RCC電路工作原理

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙目錄摘要ABSTRACT緒論第一章.RCC電路基礎(chǔ)簡(jiǎn)介11 RCC電路工作原理RCC電路的穩(wěn)壓?jiǎn)栴}RCC電路占空比的計(jì)算RCC電路振蕩頻率的計(jì)算RCC電路變壓器的設(shè)計(jì)第二章.簡(jiǎn)易R(shí)CC基極驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)及改進(jìn)設(shè)計(jì)2.1簡(jiǎn)易R(shí)CC電路的缺點(diǎn)2.2 開(kāi)關(guān)晶體管恒流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)第三章.RCC電路的建模及仿真31 RCC電路的建模及參數(shù)設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)變壓器的設(shè)計(jì)電壓控制電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)3.1.5副邊電容、二極管參數(shù)的設(shè)計(jì)3.1.6 其他輔助電路的設(shè)計(jì)3.2 RCC電路的仿真RCC電路帶額定負(fù)載時(shí)的仿真及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證RCC電路帶輕載時(shí)的仿真3.3 RCC電路的改進(jìn)及改進(jìn)后的仿

2、真3.3.1 RCC電路的恒流設(shè)計(jì)332帶有恒流源的RCC電路的仿真第四章RCC電路間歇振蕩的應(yīng)用實(shí)例4.1三星S10型放像機(jī)中的RCC型開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告紙RCC電路間歇振蕩現(xiàn)象的研究摘要：RCC變換器通常是指自振式反激變換器。它是由較少的幾個(gè)器件就可以組成的高 效電路，已經(jīng)廣泛用于小功率電路離線(xiàn)工作狀態(tài)。由于控制電路能夠與少量分立元件一起 工作而不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，所以電路的總的花費(fèi)要比普通的PWM反激逆變器低。一方面，當(dāng)其 控制電流過(guò)高時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一種間歇振蕩現(xiàn)象，從而使得電路的振蕩周期在很大范圍內(nèi)變 化，類(lèi)如例如從數(shù)百赫茲到數(shù)千赫茲之間變化，因而在較大功率輸出時(shí)將引起變壓器等產(chǎn) 生異

3、常的噪音，所以需要抑制這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。另一方面，當(dāng)電路的輸出功率輸出較小時(shí)， 卻可以利用這種間歇振蕩，使開(kāi)關(guān)電路處于低能耗狀態(tài)。當(dāng)需要電路工作時(shí)，只需給電路 一個(gè)信號(hào)脈沖即可。電路本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真的方法在RCC電路中加入某些特定的電路 從而達(dá)到抑制消除這種間歇振蕩，同時(shí)還簡(jiǎn)要闡述一些利用間歇振蕩的例子。Abstract： The self-oscillating flyback converter, often referred to as the ringing choke converter (RCC), is a robust, low component-count circuit

4、 that has been widely used in low power off-line applications. Since the control of the circuit can be implemented with very few discrete components without loss of performance, the overall cost of the circuit is generally lower than the conventional PWM flyback converter that employs a commercially

5、 available integrated control .引言目前采用的大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源，無(wú)論是自激式還是它激式，其電路均為由 PWM 系 統(tǒng)控的穩(wěn)壓電路。在此類(lèi)開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管總是周期性的通/斷，PWM系統(tǒng)只是改變每 個(gè)周期的脈沖寬度。 PWM 系統(tǒng)控制是連續(xù)的控制。非周期性開(kāi)關(guān)電源則不同，其脈沖控 制過(guò)程并非線(xiàn)性連續(xù)變化，而只有兩種狀態(tài):當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓超過(guò)額定值時(shí)，脈沖控制 器輸出低電平，開(kāi)關(guān)管截止;當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓低于額定值時(shí)，脈沖控制器輸出高電平， 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，濾波電容放電時(shí)間延長(zhǎng)，輸出電壓不會(huì)決速降低，開(kāi)關(guān) 管處于截止?fàn)顟B(tài)，直到輸出電壓降低到額定值以下，開(kāi)

6、關(guān)管才再次導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)管的截止時(shí) 間取決于負(fù)載電流的大小。開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通/截止由電平開(kāi)關(guān)從輸出電壓取樣進(jìn)行控制，因此 這種非周期性開(kāi)關(guān)電源極適合向間斷性負(fù)載或變化較大的負(fù)載供電。初期的非周期性開(kāi)關(guān)電源均采用它激式電路結(jié)構(gòu)，由運(yùn)算放大器組成電壓比較器，將 輸出的取樣電壓變成控制電平，控制它激式振蕩器的輸出脈沖。當(dāng)輸出電壓維持額定電壓 時(shí)比較器輸出高電平，振蕩器關(guān)斷輸出脈沖，使開(kāi)關(guān)管截止。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，比較器 輸出低電平，振蕩器輸出脈沖，使開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。非周期性開(kāi)關(guān)電源進(jìn)人家用電器以后，為 了簡(jiǎn)化電路，大多數(shù)采用自激振蕩方式，直接采用穩(wěn)壓管作為電平開(kāi)關(guān)。由于其控制過(guò)程 為振蕩狀態(tài)和抑制狀態(tài)（或稱(chēng)阻塞

