頻率計算法設計RCC開(kāi)關(guān)電源

摘要：RCC稱(chēng)為自激式反激變換器，是中小功率開(kāi)關(guān)電源最常用的設計方式之一。但設計RCC開(kāi)關(guān)電源時(shí)，因各參數的互相影響，使計算、調試復雜。而傳統的預選頻率，后進(jìn)行AP校驗法需多次計算，所設計的系統難于工作在最佳狀態(tài)。在開(kāi)關(guān)電源設計中變壓器設計是重點(diǎn)，變壓器設計最重要的參考量是工作頻率。若能預先計算出電源工作頻率，或至少確定影響頻率的因素，將大大減少計算和調試的時(shí)間。首先推導出頻率計算公式，確定頻率主要與初、次級電感量和輸入電壓的關(guān)系，并進(jìn)一步確定變壓器參數，最終確定電源的其他參數。最后通過(guò)對電源硬件的簡(jiǎn)單調試，驗證設計的合理性。
關(guān)鍵詞：RCC；開(kāi)關(guān)電源；頻率計算；變壓器設計

RCC(Ringing Choke Convertor)式開(kāi)關(guān)電源具有所需器件少，成本低，不用外部時(shí)鐘控制，工作于臨界連續狀態(tài)，可以方便地實(shí)現電流型控制，在結構上是單極點(diǎn)系統，容易得到快速穩定的響應，具有自動(dòng)功率限制等優(yōu)點(diǎn)。RCC電路原理簡(jiǎn)單，由開(kāi)關(guān)變壓器和主開(kāi)關(guān)管諧振產(chǎn)生振蕩，副開(kāi)關(guān)管可以調節占空比，以此調節輸出電壓。但是RCC電源的占空比、工作頻率隨使用環(huán)境和內部參數的變化而改變，使得開(kāi)關(guān)管控制極的電流驅動(dòng)波形難以確定，給器件參數選定，尤其是變壓器的設計帶來(lái)困難。傳統設計主要有諾模圖法和磁芯面積乘積AP計算校驗法。這兩種方法在定頻率計算中較實(shí)用，但若未知頻率，將不能用以上兩種方式設計。傳統的方法是給RCC電源預設一頻率，然后設計變壓器。但因變壓器參數直接影響到電源的工作頻率，所設計的變壓器工作頻率經(jīng)常與預設頻率相差太大而不能正常工作；電源參數需多次重復設計，導致初期設計計算量大，而且該“拼湊法”在后期調試中，實(shí)際頻率很難與理論值吻合，導致電源不能工作在設計的最佳狀態(tài)。
本文推導出頻率計算公式，并得出頻率與輸入電壓成正比，與負載電流、初、次級電感量成反比。在確定的輸入電壓和已知的最大輸出功率下，根據電源給定的輸入電壓、輸出電壓、額定工作頻率和占空比直接求取變壓器的初、次級匝數，一次設計就能確定變壓器所有參數，解決了高頻變壓器設計中需要反復設計與驗證的問(wèn)題?；谠摲椒ㄔO計了一臺5V／10A的開(kāi)關(guān)電源，并對電源的工作頻率、占空比等參數進(jìn)行了驗證。

1 RCC原理
1．1 RCC原理
RCC原理圖如圖1所示。上電后，C3兩端電壓使電流經(jīng)起振電阻R1，R2，驅使主開(kāi)關(guān)管Q1導通，隨著(zhù)Q1導通，經(jīng)由反饋電感T1的反饋信號加強對Q1控制極正向驅動(dòng)，使Q1迅速導通。因感應電動(dòng)勢與電流變化率成正比，當變壓器初級電流最大(飽和導通)時(shí)，T1’兩端電壓為0，Q1退出飽和狀態(tài)開(kāi)始關(guān)斷。此時(shí)，T1’感生反向電動(dòng)勢，加速Q1關(guān)斷，同時(shí)飽和狀態(tài)R4兩端電壓驅使Q2開(kāi)通，并將Q1控制極短路，使Q1關(guān)斷，經(jīng)起振電阻R1，R2重新使Q1導通，依此循環(huán)。RCC電路始終工作在臨界導通模式，不會(huì )出現反激變換中的連續能量傳遞模式，其初級電流始終都是一個(gè)鋸齒形三角波形，而不會(huì )出現梯形波。RCC電路調節電壓的輸入方式是通過(guò)控制初級峰值電流來(lái)實(shí)現的。