RCC電路間歇振蕩的研究資料

1、 RCC電路間歇振蕩的研究摘要 ：RCC變換器通常是指自振式反激變換器。它是由較少的幾個(gè)器件就可以組成的高效電路，已經(jīng)廣泛用于小功率電路離線工作狀態(tài)。由于控制電路能夠與少量分立元件一起工作而不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，所以電路的總的花費(fèi)要比普通的PWM反激逆變器低。一方面，當(dāng)其控制電流過(guò)高時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一種間歇振蕩現(xiàn)象，從而使得電路的振蕩周期在很大范圍內(nèi)變化，類如例如從數(shù)百赫茲到數(shù)千赫茲之間變化，因而在較大功率輸出時(shí)將引起變壓器等產(chǎn)生異常的噪音，所以需要抑制這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。另一方面，當(dāng)電路的輸出功率較小時(shí)，卻可以利用這種間歇振蕩，使開(kāi)關(guān)電路處于低能耗狀態(tài)。當(dāng)需要電路工作時(shí)，只需給電路一個(gè)信號(hào)脈沖即可。電路本文主

2、要通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真的方法在RCC電路中加入某些特定的電路從而達(dá)到抑制消除這種間歇振蕩，同時(shí)還簡(jiǎn)要闡述一些利用間歇振蕩的例子。關(guān)鍵字：開(kāi)關(guān)電源，RCC電路，間歇振蕩Analysis Of Intermittent Oscillation In Ringing Choke ConverterAbstract：The self-oscillating flyback converter, often referred to as the ringing choke converter (RCC), is a robust, low component-count circuit that has bee

3、n widely used in low power off-line applications. Since the control of the circuit can be implemented with very few discrete components without loss of performance, the overall cost of the circuit is generally lower than the conventional PWM flyback converter that employs a commercially available in

4、tegrated control . On one hand, when its control current is excessive there will be an intermittent oscillation phenomena, thus enabling oscillations of the circle in the context of great changes, such as from a few hundred Hertz to several thousand Hertz .In high power output ,this will cause abnor

5、mal noise in transformers and other equipment. So there is a need to inhibit the emergence of this phenomenon. On the other hand, when the supply power is small, we can use this intermittent oscillation Phenomenon ,so that switching circuit can be in a state of low energy consumption. Mainly through

6、 the simulation ,this paper give us an example to show how to use some special circle to achieve this inhibition of intermittent oscillation .And also this paper briefly described the use of this intermittent oscillation in some circle.Key word: Switching Power; RCC; Intermittent oscillation目錄摘要 ：iA

7、bstract：ii目錄iii引言1第一章 RCC電路基礎(chǔ)簡(jiǎn)介31.1 RCC電路工作原理31.1.1電路的起動(dòng)31.1.2開(kāi)關(guān)晶體管處于ON狀態(tài)時(shí)41.1.3晶體管處于OFF狀態(tài)時(shí)51.2輸出電壓穩(wěn)定的問(wèn)題61.3振蕩占空比的計(jì)算81.4振蕩頻率的計(jì)算91.5變壓器的設(shè)計(jì)方法101.5.1初級(jí)繞組的求法101.5.2其他線圈的求法11第二章 簡(jiǎn)易R(shí)CC基極驅(qū)動(dòng)缺點(diǎn)及改進(jìn)設(shè)計(jì)122.1 簡(jiǎn)易R(shí)CC基極驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)122.2開(kāi)關(guān)晶體管的恒流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)13第三章 RCC電路的建模與仿真153.1 RCC建模及參數(shù)設(shè)計(jì)153.1.1 主要技術(shù)參數(shù)：153.1.2變壓器繞組設(shè)計(jì)153.1.3電壓控制電路的

8、設(shè)計(jì)173.1.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)173.1.5 次級(jí)電容、二極管的選定183.1.6 其他參數(shù)的選定193.2 設(shè)計(jì)電路的仿真193.2.1 RCC電路帶額定負(fù)載時(shí)的仿真及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證203.2.2 電路帶輕載時(shí)的仿真223.3 RCC電路的改進(jìn)及改進(jìn)后的仿真23第四章 RCC電路間歇振蕩的應(yīng)用實(shí)例275.1三星S10型放像機(jī)中的RCC型開(kāi)關(guān)電源27第五章總結(jié)與展望29參考文獻(xiàn)32致謝33 iv引言目前采用的大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源，無(wú)論是自激式還是它激式，其電路均為由PWM系統(tǒng)控的穩(wěn)壓電路。在此類開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管總是周期性的通/斷，PWM系統(tǒng)只是改變每個(gè)周期的脈沖寬度。PWM系統(tǒng)控制是連續(xù)的控制。非

