去年，出于一次偶然，寫了三個變壓器設計的文章，分別是反激，正激，半橋。沒想到反響還不錯，尤其以反激變壓器那個文章為甚。現在，已經沒做電源 RD 了，比原來空閑，那天有個初學者問我，說 RCC 電源變壓器算的不準，原來是套用我寫的那個反激式的算法，因此我想到，應該再寫一點 RCC 電源變壓器的設計方法，以使那些電源新手更快的掌握 RCC電源。畢竟 RCC 電源和反激電源還是有些不同的。
RCC 電路根據功率管不同，分為兩種，一種是用三極管制作，另一種是用 MOS 管制做，電路稍有不同，但原理差不太多。我們知道，三極管是一個電流控制的電流源，即若其基極電流為 Ib,則其極電極電流即為此 IB 值乘以一個放大倍數。而 MOS 屬電壓控制型電流源，即允許流過的最大集電極電流是由 GS 極的電壓值決定的，相應的，三極管做成的 RCC電路即是通過控制其基極電流來控制最大集電極電流，即原邊峰值電流，來調節輸出能量大小，即調節輸出電壓，而 MOS 管是通過調節 GS 極之間的電壓，來控制其原邊峰值電流。
請看上圖，是一個典型的用 MOS 管做的 RCC 電路。下面我根據自己的理解來分析一下此電路的工作過程。1．啟動。當開啟電源后，高壓通過 RST，經過 MOS 的 GS 極，再經過 RS，注入基極電流，因為 MOS 的 GS 極之間，有結電容，因此 GS 極電壓升高，GS 導通，RS 的上側會對地產生一個電壓，此電壓通過 RF，給 Q1 基極注入電流。因 MOS正在導通中，所以 NS2 的同名端感興出一個正電壓來，這個電壓通過 RL2，D2，RZCD，CZCD，再到 Q1 極電極，因 RS 給 Q1 已經注入基極電流，Q1 導通。
2．將 VG 電壓拉下，MOS 關閉。MOS 關閉，電壓反激， NS2 同名端電壓被拉到 0，即為地電壓，因 RCD 上端為地電壓，所以此時 Q1 的極電極電壓為負，便快速的給 MOS 的 GS 極的結電容放電。加速了 MOS 的關閉。同時反激能量通過 NS1，傳給負載，于是次級建立起輸出電壓，次級控制電路亦開始起作用。當變壓器儲存能量放完后，NS2 兩端電壓消失，CO2 已經儲能，其上端會有一個電壓，此電壓通過 NS2 繞組，RZCD，CZCD，Q1 集電極，使得 Q1 上電壓上升，即又給 GS 加上一個電壓。于是又開始起振。
3、以上便是 RCC 電路的啟動過程，再說一下其穩壓過程，在一定的輸入電壓下，一定的輸出負載下，其光耦電流應該是一個恒定值，光敏三極管的上端是由電容 CO2 維持的一個恒定電壓，此電壓通過光敏三極管，RA，給 Q1 基極注入電流。Q1 的基極電流，決定了流過其極電極的電流。假如輸入電壓不變，MOS 在導通時候，RCD 上端（即NS2 同名端-），此時此點電壓值為 VIN.NS2/NP+C02,只要輸入電壓值不變,導通時此點電壓值即是這么多,不會變.而 Q1 上端的電壓,是由流過 Q1 的電流決定,其電壓等于 RCD 上端電壓,減去 RL2,RCD,D2,RZCD,CZCD 的壓降,當副邊的負載變輕時候,流過光耦電流變大,即注入基極電流變大,極電極電流變大,以上四個元件的壓降也變大,所以 Q1 是的電壓變小,于是原邊峰值電流變上,減小能量輸入,達到電壓穩定.當原邊輸入電壓升高的時候,NS2 同名端電壓升高,此時若光耦電流不變,則 Q1 的電壓會上升,能量會增加,輸出電壓升高,此時光耦電流就會變大,進而形成一系列自動調節.從而調節原邊峰值電流,使輸出電壓保持穩定.
通過以上分析,我們不難看出 RCC 電路與反激電路的區別,我歸結如下.
1.RCC電路的頻率是變化的,面反激電路的頻率是固定的,當負載變重時,RCC 電路的頻率變小,周期變長.
2.RCC 電路,始終工作在臨界導通模式,其不會出現反激式電流的連續模式,即其原邊電流始終都是一個三角波形,而不會出現梯形波,即其原邊電流的波形如
3、RCC 電路調節電壓輸入的方式,就是通過控制原邊的峰值電流來實現的,而不是占空比,其占空比是由原邊輸入電壓和輸出電壓而定。 好了,了解了以上原理,我們就可以來設計這款 RCC 電源變壓器。
設計一款 RCC 變壓器,首先要知道的有 1.輸入電壓,比方說,寬電壓 90V 至 264V 交流.2.輸出規格,比方說 12V1A,3.所選的磁芯的橫截面積.在此我選用了 EF20 磁芯,面積為 30 平方毫米.有了以上條件,根據以上電路,我即來設計此款 RCC 電路變壓器.
1. 根據輸入條件,確定輸入最低直流電壓,因為輸入最低的交流電壓是 90V,經過整流濾波,再考慮其電壓波動,我還是可取輸入最低直流電壓 VIN 為 90V.
2. 根據開關管的類型,及其它條件,選取一個低壓滿載時的最低頻率(即最大周期),不妨可取一個最長導通時間,并且自己設定占空比.這一步非常重要.在此,我選定此款電路最大周期為 17US,而導通時間為 8US,關斷時間為 9US.
3. 計算原邊峰值電流.首先估算一個效率,然后由輸出功率和此估算效率得出輸入功率,近而得出輸入平均電流,比方說,此款輸出 12W,估計效率為 0.8,則輸入功率為 15W,則輸入平均電流為 15/90,為 0.16A,然后根據占空比,算出峰值電流,公式為 IP=IAVG/D(1-0.5),而IP,IAVG,分別是峰值電流和平均值電流,此處平均電流為 0.16A,D 為 0.47,所以峰值電流為0.69A.根據此值,可設定 RS 值,一般的三極管,VBE 約為 0.6V,所以 RS=0.6/IP,此例約為0.86R,實際可選一個比此電阻略小的值,此電阻阻值便限制了最大的輸出功率.綜合以上兩點,將詳細圖畫下.
其實,一個 RCC 變壓器的設定,其關鍵就是這個原邊電流波形的設定.而此電流波形可用示波器觀察到,將示波器高壓端夾在 RS 上端即可.而根據原邊平均值電流,計算原邊峰值電流的公式。