>汽车>>正文

【实战,有用】RCC电路实际计算“2例”及详细分析!

原标题:【实战,有用】RCC电路实际计算“2例”及详细分析!

《让世界看到屏幕背后的工程师—祝贺张飞电子视频销量突破一千万》

张飞电子视频教程销量突破1000万,疯狂促销中,淘宝店铺地址:☞fcsddz.taobao.com

基本RCC电路如下:

电路分析

电路的基本工作原理参考“手机充电器拆解及RCC电路简要分析”。

1工作模式

根据其工作原理可知,RCC电路相当于工作于BCM临界导通模式的buck-boost变换器。

2占空比D

变压器一次、二次、反馈绕组的匝数分别为Np、Ns、Nb,电感分别是Lp、Ls、Lb;电路输入、输出电压分别是Vin和Vo;开关管导通压降Vqce;输出二极管导通压降Vd3,则可以推导出

D = (Vo + Vd3) × (Np / Ns) / ((Vo + Vd3) × (Np / Ns) + (Vin - Vqce))

另 n = Np / Ns,同时忽略开关管和输出二极管导通压降,则上式简化为

D = n × Vo / (n × Vo + Vin),即buck-boost的标准方程。

3工作频率f

令 V1 = Vin - Vqce,V2 = Vo + Vd3,设输出电流为Io,可以推导出

f = (1 / (2 × Io)) × V1^2 × V2 / (Lp^0.5 × V2 + Ls^0.5 × V1)^2

由此式可以得到如下结论:

(1)工作频率f和负载电流Io成反比,Io很小时频率将很高;

(2)工作频率随一次、二次电感量的增加而下降;

(3)工作频率随输入电压的上升而上升。

4输出电压Vo

根 据工作原理,稳态下C4两端的电压Vc4(下正上负)恒定,开关管Q截止时有 Vc4 = (Nb / Ns) × (Vo + Vd3) - Vd1,Vd1是二极管D1的导通压降;开关管Q导通时有Vc4 = Vzd - Vqbe,Vzd和Vqbe分别是齐纳管ZD的稳压值和三极管基极-发射极正向压降。整理这两个式子可得

Vo = (Ns / Nb) × (Vzd + Vd1 - Vqbe) - Vd3,和

Vzd = (Nb / Ns) × (Vo + Vd3) - Vd1 + Vqbe

忽略二、三极管导通压降,可得简化式子

Vo = (Ns / Nb) × Vzd,可见Vzd决定了输出电压Vo 。

设计实例1:输入15~21V,输出9V,功率0.5W,工作频率150KHz

电路如图:

1开关管及反馈和二次绕组匝比

选则2N5551作为开关管,这里关心的参数是 Vebo = 6V

根据电路,开关管应满足 Vebo > (Nb / Ns) × (Vo + Vd3),即 Vebo > (Nb / Ns) × 9.5V,取Nb:Ns = 1:2,有Vebo > 4.75V,满足条件。

2定压网络

取所有二、三极管导通压降0.5V,则

Vzd = 0.5 × (9 + 0.5) - 0.5 + 0.5 = 4.75V

齐纳管选1N4732或1N750,稳压值都是4.7V

D1选1N4007,C3选22uF电解(功率很小,根据经验和已知电路直接选取)

3一次、二次匝比及反馈网络

根据输入、输出电压定Np:Ns = 2:1,则Np:Nb = 4:1,开关管导通时反馈电流为Ibf = (Nb / Np) × Vin / R2,取 Vin = 18V,Ibf = 5mA,得 R2 = 0.9K,取常用电阻值1K;滤波电容C2取102。

4启动电阻

Ib = Vin / R1,取Ib = 0.1mA,得 R1 = 18K,取常用阻值 R1 = 22K 。

5最大占空比

Dmax = (Vo + Vd3) × (Np / Ns) / ((Vo + Vd3) × (Np / Ns) + (Vinmin - Vqce)) = 0.567

