RCC 電路討論.doc

RCC變換器原理與技術應用一、開關電源的自激振蕩狀態(tài)北京理工大學 李建峰RCC(RINGING CHOKE CONVERTER)是一種非定頻電源，在國內有很多場合應用。220V市電壓整流濾波電路產(chǎn)生的300V直流電壓分兩路輸出：一路通過開關壓器T1初級繞組加到開關管Q2的漏極（D極）；另一路通過啟動電阻R1加到開關管Q2柵極（G極），使Q2導通。開關管Q2導通后，其集成電極流在開關變壓器T1初級組上產(chǎn)生1正、2負的感應電動勢。由于互感，T1正反饋繞組相應產(chǎn)生3正、4負的感應電動勢。于是T13腳上的正脈沖電壓通過C5、R8加到Q2的G極與源極（S極）之間，使Q2漏極電流進一步增大，于是開關管Q2在正反饋雪崩過程的作用下，迅速進入飽和狀態(tài)。開關管Q2在飽和期間，開關變壓器T1次級繞組所接的整流濾波電路因感應電動勢反相而截止，于是電能便以磁能的方式存儲在T1初級繞組內部。由于正反饋雪崩過程時間極短，定時電容C5來不及充電（等效于短路）。在Q2進入飽和狀態(tài)后，正反饋繞組上的感應電壓對C5充電，隨著C5充電的不斷進行，其兩端電位差升高。于是Q2以導通回路被切斷，使Q2退出飽和狀態(tài)。開關管Q2退出飽和狀態(tài)后，其內阻增大，導致漏極電流進一步下降。由于電感中的電流不能突變，于是開關變壓器T1各個繞組的感應電動勢反相，正反饋繞組3端負的脈沖電壓與定時電容C5所充的電壓疊加后，使Q2迅速截止。開關管Q2在截止期間，定時電容C5放電，以便為下一個正反饋電壓（驅動電壓）提供電路，保證開關管Q2能夠再次進入飽和狀態(tài)。同時，開關變壓器T1初級繞組存儲的能量耦合到次級繞組并通過整流管整流后，向濾波電容提供能量。當初級繞組的能量下降到一定值時，根據(jù)電感中的電流不能突變的原理，初級繞組便產(chǎn)生一個反鉛電動勢，以抵抗電流的下降，該電流在T1初級繞組產(chǎn)生1正、2負的感應電動勢。T13腳感生和正脈沖電壓通過正反饋回路，使開關管Q2又重新導通。因此，開關電源電路便工作在自激振蕩狀態(tài)。通過以上介紹可知，在自激振蕩狀態(tài)，開關管的導通時間由定時電容C5充電時間決定；開關管截止時間，由C5放電時間決定。在開關管Q2截止期間，開關變壓器T1初級繞組存儲的能量經(jīng)次級繞組的耦合，二極管整流供負載。二、LCD板用超薄型DC-DC變換器中山航天電源有限公司 俞鴻懿1.間歇振蕩器式變換器電路技術(1)用間歇振蕩器構成多輸出以往廣泛使用的DC-DC變換器,采用內置包括驅動電路、振蕩器、基準電壓和比較器等功能的控制IC,通常是利用開關器件實現(xiàn)接通/斷開，控制采用PWM技術。但是，對于要求小型化應用的DC-DC變換器，這種控制IC成為電路小型化和低價位化的障礙，必須另謀出路。不使用控制IC的實現(xiàn)方法有自激式振鈴扼流變換器RCC，這種方式不需要控制IC，然而，在變壓器里需要原邊、副邊和反饋用3個線圈，即需要6個端點的高耦合度變壓器。這種6端頭的變壓器很難實現(xiàn)低高度且小型化產(chǎn)品，而且在成本、外形結構和經(jīng)濟性等方面存在諸多問題，難以克服。日本村田公司開發(fā)的DC-DC變換器,不用控制IC(而是利用自激方式)；它為LCD板開發(fā)的DC-DC變換器采用優(yōu)化電路，僅用4端結構變壓器，可以實現(xiàn)多個輸出電壓。這種4端結構的變壓器與RCC方式里使用的變壓器相比，在外形結構上可實現(xiàn)小型化。具有經(jīng)濟性,是適用于薄型LCD板的一種優(yōu)化的小型且低封裝高度的DC-DC變換器。因為該變換器使用間歇振蕩的電路結構，故稱為間歇振蕩器變換器。詳見圖1所示的電路結構。(2)電路特點a）經(jīng)濟/高效率作為DC-DC變換器的開關器件，通常即可用雙極晶體管也可用 MOSFET晶體管?，F(xiàn)主要是試圖用于由1節(jié)干電池也可驅動的低電壓電源，這種DC-DC變換器里的器件，適合于選用比MOSFET更低的電壓可驅動的雙極晶體管。而且，驅動電路采用雙極晶體管驅動時，電路結構可大幅度簡化，顯得十分經(jīng)濟。當采用雙極晶體管時，與MOSFET不同之處在于使開關器件工作需要足夠的驅動電流,這種驅動電流控制不好將導致大幅度降低變換器的效率。例如:恒定電流驅動方式，當負載很輕時，大量電流浪費無用，結果輕負載時變換器的效率很低。為此，專門開發(fā)出一種新的驅動電路，當負載電流大時，相應地調整開關器件的驅動電路，可實現(xiàn)高效率。這種新型驅動電路，隨負載模式可自適應地調整到最佳狀態(tài)。從輕負載到滿負載,它都具有高效率。b）快速響應性使用控制IC的DC-DC變換器，根據(jù)輸出電流的大小，電抗線圈里流過的電流變動很大。例如，可以是不連續(xù)的電流跳變到連續(xù)的電流，因此，要求控制電路閉環(huán)增益大幅度變化。