9、周期性開(kāi)關(guān)電源則不同，其脈沖控制過(guò)程并非線性連續(xù)變化，而只有兩種狀態(tài):當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓超過(guò)額定值時(shí)，脈沖控制器輸出低電平，開(kāi)關(guān)管截止;當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓低于額定值時(shí)，脈沖控制器輸出高電平，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，濾波電容放電時(shí)間延長(zhǎng)，輸出電壓不會(huì)決速降低，開(kāi)關(guān)管處于截止?fàn)顟B(tài)，直到輸出電壓降低到額定值以下，開(kāi)關(guān)管才再次導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)管的截止時(shí)間取決于負(fù)載電流的大小。開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通/截止由電平開(kāi)關(guān)從輸出電壓取樣進(jìn)行控制，因此這種非周期性開(kāi)關(guān)電源極適合向間斷性負(fù)載或變化較大的負(fù)載供電。初期的非周期性開(kāi)關(guān)電源均采用它激式電路結(jié)構(gòu)，由運(yùn)算放大器組成電壓比較器，將輸出的取樣電壓變成控制電平，控制它激式振

10、蕩器的輸出脈沖。當(dāng)輸出電壓維持額定電壓時(shí)比較器輸出高電平，振蕩器關(guān)斷輸出脈沖，使開(kāi)關(guān)管截止。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，比較器輸出低電平，振蕩器輸出脈沖，使開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。非周期性開(kāi)關(guān)電源進(jìn)人家用電器以后，為了簡(jiǎn)化電路，大多數(shù)采用自激振蕩方式，直接采用穩(wěn)壓管作為電平開(kāi)關(guān)。由于其控制過(guò)程為振蕩狀態(tài)和抑制狀態(tài)(或稱阻塞狀態(tài))的時(shí)間比，因此稱為振蕩抑制型變換器( RINGING CHOKECONVERTER，簡(jiǎn)稱RCC型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器)。在電路上的明顯區(qū)別是:PWM開(kāi)關(guān)電源由獨(dú)立的取樣誤差放大器和直流放大器組成脈寬調(diào)制系統(tǒng);RCC型電源只是由穩(wěn)壓管組成電平開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)管的通/斷。反激式自激變換器就是我們通常所指的R

11、CC（Ringing Choke Converter）電路，變壓器（儲(chǔ)能電感）的工作模式處于臨界連續(xù)狀態(tài)，可以方便的實(shí)現(xiàn)電流型控制，在結(jié)構(gòu)上是單極點(diǎn)系統(tǒng)，容易得到快速穩(wěn)定的響應(yīng)，廣泛應(yīng)用于50W以下的開(kāi)關(guān)電源中。由于要維持臨界連續(xù)模式，并且變壓器原邊電流上升受輸入電壓影響，因此開(kāi)關(guān)工作頻率受輸入電壓和輸出電流的影響，占空比也受輸入電壓的影響。在輸入電壓最高和空載時(shí)，工作頻率最高。也正是因?yàn)楣ぷ黝l率波動(dòng)較大，濾波電路的設(shè)計(jì)也相應(yīng)較難。 相對(duì)于它的缺點(diǎn)，RCC電流的優(yōu)勢(shì)也比較突出。首先是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要少數(shù)分離原件就可以得到需專用芯片才能實(shí)現(xiàn)的電壓輸出性能，通過(guò)良好的設(shè)計(jì)就可以獲得高效和可靠的

12、工作。其次，許多與驅(qū)動(dòng)有關(guān)的困難（驅(qū)動(dòng)波形、變壓器飽和等）在自激變換器中得到很好的解決。而且，由于總是工作于完全能量傳遞模式，副邊整流二極管正向?qū)娏鞯搅?，反向恢?fù)電流和損耗很小，產(chǎn)生的振鈴相對(duì)于不完全能量傳遞模式也要小很多，因此輸出的高頻雜音也要小很多。另外，原邊主管開(kāi)通始終是零電流，因此效率較高。早期的RCC變換器只適用于小功率100W以下的開(kāi)關(guān)電源。近年來(lái)，隨著研究的深入，改進(jìn)后的RCC電路解決了交叉導(dǎo)通和變壓器飽和等許多棘手問(wèn)題，其廉價(jià)、高效、可靠的性能備受人們青睞。它的工作形式是完全能量傳遞型，用電流容易實(shí)現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)上是單極點(diǎn)系統(tǒng)，容易得到快速穩(wěn)定的響應(yīng)。為了減少傳統(tǒng)RCC變換器存

