RCC開關(guān)電源的設(shè)計要點(diǎn)

　　RCC由于其電路拓?fù)浜啙?，輸出與輸入電壓電氣隔離且不需要輸出濾波電感，能高效提供多組直流輸出，電壓升降范圍寬等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于中小功率變換場合，也是容量一般低于50 W的電源經(jīng)常使用的變換器。

　　線性穩(wěn)壓電源因具有電路簡單和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，一直在低功率應(yīng)用中倍受歡迎。這個線性穩(wěn)壓電源只需少量元件，且與開關(guān)電源SMPS(Switch Mode POWER Supply)相比，更易于設(shè)計和制造。然而，由于以下兩個原因，近年來線性電源開始逐漸被替代：其一，許多線性電源都是作為PDA、無繩電話和手機(jī)等產(chǎn)品的外部電源(EPS)綁定銷售。如今EPS必須遵循嚴(yán)格的新節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，而此類標(biāo)準(zhǔn)幾乎將線性電源排除在外，因?yàn)榫€性電源通常無法達(dá)到工作效率和空載功耗方面的標(biāo)準(zhǔn)；其二，大多數(shù)先進(jìn)的低功率SMPS在成本和簡單性方面與線性電源相當(dāng)。這里將探討低功率SMPS在初步應(yīng)用階段的不足之處，并討論一種可行的方法，以幫助設(shè)計工程師設(shè)計出在成本效益方面符合EPS新節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并同時縮短設(shè)計時間、簡化設(shè)計工作。

　　自振反激型變換器。RCC(Ring Choke Converter)由于其電路拓?fù)浜啙崳敵雠c輸入電壓電氣隔離且不需要輸出濾波電感，能高效提供多組直流輸出，電壓升降范圍寬等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于中小功率變換場合，也是容量一般低于50 W的電源經(jīng)常使用的變換器。被廣泛應(yīng)用于手機(jī)充電器以及筆記本適配器等設(shè)備。RCC采用和PWM型變換器相對的一種驅(qū)動方式，開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷不需要專門的觸發(fā)電路，完全靠電路內(nèi)部來完成。這種變換器有它獨(dú)特的優(yōu)勢，即電路簡單，具有較高的性價比。但是RCC電路如果用分立元件構(gòu)成的話，典型電路元件數(shù)居然達(dá)到50多個，所以設(shè)計一種集成的RCC電源器件已成為一種趨勢。

　　這里首先對電路原理進(jìn)行詳細(xì)的分析和設(shè)計，通過計算機(jī)仿真進(jìn)行電路模擬。其次，將該RCC器件應(yīng)用于充電器進(jìn)行了實(shí)際測試，與理論值相互印證，然后分析了器件測試結(jié)果和需要進(jìn)一步解決的問題。最后給出結(jié)論。

圖1：RCC典型應(yīng)用電路　　RCC器件的應(yīng)用電路

　　典型的RCC電路需要約50個分立元件，設(shè)計和調(diào)試非常困難，可靠性也不夠高。為了解決這個問題，設(shè)計了一款RCC集成器件，圖l是其典型的應(yīng)用電路。從圖中可以看出，分立器件輸入側(cè)只有8個分立元件，輸出側(cè)有2個分立元件，如果將三極管13001、二極管VD2和電容C4封裝進(jìn)器件的話，分立元件將減少到7個，提高了集成度，將是最簡潔的RCC電路。該應(yīng)用電路的整流濾波電路由二極管VD5和電容C5構(gòu)成；轉(zhuǎn)換器采用雙繞組的反激變換器，功率管選用的型號為13001，啟動電路由電阻R6、電容C6串聯(lián)構(gòu)成，反激式開關(guān)電源集成電路的引腳FB與轉(zhuǎn)換器中的次級線圈相接，引腳SW與功率管13001的發(fā)射極相接，功率管13001的集電極與主線圈相接，引腳VCC與電容C6的正極相接，引腳GND接地。

