頻率計(jì)算法設(shè)計(jì)RCC開關(guān)電源

摘要：RCC稱為自激式反激變換器，是中小功率開關(guān)電源最常用的設(shè)計(jì)方式之一。但設(shè)計(jì)RCC開關(guān)電源時(shí)，因各參數(shù)的互相影響，使計(jì)算、調(diào)試復(fù)雜。而傳統(tǒng)的預(yù)選頻率，后進(jìn)行AP校驗(yàn)法需多次計(jì)算，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)難于工作在最佳狀態(tài)。在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中變壓器設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，變壓器設(shè)計(jì)最重要的參考量是工作頻率。若能預(yù)先計(jì)算出電源工作頻率，或至少確定影響頻率的因素，將大大減少計(jì)算和調(diào)試的時(shí)間。首先推導(dǎo)出頻率計(jì)算公式，確定頻率主要與初、次級電感量和輸入電壓的關(guān)系，并進(jìn)一步確定變壓器參數(shù)，最終確定電源的其他參數(shù)。最后通過對電源硬件的簡單調(diào)試，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。
關(guān)鍵詞：RCC；開關(guān)電源；頻率計(jì)算；變壓器設(shè)計(jì)

RCC(Ringing Choke Convertor)式開關(guān)電源具有所需器件少，成本低，不用外部時(shí)鐘控制，工作于臨界連續(xù)狀態(tài)，可以方便地實(shí)現(xiàn)電流型控制，在結(jié)構(gòu)上是單極點(diǎn)系統(tǒng)，容易得到快速穩(wěn)定的響應(yīng)，具有自動功率限制等優(yōu)點(diǎn)。RCC電路原理簡單，由開關(guān)變壓器和主開關(guān)管諧振產(chǎn)生振蕩，副開關(guān)管可以調(diào)節(jié)占空比，以此調(diào)節(jié)輸出電壓。但是RCC電源的占空比、工作頻率隨使用環(huán)境和內(nèi)部參數(shù)的變化而改變，使得開關(guān)管控制極的電流驅(qū)動波形難以確定，給器件參數(shù)選定，尤其是變壓器的設(shè)計(jì)帶來困難。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有諾模圖法和磁芯面積乘積AP計(jì)算校驗(yàn)法。這兩種方法在定頻率計(jì)算中較實(shí)用，但若未知頻率，將不能用以上兩種方式設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的方法是給RCC電源預(yù)設(shè)一頻率，然后設(shè)計(jì)變壓器。但因變壓器參數(shù)直接影響到電源的工作頻率，所設(shè)計(jì)的變壓器工作頻率經(jīng)常與預(yù)設(shè)頻率相差太大而不能正常工作；電源參數(shù)需多次重復(fù)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致初期設(shè)計(jì)計(jì)算量大，而且該“拼湊法”在后期調(diào)試中，實(shí)際頻率很難與理論值吻合，導(dǎo)致電源不能工作在設(shè)計(jì)的最佳狀態(tài)。
本文推導(dǎo)出頻率計(jì)算公式，并得出頻率與輸入電壓成正比，與負(fù)載電流、初、次級電感量成反比。在確定的輸入電壓和已知的最大輸出功率下，根據(jù)電源給定的輸入電壓、輸出電壓、額定工作頻率和占空比直接求取變壓器的初、次級匝數(shù)，一次設(shè)計(jì)就能確定變壓器所有參數(shù)，解決了高頻變壓器設(shè)計(jì)中需要反復(fù)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的問題?；谠摲椒ㄔO(shè)計(jì)了一臺5V／10A的開關(guān)電源，并對電源的工作頻率、占空比等參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 RCC原理
1．1 RCC原理
RCC原理圖如圖1所示。上電后，C3兩端電壓使電流經(jīng)起振電阻R1，R2，驅(qū)使主開關(guān)管Q1導(dǎo)通，隨著Q1導(dǎo)通，經(jīng)由反饋電感T1的反饋信號加強(qiáng)對Q1控制極正向驅(qū)動，使Q1迅速導(dǎo)通。因感應(yīng)電動勢與電流變化率成正比，當(dāng)變壓器初級電流最大(飽和導(dǎo)通)時(shí)，T1’兩端電壓為0，Q1退出飽和狀態(tài)開始關(guān)斷。此時(shí)，T1’感生反向電動勢，加速Q(mào)1關(guān)斷，同時(shí)飽和狀態(tài)R4兩端電壓驅(qū)使Q2開通，并將Q1控制極短路，使Q1關(guān)斷，經(jīng)起振電阻R1，R2重新使Q1導(dǎo)通，依此循環(huán)。RCC電路始終工作在臨界導(dǎo)通模式，不會出現(xiàn)反激變換中的連續(xù)能量傳遞模式，其初級電流始終都是一個(gè)鋸齒形三角波形，而不會出現(xiàn)梯形波。RCC電路調(diào)節(jié)電壓的輸入方式是通過控制初級峰值電流來實(shí)現(xiàn)的。