13、在的開(kāi)關(guān)損耗，提高效率，增大其輸入電壓的適應(yīng)范圍，改進(jìn)型RCC電路加入了恒流激勵(lì)以及延遲導(dǎo)通電路。由于增加了恒流激勵(lì)以及延遲導(dǎo)通電路，其振蕩分析與傳統(tǒng)的RCC變換器有些不同，雖然其電路比較復(fù)雜，但其性能大有改善，能在DC127VDC396V范圍內(nèi)正常工作，可提供250W以上功率，其性價(jià)比大有提高?；谝陨咸攸c(diǎn)，RCC電路在低成本高性能電源設(shè)備中廣泛應(yīng)用，例如低壓小功率模塊、家用電氣、手機(jī)充電器等。第二章 RCC電路基礎(chǔ)簡(jiǎn)介1.1 RCC電路工作原理圖1.RCC工作基本原理圖 下面說(shuō)明實(shí)際應(yīng)用中RCC電路的工作過(guò)程。圖1.1給出實(shí)際應(yīng)用最多的RCC方式的基本電路圖。為簡(jiǎn)化穩(wěn)態(tài)分析，可做如下近似：

14、 （1）、忽略變壓器漏感對(duì)主管的集射極電壓的影響，實(shí)際使用時(shí)需要RCD箝位； （2）、主電路輸出電容足夠大，輸出繞組電壓箝位于輸出電壓； （3）、穩(wěn)態(tài)時(shí)電容上的電壓保持不變； （4）、穩(wěn)態(tài)時(shí)電阻的作用可以忽略。1.1.1電路的起動(dòng)接通輸入電源后，電流通過(guò)電阻流向開(kāi)關(guān)晶體管的基極，導(dǎo)通，稱為起動(dòng)電流。在RCC方式中，晶體管的集電極必然由零開(kāi)始逐漸增加，如圖1.2所示。因此應(yīng)盡量小一點(diǎn)。圖1.2晶體管的電流波形此時(shí)變壓器的次級(jí)繞組處于短路狀態(tài)，從輸入一側(cè)看來(lái)，電流全部流進(jìn)線圈，電阻稱為起動(dòng)電阻。1.1.2開(kāi)關(guān)晶體管處于ON狀態(tài)時(shí)一旦進(jìn)入ON狀態(tài)，輸入電壓將加在變壓器的初級(jí)繞組上。由在數(shù)比可知，基極

15、線圈上產(chǎn)生的電壓為 (1)該電壓與 導(dǎo)通極性相同，因此 將維持 的導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)基極電流 是連續(xù)的穩(wěn)定電流。設(shè)晶體管 的基極發(fā)射極間的電壓,二極管的正向電壓為,則可表示為 (2)但是，從圖1.3可知，的集電極電流為一次單調(diào)增函數(shù)，經(jīng)過(guò)某一斷時(shí)間后達(dá)到，集電極電流與直流電流放大倍數(shù)之間將呈現(xiàn)如下關(guān)系： (3)即在上述公式成立的條件下才能維持ON狀態(tài)。在基極電流不足的區(qū)域，集電極電壓由飽和區(qū)域向不飽和區(qū)域的轉(zhuǎn)移。于是，線圈的電壓下降，導(dǎo)致線圈的感應(yīng)電壓也隨之降低，基極電流進(jìn)一步減小。圖1.3 RCC方式的開(kāi)關(guān)動(dòng)作因此的基極電流不足狀態(tài)不斷加深，迅速轉(zhuǎn)至OFF狀態(tài)。1.1.3晶體管處于OFF狀態(tài)時(shí)如

16、果晶體管處于OFF狀態(tài)，變壓器各個(gè)繞組將產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，次級(jí)繞組使導(dǎo)通，電流流過(guò)負(fù)載，經(jīng)過(guò)某一時(shí)間后，變壓器能量釋放完畢，電流變?yōu)?.但是，此時(shí)繞組上還有極少量殘留的能量，這部分能量再一次返回，使基極繞組產(chǎn)生電壓，再次ON，晶體管繼續(xù)重復(fù)前面的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。圖1.4給出各個(gè)部分的動(dòng)作波形。圖1.4 RCC方式的動(dòng)作波形1.2輸出電壓穩(wěn)定的問(wèn)題 RCC方式的穩(wěn)壓器是通過(guò)反向電動(dòng)勢(shì)使次級(jí)的二極管導(dǎo)通向負(fù)載提供功率的。因此，單位時(shí)間內(nèi)變壓器存儲(chǔ)的能量與輸出功率相等，設(shè) 變壓器初級(jí)電感為,有 (4)因此，欲使輸出電壓穩(wěn)定，頻率f最好隨晶體管的ON時(shí)間變化而變化。 圖1.5所示，要使晶體管OFF，對(duì)于集電極

