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    RCC電源變壓器的設計方法

    發布時間:2014-09-05 責任編輯:echolady

    【導讀】RCC電路在電源設計中非常常見,同樣非常重要。RCC電路可以根據功率管的不同有以下兩種:一是由三極管制作;另一種是由MOS管制作。差別在于電路不同,但原理相同。三極管是一個電流控制型的電流源,如果基極電流為Ib,則其極電即為此IB值乘以一個放大倍數;而MOS是一個電壓控制型電流源,也就是允許流過的最大集電極電流是由GS極的電壓值決定的,三極管做成的RCC電路是通過控制其基極電流來控制最大集電極電流(原邊峰值電流)來調節輸出能量大小(調節輸出電壓),而MOS管是通過調節GS極之間的電壓來控制其原邊峰值電流。
     
    RCC電源變壓器的設計
     
    圖1:MOS管組成的RCC電路

    下面根據自己的理解來分析一下此電路的工作過程:
     
    1、啟動:當開啟電源后,高壓通過RST,經過MOS的GS極,再經過RS,注入基極電流,因為MOS的GS 極之間有結電容,因此GS極電壓升高,GS導通,RS 的上側會對地產生一個電壓,此電壓通過RF,給Q1基極注入電流。因MOS正在導通中,所以NS2的同名端感興出一個正電壓來,這個電壓通過RL2,D2,RZCD,CZCD,再到Q1極電極,因RS給Q1已經注入基極電流,Q1導通。
     
    2、將VG電壓拉下,MOS 關閉。MOS關閉電壓反激, NS2同名端電壓被拉到0,即為地電壓,因RCD上端為地電壓,所以此時Q1的極電極電壓為負,便快速的給MOS的GS極的結電容放電。加速了MOS的關 閉。同時反激能量通過NS1傳給負載,于是次級建立起輸出電壓,次級控制電路亦開始起作用。當變壓器儲存能量放完后,NS2 兩端電壓消失,CO2 已經儲能,其上端會有一個電壓,此電壓通過 NS2 繞組,RZCD,CZCD,Q1集電極,使得 Q1上電壓上升,即又給GS加上一個電壓,于是又開始起振。
     
    3、以上便是RCC電路的啟動過程,再說一 下其穩壓過程,在一定的輸入電壓下,一定的輸出負載下,其光耦電流應該是一個恒定值,光敏三極管的上端是由電容CO2維持的一個恒定電壓,此電壓通過光敏 三極管,RA給Q1 基極注入電流。Q1的基極電流,決定了流過其極電極的電流。假如輸入電壓不變,MOS 在導通時候,RCD上端(即NS2 同名端-),此時此點電壓值為 VIN.NS2/NP+C02,只要輸入電壓值不變,導通時此點電壓值即是這么多,不會變;而Q1 上端的電壓是由流過Q1的電流決定,其電壓等于RCD上端電壓減去 RL2、RCD、D2、RZCD、CZCD的壓降,當副邊的負載變輕時候,流過光耦電流變大,即注入基極電流變大,極電極電流變大,以上四個元件的壓降也 變大,所以Q1是的電壓變小,于是原邊峰值電流變上,減小能量輸入達到電壓穩定;當原邊輸入電壓升高的時候,NS2同名端電壓升高,此時若光耦電流不變, 則Q1的電壓會上升,能量會增加,輸出電壓升高,此時光耦電流就會變大,進而形成一系列自動調節,從而調節原邊峰值電流,使輸出電壓保持穩定。
     
    通過以上分析,我們不難看出,RCC電路與反激電路的區別歸結如下:
     
    1、RCC電路的頻率是變化的,而反激電路的頻率是固定的,當負載變重時,RCC 電路的頻率變小,周期變長;
    2、RCC電路,始終工作在臨界導通模式,其不會出現反激式電流的連續模式,即其原邊電流始終都是一個三角波形,而不會出現梯形波;
    3、RCC 電路調節電壓輸入的方式就是通過控制原邊的峰值電流來實現的,而不是占空比,其占空比是由原邊輸入電壓和輸出電壓而定。

    設計一款RCC變壓器,首先要知道輸入電壓,比方說,寬電壓 90V 至 264V 交流;輸出規格,12V1A;以及所選的磁芯橫截面積,本文選用了EF20磁芯,面積為30平方毫。有了以上條件,根據以上電路就可以來設計RCC電路變壓器。
    1、根據輸入條件,確定輸入最低直流電壓,因為輸入最低的交流電壓是 90V,經過整流濾波,再考慮其電壓波動,可取輸入最低直流電壓VIN 為90V;
    2、根據開關管的類型及其它條件,選取一個低壓滿載時的最低頻率(即最大周期),不妨可取一個最長導通時間,并且自己設定占空比,這一步非常重要,在此選定此款電路最大周期為17US,而導通時間為8US,關斷時間為 9US;
    3、計算原邊峰值電流,首先估算一個效率,然后由輸出功率和此估算效率得出輸入功率,近而得出輸入平均電流,此款輸出12W,估計效率為0.8,則輸入功率為 15W,輸入平均電流為15/90為0.16A,然后根據占空比算出峰值電流,公式為 IP=IAVG/D(1-0.5),而IP、IAVG分別是峰值電流和平均值電流,此處平均電流為0.16A,D為0.47,所以峰值電流為0.69A, 根據此值可設定 RS 值,一般的三極管VBE 約為0.6V,所以RS=0.6/IP,此例約為0.86R,實際可選一個比此電阻略小的值,此電阻阻值便限制了最大的輸出功率。

    綜合以上兩點,詳細圖如下圖:
     
    RCC電源變壓器的設計
    圖2:電流波形圖

    其實,一個RCC變壓器的設定,其關鍵就是這個原邊電流波形的設定;而此電流波形可用示波器觀察到,將示波器高壓端夾在RS上端即可,再根據原邊平均值電流計算原邊峰值電流的公式。 

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