前段時間受了一點刺激,一直做正激式電源,突然上次有人出面試題考我反激式電源,自己沒有怎么深入的研究過,打擊不小。這幾天出差回來,正好放假,準備玩玩反激式電源里面最古老的RCC電源。
今天開始正式分析RCC電源。我手上這款RCC電源是深圳一位李工送給我的。對于反激式電源,我自己其實沒有真正做過,書籍資料以前倒是看了不少,但是紙上談兵有什么用呢。正好昨天開始放假。我把這款電源重新剖解了一遍,同時將原理圖也手繪出來了,其實我自己也是一個菜鳥,希望對于想學RCC電源的朋友有所幫助。 首先把手繪原理圖貼上來,供大家參考。
原理部分,我自己分析了一點,有一些不明白的地方,我又向李工請教。關于該RCC電源各元器件的作用,在圖上都已經詳細的標注了。
下面我們講一講RCC電源的特點。
首先RCC電源屬于自激式開關電源,它的拓撲結構本質上屬于反激式拓撲。
但是它區別于常見的使用電源管理芯片設計的反激式電源,主要原因1,RCC電源的頻率并不固定,會受輸入電壓和輸出電流的影響。當輸入電壓最低,同時負載電流最大時,此時工作頻率最低。
2,RCC電源工作與CRM模式,也就是臨界模式。
3,從環路控制的角度來看,它為單極點電源,反饋響應速度很快。但由于它本身的特性,電源的仿真建模很困難,想通過數學模型將RCC電源分析透徹需要很強的功力,本人不具備。
4,RCC電源電路結構簡單,只需要少數分離原件就可以得到需專用芯片才能實現的電壓輸出性能。
5,由于其工作于CRM模式,屬于完全能量傳遞模式,副邊整流二極管正向導通電流到零,反向恢復電流和損耗很小,產生的振鈴相對于不完全能量傳遞模式也要小很多,因此輸出的高頻雜音也要小很多。
6,原邊主功率管開通始終是零電流,因此損耗較小,效率較高,一般的效率為70%,當然這里的效率相對還是可以繼續提升的。
上述是我個人對于RCC電源的一些理解,有不足或錯誤的地方望大家及時指出來。
接下來,我將各節點測試波形貼出來,供大家參考。剛開始我沒有帶載測量各節點波形,竟然沒有測試到波形,但是輸出電壓12V還是有的。由于第一次玩RCC電源,當時有點蒙了,想不明白。后來,我稍微想了想,既然空載測試不出波形,那我帶載測試再看看,如何。 忘了說明一點,這款電源輸入為全電壓范圍85V-265V/50Hz,輸出為12V/1A。下面把帶載測試波形貼出來。我帶的負載為30歐姆/3W線繞電阻。
測試節點包括功率管柵極對地波形,漏極對地波形,源級對地波形,次級整流二極管兩端波形以及輸出波形。
首先為柵極對地波形:
其次漏極對地波形:
再其次為源級對地波形:
再其次為次級整流二極管波形:
最后為輸出波形:
上述波形均為在AC輸入78.9V的電壓條件下測試得到的,此時輸出的電壓為12.3V。
該電源有一個很有意思的地方。測試輸出電壓時,我不斷將輸入電壓調低,當輸入電壓為21.3V時,此時輸出電壓有所跌落,為12.3V。
當輸入電壓調節至38.2V時,此時變壓器開始產生交流聲。
個人的理解是,當輸入電壓不斷降低,此時RCC電源的工作頻率也在不斷的降低,當達到38.2V時,此時的頻率已經降低至25KHz一下,此時人耳能聽見。
今天閑來無事,準備多寫一點。
接下來,我又將輸入電壓提高,由110V提高到最大265V,該電源均能正常工作輸出,同時我也測試了一下漏極對地的電壓。由于MOS使用的為5N60,漏極對地耐壓為600V,當輸入電壓最大為265V時,該電源漏極對地的尖峰520V,依舊余量很大。很不錯的設計,牛。
上個圖吧,給大家瞧一瞧,當輸入最大時,此時的漏極對地的電壓
整個電源的測試工作已經完成,這是第一步,驗證該電源是否能正常的工作。其實這樣的驗證根本不能說明問題,只是小打小鬧罷了。
接下來驗證該電源的RCD鉗位電路是否像傳說中的那樣真的有效。
首先我把RCD鉗位電路斷開,在輸入電壓110V,輸出負載仍然為30歐姆/3W線繞電阻時,測試漏極對地的電壓,波形如下:
接下來,驗證的是RCD鉗位電路加上去之后,看漏極對地波形,該處二極管采用的是1N4008,也就是常規的慢速二極管,波形如下:
此時的漏極對地電壓Vmax為280V,比初始沒有加RCD鉗位的電路,確實把尖峰吸收掉了,而且足足降低了差不多40V左右,看來RCD吸收還是有作用的。
接下來,驗證的是RCD鉗位吸收電路中,不同的二極管對漏極尖峰的吸收作用。我采用常見的三種二極管,分為是1N4007,FR107,1N4148.