17、電流而言，只要基極電流不足即可，既然如此，那么只要阻止來(lái)自變壓器的驅(qū)動(dòng)電流流過(guò)的基極，讓它從旁路流過(guò)即可。這就是連接穩(wěn)壓二極管的目的。圖1.5RCC方式穩(wěn)壓原理圖的陽(yáng)極與電容器的陰極相連。在 OFF期間，線圈通過(guò)導(dǎo)通的為充電，的電壓變?yōu)樨?fù)電壓，的電壓為： (5)于是齊納二極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電流從它所形成的旁路流過(guò)，進(jìn)而使 OFF。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，由于輸出電壓上升，那么圖1.1中的端電壓也隨輸出電壓成正比上升。即在的OFF期間內(nèi)，變壓器存儲(chǔ)的能量向負(fù)載釋放，即使存在負(fù)電源，的充電電流和次級(jí)電流也會(huì)同時(shí)流動(dòng)。此間線圈和線圈的電壓值分別與匝數(shù)比成正比,即 (6)式中：、分別為、的正向電壓降。反之也可改變

18、使隨之改變。假設(shè)的端電壓上升，那么與陰極相連的齊納二極管導(dǎo)通，于是的流過(guò)旁路，基極中沒(méi)有電流。因此，此時(shí) OFF。從電壓之間的關(guān)系來(lái)分析，的齊納電壓為： (7)因此由與即可確定輸出電壓。即輸出電壓為 (8) 若忽略、和，則與成正比，且輸出電壓的精度由電壓的精度確定。1.3振蕩占空比的計(jì)算為了能更好地掌握RCC方式的工作原理，下面推導(dǎo)占空比D的計(jì)算公式。 在圖1.6中，設(shè)流過(guò)初級(jí)繞組的電流為，變壓器的電感，則有 (9)圖1.6等價(jià)電路當(dāng)時(shí)，電流取得最大值： (10)再由變壓器的基本原理，求得次級(jí)電路的最大電流值為： (11) 次級(jí)電流從開(kāi)始以的比率減小，因而，求得其瞬間值為: (12) 這里RC

19、C方式的初始條件為 ，則有 (13) 將式中的帶入上式，求得為： (14) 于是求得占空比D為: (15)將 (16) (17) 帶入上式得到更為使用的公式，即 (18)1.4振蕩頻率的計(jì)算下面求振蕩頻率。由變壓器初級(jí)、次級(jí)功率相等的條件得到 (19) 由上式，求得為： (20) 將上式變形，求得振蕩頻率f為： (21) 將帶入上式整理，得 (22)由上述占空比及振蕩頻率的公式，可以進(jìn)一步了解RCC方式的基本工作原理：（1）、占空比D與輸入電壓成反比，即隨輸入電壓的增加，縮短，而不變；（2）、負(fù)載電流對(duì)占空比沒(méi)有影響；（3）、占空比D隨變壓器初級(jí)線圈電感 的增加而增加，而隨次級(jí)電感的增加而減小

20、；（4）、振蕩頻率f隨輸入電壓的升高而上升，與負(fù)載電流成反比；（5）、振蕩頻率f隨、的增加而降低。上面的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際電路的測(cè)試結(jié)果幾乎一致。1.5變壓器的設(shè)計(jì)方法開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中，變壓器的設(shè)計(jì)是要點(diǎn)之一，它的所有動(dòng)作與特性幾乎都取決于變壓器的設(shè)計(jì)。特別是 對(duì)于RCC電路，甚至連振蕩頻率都是由變壓器決定的。1.5.1初級(jí)繞組的求法首先，求初級(jí)繞組的匝數(shù)。在R CC方式中，因?yàn)榇磐ㄔ诖判綛-H曲線的上下半?yún)^(qū)都有變化，因此匝數(shù)的計(jì)算公式如下： (23)式中：為線圈的外加電壓；為磁芯的磁通密度；為磁芯的有效截面積。磁芯通常采用鐵氧體材料，但是其最大磁通密度受溫度影響而發(fā)生變化。因此，必須根據(jù)實(shí)際工作條件

