Self-Oscillating Flyback Converter RCC
摘要：RCC是一种自激振荡式的变换器，它具有电路简单、高可靠性、成本低、体积小、易于集成等优点，是一种理想的用于小功率场合的电源。本文提出了一种电流型RCC电路拓扑，分析了各部分的组成以及工作原理，并建立样机进行了实验。
关键词：RCC  自激
Abstract: RCC is a converter which operates in a oscillating way by itself. It is simple, reliable, low cost-sensitive, small and easy to integrate. It is a ideal power supply in small power occasion. This paper proposes a typical RCC topology. The composing parts and their operations are described. A prototype is built and tested.
Keywords: Ring Choke Converter;Self-Oscillating
1 引言
RCC全称为Ring Choke Converter，是一种自振反激型变换器，由于其电路拓扑简洁，输出与输入电压电气隔离且不需要输出滤波电感，能高效提供多组直流输出,电压升降范围宽等特点而广泛应用于中小功率变换场合[1]。也是容量一般低于50W的电源经常使用的变换器 [2]，被广泛应用于手机充电器以及笔记本适配器等设备。RCC采用和PWM型变换器相对的一种驱动方式，开关的导通和关断不需要专门的触发电路，完全靠电路内部来完成。这种变换器有它独特的优势，即电路简单，具有较高的性价比[3]。
按驱动方式或者是开关管的类型，RCC可以分为电流型和电压型两种。这两种电路其它地方一样，只是主开关的驱动电路随开关的导通类型不同而相应地不同。本文提出了一种电流型RCC电路拓扑，如图1所示。
 

2 电路构成
该电路由以下几个部分组成：正反馈电路，电压检测及反馈，稳压环节，过流控制，过压控制等。
2.1 自激电路
如图2所示。当电路上电时，通过启动电阻R1产生微弱电流使主开关V1微导通，输入电压加到变压器初级NP。同时，在辅助绕组Nf上也感应出电压，并且同名端为正（标黑点端），进而通过R4、C4形成的电流给V1基极，使得V1进一步导通。从而形成强烈的正反馈，集电极电流迅速上升，并达到饱和。
而当基极电流不足，迫使V1退出饱和时，同名端变为负，通过辅助绕组从V1基极向外抽电流，又加速了V1的关断。
 

2.2 电压检测及稳压环节
电路如图3中所示。主开关管V1关断时，变压器副边产生的电压通过光耦的作用，在三极管一侧产生随副边电压变化而线性变化的电流，从而控制V2的关断，也即控制V1的关断，进而使得电路的开关频率随着输入电压的上升而变大。
     

稳压功能由TL431和光耦配合完成，如图4的黑线部分所示。TL431内部含有一个2.5V的精密稳压源，通过与输入参考端（R）的电压进行比较，从而控制流过阴极（K）和阳极（A）的电流大小，进而改变电路的占空比，调节变压器输出，稳定电压。
2.3 过流与过压控制
如图5所示。当流过变压器原边的电流过大时，R3电压随之上升。一旦超过0.6V左右，V2立即导通，V1关断，能量传向副边，从而限制电流的大小。
     
图5 过流控制电路                    图6 过压控制电路
当输入电压过高时，辅助绕组上的电压也很高，稳压二极管DW1随即被击穿，V2导通，V1关断，从而控制输入电压过高所带来的不利影响。
3 参数计算及调试
RCC电路内部各元件之间相互关联，调试起来比较困难，但各元件参数及参数间都存在着确定的关系，以下介绍RCC的设计[2][4]。
3.1 占空比和主开关管
因为RCC是一种反激式的变换器，所以输出与输入电压之间的关系为：
                   

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    另外，在设计与调试过程中，笔者认为需要注意以下几点：
（1）注意同名端的对应。由于RCC是正反馈的激励方式，所以一旦变压器初级和辅助绕组的同名端对应错误，RCC就不能起振。另外，RCC是反激型变换器，即开关在导通期间，变压器原边相当于一个电感，储存能量，开关关断时次级二极管导通，存储在初级的能量传送到副边。若初、次级同名端对应错误，变换器成正激式，变压器原副边同时通过电流，原边在储能的同时也向副边输出能量，导致电路启动能量不足，需要更高的输入电压，由此也带来开关管集电极电流的上升，发热严重。其次，当开关关断时，原边存储的能量通过RCD吸收电路泄放，变成热量散发，变换器效率变得很低。
（2）主开关管V1发射极电阻上的电压达到0.6至0.7V时，V2就要导通并关断V1。若超过该电压值，则表明电路存在异常，此时应查找电路是否有误。
（3）过压保护电路的机理是当电压过高时击穿稳压二极管来使主开关关断以保护电路。但在实际调试中发现未保护时也起作用，以致输出不稳定。可以改换阻值更大的限流电阻，使之在正常情况下不会击穿。
（4）若要使输出电压稍有增加或减少，可以适当减小或增大R12的阻值，以便调节光耦的光通量，调控变压器的能量传输。
4 实验结果
为检验此RCC的设计效果，制作了一款RCC模块电源进行试验。该电源的输出功率为4W，有两组输出分别为15V和-5V，效率为60%。实验结果如下所示。
     

图7为发射极电阻R5上的电压波形，也代表了流过主开关管V1的电流。图8为主开关管13003C、E端的波形。图9为流入基极的电流波形。
5 结论
RCC是一种单端反激式的电源变换器，其存在的主要缺点是，主开关管关断时承受的电压较高，变换器效率较低，输出纹波较大。但它的优点比较突出，其电路成本较低，对电网干扰的隔离能力很强，同时电路构成相对比较简单。另外，RCC在空载时，会出现间歇振荡，还可以起到节能的作用。因此这种RCC变换器具有很强的工程实用性。
本文作者创新点：提出了一种具有良好应用前景的电流型RCC变换器电路拓扑，对其各个组成部分进行了深入的分析，并设计制作样机进行实验。实验结果表明，此种RCC变换器具有成本低、、电路相对简单、抗干扰能力强等优点，具有很强的实用性。
参考文献
[1] 李永超，杨金明，李琳琳．一种新型反激变换器的研究．微计算机信息，2006，12-2：257-258
[2] 原田耕介，开关电源手册，北京：机械工业出版社，2004
[3] Brian T. Irving and Milan M. Jovanovic, “Analysis and Design of Self-Oscillating Flyback Converter”, IEEE APEC Proc., pp.897-903, March 2002
[4] 丁道宏，电力电子技术，北京：航空工业出版社，1999
作者简介：
王  伟（1981-），男，硕士研究生，主要从事电力电子技术的研究。
王立杰（1977-），男，硕士研究生，主要从事电力电子与静止无功补偿器的研究。
张文龙（1981-），男，硕士研究生，主要从事电力电子技术的研究。
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