RCC電源的設(shè)計(jì)課件

TOPSwitchⅡ概述TOPSwitch器件是美國功率集成公司（POWERIntegrationsInc），于90年代中期推出的新型高頻開關(guān)電源芯片。它是三端脫線式PWM開關(guān)的英文縮寫（ThreeterminalofflinePWMSwitch）。它的特點(diǎn)是將高頻開關(guān)電源中的PWM控制器和MOSFET功率開關(guān)管集成在同一芯片上，是一種二合一器件。這大大簡化了電源電路，提高了可靠性，使得電源的設(shè)計(jì)更加簡單快捷。.9/27/2023TOPSwitchⅡ概述.7/30/20231TOPSwitchⅡ原理TOPSwitch器件有多種封裝形式，采用DIP－8和SMD－8封裝的，中間4只為空腳，可以將它們接到印刷電路板的銅箔上，將芯片產(chǎn)生的熱量直接傳到印刷電路板上，不必另設(shè)散熱器，節(jié)省了成本。采用TO220封裝的，只有3只管腳，使用起來就和一只大功率三極管一樣便利。此外由于PWM控制器和MOSFET功率開關(guān)管是在管殼內(nèi)連接的，連線極短，這就消除了高頻輻射現(xiàn)象，改善了電源的電磁兼容性能，減小了器件對(duì)電路板布局和輸入總線瞬變的要求。TOPSwitch－II是TOPSwitch的改進(jìn)型號(hào)，它將單電壓輸入時(shí)的最大功率100W提高到150W，電磁兼容性也得到增強(qiáng)，該器件具有更高的性能價(jià)格比。TOPSwitch－II器件包括TOP225－TOP227等幾個(gè)型號(hào)，主要差別就在于輸出功率的不同。TOPSwitchII。.9/27/2023TOPSwitchⅡ原理TOPSwitch器件有多種封裝形式2TOPSwitchⅡ內(nèi)部框圖.9/27/2023TOPSwitchⅡ內(nèi)部框圖.7/30/20233TOPSwitch－Ⅱ的產(chǎn)品分類及最大輸出功率POM

.9/27/2023TOPSwitch－Ⅱ的產(chǎn)品分類及最大輸出功率POM.7/4TOPSwitchⅡ主要特性常用的有TO-220封裝2PIN，也有DIP8封裝形式的；固定集成100KHz脈寬調(diào)制；工作原理：內(nèi)部輸出MOS管占空比是隨著輸出控制腳的電流增加而線形地減小，來完成控制、偏置和保護(hù)；.9/27/2023TOPSwitchⅡ主要特性常用的有TO-220封裝2PIN5RCC電源的特點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉；自激振蕩動(dòng)作，控制電路無需輔助電源；外部條件的改變會(huì)引起工作頻率較大的變化；功率轉(zhuǎn)換效率較低，不適合大功率；噪聲集中在低頻段。.9/27/2023RCC電源的特點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉；.7/30/20236RCC電源原理圖.9/27/2023RCC電源原理圖.7/30/20237RCC變換器電路原理與應(yīng)用1開關(guān)電源的自激振蕩狀態(tài)

220V市電壓整流濾波電路產(chǎn)生的300V直流電壓分兩路輸出：一路通過開關(guān)壓器T1初級(jí)繞組加到開關(guān)管Q1的漏極（D極）；另一路通過啟動(dòng)電阻R1加到開關(guān)管Q1柵極（G極），使Q1導(dǎo)通。開關(guān)管Q1導(dǎo)通后，其集成電極流在開關(guān)變壓器T1初級(jí)組上產(chǎn)生1正、2負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢。由于互感，T1正反饋繞組相應(yīng)產(chǎn)生3正、4負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢。于是T1的3腳上的正脈沖電壓通過C1、R4加到Q1的G極與源極（S極）之間，使Q1漏極電流進(jìn)一步增大，于是開關(guān)管Q1在正反饋雪崩過程的作用下，迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)。.9/27/2023RCC變換器電路原理與應(yīng)用1開關(guān)電源的自激振蕩狀態(tài)

