RCC电源变压器设计方法

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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。

2．将 VG 电压拉下，MOS 关闭。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。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。

3、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

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.