隙纸的厚度为Lg/2.气隙纸的材质,只要是绝缘的物质就可以,这种纸,因温度的关系,厚度会改变,通常一Mylar纸或bakelite板来使用。（垫纸在低频时有可能出现噪声，稳定性也不是很理想。采用磨的方法比较好，但是磨的话在变压器工艺上会比垫纸困难。）变压器绕线结构变压器会因为线圈
13、的绕线方式而在特性上有很大的差别，特别是一次绕组NP1和二次绕组NP2间的结合度，非注意不可。结合度是一次绕组所发生的磁束，比起2次侧线圈来诱导时，没有被诱导的部分称为磁漏（leakage flux）（这句就是我们所说的漏感，即由于初、次级间，匝与匝之间，磁通不能完全偶合而出现的漏感。）要使结合度上升，对于绕组的结构，有下列两点必须注意。 各绕组要绕满圈数若少的话，只绕一半时，可将每圈都把间隔加大，或把线径减小，23条线一起绕也有效，如图14。 图14 图15如图15，三明治的多层分割绕法。绕组的顺序为：最初从一次绕组NP1绕起，其次是2次绕组NS，普通最后由基本绕组完成。在此，则由一次绕组N
14、P1再绕一次，与底层的NP1并列，再接在一起。其他绕组：用NP1和NP、夹着之故，一次绕组及其他绕组间的结合度就回提高。漏感电感的影响变压器要完全100%偶合是不可能的，尤其是RCC方式，因设有很大的气隙，漏感必然增加。如图16所示，T型等效回路的Le1，Le2的漏感就产生了。图16当一次与2次电流流动时，能量就开始积蓄，若其他的绕组未偶合的话，一次侧的能量就无法完全转移到2次侧，则变压器在Tr1截止的瞬间会发生很大的逆电压，与Tr1的集电极电压叠加在一起。抑制逆电压的吸收（snabber）电路图17图17中，在NP1绕组两端，加入由二极管，电容构成的电路。漏感 电感Le1积蓄的能量为P1，振荡频率为f，Tr1在截止时发生的逆电压为puese，若在电容的直流电流，就被R抵消掉。P1由上式公式来决定，电阻值增加，则电压就会生高。电阻值低，电压就会下降。但VC与2次绕组NS和输出电压VO有关。反激