7、狀態(tài)）的時(shí)間比，因此稱(chēng)為振蕩抑制型變換器（ RINGING CHOKECONVERTER，簡(jiǎn)稱(chēng)RCC型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器）。在電路上的明顯區(qū)別是:PWM開(kāi)關(guān)電源 由獨(dú)立的取樣誤差放大器和直流放大器組成脈寬調(diào)制系統(tǒng);RCC型電源只是由穩(wěn)壓管組成 電平開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)管的通/斷。反激式自激變換器就是我們通常所指的RCC（Ringing Choke Converter）電路，變壓 器（儲(chǔ)能電感）的工作模式處于臨界連續(xù)狀態(tài)，可以方便的實(shí)現(xiàn)電流型控制，在結(jié)構(gòu)上是 單極點(diǎn)系統(tǒng)，容易得到快速穩(wěn)定的響應(yīng)，廣泛應(yīng)用于50W以下的開(kāi)關(guān)電源中。由于要維持 臨界連續(xù)模式，并且變壓器原邊電流上升受輸入電壓影響，因此開(kāi)關(guān)工作頻率受

8、輸入電壓 和輸出電流的影響，占空比也受輸入電壓的影響。在輸入電壓最高和空載時(shí)，工作頻率最 高。也正是因?yàn)楣ぷ黝l率波動(dòng)較大，濾波電路的設(shè)計(jì)也相應(yīng)較難。相對(duì)于它的缺點(diǎn)， RCC 電流的優(yōu)勢(shì)也比較突出。首先是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要少數(shù) 分離原件就可以得到需專(zhuān)用芯片才能實(shí)現(xiàn)的電壓輸出性能，通過(guò)良好的設(shè)計(jì)就可以獲得高 效和可靠的工作。其次，許多與驅(qū)動(dòng)有關(guān)的困難（驅(qū)動(dòng)波形、變壓器飽和等）在自激變換 器中得到很好的解決。而且，由于總是工作于完全能量傳遞模式，副邊整流二極管正向?qū)?通電流到零，反向恢復(fù)電流和損耗很小，產(chǎn)生的振鈴相對(duì)于不完全能量傳遞模式也要小很畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙多，因此輸出的高頻雜音也要小很多

9、。另外，原邊主管開(kāi)通始終是零電流，因此效率較高。 早期的RCC變換器只適用于小功率100W以下的開(kāi)關(guān)電源。近年來(lái)，隨著研究的深入， 改進(jìn)后的RCC電路解決了交叉導(dǎo)通和變壓器飽和等許多棘手問(wèn)題，其廉價(jià)、高效、可靠的 性能備受人們青睞。它的工作形式是完全能量傳遞型，用電流容易實(shí)現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)上是單極 點(diǎn)系統(tǒng)，容易得到快速穩(wěn)定的響應(yīng)。為了減少傳統(tǒng)RCC變換器存在的開(kāi)關(guān)損耗，提高效率, 增大其輸入電壓的適應(yīng)范圍，改進(jìn)型RCC電路加入了恒流激勵(lì)以及延遲導(dǎo)通電路。由于增 加了恒流激勵(lì)以及延遲導(dǎo)通電路，其振蕩分析與傳統(tǒng)的RCC變換器有些不同，雖然其電路 比較復(fù)雜，但其性能大有改善，能在DC127VDC396V范

10、圍內(nèi)正常工作，可提供250W以上 功率，其性?xún)r(jià)比大有提高。基于以上特點(diǎn)，RCC電路在低成本高性能電源設(shè)備中廣泛應(yīng)用，例如低壓小功率模塊、 家用電氣、手機(jī)充電器等。第一章 RCC 電路基礎(chǔ)簡(jiǎn)介1.1 RCC 電路工作原理下面說(shuō)明實(shí)際應(yīng)用中 RCC 電路的工作過(guò)程。圖 1.1.1 給出實(shí)際應(yīng)用最多的 RCC 方式的基本電路圖。為簡(jiǎn)化穩(wěn)態(tài)分析，可做如下近似：、忽略變壓器漏感對(duì)主管T的集射極電壓V的影響，實(shí)際使用時(shí)需要RCD箝位；r 1CE、主電路輸出電容足夠大，輸出繞組電壓箝位于輸出電壓V ；O、穩(wěn)態(tài)時(shí)電容C上的電壓保持不變；2、穩(wěn)態(tài)時(shí)電阻R的作用可以忽略。g1.1.1 電路的起動(dòng)接通輸入電源V后，