在上圖中我采用的是1N4007,接下來采用FR107,漏極對地電路波形如下:
同等輸入電壓以及負載條件下,此時漏極對地尖峰為292V,相對于1N4007高了12V左右,看來1N4007的尖峰吸收效果確實比FR107的尖峰吸收效果好。
接下來將二極管換成1N4148,此時電源不能正常的工作,個人理解為肖特基二極管的耐壓一般為200V,此時漏極尖峰遠大于200V,1N4148被擊穿,導致電源不能正常工作。
由上圖可以看出,1N4007的尖峰吸收效果比FR107好一點。但是手邊沒有功率儀,不能測試一下采用不同的二極管,對于電源的效率影響到底有多大。如果有功率儀的朋友可以實際測量一下。
過兩天把變壓器的測試參數貼出來,同時將我個人重新計算的變壓器公式以及實測波形貼出來供大家參考, 樓主分板一下哪個準諧振是怎么來的 這幾天手上的事情太多了 出差回來 又得瞎忙活了 忙完這幾天 繼續更新 望諒解 期待更新~!~~~今天騰出空來繼續更新。
今天還是繼續上次的測試。今天測試的波形為次級整流管的波形。不過有一些區別。次級整流管本身會有一定的尖峰,需要通過加RC吸收來把尖峰去除,我想看看到底有沒有效果。測試條件為 AC110v輸入 負載60Ω
首先貼出來的是不加RC吸收的次級二極管整流波形
由波形可以看出來,其實次級整流管并沒有什么尖峰,所以推斷加RC吸收的次級二極管波形可能并沒有什么變化。
下面是加RC吸收之后的次級整流管波形,RC的參數分別為R=80Ω,C=102pF
由波形可見,幾乎和未加RC吸收的波形一致,所以在這個電源中加不加RC吸收個人覺得幾乎沒有影響。
不過我翻看了手邊的一些資料,很多資料中提到次級整流管需要加RC吸收,主要是用于吸收次級整流管的尖峰。但是加了RC吸收之后,會導致電源的效率有所下降,因為我手頭上沒有功率測試儀,所以RC吸收對電源的效率的影響到底有多大,個人就沒有辦法去測試了。
接下來我想測試出該電源的占空比。
由于最開始的想法是在滿載條件下,同時最低的輸入電壓下測量其頻率,從而能夠逆推出變壓器的計算參數,所以有此測量方法。
但是后來晚上睡覺時,反復推測這一方法的可行性,覺得不是準確,倒不如自己根據輸入輸出電氣參數重新計算修正變壓器來的方便可靠,于是變放棄了該想法,但是如何測量電源的占空比問題,我覺得還是需要貼出來,同時觀察功率管源級對地的電壓來看變壓器是否已經接近飽和還是很有必要的。
首先還是次級整流管的波形,但是多了兩個光標尺,通過光標尺可以準確的測量出占空比等參數。
這就是通過次級整流管的波形以及光標尺計算出占空比,但是需要主意的是次級整流管的占空比和初級的占空比正好是相反的,這是反激式電源的特性。
初次通過測量次級整流管的波形來測試占空比會遇到一個問題就是如下,還是根據波形來解釋比較方便一點
占空比是按第一幅波形呢,還是以第二幅波形。很顯然是以第二幅波形圖來計算。主要原因是次級二極管從關閉狀態到導通狀態需要時間,這段時間也需要包括在整個周期中。
接下來把滿載條件下測試的各節點的波形貼出來供大家參考。
輸入輸出測試條件為AC110V,輸出2.6A ,主要測試節點為Vds Vsense對地 Vgs
