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小功率开关电源的经济效益提升方案.docx

上传人:仅仅三声 2021/5/8 文件大小:773 KB

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文档介绍

文档介绍:小功率开关电源的经济效益提升方案
(RCC电路的彻底解析)
在输出小于50W的小型开关电源系统中,目前在设计上有很多种,但RCC方式被运用的可以说是最多的。
RCC(即Ringing choke convertor)的简称,其名称已把基本动作都附在上面了。此电路也叫做自激式反激转换器。
RCC电路不需要外部时钟的控制,由开关变压器和开关管就可以产生振荡的原因,使线路的结构非常的简单,这样就致使成本低廉。所以可以用之中电路来做出地价格的电源供应器。而市场上的小型电源供应器也是采用RCC来设计的。RCC电路的主要优缺点如下:
1、电路结构简单,价格成本低。
2、自激式振荡,不需要设计辅助电源。
3、随着输出电压或电流的变化,启动后,频率周期变化很大。
4、转换的效率不高,不能做成大功率电源。
5、噪声主要集中在低频段。
RCC电路的基本工作过程
○基本为反激式变换器
图一 反激式电源的基本结构
图一为反激式电源的基本结构,由一个开关管和变压器组成,当开关管导通时,只在变压器储存能量,而在直流输出端没有功率的输出。按照图一,变压器的一次侧线圈用Lp来表示,在开关管Tr1 导通期间流过集电极电流Ic1,变压器的储能为:
P=1/2 [Lp(Ic1)2]
其次,当Tr1截止时,变压器的各线圈不但有逆向电压发生,输出侧整流二极管也导通,变压器所存储的能量则移到输出侧。也就是说Tr1在导通期间,变压器存储能量,在截止期间输出能量(电源)。又从变压器的原理可知,一次侧所流入的能量一定等于二次侧直流所输出的能量。
所以可得到以下公式:
1/2Lp*Ic12*f=Vo*Io
上式中  f为工作频率    Vo为输出直流电压     Io为输出电流。
○RCC的启动回路
图二为RCC方式的基本原理图,当加入输入电压Vin(电阻连接Tr1的基极),电流Ig流过RG,Tr1开始导通,此时Ig为启动电流。开关管Tr1的集电极电流Ic波形如图三,一般的,必须从0开始启动。Ib变得越小越好。
图二:RCC基本原理图
 
图三:开关管集电极Ic波形图
Tr1一旦进入导通状态,变压器P1绕组已经加上了Vin,因此P2绕组为按照各个的圈数比所形成的电压为:
Eb=(Nb/Np)Vin
这个电压更因在Tr1导通时,极性相同,因此Tr1在导通状态时能继续维持,此时基极电流Ib为:
Ib=[(Nb/Np)*Vin —(Vf+Vbe)] / Rb
像定电流般的继续流动。
其实,Tr1的集电极电流Ic=Vin*T/Lp,Ic随时间成比例增大。在Ton期间,Tr1呈饱和状态,hfe≥(Ic/Ib)(hfe:直流电流放大率。) 见图4所示。
图4:集电极电流Ic1波形
 
 
○选择基极电阻Rb的重要性
前面的工作说明是在输出电压稳定后的初期状态。此线路的开关管基极的驱动条件极为重要,例如:输入电压Vin上升,则Ib也增加,Ic同时跟着增加,也就是说Tr1导通时间增长。反之,若输入电压
Vin下降,未达到必要的Ic,则Tr1不能导通,如此Tr1的直流电流放大率hfe也需要考虑,最低的输入电压由Ib流过的基极电阻Rb来决定。
如何决定P2 线圈的匝数?若开关管Tr1截止时,(如图5)开关管射极与基极间加上逆向电压,则使用的三极管的Veb(max)决不可超过以下条件:
Nb/Ns<Veb(max)/(vo+vf)
图5:Tr1截止时波形
Rb有电流流过,变成像图6的方波。
图6:RCC的脉动波形
求Rb所损失的功率PRB
             其中为开关管导通时间,T为开关振荡周期
在实际设计中,此PRB因为很大,不能被忽视,且是全体转换效率降低的最大因素。
 
○定电压工作的结构
经过一段时间后:侧输出电压上升,此时图2的C2的端电压也依输出电压Vo的比例上升,也就是说,Tr1在截止期间,所积的能量就放出。D3给C2的充电电流与IS同时流动,则P2线圈与S1线圈的电压与圈数比的关系如下:
  其中VF3,VF4为D3,D4的正向电压,当VC变化时,VO也跟着变化。
VC的端电压上升,稳压二极管D1导通,则Tr1的基极电流下降,加速Tr1的截止。
以电压的关系来看,D1的电压VZ为
VZ=VC+VBE
所以VZ与的比取决于输出电压Vo。
总之,这个稳定电压的精度直接受输出电压精度的影响,即用温度系数良好,5~6V的稳压二极管。只是变压器的各组线圈的电阻,使电压下降,或D1的工作电阻D3的正向电压VF的变化等因数的影响,实际上无法得到横高的精确度。
原来Tr1的逆偏压VEB也被涉及,实际上,也是由D1的其纳电压VZ来决定的。
 
○启动时,