11、電流i通過(guò)電阻R流向開(kāi)關(guān)晶體管T的基極，T導(dǎo)通，i稱(chēng)inggr 1r 1g為起動(dòng)電流。在RCC方式中，晶體管T的集電極Ic必然由零開(kāi)始逐漸增加，如圖1.1.2 所示。因此 i 應(yīng)盡量小一點(diǎn)g輸出電疣是 匹的平均值圖 1.1.2 晶體管的電流波形輸出電疣是 匹的平均值此時(shí)變壓器的次級(jí)繞組Ns處于短路狀態(tài)，從輸入一側(cè)看來(lái)，電流全部流進(jìn)Np線(xiàn)圈, 電阻 R 稱(chēng)為起動(dòng)電阻。g1.1.2開(kāi)關(guān)晶體管處于 ON 狀態(tài)時(shí)一旦Tr進(jìn)入ON狀態(tài)，輸入電壓V將加在變壓器的初級(jí)繞組Np上。由在數(shù)比可知,1 in p基極線(xiàn)圈 N 上產(chǎn)生的電壓 N 為BBV = (N / N )VBB P IN該電壓與Tr導(dǎo)通極性相同，

12、因此V將維持Tr的導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)基極電流I是連續(xù)的B 1 B穩(wěn)定電流。設(shè)晶體管Tr的基極一發(fā)射極間的電壓V ，二極管D的正向電壓為V，則I1BE12 F 2 B可表示為r(r(N /N )V -(V +V )= B P INF2BEBB但是，從圖1.1.3可知，Tr的集電極電流I為一次單調(diào)增函數(shù)，經(jīng)過(guò)某一斷時(shí)間t后1 C on達(dá)到I，集電極電流與直流電流放大倍數(shù)h之間將呈現(xiàn)如下關(guān)系:C FE h (I / I )FE C B即在上述公式成立的條件下Tr才能維持ON狀態(tài)。在基極電流不足的區(qū)域，集電極電壓由 1飽和區(qū)域向不飽和區(qū)域的轉(zhuǎn)移。于是，N線(xiàn)圈的電壓下降，導(dǎo)致N線(xiàn)圈的感應(yīng)電壓也隨 PB圖 1

13、.1.3 RCC 方式的開(kāi)關(guān)動(dòng)作因此Tr的基極電流不足狀態(tài)不斷加深，Tr迅速轉(zhuǎn)至OFF狀態(tài)。 11113晶體管處于OFF狀態(tài)時(shí)如果晶體管處于OFF狀態(tài)，變壓器各個(gè)繞組將產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，次級(jí)繞組使D導(dǎo)通,4電流i流過(guò)負(fù)載，經(jīng)過(guò)某一時(shí)間t。后，變壓器能量釋放完畢，電流i變?yōu)?.但是，此時(shí)N2 off 2 S繞組上還有極少量殘留的能量，這部分能量再一次返回，使基極繞組 N 產(chǎn)生電壓， Tr 再B1次ON，晶體管繼續(xù)重復(fù)前面的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。圖 1.1.4 給出各個(gè)部分的動(dòng)作波形。12輸出電壓v穩(wěn)定的問(wèn)題ORCC 方式的穩(wěn)壓器是通過(guò)反向電動(dòng)勢(shì)使次級(jí)的二極管導(dǎo)通向負(fù)載提供功率的。因 此，單位時(shí)間內(nèi)變壓器存儲(chǔ)的

14、能量與輸出功率相等，設(shè) 變壓器初級(jí)電感為 L ,有PVL ( IN t )2 f = V IP Lon001因此，欲使輸出電壓V穩(wěn)定，頻率f最好隨晶體管的ON時(shí)間變化而變化。O圖121所示，要使晶體管OFF,對(duì)于集電極電流而言，只要基極電流不足即可，既然如此，那么只要阻止來(lái)自變壓器V的驅(qū)動(dòng)電流流過(guò)Tr的基極，讓它從旁路流過(guò)即可。B1這就是連接穩(wěn)壓二極管的目的。圖 1.2.1 RCC 方式穩(wěn)壓原理圖D的陽(yáng)極與電容器C的陰極相連。在Tr OFF期間，N線(xiàn)圈通過(guò)導(dǎo)通的D為C充Z 2 1 B 3 2 電，C的電壓變?yōu)樨?fù)電壓，C的電壓V為：2CV 二 V VC Z BE于是齊納二極管D導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電流從它