6变压器

匝比已经由上面确定:Np:Ns:Nb = 4:2:1 。

磁 芯体积和磁芯选择:Ve = 0.7 × ((2 + r)^2 / r) × (Pin / f)(参考反激变换器磁芯体积计算公式),r = 2,取 Pin = 1W,f = 150KHz,得 Ve = 0.04 cm^3,实际上由于功率很小,直接选取最小可用磁芯即可,此处选取EE10 。

由电路工作于BCM(r = 2)模式可以推导出一次匝数为

Np = Vin / (2 × Bpk × Ae × f),其中Bpk是最大磁通密度,取0.3T,Ae是磁芯有效截面积,EE10的Ae是0.12cm^2,f是工作频率,取150KHz,Vin取Vinmin = 15V,得Np = 13.89 。

根据匝比得 Ns = 6.94,Nb = 3.47

对Nb取整为4,则最终匝数定为:Nb = 4,Ns = 8,Np = 16 。

7一次、二次电感

Lp = Np^2 × Al,其中EE10的Al值是1006 nH / N^2,得 Lp = 257.54 uH 。

同样得 Ls = 64.384 uH

8一次电流峰值

由 Vin = Lp × (dI / dt) 得 dI = Vin × dt / Lp = Vin × (D / f) / Lp = 220 mA,其中Vin取Vinmin 。

2N5551的最大集电极电流为600mA,所以一次电流峰值在安全范围内。

9输出二极管

选1N5817,1A 20V 肖特基管即可。

10输入输出电容

输入电容C1取22uF 50V;输出电容取100uF 25V 。

11负载电阻及频率限制

由原理分析可知空载或轻载可造成工作频率太高,因此需要加一固定负载以限制最高频率。

令 k = V1^2 × V2 / (Lp^0.5 × V2 + Ls^0.5 × V1)^2,其中 V1 = Vinmin - Vqce,V2 = Vo + Vd3,取Vqce = Vd3 = 0.5V,带入Lp、Ls得 k = 27643.194 。

f = k × (1 / (2 × Io)),令 f = 150KHz得 Io = 92mA,令Io = 10mA得最高频率fm = 1.38MHz,此时 R3 = Vo / Io = 0.9K,取常用阻值有 R3 = 1K(1/4W)。

12尖峰吸收电路

为简化设计,改RCD吸收为齐纳管钳位吸收,则

齐纳管稳压值为 Vz > Vor × 1.4,这里Vor = 2 × (9 + 0.5) = 19V,得

Vz > 26.6V,选齐纳管1N972或1N4752,30V,反向二极管选1N4148 。

设计实例2:输入220VAC,输出18V,12V共3W,工作频率150KHz

电路如图:

1开关管选择和二次、反馈绕组的匝比

开关管Q选MJE13003,其极限参数:Ic 1.5A,Vceo 400V,Vebo 9V,Pd 1.1W(TO-92)

二次绕组按一个算,输出18V,令Nb:Ns = 1:4,则反射电压为18/4 = 4.5V,满足 Vebo条件。

2定压网络

取所有二、三极管导通压降0.5V,则

Vzd = (Nb / Ns) × (Vo + Vd) - Vd + Vqbe = 0.25 × (18 + 0.5) - 0.5 + 0.5 = 4.625V

齐纳管DZ1选1N4732或1N750,稳压值都是4.7V

D1选1N4007,C1选22uF电解(功率很小,根据经验和已知电路直接选取)

3一次、二次匝比及反馈网络

根据输入310V、输出18V定Np:Ns = 12:1,则Np:Nb = 48:1,开关管导通时反馈电流为Ibf = (Nb / Np) × Vin / R1,取 Vin = 310V,Ibf = 5mA,得 R1 = 1.29K,取常用电阻值1.2K;滤波电容C2取102。

4启动电阻

Ib = Vin / R2,取Ib = 0.1mA,得 R2 = 3M,综合考虑取 R2 = 820K,此时 Ib = 0.38mA 。

5最大占空比

Dmax = (Vo + Vd3) × (Np / Ns) / ((Vo + Vd3) × (Np / Ns) + (Vinmin - Vqce)) ,取Vinmin为127(90VAC)Dmax = 0.636;取Vinmin 310(220VAC)Dmax = 0.417 。