這一款電源的輸出電流為1A,輸出電壓為12V,我為了測試變壓器是否飽和,所以輸出的負載很小,只有差不多6Ω左右。實際工作差不多半小時,功率管,變壓器,次級整流管的溫度都很燙,手邊沒有紅外線溫度測試儀,所以具體的溫度只能自己通過手來感觸。
首先是功率管漏極對地的波形
在過載條件下,漏極對地的尖峰很高,所以加RCD鉗位吸收是很有必要的。
接下來是功率管源級對地的波形:
由波形可知,變壓器并沒有飽和,變壓器飽和的波形,大家在電源網可由搜一下,對比一下,就能一目了然。
在該電源中,個人認為變壓器的設計有點過設計了,變壓器不需要采用EE19,EE16就可以了。
但是話說變壓器EE16和EE19的價格竟然都很便宜,3-4毛錢就可以搞定了。變壓器大一點,當然能承受的功率也大了。
接下來是功率管柵極對地的波形:
由圖可知,該波形已經接近方波了,感覺驅動波形很漂亮。
接下來是次級整流管的波形:
由圖可知,次級整流管已經有一定的尖峰了,在過載條件下出現尖峰,此時通過RC吸收,應該可以有一定的效果,不過我有點偷懶了,就沒有測量,有興趣的朋友可以測量一下。
至此,該RCC電源樣品的參數,個人覺得已經測試的差不多了,下面我需要做的就是計算變壓器,并把它應用與實物,來驗證自己的計算是否正確,我們下一講見。今天繼續更新。
上一帖我已經把各節點測試波形均貼出來了。這一講是重頭戲,我自己重新計算變壓器的參數,接著繞制出來,最后上電源測試,看電源的性能如何。
廢話少說,我直接把我自己的計算方法貼出來,供大家參考。
圖片為掃描儀掃描的,絕對清晰,如果發現錯誤,希望大家及時指出來,謝謝。
接下來把制作變壓器的相關圖片貼出來,供大家欣賞一下。
第一張為變壓器磁芯,該變壓器采用的EE25的磁芯
第二張為繞制完成的線包,該線包為純手工繞制,本來想多繞幾個,嫌麻煩,只繞制了一個
不太清楚啊
變壓器繞制完成之后,需要測試各繞組的匝數以及相位,下面這一張圖片就是通過線圈測量儀測試變壓器的匝數以及各繞組之間的相位
接下來需要做的是給磁芯磨氣隙以及通過電橋測量初級電感量,根據電感量判斷氣隙是否足夠,嫌麻煩,這兩張圖片就不上傳了。
下面我們需要做的就是真正的重頭戲,把制作OK的電源變壓器裝到電路板上實際測量該電源各節點的波形,來判斷該變壓器設計是否合理。
首先是空載測量各節點波形。
測試條件為,輸入AC110V,輸出DC12.3V
波形1為柵極對地電壓波形
理論上應該為完美的方波,但是這里波峰波谷都有點未展開,帶一點弧形
下面這一張為漏極對地波形
同時為了驗證當輸入電壓為最高270V時,漏極對地的電壓,我把輸入調節至270V,測試漏極對地波形,測試波形如下,
由波形可知,此時的漏極對地最高電壓為536V,功率MOS還有將近60V的裕量,綽綽有余。
接下來貼出來的是源級對地的波形,輸入電壓仍然恢復至AC110V,空載輸出,波形如下
該波形很多時候可以用于判斷電源的工作狀態,是CCM還是DCM,由于RCC電源正常工作于BCM模式,有波形其實不能很好的看出其工作狀態,但是通過下面測量的+wid及-wid其實還是可以看出其是工作與DCM模式,這就和書本上說的有一些出入,這是目前困惑我的地方,如果有高手看到了,還望指導,謝謝。
接下來測試的是次級整流二極管兩端的波形,輸入為AC110V,空載狀態
由于需要考慮次級整流管的最大電壓應力,所以我又將輸入電壓調節至最大270V,空載情況下測試其波形,如下
