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最明了的RCC电源变压器设计方法

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楼主
去年,出于一次偶然,写了三个变压器设计的文章,分别是反激,正激,半桥。没想到 反响还不错,尤其以反激变压器那个文章为甚。现在,已经没做电源RD 了,比原来空闲, 那天有个初学者问我,说 RCC 电源变压器算的不准,原来是套用我写的那个反激式的算法, 因此我想到,应该再写一点 RCC 电源变压器的设计方法,以使那些电源新手更快的掌握 RCC 电源。毕竟 RCC 电源和反激电源还是有些不同的。
RCC 电路根据功率管不同,分为两种,一种是用三极管制作,另一种是用 MOS 管制做, 电路稍有不同,但原理差不太多。我们知道,三极管是一个电流控制的电流源,即若其基极 电流为 Ib,则其极电极电流即为此 IB 值乘以一个放大倍数。而 MOS 属电压控制型电流源, 即其允许流过的最大集电极电流是由 GS极的电压值决定的,相应的,三极管做成的 RCC 电路即是通过控制其基极电流来控制最大集电极电流,即原边峰值电流,来调节输出能量大 小,即调节输出电压,而 MOS 管是通过调节 GS 极之间的电压,来控制其原边峰值电流。


请看上图,是一个典型的用 MOS 管做的 RCC 电路。下面我根据自己的理解来分析一 下此电路的工作过程。
1.              启动。当开启电源后,高压通过 RST,经过 MOS 的 GS 极,再经过 RS,注入 基极电流,因为 MOS 的 GS 极之间,有结电容,因此 GS极电压升高,GS 导通, RS 的上侧会对地产生一个电压,此电压通过 RF,给 Q1 基极注入电流。因 MOS 正在导通中,所以 NS2 的同名端感兴出一个正电压来,这个电压通过 RL2,D2, RZCD,CZCD,再到 Q1 极电极,因 RS 给 Q1 已经注入基极电流,Q1 导通,


将 VG 电压拉下,MOS 关闭。
2.   MOS 关闭,电压反激, NS2 同名端电压被拉到 0,即为地电压,因 RCD 上端 为地电压,所以此时 Q1 的极电极电压为负,便快速的给 MOS 的 GS极的结电 容放电。加速了 MOS 的关闭。同时反激能量通过 NS1,传给负载,于是次级建 立起输出电压,次级控制电路亦开始起作用。
3.   当变压器储存能量放完后,NS2 两端电压消失,CO2 已经储能,其上端会有一 个电压,此电压通过 NS2 绕组,RZCD,CZCD,Q1 集电极,使得Q1 上电压 上升,即又给 GS 加上一个电压。于是又开始起振。
以上便是 RCC 电路的启动过程,再说一下其稳压过程,在一定的输入电压下,一 定的输出负载下,其光耦电流应该是一个恒定值,光敏三极管的上端是由电容 CO2 维 持的一个恒定电压,此电压通过光敏三极管,RA,给 Q1 基极注入电流。Q1 的基极电 流,决定了流过其极电极的电流。假如输入电压不变,MOS 在导通时候,RCD 上端(即 NS2 同名端-),此时此点电压值为 VIN.NS2/NP+C02,只要输入电压值不变,导通时此点电 压值即是这么多,不会变.而Q1 上端的电压,是由流过 Q1 的电流决定,其电压等于 RCD 上 端电压,减去 RL2,RCD,D2,RZCD,CZCD 的压降,当副边的负载变轻时候,流过光耦电流变 大,即注入基极电流变大,极电极电流变大,以上四个元件的压降也变大,所以 Q1 是的电压 变小,于是原边峰值电流变上,减小能量输入,达到电压稳定.
当原边输入电压升高的时候,NS2 同名端电压升高,此时若光耦电流不变,则 Q1 的电 压会上升,能量会增加,输出电压升高,此时光耦电流就会变大,进而形成一系列自动调节. 从而调节原边峰值电流,使输出电压保持稳定.
通过以上分析,我们不难看出 RCC 电路与反激电路的区别,我归结如下.
1.    RCC 电路的频率是变化的,面反激电路的频率是固定的,当负载变重时,RCC 电 路的频率变小,周期变长.
2.    RCC 电路,始终工作在临界导通模式,其不会出现反激式电流的连续模式,即其 原边电流始终都是一个三角波形,而不会出现梯形波,即其原边电流的波形如

图所示.
3.    RCC  电路调节电压输入的方式,就是通过控制原边的峰值电流来实现的,而不 是占空比,其占空比是由原边输入电压和输出电压而定.
好了,了解了以上原理,我们就可以来设计这款 RCC 电源变压器.

设计一款 RCC 变压器,首先要知道的有 1.输入电压,比方说,宽电压 90V 至 264V 交流.2.输出 规格,比方说 12V1A,3.所选的磁芯的横截面积.在此我选用了 EF20 磁芯,面积为 30 平方毫米. 有了以上条件,根据以上电路,我即来设计此款 RCC 电路变压器.
1.    根据输入条件,确定输入最低直流电压,因为输入最低的交流电压是 90V,经过整流滤波,再 考虑其电压波动,我还是可取输入最低直流电压 VIN 为 90V.
2.    根据开关管的类型,及其它条件,选取一个低压满载时的最低频率(即最大周期),不妨可取 一个最长导通时间,并且自己设定占空比.这一步非常重要.在此,我选定此款电路最大周 期为 17US,而导通时间为 8US,关断时间为 9US.
3.    计算原边峰值电流.首先估算一个效率,然后由输出功率和此估算效率得出输入功率,近而 得出输入平均电流,比方说,此款输出 12W,估计效率为 0.8,则输入功率为 15W,则输入平均 电流为 15/90, 为 0.16A, 然后根据占空比, 算出峰值电流, 公式为 IP=IAVG/D(1-0.5), 而 IP,IAVG,分别是峰值电流和平均值电流,此处平均电流为 0.16A,D 为 0.47,所以峰值电流为
0.69A.根据此值,可设定 RS  值,一般的三极管,VBE  约为 0.6V,所以 RS=0.6/IP,此例约为
0.86R,实际可选一个比此电阻略小的值,此电阻阻值便限制了最大的输出功率.综合以上 两点,将详细图画下.

其实,一个 RCC 变压器的设定,其关键就是这个原边电流波形的设定.而此电流波形可用示波
器观察到,将示波器高压端夹在 RS 上端即可.而根据原边平均值电流,计算原边峰值电流的公 式,在我上一贴反激变压器设计方法中,就有推导.在此不再多说.

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