21、，從特征表中求得。下面計(jì)算電感值，并按最低輸入電壓的占空比D來(lái)計(jì)算。如圖1.7所示，為三角波，設(shè)功率裝換效率為、輸出功率為、輸入電壓最小值為初級(jí)電流的平均值為，則初級(jí)電流的最大值為 (24)圖1.7變壓器中線圈的電流波形求得初級(jí)繞組所必須電感為： (25)1.5.2其他線圈的求法次級(jí)電流的峰值 與輸出電流的關(guān)系為： (26)那么次級(jí)繞組的電感為： (27)求得次級(jí)繞組的匝數(shù) (28)式中：為次級(jí)整流二極管的正向壓降。然后來(lái)求基極繞組的匝數(shù).由的條件有： (29)由上述格式確定繞組匝數(shù)，但由于輸出側(cè)存在導(dǎo)線電壓降，因此，實(shí)際上個(gè)繞組的匝數(shù)應(yīng)該比計(jì)算結(jié)果稍多一些。第二章 簡(jiǎn)易R(shí)CC基極驅(qū)動(dòng)缺點(diǎn)及改

22、進(jìn)設(shè)計(jì)2.1 簡(jiǎn)易R(shí)CC基極驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)在RCC方式中，提供開(kāi)關(guān)晶體管基極電流的驅(qū)動(dòng)電路的損耗是非常大的。即使在最低輸入電壓條件下，驅(qū)動(dòng)電流的大小也必須足以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)晶體管 ON。同時(shí)變壓器繞組的電壓的增加與輸入電壓成正比，上升，驅(qū)動(dòng)電流也隨之上升，而基極電阻損耗的增加與的平方成正比。另一方面，驅(qū)動(dòng)電流增加，必然會(huì)使穩(wěn)壓電路之路的電流增加。有時(shí)會(huì)引起如圖2.1所示的間歇振蕩。 間歇振蕩是指在某一段時(shí)間內(nèi)有開(kāi)關(guān)動(dòng)作，而相鄰的下一段時(shí)間無(wú)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的現(xiàn)象。如此周而復(fù)始地循環(huán)下去，其周期變化可能，例如從數(shù)百赫茲到數(shù)千赫茲，因而將引起變壓器等產(chǎn)生異常的噪音。圖2.1間歇振蕩動(dòng)作2.2開(kāi)關(guān)晶體管的恒流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

23、如果能找到一種恒流驅(qū)動(dòng)方式，即雖然輸入電壓發(fā)生變化，但驅(qū)動(dòng)電流不改變，那么上述問(wèn)題就會(huì)迎刃而解，而且這里對(duì)具有恒流特性的精度要求并不高，采用圖2.2 所示的電路就足夠了。圖2.2基極恒流驅(qū)動(dòng)該電路即便在輸入電壓發(fā)生變化，流過(guò)的電流也是恒定的。這樣不僅尅大幅度減小的損耗，而且可以防止間歇振蕩。采用該方法后，即使輸入電壓在AC100200V間連續(xù)變化，電路也能正常工作。但實(shí)際上，即使采用上述方法，當(dāng)輸入近似為空載狀態(tài)時(shí)，仍會(huì)引起間歇振蕩。此時(shí)，如圖9所示，應(yīng)該在直流輸出端連接一個(gè)泄放電阻，不過(guò)此時(shí)的功率全部為無(wú)用功率，因此應(yīng)該把電流值調(diào)整到剛剛不引起間歇振蕩的大小。圖2.3泄放電阻的效果第三章 R

24、CC電路的建模與仿真3.1 RCC建模及參數(shù)設(shè)計(jì)3.1.1 主要技術(shù)參數(shù)：（1）輸入電源電壓AC:150250V；（2）輸入頻率：50Hz；（3）輸出：電壓5V；電流0.3A;（4）穩(wěn)壓精度：10%,(5)工作效率>75%；（6）電磁兼容：符合GB17743-1999要求；（7）功率器件過(guò)流保護(hù)功能（8）模塊化、低成本。基本電路參數(shù)的計(jì)算圖3.1RCC電路圖輸入電壓越低、輸出電流越大，振蕩頻率越低。由此，本設(shè)計(jì)中取振蕩頻率為50kHz，且此時(shí)晶體管的占空比D=0.4。3.1.2變壓器繞組設(shè)計(jì)1、變壓器電感及匝數(shù)的計(jì)算 變壓器的初級(jí)繞組的電流為三角鋸齒狀如圖1.7，因此電流v的峰值是輸入電

25、流平均值的倍。設(shè)功率裝換效率為=0.75%，則有 (30)線圈的電感為 (31)由輸出電壓=5v，則次級(jí)線圈電壓 =+=5+0.7=5.7V (32)由變壓器的伏秒平衡可以得到 (33)從而得到匝數(shù)比為 = = (34)由于磁通變化只處在B-H曲線的一側(cè)，由以下公式可確定所選擇的RCC方式變壓器的匝數(shù) (35)由于動(dòng)作頻率較低且輸出功率很低，故采用的磁芯為T(mén)DK生產(chǎn)的材質(zhì)為的EI22。所選定二次線圈的匝數(shù)為 取4匝 (36) 所選定的一次線圈匝數(shù)為 =*=4*17.54=70.16 取71匝 (37) 設(shè)最低輸入電壓=6V，則求得基極繞組匝數(shù)為 取3匝 (38) 2、變壓器間隙的計(jì)算下面計(jì)算變

