基于RCC開關(guān)電源評估板設(shè)計

1、基于RCC開關(guān)電源評估板設(shè)計摘要：論述了rcc開關(guān)電源的工作原理，分析了其保護(hù)電路，并制作出開關(guān)電源初學(xué)者使用的評估板。關(guān)鍵詞：rcc開關(guān)電源自激變換保護(hù)電路1、引言rcc（ringingchokeconverter）電路，變壓器（相當(dāng)于儲能電感）的工作模式處于臨界連續(xù)狀態(tài)，可以方便的實現(xiàn)電流型控制，容易得到快速穩(wěn)定的響應(yīng)，廣泛應(yīng)用于50w以下的小功率開關(guān)電源中。rcc電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要少數(shù)分離原件就可以得到需專用芯片才能實現(xiàn)的電壓輸出性能，通過良好的設(shè)計就可以獲得高效和可靠的工作。其次，許多與驅(qū)動有關(guān)的困難（驅(qū)動波形、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

2、傳遞模式，副邊整流二極管正向?qū)娏鞯搅?，反向恢?fù)電流和損耗很小，產(chǎn)生的振鈴相對于不完全能量傳遞模式也要小很多，因此輸出的高頻雜音也要小很多?；谝陨咸攸c，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。如圖所示，為rcc開關(guān)電源評估板原理圖。（如圖1）2、rcc電路工作原理2.1ac輸入整流部分交流電（ac110220v/50hz）由j2-1進(jìn)入，經(jīng)過r2送至由did4組成的橋式整流，并由ci濾波，把交流電變換為直流電（當(dāng)輸入交流電110v時，整流后的直流為155v左右，當(dāng)輸入交流電220v時，整流后的直流為300v左右)。2.2自激變換(1) 啟動。

3、接通輸入電源vin后，電流ig通過電阻r5流向開關(guān)晶體管q2的基極，q2導(dǎo)通，ig稱為啟動電流。在rcc方式中，晶體管q2的集電極ic必然由零開始逐漸增加，因此ig應(yīng)盡量小一點。(2) 自激振蕩。有了ig后，q2進(jìn)入on狀態(tài)，輸入電壓vin將加在變壓器的初級繞組np上,np上正下負(fù)，同時輔助繞組nb感應(yīng)了電壓，vb=(nb/np)vin，也形成上正下負(fù)，于是電流通過c3和r1注入到q2基極，加大了q2的集電極電流ib，這樣形成了正反饋，加速了q2的導(dǎo)通。ic為一次線性函數(shù)，在一段時間ton內(nèi)，集電極電流ic與直流電流放大倍數(shù)hfe之間都呈現(xiàn)如下關(guān)系：(1)(啟動后，在q2開通過程中，基極電流i

4、b基本保持定值不變)在上述公式成立的條件下q2才能維持on狀態(tài)。在ton后，由于ic一直保持線性增加，ib不再滿足(1)式，ib進(jìn)入不足區(qū)域，集電極電壓由飽和區(qū)域向不飽和區(qū)域的轉(zhuǎn)移。于是，np線圈的電壓下降，導(dǎo)致輔助繞組nb的感應(yīng)電壓也隨之降低，基極電流ib進(jìn)一步減小，q2基極電流不足狀態(tài)不斷加深，q2迅速轉(zhuǎn)移至off狀態(tài)。如果晶體管處于off狀態(tài)，變壓器各個繞組將產(chǎn)生反向電動勢，次級繞組ns使d7導(dǎo)通，電流流過負(fù)載，經(jīng)過某一時間toff后，變壓器能量釋放完畢,但是，ns繞組中還有極少量的殘留能量，這部分能量再一次返回，使基極繞組nb產(chǎn)生電壓，q2再次on,晶體管繼續(xù)重復(fù)前面的開關(guān)動作。2.3

5、吸收箝位電路吸收箝位電路由c2、r4和d6組成，q2截止后，由于變壓器存在漏感，而漏感能量不能通過變壓器耦合到ns繞組釋放，如果沒有rcd箝位電路，漏感中的能量將會在q2關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到q2極間電容和電路中的其它雜散電容中，此時q2集電極將會承受較高的開關(guān)應(yīng)力，若加上rcd箝位電路，漏感中的大部分能量將在q2關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到箝位電路的箝位電容c2上，然后這部分能量被箝位電阻r4消耗，這樣就大大咸少了開關(guān)管的電壓應(yīng)力。2.4輸出穩(wěn)壓控制電路當(dāng)負(fù)載變化或其它因素引起輸出電壓vo變高，通過r6和r13、vr1組成的電壓取樣電路和c9加速電容，tl431控制端1電壓會高于它基準(zhǔn)電壓2.5v，這時通過tl4

