RCC电路架构原理

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1、RCC電路架構原理EditbyEricTseng一、前言RCC(RingChokeConverter)電路為一價格較低之交換式電源供應器，其為自激式，不需振盪電路，因此電路結構比較簡單，在數w至50w以下應用較為廣泛。由於RCC之振盪頻率會隨輸入電壓或負載之不同而改變，因此在較寬的輸入電壓範圍工作下，其特性較不易掌控，且其動作受切換電晶體及其他零件特性左右甚多，因此零件的選取大大地決定RCC架構整體的特性與穩定度。另外，溫度亦為影響電路穩定性之重要因素。雖然RCC之特性不易掌控，但如果設計時能嚴謹、反覆review，其成本低、體積小的優點仍足以在小power之converter上占有一席之地

2、。二、工作原理RCC電路之由來乃為Buck-BoostConverter之衍生。Buck-BoostConverter之架構在Ton期間，Q1導通，L1上之電壓L1上之電流L1此時為儲能；D1因逆向偏壓，故不導通，輸出由Co維持。在Toff期間，Q1截止，為了維持電感器上電流的連續性，L1中所儲存之能量必須釋放，故L1上之電壓此時極性反轉以使D1能成為順向偏壓，而將能量釋放至Co與負載。VL=-Vo，L1此時為釋能；D1為順向偏壓，Id=IL，Co充電至-Vo。Buck-BoostConverter工作波形圖：若要取得Vi與Vo之隔離，可將L1以1:1的方式做成變壓器。若將Q1放到Np的下面

3、，並將Ns極性反轉，D1及Co易跟著極性反轉，則此Buck-Boost便如下圖所示：若將Q1加上正回授之驅動繞組及啟動電阻，則電路即成為如下圖所示之標準RCC電路。此電路動作原理如下:當Vin提供電壓之RCC電路時，經由啟動電阻Rs提供電流至電晶體Q1之base，使Q1ON。此時變壓器Np線圈被加上電壓，同時Nb亦由Np感應出電壓而藉由Rb提供較大之basecurrent，使Q1快速進入saturation。在Q1導通期間，Ns繞組由於極性對D1而言為逆向偏壓，所以不會有電流流通，因此Np繞組處於儲能狀態，而負載電流由Co提供。此時：(一次側峰值電流=Q1集極峰值電流)(J)(一次側儲存之能

4、量)Q1導通期間，Ip=Ic呈線性上升，當Ic≥β*Ib時，Q1脫離飽和區，因此Vce上升，Np繞組電壓(Vin-Vce)下降，Nb繞組電壓亦隨之下降，此時Ic電流減少，致使Np、Nb極性反轉而令Q1OFF。由於極性反轉，Ns對D1為順偏，因此D1導通，原來儲存在變壓器之能量就會經由Ns、D1、Co傳遞至負載端。此時：(Vf：D1forwardvoltage)Isp:次級側峰值電流當變壓器儲存之能量全部移至輸出端時，流經二極體D1之電流就會漸漸下降而變為零。如此使得二極體D1變成截止狀態。此時Nb線圈產生極性反轉作用，使得Q1再度導通，恢復至開始狀態。這些ON、OFF之反覆動作，使電路持續振

5、盪，達到Freerunning之結果。RCC之動作波形如下：其中由推導的結果中可看出，若Lp、D已決定，則振盪頻率fs與輸出之POWER[即(Vo+Vf)*Io]，和輸入電壓Vin有關。另外切換電晶體之Vce(SAT)與二極體之Vf亦影響著振盪頻率。一、變壓器設計步驟1、規格之決定輸入電壓範圍:ViDC,min=ViAC,min*-20V輸出之功率(輸出電壓、負載電流)2、最低切換頻率(fS)與最大工作週期(DMAX)之決定最低切換頻率與最大工作週期乃在輸入電壓最低以及負載最大時出現，最低切換頻率避免設計低於20KHZ，以免產生audionoise，但亦不可設過高，否則當電路工作於最大頻率時

6、，易發生不穩定現象及產生嚴重之switchingloss。3、圈數比，初次極峰值電流、電感量的計算此為針對輸入電壓為最低，負載電流最大的情況下加以計算。次級側繞組之電壓：利用伏秒平衡定理：where：次級側之功率：初級側之功率：(η：efficiency)次級側之峰值電流初級側感量次級側感量1、線徑之決定先換算出初極側、次極側電流之有效值(rms)IspIppIs(RMS)-------------------------Ip(RMS)----------------------TonToff電流密度(安全範圍)：J=300~500A/cm2or3~5A/mm2『每mm2可流3~5A』或者可

7、用1/J=350~500C.M/A『每A須要350~500C.M線徑的線』例如2A(RMS)的電流需要:2A*(350~500C.M/A)=700~1000C.M=26.5mil~31.6mil≒0.67mm~0.8mm線徑的線2、磁心之選定由已得之Ls、Isp選擇鐵心材質、形狀、大小及決定鐵心之參數。‧在FLYBACK變壓器中鐵心材質一般選用FERRITE，且導磁率μ選在2000~2500左右。‧鐵心形狀盡