大家可以對比輸入AC110V和輸入270V的狀態下,次級整流波形的脈寬,可以發現電壓越高,脈寬越窄,這驗證了輸入電壓的高低對輸出脈寬的影響。
該電源輸入為AC85V-270V,輸出為12.3V,電流為1A。
接下來,我覺得測試電源的輕載特性沒有什么挑戰性,于是我索性測量其過載條件下的工作狀態,看看其到底能否正常工作,同時我想看看該電源是否能實現過流過載保護。
我將4個24Ω6W線繞電阻并聯,接至電源的輸出端,看其工作狀態。
輸入電壓為110V,上電之后,該電源并沒有出現保護動作,測試輸出為12.3V,看來過流過載保護并沒有起作用,于是我耐下心來將關鍵節點的波形又測試了一遍,貼出來給大家欣賞。
首先是漏極對地波形:
由圖可知,此時的漏極尖峰還是很高的,個人的理解是,輸出加大,導致漏感加大,從而導致尖峰加大
下面貼出來的是源級對地波形
由波形可知,此時RCC電源工作與DCM模式,這和文獻資料里面說的根本不一致,原因是什么,沒有搞明白,希望高手指導。
接下來將輸出的電流測試數值貼出來
在電阻下面加了一個鐵疙瘩的目的主要是幫助散熱,此時的電阻已經燒的有點發黑了
在2A的負載下,該電源工作15分鐘,我用手摸變壓器以及功率MOS和次級整流管,來感知其溫度,次級整流管發燙嚴重,但是功率MOS以及變壓器的溫度并不高,看來我繞制的變壓器還是杠杠的,至于次級二極管的波形等,我不想再測試了,通過這么多的數據驗證,個人覺得變壓器的設計完全沒有問題,我說的是完全沒有問題哦,哈哈 下一帖,我想讓變壓器工作與飽和狀態,來測試源級對地的電壓,主要是想看看當變壓器薄荷,源級對地的波形到底是什么樣子的,雖然可能會有一點危險,但在好奇心的驅使下,也顧不得那么多了。 好精彩,圍觀中~~1今天繼續更新。今天這一帖主要想講一講變壓器飽和狀態的波形。
在設計變壓器時,大家經常會說需要防止變壓器飽和,于是我想創造條件讓變壓器飽和,來實際看一看變壓器飽和的波形與書本上說的是否一致。
我判斷變壓器是否飽和的依據是測量功率MOS源級對地的波形來判斷。最直觀的方法當然是通過電流探頭來測試變壓器電流波形來判斷,但是因為自己比較窮,舍不得買電流探頭,只能間接測試源級對地波形來判斷。
既然需要測試變壓器飽和的波形,那我們就需要創造條件來測試。反激式變壓器飽和的條件是輸入電壓最低,磁芯未開氣隙,負載足夠大。這三個條件我均能滿足。第一個條件直接通過調壓器實現。第二個條件也很好實現,直接將原先的變壓器更換磁芯就行了,最后一個條件,只需要帶足夠大的負載就OK。
第一個測試條件如下,AC110V,DC12.3V,空載,LP=25.3mH,源極對地電壓波形(4),漏極對地波形(3)空載,初級電感量LP=25.3mH,源級對地波形如下:
接下來是漏極對地電壓波形:
由這兩張圖,可以看出變壓器其實已經輕度飽和了。
接下來測試條件為空載,AC43V,源極對地波形
由這張圖,可能仍舊看不出變壓器是否真的已經飽和。
接下來的測試條件為AC110V,DC11.74V,負載30Ω,電流0.41A,測量源極對地波形
由這張圖,我們基本可以判斷變壓器已經飽和,但是還沒有達到深度飽和,此時輸出電壓只有11.74V。
接下來我將輸入電壓調低至AC46V,此時DC輸出為8.21V,測試源級對地波形