15、所形成的旁路流過(guò)，進(jìn)而使Tr OFF。Z1經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，由于輸出電壓上升，那么圖1中C的端電壓V也隨輸出電壓V成2C0正比上升。即在Tr的OFF期間內(nèi)，變壓器存儲(chǔ)的能量向負(fù)載釋放，即使存在負(fù)電源，1D T C的充電電流和次級(jí)電流I也會(huì)同時(shí)流動(dòng)。此間N線(xiàn)圈和N線(xiàn)圈的電壓值分別與2 S B S 匝數(shù)比成正比,即N二b (V + V ) V TOC o 1-5 h z C N 0 F 4F3S式中：V、V分別為D、D的正向電壓降。反之也可改變V使V隨之改變。F3 F 434C 0假設(shè)V的端電壓上升，那么與陰極相連的齊納二極管D導(dǎo)通，于是Tr的I流過(guò)旁路CZ1 BD，基極中沒(méi)有電流。因此，此時(shí)Tr

16、OFF。從電壓之間的關(guān)系來(lái)分析，D的齊納電壓VZ 1 Z Z 為：= V + VZ C BE因此由V與N /N即可確定輸出電壓V 。Z S B O即輸出電壓為N V 二 s (V - V + V ) VO N Z B F 3 F 4B若忽略V、V和V，則V與V成正比，且輸出電壓的精度有電壓V的精度確定BEF 4F 3OZZ1.3振蕩占空比的計(jì)算為了能更好地掌握RCC方式的工作原理，下面推導(dǎo)占空比D的計(jì)算公式。在圖6中，設(shè)流過(guò)初級(jí)繞組N的電流為i，變壓器的電感L，則有 P 1 Pi =ti LpViikViikm圖1.3.1等價(jià)電路當(dāng)t = t時(shí)，電流取得最大值i :on1 pi1pi1ptL

17、on p再由變壓器的基本原理，求得次級(jí)電路的最大電流值i為:2pN N Vi = Pl = P U t2 p N 1 p N L onSS p次級(jí)電流從i開(kāi)始以$的比率減小，因而：求得其瞬間值為:2 pLSNV= p r t -N L onSp這里RCC方式的初始條件為t = toff , 12 = 0V L tLS，則有 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document NV VP1 t2 tNLon LSpS=0off將i式中的t帶入上式，求得t為：1 ponoffN V L L N LP S i V ip S2t 二P -JS _P ioff N L V

18、 VS p 21于是求得占空比D為：1pD = on = t + t on offLPV、1i +丿1 pr l/)I /V丿(N 1I Pi1 pNSV廠 2 P- 匸+ V.PV = V - V1 INCE ( sat )V = V + V2OF帶入上式得到更為使用的公式，即D =of(V + D =of(V + V )JL + (V - VO F PINCE (sat)S1.4 振蕩頻率的計(jì)算下面求振蕩頻率。由變壓器初級(jí)、次級(jí)功率相等的條件得到1L i 2 f = I V2 P 1 po 2由上式求得p為:將上式變形，I1p求得振蕩頻率f為:t +1on off將 i 帶入上式整理，得1

19、p2I I Vo 2VV+V2I I Vo 2VV+Vi丿f = F2I QV2 + 2VVo P 22 1由上述占空比及振蕩頻率的公式，可以進(jìn)一步了解 RCC 方式的基本工作原理：(1)、占空比D與輸入電壓成反比，即隨輸入電壓的增加,縮短，而爲(wèi)不變；2)、負(fù)載電流對(duì)占空比沒(méi)有影響；、占空比D隨變壓器初級(jí)線(xiàn)圈電感Lp的增加而增加，而隨次級(jí)電感LS的增加而減小;、振蕩頻率f隨輸入電壓的升高而上升，與負(fù)載電流10成反比;、振蕩頻率f隨Lp、的增加而降低。上面的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際電路的測(cè)試結(jié)果幾乎一致1.5 變壓器的設(shè)計(jì)方法開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中，變壓器的設(shè)計(jì)是要點(diǎn)之一，它的所有動(dòng)作與特性幾乎都取決于變壓器 的設(shè)