26、壓器的間隙。本例中磁芯是材質(zhì)為的EI22，則磁路的總間隙為： (39)實(shí)際的間隙紙板厚度為的一半，即為0.006mm。3.1.3電壓控制電路的設(shè)計(jì)首先，當(dāng)處于OFF時(shí)，線圈的電壓為 V (40)作為電壓控制用的齊納二極管兩端的電壓為： =（）=4.3（0.70.7）=4.3V (41)由于變壓器本身也有壓降，因此實(shí)際應(yīng)用的電壓值稍高一些的二極管。3.1.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)晶體管的集射極實(shí)際電壓波形如圖3.2所示。圖3.開(kāi)關(guān)管集電極電壓波形 由變?yōu)闀r(shí)，因變壓器漏感磁通影響，而由一次側(cè)自二次則傳輸?shù)哪芰慨a(chǎn)生。近似利用公式為： (42)求得=50V (43)是由一次電路的電感成分所生成的浪涌電壓。故

27、集電極電壓最高值為V (44)因此本例中采用的是高速、高壓開(kāi)關(guān)電流用晶體管smbta06。設(shè)時(shí)，考慮一定的余裕，取10，必須的基極電流約為6.74mA。于是基極電阻為： 最后取800 (45) 3.1.5 次級(jí)電容、二極管的選定二極管關(guān)斷時(shí)反向電壓值為 V (46)輸出電容的選擇 電容器 內(nèi)所導(dǎo)通的文波電流，波形如圖3.3所示。圖3.輸出電容電流波形其有效值為 (47)當(dāng)輸入電壓為最低而輸出電流最大時(shí)，文波電流最大。此時(shí)紋波電流為 (48)3.1.6 其他參數(shù)的選定初級(jí)繞組的RC緩沖電路中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取R=20k，而RC放電常數(shù)應(yīng)該小于關(guān)斷時(shí)間的十分之一。因此有 (49)則求得電容C為 最后取4

28、7pF (50) 起動(dòng)電阻的選擇與起動(dòng)電流有關(guān)，而起動(dòng)電流最低有0.25mA就足夠了。因此起動(dòng)電阻為 (51)基極電阻與變壓器線圈之間連接的電容器的目的是加速的基極電流，改善電流的起動(dòng)特性。該電路中，采用0.0047u的薄膜電容器。3.2 設(shè)計(jì)電路的仿真 最終設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易R(shí)CC電路圖如圖3.4所示。由于仿真電路的3繞組變壓器采用的是理想變壓器，故在初級(jí)繞組上并聯(lián)一個(gè)18.0m的電感，同時(shí)由于變壓器的漏感較小，所以忽略掉漏感。另外，仿真電路的所有二極管均采用理想二極管，不過(guò)其壓降為0.7V。圖3.4 RCC開(kāi)關(guān)電源仿真圖形3.2.1 RCC電路帶額定負(fù)載時(shí)的仿真及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證仿真時(shí)取輸入電壓為A

29、C 150V，頻率為50赫茲，輸出負(fù)載電阻值為17歐姆，使得輸出接近額定值，仿真主要波形如圖3.5所示。圖3.5額定負(fù)載時(shí)仿真主要波形從仿真波形可以看出，電路的工作周期為，電流開(kāi)通時(shí)間，則占空比D為： (52)輸出電壓值為=5.067V，則其誤差為 <10% (53)故符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。3.2.2 電路帶輕載時(shí)的仿真當(dāng)輸入電壓最高為250V，帶電阻為2K歐姆的輕載時(shí)，仿真電路的主要波形，如圖3.6所示。 圖3.6間歇振蕩時(shí)主要波形圖如上圖所示，當(dāng)輸入電壓增大，負(fù)載電流小到一定程度時(shí)，變壓器中存貯的磁能釋放速度變慢，穩(wěn)壓二極管的導(dǎo)通時(shí)間增長(zhǎng)，晶體管的截止時(shí)間也增長(zhǎng)，形成幾百Hz到幾kHz的阻塞

