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去年,出于一次偶然,寫了三個變壓器設(shè)計的文章,分別是反激,正激,半橋。沒想到 反響還不錯,尤其以反激變壓器那個文章為甚,F(xiàn)在,已經(jīng)沒做電源RD 了,比原來空閑, 那天有個初學(xué)者問我,說 RCC 電源變壓器算的不準(zhǔn),原來是套用我寫的那個反激式的算法, 因此我想到,應(yīng)該再寫一點 RCC 電源變壓器的設(shè)計方法,以使那些電源新手更快的掌握 RCC 電源。畢竟 RCC 電源和反激電源還是有些不同的。 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 值乘以一個放大倍數(shù)。而 MOS 屬電壓控制型電流源, 即其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。
請看上圖,是一個典型的用 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。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,因為 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)會對地產(chǎn)生一個電壓,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(jīng)注入基極電流,Q1 導(dǎo)通,
將 VG 電壓拉下,MOS 關(guān)閉。 2. 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 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。 3. 當(dāng)變壓器儲存能量放完后,NS2 兩端電壓消失,CO2 已經(jīng)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。 以上便是 RCC 電路的啟動過程,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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)副邊的負(fù)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(dá)到電壓穩(wěn)定. 當(dāng)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(jìn)而形成一系列自動調(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,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三角波形,而不會出現(xiàn)梯形波,即其原邊電流的波形如
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圖所示.
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)計這款 RCC 電源變壓器.
設(shè)計一款 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,因為輸入最低的交流電壓是 90V,經(jīng)過整流濾波,再 考慮其電壓波動,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,選取一個低壓滿載時的最低頻率(即最大周期),不妨可取 一個最長導(dǎo)通時間,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)通時間為 8US,關(guān)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,比方說,此款輸出 12W,估計效率為 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,將詳細(xì)圖畫下.
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其實,一個 RCC 變壓器的設(shè)定,其關(guān)鍵就是這個原邊電流波形的設(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,計算原邊峰值電流的公 式,在我上一貼反激變壓器設(shè)計方法中,就有推導(dǎo).在此不再多說.
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