2208RCC變換器電路原理與應(yīng)用2開關(guān)管Q1在飽和期間，開關(guān)變壓器T1次級(jí)繞組所接的整流濾波電路因感應(yīng)電動(dòng)勢反相而截止，于是電能便以磁能的方式存儲(chǔ)在T1初級(jí)繞組內(nèi)部。由于正反饋雪崩過程時(shí)間極短，定時(shí)電容C1來不及充電（等效于短路）。在Q2進(jìn)入飽和狀態(tài)后，正反饋繞組上的感應(yīng)電壓對(duì)C1充電，隨著C1充電的不斷進(jìn)行，其兩端電位差升高。于是Q1的導(dǎo)通回路被切斷，使Q1退出飽和狀態(tài)。.9/27/2023RCC變換器電路原理與應(yīng)用2開關(guān)管Q1在飽和期間，開關(guān)變壓器9RCC變換器電路原理與應(yīng)用3開關(guān)管Q1退出飽和狀態(tài)后，其內(nèi)阻增大，導(dǎo)致漏極電流進(jìn)一步下降。由于電感中的電流不能突變，于是開關(guān)變壓器T1各個(gè)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢反相，正反饋繞組3端負(fù)的脈沖電壓與定時(shí)電容C1所充的電壓疊加后，使Q1迅速截止。.9/27/2023RCC變換器電路原理與應(yīng)用3開關(guān)管Q1退出飽和狀態(tài)后，其內(nèi)阻10RCC變換器電路原理與應(yīng)用4開關(guān)管Q1在截止期間，定時(shí)電容C1放電，以便為下一個(gè)正反饋電壓（驅(qū)動(dòng)電壓）提供電路，保證開關(guān)管Q1能夠再次進(jìn)入飽和狀態(tài)。同時(shí)，開關(guān)變壓器T1初級(jí)繞組存儲(chǔ)的能量耦合到次級(jí)繞組并通過整流管整流后，向?yàn)V波電容提供能量。.9/27/2023RCC變換器電路原理與應(yīng)用4開關(guān)管Q1在截止期間，定時(shí)電容C11RCC變換器電路原理與應(yīng)用5當(dāng)初級(jí)繞組的能量下降到一定值時(shí)，根據(jù)電感中的電流不能突變的原理，初級(jí)繞組便產(chǎn)生一個(gè)反向電動(dòng)勢，以抵抗電流的下降，該電流在T1初級(jí)繞組產(chǎn)生1正、2負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢。T1的3腳感生和正脈沖電壓通過正反饋回路，使開關(guān)管Q1又重新導(dǎo)通。因此，開關(guān)電源電路便工作在自激振蕩狀態(tài)。.9/27/2023RCC變換器電路原理與應(yīng)用5當(dāng)初級(jí)繞組的能量下降到一定值時(shí)，12RCC變換器電路原理與應(yīng)用6通過以上介紹可知，在自激振蕩狀態(tài)，開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間由定時(shí)電容C1充電時(shí)間決定；開關(guān)管截止時(shí)間，由C1放電時(shí)間決定。在開關(guān)管Q1截止期間，開關(guān)變壓器T1初級(jí)繞組存儲(chǔ)的能量經(jīng)次級(jí)繞組的耦合，二極管整流供負(fù)載。.9/27/2023RCC變換器電路原理與應(yīng)用6通過以上介紹可知，在自激振蕩狀態(tài)13RCC的簡單示意圖.9/27/2023RCC的簡單示意圖.7/30/202314電路中Q2的作用？本電路中Q2主要起什么做用呢？