30、振蕩,變壓器便發(fā)出此頻率的振蕩噪聲，同時(shí)負(fù)載電壓的紋波系數(shù)也會(huì)增大。另一方面，由于在控制電容兩端并聯(lián)了電阻,使得電容能夠在間歇振蕩期間通過(guò)電阻放電，從而使電容的陰極電壓提高。這樣可以使副邊電壓下降時(shí)，不至于下降過(guò)多之后晶體管才會(huì)導(dǎo)通，從而使得輸出電壓變得平穩(wěn)，有利于紋波系數(shù)的減小。3.3 RCC電路的改進(jìn)及改進(jìn)后的仿真為了抑制消除這種間隙振蕩現(xiàn)象，下面設(shè)計(jì)恒流電路從而提高電路的輸入范圍，提高電路帶載能力。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的RCC電路的設(shè)計(jì)如圖3.7所示。圖3.7帶有恒流的RCC電路如上圖所示，一旦輸入電壓大于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓，那么晶體管的基極電壓就會(huì)被鉗制在（），從而流過(guò)晶體管基極電流就會(huì)被固定

31、。當(dāng)輸入電壓最低時(shí)仍能保證能被擊穿，即輸入電壓為150V時(shí)能擊穿，故有 (54)從而可以求得 (55) 實(shí)際取4.7V與穩(wěn)壓二極管串聯(lián)的電阻取為100。改進(jìn)后的RCC電路，輸入可以在AC150250V之間變化，并且不會(huì)出現(xiàn)間歇振蕩現(xiàn)象。下面的波形是在輸入為AC250V，帶電阻值為3K歐姆的輕載時(shí)得到的電路主要波形圖，如圖3.所示。 圖3.8改進(jìn)后的電路主要仿真波形從電路波形圖可以看出，即使輸入為AC250V，控制電路中晶體管的基極電壓最大也只有4.75V，而如果沒(méi)有加入恒流源，則晶體管基極驅(qū)動(dòng)電壓最大可以達(dá)到 (56)因此加入恒流驅(qū)動(dòng)后可以有效的降低了基極驅(qū)動(dòng)電路，從而當(dāng)晶體管截止時(shí)從穩(wěn)壓二極

32、管流過(guò)的電流將會(huì)大幅地降低，因此抑制消除了間歇振蕩現(xiàn)象。 從晶體管的集電極電壓波形可以看出，此時(shí)并沒(méi)有完全開(kāi)通即沒(méi)有工作在飽和區(qū)，而是工作在放大區(qū)。把它的波形放大后看，如圖3.9所示。 圖3. 9集電極波形圖由圖可以看出，當(dāng)電流帶一個(gè)輕載時(shí)，RCC電路的輸出電流減小，則周期變短，頻率增大，同時(shí)時(shí)間亦變短，晶體管沒(méi)有完全開(kāi)通，因此無(wú)法充分執(zhí)行功率晶體管的驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致的損耗增加。第四章 RCC電路間歇振蕩的應(yīng)用實(shí)例4.1三星S10型放像機(jī)中的RCC型開(kāi)關(guān)電源錄/放像機(jī)電源的特點(diǎn)是負(fù)載變動(dòng)范圍大，當(dāng)接通電網(wǎng)電壓，未按開(kāi)機(jī)鍵時(shí)電源時(shí)，所帶負(fù)載最小。在按下快進(jìn)、快倒或出盒鍵時(shí)負(fù)載電流最大。因此，若采用簡(jiǎn)易

33、的自激式開(kāi)關(guān)電源，其故障率是極高的。三星S10型放像機(jī)中的RCC型開(kāi)關(guān)電源由4大部分組成，本文只討論其一次側(cè)電路，如圖4.1所示。該開(kāi)關(guān)電源適應(yīng)AC 100240V的電壓輸入，同時(shí)允許空載。 圖4.1 RCC電路在放像機(jī)中的應(yīng)用1、自激振蕩電路自激振蕩電路由厚膜電路IC001、電源自激變換器、電平控制電路、過(guò)電流限制電路等組成。IC001型號(hào)為STR11006，其內(nèi)部電路見(jiàn)圖4o 其中Q1為開(kāi)關(guān)管，Q2為電平開(kāi)關(guān)管，Q3為過(guò)電流保護(hù)管。IC001內(nèi)的Q1與脈沖變壓器T001組成間歇振蕩電路。開(kāi)機(jī)后，電網(wǎng)電壓經(jīng)整流濾波后輸出+300V電壓，一路經(jīng)T001繞組加到QI(c)，另一路經(jīng)R003, R