6、31的電流增加，加在光耦發(fā)關(guān)二極管的電壓也增大，光耦發(fā)光增強(qiáng)，這樣通過光耦的c-e極的電流也增大，c-e極電流可以基本上等同于q1的基極電流，q1基極電流增大，q1集電極電流必然增大，這導(dǎo)致q2基極電流ib減少，q2導(dǎo)通時間減少，q2集電極電流ic變小，變壓器儲能減少，輸出電壓降低。反之，vo變低，通過r6和r13、vr1組成的電壓取樣電路和c9加速電容，tl431控制端1電壓會低于它基準(zhǔn)電壓2.5v，通過tl431的電流減小，加在光耦發(fā)關(guān)二極管的電壓也降低，光耦發(fā)光變?nèi)?，這樣通過光耦的c-e極的電流也減少，c-e極電流可以基本上等同于q1的基極電流，q1基極電流減小，q1集電極電流必然減小或

7、q1截止不導(dǎo)通，這導(dǎo)致q2基極電流ib增大，q2集電極電流ic變大，q2導(dǎo)通時間增大，變壓器儲能增多，輸出電壓升高。r11并聯(lián)在pc817發(fā)光二極管兩端，是為了當(dāng)pc817關(guān)斷時，輸出電壓能通過r10、r11為tl431提供穩(wěn)定的工作電流，避免pc817工作在臨界狀態(tài)。2.5輸出部分當(dāng)q2關(guān)斷時，初級繞組np變成下正上負(fù)，ns上正下負(fù)，d7導(dǎo)通，存儲在變壓器中的能量通過d7供應(yīng)給負(fù)載同時給電容c7充電。ledl和r14是有電壓輸出指示電路，ledl亮表示有電壓輸出，r14是限制流過led電流大小。c6和c7是濾波電容，使輸出直流電紋波比較小。c6和c7大小不同并聯(lián)，是因為大電容和小電容對不同頻

8、率的紋波濾波效果不同，理論上大電容對高頻濾波效果較好，但實際上由于大電容具有電感效應(yīng)而對高頻有較大的阻抗，低容量的電容對高頻的濾波效果比大電容好。由于rcc電路在開關(guān)管q2導(dǎo)通時，變壓器是不給負(fù)載供電的，這時只能靠電容給負(fù)載供電，c7越大，儲存的能量就越多，供應(yīng)同樣的負(fù)載，電壓下降就越少，換言之，輸出電壓就越穩(wěn)定，所以c7越大越好。在選取濾波電容時，還要考慮它的耐壓，耐壓一定要比輸出電壓高，最好是留有一定的耐壓余地。r7是假負(fù)載，釋放掉濾波電容c7的部分能量，起到改善電路間歇振蕩的效果。此處出現(xiàn)間歇振蕩的原因是負(fù)載太小，負(fù)載耗能很小，電路占空比也很?。划?dāng)q2導(dǎo)通時間小到一定程度時，由于開關(guān)管的

9、電荷存儲效應(yīng)，開關(guān)管本身從導(dǎo)通到完全關(guān)斷所用的時間就大于調(diào)整電路需要的導(dǎo)通時間，這樣幾個周期的振蕩給輸出端提供的能量較多，大于負(fù)載所消耗的能量，輸出電壓升高，調(diào)整電路便關(guān)掉振蕩；當(dāng)負(fù)載能量消耗到一定程度時，電容的電壓降低，而控制電路又讓開關(guān)管振蕩起來，如此重復(fù)，而出現(xiàn)間歇振蕩。所以r7的阻值小，對改善電路間歇振蕩效果比較好，但太小會增加無用的功耗，降低電路效率，它的阻值大小一般根據(jù)經(jīng)驗或電路調(diào)試確定。由于開關(guān)電源的工作頻率都比較高，所以d7采用響應(yīng)速度比較快的肖特基整流二極管，在選原件時除了要考慮響應(yīng)速度外，還要考慮它的額定工作電流，一般要比額定電流大3倍以上，除此還要考慮它的耐壓，因為開關(guān)管

10、q2導(dǎo)通時，初級繞組np上的電壓（上正下負(fù)）基本上是輸入電壓，ns也感應(yīng)了對應(yīng)的比例電壓（下正上負(fù)），再加上濾波電容C7的電壓，所以整流肖特基二極管的耐壓必須大于兩者的和，并留有一定的余量。3、保護(hù)電路當(dāng)輸出過載或短路時，q2e極電流ie將增大，r3上的壓降也將增大，r3兩端電壓通過r8和c4加到q1的基集上，q1導(dǎo)通，分流了q2的基極電流，ib減小，q2向著of方向，很快關(guān)斷q2,起到保護(hù)電路作用。4、結(jié)語本文主要介紹了rcc開關(guān)電源的工作原理及其保護(hù)電路，再在此基礎(chǔ)上制作出評估板共初學(xué)者學(xué)習(xí)。本電路具有簡單、實用、安全和易入門等特點，希望能為愛好開關(guān)電源的初學(xué)者提供良好的參考。參考文獻(xiàn)1 高海翔.一種新型