最清晰透徹之RCC 電源變壓器設(shè)計(jì)方法

RCC 電路根據(jù)功率管不同，分為兩種，一種是用三極管制作，另一種是用 MOS 管制做，電路稍有不同，但原理差不太多。我們知道，三極管是一個(gè)電流控制的電流源，即若其基極電流為 Ib,則其極電極電流即為此 IB 值乘以一個(gè)放大倍數(shù)。而 MOS 屬電壓控制型電流源，即允許流過的最大集電極電流是由GS 極的電壓值決定的，相應(yīng)的，三極管做成的RCC電路即是通過控制其基極電流來控制最大集電極電流，即原邊峰值電流，來調(diào)節(jié)輸出能量大小，即調(diào)節(jié)輸出電壓，而 MOS 管是通過調(diào)節(jié) GS 極之間的電壓，來控制其原邊峰值電流。

請(qǐng)看上圖，是一個(gè)典型的用 MOS 管做的 RCC 電路。下面我根據(jù)自己的理解來分析一下此電路的工作過程。1．啟動(dòng)。當(dāng)開啟電源后，高壓通過 RST，經(jīng)過 MOS 的 GS 極，再經(jīng)過 RS，注入基極電流，因?yàn)?MOS 的 GS 極之間，有結(jié)電容，因此 GS 極電壓升高，GS 導(dǎo)通，RS 的上側(cè)會(huì)對(duì)地產(chǎn)生一個(gè)電壓，此電壓通過 RF，給 Q1 基極注入電流。因 MOS正在導(dǎo)通中，所以 NS2 的同名端感興出一個(gè)正電壓來，這個(gè)電壓通過 RL2，D2，RZCD，CZCD，再到 Q1 極電極，因 RS 給 Q1 已經(jīng)注入基極電流，Q1 導(dǎo)通。

2．將 VG 電壓拉下，MOS 關(guān)閉。MOS 關(guān)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(shí) Q1 的極電極電壓為負(fù)，便快速的給 MOS 的 GS 極的結(jié)電容放電。加速了 MOS 的關(guān)閉。同時(shí)反激能量通過 NS1，傳給負(fù)載，于是次級(jí)建立起輸出電壓，次級(jí)控制電路亦開始起作用。當(dāng)變壓器儲(chǔ)存能量放完后，NS2 兩端電壓消失，CO2 已經(jīng)儲(chǔ)能，其上端會(huì)有一個(gè)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(gè)電壓。于是又開始起振。

3、以上便是RCC電路的啟動(dòng)過程，再說一下其穩(wěn)壓過程，在一定的輸入電壓下，一定的輸出負(fù)載下，其光耦電流應(yīng)該是一個(gè)恒定值，光敏三極管的上端是由電容CO2維持的一個(gè)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(dǎo)通時(shí)候，RCD 上端（即NS2 同名端-），此時(shí)此點(diǎn)電壓值為 VIN.NS2/NP+C02,只要輸入電壓值不變,導(dǎo)通時(shí)此點(diǎn)電壓值即是這么多,不會(huì)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(dāng)副邊的負(fù)載變輕時(shí)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(gè)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(dá)到電壓穩(wěn)定.當(dāng)原邊輸入電壓升高的時(shí)候,NS2 同名端電壓升高,此時(shí)若光耦電流不變,則 Q1 的電壓會(huì)上升,能量會(huì)增加,輸出電壓升高,此時(shí)光耦電流就會(huì)變大,進(jìn)而形成一系列自動(dòng)調(diào)節(jié).從而調(diào)節(jié)原邊峰值電流,使輸出電壓保持穩(wěn)定.

通過以上分析,我們不難看出 RCC 電路與反激電路的區(qū)別,我歸結(jié)如下.

1.RCC電路的頻率是變化的,面反激電路的頻率是固定的,當(dāng)負(fù)載變重時(shí),RCC 電路的頻率變小,周期變長.

2.RCC 電路,始終工作在臨界導(dǎo)通模式,其不會(huì)出現(xiàn)反激式電流的連續(xù)模式,即其原邊電流始終都是一個(gè)三角波形,而不會(huì)出現(xiàn)梯形波,即其原邊電流的波形如

3、RCC電路調(diào)節(jié)電壓輸入的方式,就是通過控制原邊的峰值電流來實(shí)現(xiàn)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。好了,了解了以上原理,我們就可以來設(shè)計(jì)這款 RCC 電源變壓器。

設(shè)計(jì)一款 RCC 變壓器,首先要知道的有 1.輸入電壓,比方說,寬電壓 90V 至 264V 交流.2.輸出規(guī)格,比方說 12V1A,3.所選的磁芯的橫截面積.在此我選用了 EF20 磁芯,面積為 30 平方毫米.有了以上條件,根據(jù)以上電路,我即來設(shè)計(jì)此款 RCC 電路變壓器.

1.根據(jù)輸入條件,確定輸入最低直流電壓,因?yàn)檩斎胱畹偷慕涣麟妷菏?90V,經(jīng)過整流濾波,再考慮其電壓波動(dòng),我還是可取輸入最低直流電壓 VIN 為 90V.

2.根據(jù)開關(guān)管的類型,及其它條件,選取一個(gè)低壓滿載時(shí)的最低頻率(即最大周期),不妨可取一個(gè)最長導(dǎo)通時(shí)間,并且自己設(shè)定占空比.這一步非常重要.在此,我選定此款電路最大周期為 17US,而導(dǎo)通時(shí)間為 8US,關(guān)斷時(shí)間為 9US.

3.計(jì)算原邊峰值電流.首先估算一個(gè)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,比方說,此款輸出 12W,估計(jì)效率為 0.8,則輸入功率為 15W,則輸入平均電流為15/90,為0.16A,然后根據(jù)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(jù)此值,可設(shè)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(shí)際可選一個(gè)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(diǎn),將詳細(xì)圖畫下.

其實(shí),一個(gè) RCC 變壓器的設(shè)定,其關(guān)鍵就是這個(gè)原邊電流波形的設(shè)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.而根據(jù)原邊平均值電流,計(jì)算原邊峰值電流的公式。