频率计算法设计rcc开关电源
6页1、频率计算法设计RCC开关电源摘要:RCC称为自激式反激变换器,是中小功率开关电源最常用的设计方式之一。但设计RCC开关电源时,因各参数的互相影响,使计算、调试复杂。而传统的预选频率,后进行AP校验法需多次计算,所设计的系统难于工作在最佳状态。在开关电源设计中变压器设计是重点,变压器设计最重要的参考量是工作频率。若能预先计算出电源工作频率,或至少确定影响频率的因素,将大大减少计算和调试的时间。首先推导出频率计算公式,确定频率主要与初、次级电感量和输入电压的关系,并进一步确定变压器参数,最终确定电源的其他参数。最后通过对电源硬件的简单调试,验证设计的合理性。关键词:RCC;开关电源;频率计算;变压器设计 RCC(Ringing Choke Convertor)式开关电源具有所需器件少,成本低,不用外部时钟控制,工作于临界连续状态,可以方便地实现电流型控制,在结构上是单极点系统,容易得到快速稳定的响应,具有自动功率限制等优点。RCC电路原理简单,由开关变压器和主开关管谐振产生振荡,副开关管可以调节占空比,以此调节输出电压。但是RCC电源的占空比、工作频率随使用环境和内部参数的变化而改变,使得
2、开关管控制极的电流驱动波形难以确定,给器件参数选定,尤其是变压器的设计带来困难。传统设计主要有诺模图法和磁芯面积乘积AP计算校验法。这两种方法在定频率计算中较实用,但若未知频率,将不能用以上两种方式设计。传统的方法是给RCC电源预设一频率,然后设计变压器。但因变压器参数直接影响到电源的工作频率,所设计的变压器工作频率经常与预设频率相差太大而不能正常工作;电源参数需多次重复设计,导致初期设计计算量大,而且该“拼凑法”在后期调试中,实际频率很难与理论值吻合,导致电源不能工作在设计的最佳状态。 本文推导出频率计算公式,并得出频率与输入电压成正比,与负载电流、初、次级电感量成反比。在确定的输入电压和已知的最大输出功率下,根据电源给定的输入电压、输出电压、额定工作频率和占空比直接求取变压器的初、次级匝数,一次设计就能确定变压器所有参数,解决了高频变压器设计中需要反复设计与验证的问题。基于该方法设计了一台5V10A的开关电源,并对电源的工作频率、占空比等参数进行了验证。1 RCC原理11 RCC原理 RCC原理图如图1所示。上电后,C3两端电压使电流经起振电阻R1,R2,驱使主开关管Q1导通,随着
3、Q1导通,经由反馈电感T1的反馈信号加强对Q1控制极正向驱动,使Q1迅速导通。因感应电动势与电流变化率成正比,当变压器初级电流最大(饱和导通)时,T1两端电压为0,Q1退出饱和状态开始关断。此时,T1感生反向电动势,加速Q1关断,同时饱和状态R4两端电压驱使Q2开通,并将Q1控制极短路,使Q1关断,经起振电阻R1,R2重新使Q1导通,依此循环。RCC电路始终工作在临界导通模式,不会出现反激变换中的连续能量传递模式,其初级电流始终都是一个锯齿形三角波形,而不会出现梯形波。RCC电路调节电压的输入方式是通过控制初级峰值电流来实现的。12 自振荡频率计算 若变压器T1的初级、次级电流为i1,i2,电压为u1,u2,匝数为N1,N2,电感量为L1,L2,分析变压器初级电感,由电磁感应定律知,在导通时间t下有以下关系: 由式(8)可知,占空比与变压器初级电感量L1成正比,与输入电压u1、次级电感量L2成反比,占空比不受初、次级电流变化的影响。 理想状态下变压器的输入输出能量相等: 由式(10)可知,振荡频率f随u1的升高而升高,随输出电流i2、初次级电感量L1,L2的增大而减小。根据式(8),式
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