頻率計算法設計RCC開關電源

摘要：RCC稱為自激式反激變換器，是中小功率開關電源最常用的設計方式之一。但設計RCC開關電源時，因各參數(shù)的互相影響，使計算、調(diào)試復雜。而傳統(tǒng)的預選頻率，后進行AP校驗法需多次計算，所設計的系統(tǒng)難于工作在最佳狀態(tài)。在開關電源設計中變壓器設計是重點，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(diào)試的時間。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系，并進一步確定變壓器參數(shù)，最終確定電源的其他參數(shù)。最后通過對電源硬件的簡單調(diào)試，驗證設計的合理性。
關鍵詞：RCC；開關電源；頻率計算；變壓器設計

RCC(Ringing Choke Convertor)式開關電源具有所需器件少，成本低，不用外部時鐘控制，工作于臨界連續(xù)狀態(tài)，可以方便地實現(xiàn)電流型控制，在結構上是單極點系統(tǒng)，容易得到快速穩(wěn)定的響應，具有自動功率限制等優(yōu)點。RCC電路原理簡單，由開關變壓器和主開關管諧振產(chǎn)生振蕩，副開關管可以調(diào)節(jié)占空比，以此調(diào)節(jié)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(nèi)部參數(shù)的變化而改變，使得開關管控制極的電流驅(qū)動波形難以確定，給器件參數(shù)選定，尤其是變壓器的設計帶來困難。傳統(tǒng)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用，但若未知頻率，將不能用以上兩種方式設計。傳統(tǒng)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(shù)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(shù)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(diào)試中，實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(jù)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(shù)，一次設計就能確定變壓器所有參數(shù)，解決了高頻變壓器設計中需要反復設計與驗證的問題。基于該方法設計了一臺5V／10A的開關電源，并對電源的工作頻率、占空比等參數(shù)進行了驗證。

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(qū)使主開關管Q1導通，隨著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(qū)動，使Q1迅速導通。因感應電動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，T1’兩端電壓為0，Q1退出飽和狀態(tài)開始關斷。此時，T1’感生反向電動勢，加速Q(mào)1關斷，同時飽和狀態(tài)R4兩端電壓驅(qū)使Q2開通，并將Q1控制極短路，使Q1關斷，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，不會出現(xiàn)反激變換中的連續(xù)能量傳遞模式，其初級電流始終都是一個鋸齒形三角波形，而不會出現(xiàn)梯形波。RCC電路調(diào)節(jié)電壓的輸入方式是通過控制初級峰值電流來實現(xiàn)的。