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RCC電源變壓器的設(shè)計(jì)方法

發(fā)布時(shí)間:2014-09-05 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】RCC電路在電源設(shè)計(jì)中非常常見,同樣非常重要。RCC電路可以根據(jù)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(gè)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(gè)放大倍數(shù);而MOS是一個(gè)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(diào)節(jié)輸出能量大小(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。
 
RCC電源變壓器的設(shè)計(jì)
 
圖1:MOS管組成的RCC電路

下面根據(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)镸OS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,于是次級建立起輸出電壓,次級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)別歸結(jié)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(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;
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。

設(shè)計(jì)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(guī)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(jù)以上電路就可以來設(shè)計(jì)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),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,此款輸出12W,估計(jì)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(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),詳細(xì)圖如下圖:
 
RCC電源變壓器的設(shè)計(jì)
圖2:電流波形圖

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,再根據(jù)原邊平均值電流計(jì)算原邊峰值電流的公式。 

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