20、計(jì)。特別是 對(duì)于 RCC 電路，甚至連振蕩頻率都是由變壓器決定的。1.5.1初級(jí)繞組N的求法p首先，求初級(jí)繞組的匝數(shù)。在 R CC 方式中，因?yàn)榇磐ㄔ诖判?B-H 曲線(xiàn)的上下半?yún)^(qū)都 有變化，因此匝數(shù)的計(jì)算公式如下：“ V X108N = INP 2 AB A fe式中：V為N線(xiàn)圈的外加電壓；AB為磁芯的磁通密度；A為磁芯的有效截面積。INPe磁芯通常采用鐵氧體材料，但是其最大磁通密度B受溫度影響而發(fā)生變化。因此，必m須根據(jù)實(shí)際工作條件，從特征表中求得B。m下面計(jì)算電感值，并按最低輸入電壓的占空比 D 來(lái)計(jì)算。如圖 1.5.1 所示， i 為三角波，1設(shè)功率裝換效率為耳、輸出功率為P、輸入電壓最

21、小值為V初級(jí)電流的平均值為i ，oIN (min)1( ave)則初級(jí)電流的最大值為2 i 2 Pi = 1( 2 i 2 Pi = 1( ave )=Oi p DD n V圖1.5.1變壓器中N線(xiàn)圈的電流i波形P1 求得初級(jí)繞組所必須電感 L 為：PVIN (min)iton1Pn DV 2IN (min) t2 PonO1.5.2其他線(xiàn)圈的求法次級(jí)電流的峰值i與輸出電流I的關(guān)系為:22 po=2 Ip 1 D o那么次級(jí)繞組的電感L為:SV (1 D) +V (1 D) +st21offL p toNPS i off 2poNP求得次級(jí)繞組的匝數(shù)式中：V為次級(jí)整流二極管的正向壓降。F然后來(lái)

22、求基極繞組的匝數(shù)N .由T的V條件有:B r1 EBVN - EB(max) NB V +V SoF 由上述格式確定繞組匝數(shù)，但由于輸出側(cè)存在導(dǎo)線(xiàn)電壓降，因此，實(shí)際上個(gè)繞組的匝 數(shù)應(yīng)該比計(jì)算結(jié)果稍多一些。第二章 簡(jiǎn)易R(shí)CC基極驅(qū)動(dòng)缺點(diǎn)及改進(jìn)設(shè)計(jì)21簡(jiǎn)易R(shí)CC基極驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)在 RCC 方式中，提供開(kāi)關(guān)晶體管基極電流的驅(qū)動(dòng)電路的損耗是非常大的。即使在最低輸入電壓條件下，驅(qū)動(dòng)電流I的大小也必須足以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)晶體管T ON。B r1同時(shí)變壓器繞組N的電壓V的增加與輸入電壓V成正比，V上升，驅(qū)動(dòng)電流I也隨之 BBININB上升，而基極電阻R損耗的增加與I的平方成正比。另一方面，驅(qū)動(dòng)電流I增加，必然B B

23、B 會(huì)使穩(wěn)壓電路之路的電流增加。有時(shí)會(huì)引起如圖 2.1.1 所示的間歇振蕩。間歇振蕩是指在某一段時(shí)間內(nèi)有開(kāi)關(guān)動(dòng)作，而相鄰的下一段時(shí)間無(wú)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的現(xiàn)象。如此周而復(fù)始地循環(huán)下去，其周期變化可能，例如從數(shù)百赫茲到數(shù)千赫茲，因而將引起變壓器等產(chǎn)生異常的噪音。2.2 開(kāi)關(guān)晶體管的恒流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)如果能找到一種恒流驅(qū)動(dòng)方式，即雖然輸入電壓V發(fā)生變化，但驅(qū)動(dòng)電流不改變，IN那么上述問(wèn)題就會(huì)迎刃而解，而且這里對(duì)具有恒流特性的精度要求并不高，采用圖 2.2.1 所 示的電路就足夠了。圖 2.2.1 基極恒流驅(qū)動(dòng)圖 2.2.1 基極恒流驅(qū)動(dòng)該電路即便在輸入電壓V發(fā)生變化，流過(guò)R的電流I也是恒定的。這樣不僅尅大幅INB

24、B度減小R的損耗，而且可以防止間歇振蕩。B采用該方法后，即使輸入電壓在 AC100200V 間連續(xù)變化，電路也能正常工作。但實(shí) 際上，即使采用上述方法，當(dāng)輸入近似為空載狀態(tài)時(shí)，仍會(huì)引起間歇振蕩。此時(shí)，如圖 9 所示，應(yīng)該在直流輸出端連接一個(gè)泄放電阻，不過(guò)此時(shí)的功率全部為無(wú)用功率，因此應(yīng)該 把電流值調(diào)整到剛剛不引起間歇振蕩的大小。讓負(fù)載電疣與輸出端輸出 相等，M讓負(fù)載電疣與輸出端輸出 相等，M消耗無(wú)用功率圖 2.2.2 泄放電阻的效果第三章 RCC 電路的建模與仿真3.1 RCC 建模及參數(shù)設(shè)計(jì)3.1.1 主要技術(shù)參數(shù)：(1)輸入電源電壓AC:150250V； (2)輸入頻率：50Hz； (3)