圖2：RCC內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖

　　85～220 V交流輸入先經(jīng)過VD5、C5，波形由交流轉(zhuǎn)化為紋波比較大的直流電壓，由于上電時電容C6的電壓為O V，所以引腳SW的輸出管為關(guān)斷狀態(tài)，電源通過電阻R6對電容C6充電，當(dāng)電容C6充電到反激式開關(guān)電源集成電路的啟動電壓時，反激式開關(guān)電源集成電路開始正常工作，其內(nèi)部的振蕩器開始啟動，SW輸出大占空比開關(guān)信號去控制輸出功率管13001，使得功率管13001也跟著開啟和關(guān)斷，當(dāng)功率管13001開啟時，功率管13001集電極的電壓為低電壓，這樣通過變壓器感應(yīng)到輸出和引腳FB的電壓均為負(fù)電壓，當(dāng)13001關(guān)斷時，由于電感的電流不能突變，所以功率管13001主線圈上會產(chǎn)生反沖電壓，變壓器的輸出線圈和輔助線圈會耦合出正電壓，這時輸出的整流二極管VD7導(dǎo)通，電容C6和C8充電，功率管13001在一次開啟時，輸出線圈和輔助線圈上的耦合電壓為負(fù)電壓，電容C6和C8上的電壓可以維持反激式開關(guān)電源集成電路的工作電流和輸出負(fù)載的工作電流。如此循環(huán)，系統(tǒng)可以持續(xù)的工作下去；輸出端的電壓控制是由反激式開關(guān)電源集成電路內(nèi)部的過壓保護(hù)電壓控制，當(dāng)輸出負(fù)載減小時，VCC的電壓上升到過壓點(diǎn)，反激式開關(guān)電源集成電路內(nèi)部會將SW關(guān)斷，這時功率管13001不會導(dǎo)通，直到VCC電壓放電到過壓點(diǎn)以下，SW才會開啟，這樣反激式開關(guān)電源集成電路就會進(jìn)入間斷工作模式(幾個周期工作，幾個周期不工作)，工作頻率會降低。輸出電壓可以維持在一個恒定值。　　RCC器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　圖2是RCC內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。反激式開關(guān)電源集成電路包括振蕩器、小占空比產(chǎn)生電路、占空比選擇電路和消隱電路。振蕩器與小占空比產(chǎn)生電路相連接，振蕩器與小占空比產(chǎn)生電路分別與占空比選擇電路相連接，占空比選擇電路與消隱電路相連接，欠壓鎖定(UVLO)是整個反激式開關(guān)電源集成電路的啟動電路，控制反激式開關(guān)電源集成電路的啟動與關(guān)斷，保護(hù)電路與輸出驅(qū)動管VMO連接，消隱電路也控制輸出驅(qū)動管VMO，二極管VD8直接連接引腳FB和引腳VCC，與反激式開關(guān)電源集成電路外圍的電容(即圖l中的C6)構(gòu)成整流濾波電路。

　　器件工作過程

　　當(dāng)電源電壓VCC上升到欠壓鎖定(UVL0)電路的開啟電壓時，電路開始工作，振蕩器、小占空比產(chǎn)生電路、占空比選擇電路、消隱電路啟動，此時SW端口跳變，后備電源啟動，對引腳FB充電，隨著引腳FB電壓的上升，當(dāng)超過VCC電壓時，二極管VD8導(dǎo)通，后備電源對VCC提供工作電流。振蕩器提供一個占空比為12％振蕩頻率為40 kHz方波，隨著VCC電壓繼續(xù)上升，當(dāng)上升到鉗位電路的箝位電壓點(diǎn)時，反激式開關(guān)電源集成電路會切換到小占空比(4％)狀態(tài)下工作，這時輸出電壓將會下降，但是不會馬上切換到大占空比狀態(tài)，直到VCC電壓低于過壓點(diǎn)時，才會回到大占空比狀態(tài)，這時工作頻率會上升，可以避免反激式開關(guān)電源集成電路的工作頻率低于20 kHz；當(dāng)反激式開關(guān)電源集成電路的輸出