频率计算法设计RCC开关电源

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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。

2、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(RingingChokeConvertor)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，使得开关管控制极的电流驱动波

3、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

4、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5V／10A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。1RCC原理1．1RCC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Q1导通，经由反馈电感T1的反馈信号加强

5、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。1．2自振荡频

6、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(10)，

7、可确定变压器的初、次级电感L1，L2，它们是检验电源能否达到设计要求的重要参考。2设计实例   基于频率计算法设计了一个50W的RCC开关电源，其原理图如图2所示。为了图面清晰，图中未画出工频滤波和整流电路。该电源采用典型RCC拓扑结构，其整流、滤波、缓冲吸收电路、电压负反馈电路、过流控制的设计可参照文献。2．1选择磁芯   所设计的电源最大输出功率为Pout=50W，所需的输入功率Pin=Pout／η，预计效率为0．8，以时变压器能承载的最大功率应不小于62．5W。若设计的电源最低工作频率不低于50kHz

8、，查磁芯参数表知，EE30磁芯在50kHz时最大输出功率为64W，能满足所需功率的要求，其磁芯有效截面积Ae=109mm2。2．2求初、次级匝数   自激反激式变压器匝数N的计算公式为：      式中：输出电压u2=5．7V(含整流管压降0．7V)，若允许磁芯工作磁通密度Bw≤120mT，将Bw代入式(11)得N2≥4．35，则取整为5匝。   由于变压器的输入／输出能量相等：      由于次级最大平均电流为