25、輸出：電壓5V； 電流0.3A; (4)穩(wěn)壓精度：10%,(5)工作效率75%； (6)電磁兼容：符合GB17743-1999 要求；( 7)功率器件過(guò)流保護(hù)功能( 8)模塊化、低成本?；倦娐穮?shù)的計(jì)算圖 3.1.1 RCC 電路圖輸入電壓越低、輸出電流越大，振蕩頻率越低。由此，本設(shè)計(jì)中取振蕩頻率為50kHz, 且此時(shí)晶體管的占空比 D=0.4。3.1.2變壓器繞組設(shè)計(jì)1、變壓器電感及匝數(shù)的計(jì)算2 變壓器的初級(jí)繞組N的電流為三角鋸齒狀如圖4,因此電流i v的峰值i是輸入電流平均值的=倍。p11 pD設(shè)功率裝換效率為H =0.75%，則有.2 i2 P2 x 5 x 0.3z =1(叱)=o

26、= 0.0667A1PDDn V 0.4 x 0.75 x150IN (min)N線(xiàn)圈的電感Lp為V150LP-i (min) t -x 8x 10 6 - 18.0mion 0.06671P由輸出電壓VO =5v,則次級(jí)線(xiàn)圈電壓V =V +V =5+0.7=5.7VS O f由變壓器的伏秒平衡可以得到NV DT = pV (1 D)TIN (min) SS從而得到匝數(shù)比為ATV D 150 X 0.4 A= P = IN (min) = 17.5412V (1 D) 5.7 X 0.6SS由于磁通變化只處在B-H曲線(xiàn)的一側(cè)，由以下公式可確定所選擇的RCC方式變壓器的匝數(shù)iL=1p p -S

27、AB A12由于動(dòng)作頻率較低且輸出功率很低，故采用的磁芯為T(mén)DK生產(chǎn)的材質(zhì)為H 的EI22。3 S所選定二次線(xiàn)圈的匝數(shù) 為Si L 0.0667 X18“1P P =X106AB A 17.54x 400 x 4112=4.2取4匝所選定的一次線(xiàn)圈匝數(shù)為 = * =4*17.54=70.16 取 71 匝P 12 SVN設(shè)最低輸入電壓b =6V，則求得基極繞組匝數(shù)B為6二X 71 二 2.84 P 150取3匝2 變壓器間隙的計(jì)算下面計(jì)算變壓器的間隙。本例中磁芯是材質(zhì)為H35的EI22,則磁路的總間隙lg為:A 20.41X652l = 4兀 e P X10-8 = 4兀X10-8 = 0.0

28、12mmgL18x10-3P實(shí)際的間隙紙板厚度為lg的一半，即為0.006mm。3.1.3 電壓控制電路的設(shè)計(jì)首先，當(dāng)Tr處于OFF時(shí)，線(xiàn)圈N的電壓V 為1 B BN3V = B V = X 5.7 = 4.3 VB N S 4S作為電壓控制用的齊納二極管D兩端的電壓Vz為：ZVz =V （V V ）=4.3（0.70.7）=4.3VBBE F由于變壓器本身也有壓降，因此實(shí)際應(yīng)用的電壓值稍高一些的二極管3.1.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)晶體管T的集射極實(shí)際電壓波形如圖3.1.4所示。圖 3.1.4 開(kāi)關(guān)管集電極電壓波形V由T變?yōu)門(mén) Q時(shí)，因變壓器漏感磁通影響，而由一次側(cè)自二次則傳輸?shù)哪芰慨a(chǎn)生。 1r

29、on off近似利用公式VV1.5 = + VN N 1 r21 21求得V 5.7 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark128 o Current Document V = 0.5 =0.5=50VirN 0.05721V是由一次電路的電感成分所生成的浪涌電壓。故T集電極電壓最高值V為1Sr1CE HYPERLINK l bookmark68 o Current Document V5.7V = + V + V + V =+ 50 + 30 + 250 = 430 VCE N1r1SIN ( MAX )0.057因此本例中采用的是高速、高壓開(kāi)關(guān)電流用晶體管sm

30、bta06。設(shè)I二0.067A時(shí)，考慮C一定的 余裕， h 取 10，必須 的基極電 流 I 約為 6.74mA。 于是基極電阻 R 為：FE B B3V (V + v)71 x150-(0.7+0.7)eR =bbe f =7260取后取 800Q。bI0.00673.1.5 次級(jí)電容、二極管的選定二極管D關(guān)斷時(shí)反向電壓V值為f drV 二 V + V N 二 5 + 250 X 0.057 二 19.25 V drO11 21輸出電容C的選擇O電容器C圖 3.1.5 電容器C圖 3.1.5 輸出電容電流波形內(nèi)所導(dǎo)通的文波電流i二i -1，i波形如圖11所示。其有效值為ico(rms)TON