34、004與R002分壓為100 V，對(duì)C008充電，其充電電流經(jīng)QI(b)(c)，使Q1導(dǎo)通，通過(guò)T001繞組產(chǎn)生正反饋脈沖，經(jīng)R008 , C012反饋到Q1(b)，使之迅速飽和，開(kāi)始自激振蕩。C012和R00R反饋電路反饋系數(shù)較大，電網(wǎng)電壓即使在100V仍可使開(kāi)關(guān)電源工作。為了防止電網(wǎng)電壓升高時(shí)Q1過(guò)飽和，電路中設(shè)置了由Q00l和C016組成的可變分流驅(qū)動(dòng)電路。T001繞組輸出的正脈沖一路經(jīng)D005整流、C016濾波后加到Q001(c)，另一路經(jīng)R009加到Q001(b)，使Q1在導(dǎo)通期間，當(dāng)正反饋脈沖幅度增大時(shí)導(dǎo)通程度也增大。與此同時(shí)，在Q1截止期間T1001繞組輸出的脈沖電壓當(dāng)為負(fù)為正時(shí)

35、，D004,D005導(dǎo)通，向C016充電。此充電電壓正比于輸人的電網(wǎng)電壓，反比于負(fù)載電流。當(dāng)T001繞組輸出的脈沖電壓反相時(shí)，D004截止TDO1輸出的正脈沖電壓使Q1導(dǎo)通，同時(shí)還通過(guò)R009使Q001導(dǎo)通，其導(dǎo)通程度取決于C016的充電電壓和T001的正脈沖幅度。由于C016的充電電壓與Q001(b)的正脈沖峰值隨電網(wǎng)電壓的升高而升高，因此Q001的Ic(C016的放電電流)也隨電網(wǎng)電壓的升高而增大，對(duì)Q1激勵(lì)脈沖的分流也增大，使正反饋電流得以平衡。 2.穩(wěn)壓控制和保護(hù)電路 T001正反饋繞組輸出的脈沖電壓經(jīng)D003整流、C014濾波，產(chǎn)生6一8 V的直流電壓，送人IC001、。進(jìn)入的正電壓

36、加到Q2(c)，進(jìn)入的負(fù)電壓加到由R2,R3組成的分壓器上，經(jīng)分壓后產(chǎn)生3V以上的電壓(ZD為3.3 V穩(wěn)壓管)。當(dāng)T001 -繞組輸出的脈沖電壓升高時(shí)，IC001的正電壓升高，ZD導(dǎo)通，使Q2也導(dǎo)通，Q1停振，輸出電壓下降;當(dāng)T001繞組輸出的脈沖電壓下降時(shí)，ZD,Q2截止，Q1又重新振蕩。這種RCC方式的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，且對(duì)電源空載有保護(hù)作用。當(dāng)空載時(shí)，ZD導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，QI產(chǎn)生阻塞振蕩，輸出電壓大幅度降低，當(dāng)負(fù)載達(dá)到一定程度時(shí)輸出電壓自動(dòng)恢復(fù)。由于在負(fù)載變動(dòng)許可范圍內(nèi)不允許有阻塞振蕩現(xiàn)象發(fā)生，因此R2,R3的分壓比相當(dāng)重要。R3為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)IC001溫度升高時(shí)，其電阻值自動(dòng)減

37、小，ZD導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，占空比減小Q1功耗減小，保護(hù)QI不被熱擊穿。第五章總結(jié)與展望本文主要闡述了RCC電路的基本原理，并通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)了一款輸出為5V/0.3A的RCC電路。通過(guò)仿真演示，可以看出設(shè)計(jì)的RCC電路基本符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，本文還針對(duì)RCC電路在輕載或空載時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的間歇振蕩現(xiàn)象做出了一定的分析，并設(shè)計(jì)出特定的電路從而防止這種間歇振蕩現(xiàn)象在大功率輸出時(shí)對(duì)電氣設(shè)備的危害。當(dāng)然，間歇振蕩現(xiàn)象并非完全是有害的。通過(guò)分析收集的各種資料以及本文對(duì)三星S10型放像機(jī)中的RCC型開(kāi)關(guān)電源的闡述可以看出，當(dāng)電路需要工作在輕載或空載時(shí)，可以利用間歇振蕩，從而減小電路工作的功率，降低損耗，提高工作效率。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中還需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）、防止啟動(dòng)時(shí)電路集電極電流過(guò)大，需要在電路中連接NPN型晶體管，如圖5.1所示，從而一旦開(kāi)關(guān)管的集電極電流使上的電壓降超過(guò),則 ON，從而構(gòu)成的基極電流分流，并起限制的集電極電流過(guò)高的穩(wěn)流作用。圖5.1起動(dòng)時(shí)的保護(hù)措施（2）、加強(qiáng)緩沖電路。變壓器漏感儲(chǔ)存的能量通過(guò)緩沖電路的作用來(lái)抑制電壓。但是，開(kāi)關(guān)電流流過(guò)導(dǎo)線電感同樣存儲(chǔ)了能量，在開(kāi)關(guān)