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。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(Ringing Choke Convertor)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。

1 RCC原理
1．1 RCC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。