31、 (l 2 - I I + I 2)+I 2ico(rms)3ToP oP o o T o1212 = 0.4 Ai = (12 - 1x0.3 + 0.32)+ 0.6x0.32co (rms)I 33.1.6 其他參數(shù)的選定初級(jí)繞組的RC緩沖電路中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取R=20k,而RC放電常數(shù)仃T 應(yīng)該小于關(guān)斷時(shí)間的十分之一。因此有 RCT = T = O.lx 0.6 x 20 = 1.2uRC 10 off則求得電容C為最后取 47PfC = Trc = 12竺=60 最后取 47PfR20 x 103起動(dòng)電阻的選擇與起動(dòng)電流有關(guān)，而起動(dòng)電流i最低有0.25mA就足夠了。因此起動(dòng)電阻R為ggV1

32、50R =inmi = 600 Kg i 0.25 mAg基極電阻R與變壓器線(xiàn)圈N之間連接的電容器C的目的是加速T的基極電流，改善電流的起動(dòng)特 B B 1r 1性。該電路中，采用0.0047U的薄膜電容器。32設(shè)計(jì)電路的仿真最終設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易R(shí)CC電路圖如圖12所示。由于仿真電路的3繞組變壓器采用的是 理想變壓器，故在初級(jí)繞組上并聯(lián)一個(gè)18.0m的電感，同時(shí)由于變壓器的漏感較小，所以 忽略掉漏感。另外，仿真電路的所有二極管均采用理想二極管，不過(guò)其壓降為 0.7V。圖12 RCC圖12 RCC開(kāi)關(guān)電源仿真圖形3.2.1 RCC 電路帶額定負(fù)載時(shí)的仿真及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證在輸入電壓AC 150V,輸出電壓

33、5V,輸出電流為0.3A時(shí)的仿真主要波形如圖321所示。11.30ni11 4rn11 5rn11.-a 2m11 4m11.46m11.48m1aO.Dm-嗎0 Qm-SO Om-DXl-20.Om-1眄JE-E*.Eisn；iD.OnKM11.30ni11 4rn11 5rn11.-a 2m11 4m11.46m11.48m1aO.Dm-嗎0 Qm-SO Om-DXl-20.Om-1眄JE-E*.Eisn；iD.OnKM逍赳E aD_itE5.0-Da)-D.Q-3、-5 D -1i6m11 4 m圖 3.2.1 額定負(fù)載時(shí)仿真主要波形從仿真波形可以看出，電路的工作周期為T(mén)=22.23嗆，

34、電流開(kāi)通時(shí)間t = 9.43usS 則占空比 D 為：T 9.43D = S = 0.424T 22.23輸出電壓值為勺=5.067V，則其誤差為V V5 067 5e 二 o x100% 二 一 x100% 二 1.34% 10%V5O故符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。3.2.2 RCC 電路帶輕載時(shí)的仿真當(dāng)輸入電壓最高為250V，帶電阻為2K歐姆的輕載時(shí)，仿真電路的主要波形，如圖3.2.2 所示。GrphD圖 3.2.2 間歇振蕩時(shí)主要波形圖如上圖所示，當(dāng)輸入電壓增大，負(fù)載電流小到一定程度時(shí)，變壓器中存貯的磁能釋放速度變慢，穩(wěn)壓二極管D的導(dǎo)通時(shí)間增長(zhǎng)，晶體管的截止時(shí)間也增長(zhǎng)，形成幾百Hz到幾kHz的阻塞振蕩

35、,變壓器Z便發(fā)出此頻率的振蕩噪聲，同時(shí)負(fù)載電壓的紋波系數(shù)也會(huì)增大。另一方面，由于在控制電容C兩端并5聯(lián)了電阻R,使得電容能夠在間歇振蕩期間通過(guò)電阻放電，從而使電容的陰極電壓提高。這樣可以使副3邊電壓下降時(shí)，不至于下降過(guò)多之后晶體管才會(huì)導(dǎo)通，從而使得輸出電壓變得平穩(wěn)，有利于紋波系數(shù)的 減小。3.3 RCC 電路的改進(jìn)及改進(jìn)后的仿真為了抑制消除這種間隙振蕩現(xiàn)象，下面設(shè)計(jì)恒流電路從而提高電路的輸入范圍，提 高電路帶載能力。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的 RCC 電路的設(shè)計(jì)如圖 3.3.1 所示。圖 3.3.1 圖 3.3.1 帶有恒流的 RCC 電路如上圖所示，一旦輸入電壓大于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓，那么晶體管T的基極