它的作用是：若開關(guān)管Q1的漏極電流使R3上的電壓將Vr3超過Q2的Vbe，則Q2導(dǎo)通，從而構(gòu)成Q1柵極電流分支，并起到限制Q1的漏極電流過高的穩(wěn)流作用。.9/27/2023電路中Q2的作用？本電路中Q2主要起什么做用呢？.7/30/15變壓器參數(shù)的計(jì)算變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)一般先取RCC電路的振蕩頻率和晶體管工作的占空比。有經(jīng)驗(yàn)的工程師一般取f為20~40KHz；D為0.5左右，η為0.6~0.8。變壓器的初級(jí)峰值電流：一般初級(jí)峰值電流為電源輸入電流平均值的4倍，輸出峰值電流也為額定輸出電流的4倍，所以：Ip=4×Po/（Vinmin×η）這里的,Po：輸出功率，W；Vinmin：輸入最小電壓，V；η：變壓器的效率，這里取0.6。.9/27/2023變壓器參數(shù)的計(jì)算變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)一般先取RCC電路的振蕩頻率和16變壓器的初級(jí)/次級(jí)電感量變壓器初級(jí)電感量為：Lp=（Vinmin/Ip）×Ton這里的，Vinmin：輸出的最小電壓，V；Ton：變壓器的導(dǎo)通時(shí)間，S。變壓器次級(jí)電感量為：Iop=4×IoLs=（Vo+Vf）×Toff/Iop這里的，Vo：輸出電壓的額定值，V；Vf：輸出整流管壓降，V；.9/27/2023變壓器的初級(jí)/次級(jí)電感量變壓器初級(jí)電感量為：.7/30/2017變壓器初級(jí)繞組計(jì)算初級(jí)繞組Np的計(jì)算：Np=（Vin×Ton）×108/ΔB×Ae這里的，Vinmin：為電源電壓，V；Ton：變壓器的導(dǎo)通時(shí)間，S；ΔB：磁芯的磁通密度，mT；Ae：磁芯的有效截面積，cm2。.9/27/2023變壓器初級(jí)繞組計(jì)算初級(jí)繞組Np的計(jì)算：.7/30/202318次級(jí)繞組的計(jì)算次級(jí)繞組Ns的計(jì)算：Ns=[√Po（Vo+Vf）/η×Vinmin2×Io]×Np一般更多的使用：Ns=√（Ls/Lp）×Np這里的，Po：輸出的總功率，W；Vf：整流管的壓降，V；η：變壓器的效率；Vinmin：最小輸入電壓，V；Io：輸出電流，A。.9/27/2023次級(jí)繞組的計(jì)算次級(jí)繞組Ns的計(jì)算：.7/30/202319變壓器的氣隙計(jì)算變壓器的氣隙為：Lg=4×3.14×Ae×Np2×10-8/Lp這里的，Ae：變壓器磁心有效截面積，cm2；.9/27/2023變壓器的氣隙計(jì)算變壓器的氣隙為：.7/30/202320現(xiàn)場作業(yè)題設(shè)計(jì)一款變壓器：1、輸入：AC90~265V；采用RCC變壓器；2、12V，0.4A；

5V，0.015A（輔助繞組的供電）；3、d=4/mm2；f=25KHz；Ae=0.41cm（EI22磁心）；η=0.6；D=0.5；ΔB=2800mT.9/27/2023現(xiàn)場作業(yè)題設(shè)計(jì)一款變壓器：.7/30/202321RCC變壓器初級(jí)繞組設(shè)計(jì)變壓器初級(jí)繞組1）原邊峰值電流是輸入電流平均值的4倍：IP=4×（1/Vin）×（Po/η）=4×（1/90×√2×0.91）×（12×0.4/0.6）=0.28A2）Np線圈上的電感量Lp為：Lp=（Vin/Ip）×Ton=（90×√2×0.91/0.28）×20×10-6=8.3mH3）初級(jí)匝數(shù)為：Np=（Vin×Ton）×108/ΔB×Ae=（90×√2×0.91×20×10-6/2800×0.41）×108=201.9/27/2023RCC變壓器初級(jí)繞組設(shè)計(jì)變壓器初級(jí)繞組.7/30/202322RCC變壓器次級(jí)繞組設(shè)計(jì)次級(jí)繞組Ns計(jì)算：一般二極管正向壓降VF=1V，所以：1）Ns電感量Ls為：Ls=（（Vo+VF）/Is）×Toff=（（12+1）/4×0.4）×20×10-6=163uH2）電感與匝數(shù)的平方成正比，所以：Ns=（√（Ls/Lp））×Np=（√（163×10-6/8.3×10-3））×201=283）輔助繞組5V的匝數(shù)為：NB=（VB/Vin）×Np=（5/90×√2×0.91）×201=8.7這里取9匝.