然而，間歇振蕩器結構的DC-DC變換器，即使是輸出電流由很小變到很大，經(jīng)常流經(jīng)電抗線圈里的電流變化較小，因此控制電路的閉環(huán)增益變化很小。結果對于輸出電流的變動,可以快速響應。有對比試驗證實間歇振蕩器結構的DC-DC變換器能夠快速響應。例如，同是輸出0.2A的脈沖電流時，對于使用PWN-IC的DC-DC變換器，其輸出端電壓波動的峰值高達900mV。對于間歇振蕩器結構的DC-DC變換器，其輸出電壓的波動范圍竟然小到200mV。2提高效率的技術(1)升壓同步整流當把輸出電壓變換成比輸入電壓低的電壓時，稱該變換器電路為降壓型變換器電路。利用改進效率的MOSFET等構成的同步整流方法是比較普遍的。但是在把輸出電壓變換成比輸入電壓高的升壓型變換器里，一般仍然采用肖特基勢壘二極管Sbd作為整流器件。采用二極管整流固然簡單，只是管壓降就能造成相當可觀的損耗。例如一般肖特基二極管都有0.5V電壓降，為了提高效率，還是利用晶體管實現(xiàn)同步整流。由于是升壓同步整流電路，其整流部分僅消耗0.1V電壓降，損耗顯著降低。(2)備用時的高效率技術當便攜式設備處于備用時，DC-DC變換器的負載電流非常小，力求實現(xiàn)低功耗化。為了改進這時的DC-DC變換器效率，設法降低開關損耗，當處于備用狀態(tài)時，僅要求DC-DC變換器輸出很小的電流，可將工作模式切換成功耗節(jié)省模式(Power Save Mode)，以改善功耗,達到提高效率的目的。在間歇振蕩器結構的變換器里，設計有Power Save Mode，明顯地改善了備用時的效率。例如當輸出電流僅為1mA時，無Power Save Mode的DC-DC變換器，其效率約為10%左右；有Power Save Mode的，備用時的效率不低于45%。3力求節(jié)省空間(1)降低封裝高度近年來出現(xiàn)的筆記本PC機及便攜式產(chǎn)品終端都是采用緊湊的裝備結構，要求所用的DC-DC變換器必須具備很低的封裝高度。為此，把又高又大的變壓器嵌入DC-DC變換器基板，以便利用基板厚度吸收掉變壓器一部分高度。當把DC-DC變換器裝配到母板上時，采取倒扣式裝配，DC-DC變換器的變壓器部分嵌入母板，從而獲得低高度的裝配，其母板的裝配高度僅為DC-DC變換器中的最高元件的高度(即變壓器的封裝高度)。(2)小型化技術由于從以往使用控制IC 的DC-DC變換器方案發(fā)展到如今的間歇振蕩器結構的DC-DC變換器，電路規(guī)?？梢源蠓瓤s小，從而使變換器的結構實現(xiàn)小型化。三、滿足高能效標準的低功率充電器與適配器設計杭州動之源科技開發(fā)有限公司 劉云美國和歐盟都出臺了多個低能耗標準，這些標準對無負載功耗以及最小活動模式效率作出了嚴格規(guī)定，對功率充電器與適配器的設計帶來一定挑戰(zhàn)。在美國，各個州都實施了不同的能效規(guī)定，并通過增加其效率來減少這些設備的能耗。這些規(guī)定大多數(shù)均為非強制性的，且允許廠商用相應的標志(如美國的能源之星)來標記其產(chǎn)品滿足這些要求。 美國加州能源委員會(CEC)最近推出了覆蓋各種產(chǎn)品(包括電冰箱、照明及音視頻產(chǎn)品等)的強制性能效標準。還包括一項用于單電壓、外部AC-AC及AC-DC電源的標準。從2006年7月起，所有在加州銷售的由單輸出外部適配器供電的新產(chǎn)品均必須滿足該強制性CEC標準。美國其他幾個州也正在考慮采用此項標準。 該CEC標準規(guī)定了無負載功耗以及最小活動模式效率。所有這三項規(guī)定都根據(jù)電源的標稱輸出功率指標制定。必須滿足的效率值并不是簡單的全負載效率，而是分別在25%、50%、75%及100%額定輸出功率上所測得的平均效率。這意味著，符合要求的電源必須在整個活動模式工作范圍內高效率地工作。對于通用輸入設計，必須在115VAC及230VAC兩種輸入上滿足該標準。所有這些要求使得該項標準顯得特別嚴格。 盡管開關電源比線性電源效率更高，但設計一種在其大部分活動模式范圍內具有高效率及低無負載功耗的電源適配器仍極具挑戰(zhàn)。在功率低于50W時，回掃電路仍是一種最具成本效益的電路拓撲?；貟咿D換器的實現(xiàn)方法有多種，并比較材料成本、元件數(shù)、設計復雜性、整體效率及無負載功耗。 振鈴扼流變換器(RCC)的材料成本似乎很有吸引力，但還必須考慮其整體系統(tǒng)成本。RCC設計不僅最復雜而且很難進行可靠的大批量生產(chǎn)，且常常還伴有嚴重的良品率問題。高器件數(shù)要求采用通孔及表面貼裝元件，從而增加了裝配的時間及成本。最重要的是，RCC轉換器擁有較差的輕負載效率及較高的無負載功耗。隨著RCC的負載減小，其開關頻率升高，這會增加開關損耗并降低效率。要滿足這些新要求，必須設計一種更加復雜的RCC，或其滿負載效率必須很高以補償在其他測試點上的低效率。在無負載情況下，啟動電路(通常是一串與直流電壓相連的高阻值電阻)中的損耗會減少電源中其他損耗的余量，這些因素都