36、電壓就會(huì)被鉗制在r2（V + V ），從而流過(guò)晶體管T基極電流就會(huì)被固定。Z Fr 1當(dāng)輸入電壓最低時(shí)仍能保證 D 能被擊穿，即輸入電壓為 150V 時(shí)能擊穿 D ，則有下式：Z 2Z 2VIN (min)VIN (min)=V + 2VZF從而可以求得N3V =V- 2V = X150 - 2 X 0.7 = 4.94VZ N IN (min) F 71 P與穩(wěn)壓二極管串聯(lián)的電阻取為100。改進(jìn)后的RCC電路，輸入可以在AC150250V之間變化，并且不會(huì)出現(xiàn)間歇振蕩現(xiàn)象。下面的波 形是在輸入為AC250V，帶電阻值為3K歐姆的輕載時(shí)得到的電路主要波形圖，如圖3.3.2所示。Ocd壓電fi.

37、z41ss3.1: it 15 ?i 23.Cn 蘭片二i：Ocd壓電fi.z41ss3.1: it 15 ?i 23.Cn 蘭片二i：-iJr -5.L t 5：ir 五：-】3C .r:5.?i 73.1 t ?！?乩 F 85.1 t j：i：i5 flMB電羽圖 3.3.2 改進(jìn)后的電路主要仿真波形從電路波形圖可以看出，即使輸入為AC250V，控制電路中晶體管T的基極電壓最大r1只有4.75V，而如果沒(méi)有加入恒流源，則晶體管T基極驅(qū)動(dòng)最大可以達(dá)到r1N3V = V （max） =x 250 = 10.5VB（max） N IN 71P因此加入恒流驅(qū)動(dòng)后可以有效的降低了基極驅(qū)動(dòng)電路，從而

38、當(dāng)晶體管T截止時(shí)從穩(wěn)壓二極 r1 管流過(guò)的電流將會(huì)大幅地降低，因此抑制消除了間歇振蕩現(xiàn)象。從晶體管T的集電極電壓波形可以看出，此時(shí)T并沒(méi)有完全開(kāi)通即沒(méi)有工作在飽和r 1r1區(qū)，而是工作在放大區(qū)。把它的波形放大后看，如圖 3.3.3 所示。X1 -.： 03S5 Y1 3” 33 工#（劇電-3咲住Cell g-G.02lBuD 那寧_ 1.5 7G lent|：- = 1 5 7:、X1 -.： 03S5 Y1 3” 33 工#（劇電-3咲住Cell g-G.02lBuD 那寧_ 1.5 7G lent|：- = 1 5 7:、引PB=-26171O.O1 i1吧：8 59Git圖 3.3.3

39、 集電極波形圖由圖可以看出，當(dāng)電流帶一個(gè)輕載時(shí)，RCC電路的輸出電流減小，則周期變短，頻 率增大，同時(shí)T時(shí)間亦變短，因而無(wú)法充分執(zhí)行功率晶體管T的驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致T的損耗增 onr 1r 1加。第四章 RCC 電路間歇振蕩的應(yīng)用實(shí)例4.1三星S10型放像機(jī)中的RCC型開(kāi)關(guān)電源錄/放像機(jī)電源的特點(diǎn)是負(fù)載變動(dòng)范圍大，當(dāng)接通電網(wǎng)電壓，未按開(kāi)機(jī)鍵時(shí)電源負(fù)載最 小，在按下快進(jìn)、快倒或出盒鍵時(shí)負(fù)載電流最大。因此，若采用簡(jiǎn)單的自激式開(kāi)關(guān)電源， 其故障率是極高的。三星 S10 型放像機(jī)中的 RCC 型開(kāi)關(guān)電源由4大部分組成，本文只討論其一次側(cè)電路， 見(jiàn)下圖。該開(kāi)關(guān)電源適應(yīng) AC 100240V 的電網(wǎng)電壓，同時(shí)允許空載。PS-1U1R2LSk2fX)V I0咼磊If広_ 口匸1iccni 叫艮IIIOIMMW2 IZ? W 50k1AC 220 VjVOOliXMk! 1144145 PS-1U1R2LSk2fX)V I0咼磊If広_ 口匸1iccni 叫艮IIIOIMMW2 IZ? W 50k1AC 220 VjVOOliXMk! 1144145 -M-1/2 W 13JkfiOLH |i2 W 13)1CO 3 zyC0I4J+15 V -F3304.7|iFrxm 2XK) V 1i