6变压器

匝比已经由上面确定:Np:Ns:Nb = 48:4:1 。

磁 芯体积和磁芯选择:Ve = 0.7 × ((2 + r)^2 / r) × (Pin / f)(参考反激变换器磁芯体积计算公式),r = 2,取 Pin = 3W,f = 150KHz,得 Ve = 0.11 cm^3,实际上由于功率很小,直接选取最小可用磁芯即可,此处选取EE10 。

由电路工作于BCM(r = 2)模式可以推导出一次匝数为

Np = Vin / (2 × Bpk × Ae × f),其中Bpk是最大磁通密度,取0.3T,Ae是磁芯有效截面积,EE10的Ae是0.12cm^2,f是工作频率,取150KHz,Vin取Vinmin = 127V,得Np = 117.59 。

根据匝比得 Ns = 9.8,Nb = 2.449

对Nb取整为3,则匝数定为:Nb = 3,Ns = 12,Np = 144 ,此处Ns按18V考虑,若考虑另一个12V绕组,则其匝数为8,综合考虑最终决定为:Np = 144,Ns1 = 12,Ns2 = 10,Nb = 3 。

7一次、二次电感

Lp = Np^2 × Al,其中EE10的Al值是1006 nH / N^2,得 Lp = 20.86mH 。

同样得 Ls1 = 144.8uH;Ls2 = 100.6uH 。

8一次电流峰值

由 Vin = Lp × (dI / dt) 得 dI = Vin × dt / Lp = Vin × (D / f) / Lp,取Vin 127V(90VAC)得 dl = 25.8mA,取Vin 310V(220VAC)得 dl = 41.3mA 。

MJE13003的最大集电极电流为1.5A,所以一次电流峰值在安全范围内,其大才小用了,改为MJE13001 。

9输出二极管

选1N5819,1A 40V 肖特基管即可。

10输入输出电容

输入电容C3取22uF 50V;输出电容取100uF 25V 。

11负载电阻及频率限制

由原理分析可知空载或轻载可造成工作频率太高,因此需要加一固定负载以限制最高频率。

令 k = V1^2 × V2 / (Lp^0.5 × V2 + Ls^0.5 × V1)^2,其中 V1 = 310V,V2 = 18V,Lp = 20.86mH,Ls = Ls1 + Ls2 = 245.4uH,带入得 k = 31116.3。

f = k × (1 / (2 × Io)),令 f = 150KHz得 Io = 103.72mA,令Io = 10mA得最高频率fm = 1.56MHz,此时 R3 = Vo / Io = 1.8K,取R3 = R4 = 2K(1/4W)。

12尖峰吸收电路

若采用齐纳管钳位吸收,则需要稳压值很高的齐纳管,不容易实现,所以采用RCD吸收,有

吸收电容最大电压 Vcmax = Vor / D = (18 + 0.5) × 12 / 0.417 = 532.37V,取Vcmax = 300V;

吸收电容值C6 = Ipk^2 × Llk / (Vcmax^2 × (1 - e^(2 × ln(D) / (1 - D))),其中Ipk是变压器一次电流峰值,取41.3mA,Llk是漏感,取Lp × 10% = 2.1mH,占空比 D = 0.417,得 C6 = 41.88pF,取 C6 = 47pF;

吸收电阻值 R5 = (D - 1) / (C × f × ln(D)) = 106.1K,取 R5 = 110K;

吸收电阻功率是 Pr = Llk × Ipk^2 × f = 0.537W,取 R5的功率为 1/2W 。

13整流网络

选1N4004组成桥式整流网络。返回搜狐,查看更多

责任编辑:

声明:该文观点仅代表作者本人,搜狐号系信息发布平台,搜狐仅提供信息存储空间服务。
阅读 ()
投诉
免费获取
今日搜狐热点
今日推荐