此時變壓器已經飽和了,但是還沒有達到極限,此時電壓已經跌落至8.21V
個人觀點:RCC工作在臨界狀態,次級二極管放電結束自然截至,不存在拖尾現象,所以RC吸收不太起作用 我客戶有個RCC電路 經常會燒電解電容 ,是不是ZD1穩壓二級管時間久了有問題,附圖,求改善,加431 穩壓電路會好很多嗎?求對策
你沒有給出是哪個電容容易燒毀。個人的推斷是電解電容是否質量過差或者電解電容的耐壓是否足夠。
另外加不加TL431,個人的理解是,對于輸出的穩定會好一點,TL431很便宜,還是加上去好一點,比用穩壓管是好了很多的。
另外,適當調整變壓器的參數也是可行的,同時穩壓管的功率是否足夠,可以通過串聯電阻來限流,個人的理解 哪位兄臺修過上圖中的RCC充電器,我現在修到5個上圖中的充電器,開機電壓高,17V 不穩定,5秒后炸機,燈13003和9014,已更換817,調壓3.9V穩壓管,13003.9014,限流電阻,變壓器,但開機后 問題還存,繼續反饋失控炸機,跪求大師指點RCC線路還有哪些地方應影輸出電壓。你好,我剛開始學習開關電源電路的,我想請問下樓主貼的次級二極管的波形是示波器接地夾子接原理圖d7的正極,探頭接d7的負極測得的波形嗎? 是的
首先,謝謝版主分享!言歸正傳:
我自己layout一個板,參數都與你設計和提供的參數一致。只是次級的C9鉭電容,我用貼片電容,容值一致;個人認為不一定用鉭電容。然后測試問題如下:
測試條件220V/50Hz;負載用電子負載,CC模式下。
測試結果:1、當CC模式下,負載電流設定>120mA;現象:輸出電壓很低,只有0.5V左右,而且變壓器還存在異響;(無法正常啟動)
2、當負載電流調至100mA時,輸出電壓正常為12.3V(正常啟動);然后調整電子負載的輸出電流從原先設定的100mA提高,當電子負載的設定電流為300mA,輸出電壓開始降低。
3、將Q1去除,R6短路(即Q2的C極直接與MOS管的G極相連),電子負載的電流設定為400mA,可以正常啟動。超出啟動異常。
4、將Q1和Q2的組合改為達林頓管,電子負載的電流設定為220mA,可以正常啟動。超出啟動異常。
5、降低R2的阻值(取樣電阻),可以提高電子負載的設定電流。但不是太多。
總體感覺,是負載太重無法啟動。整個板的驅動能力不足!
其實不是驅動能力不夠 這款電源 我實際測試可以達到2A是沒有問題的 你的變壓器設計有問題 同時次級的電容必須有電解電容才行 變壓器上,我設計的時候,跟你設計的只是略微不同,然后我直接用的你的參數,Np:Ns:NB=120Ts:13Ts:9Ts;在可以正常的工作模式下,我測試了MOS管的工作頻率f=136KHz,這個工作頻率跟我們設計時按50KHz,相差太大,看了你測試的圖片上面的工作頻率也并非50KHz。之前做恒流型RCC的時候,暫時斷開類似Q1Q2接法部分電路時,工作頻率幾乎與設計時是一致的。對于這恒壓的RCC電路,我猜測由于Q1Q2和光耦PC817提前拉低,導致工作頻率提高。輸出的電解C7和C8,我用電解電容,如下圖:
不對 你的變壓器不可以直接按照我的計算數值去套用 RCC電源本身的電路特性離散型就很強 你必須根據你自己實際的測試條件去做變壓器才能正常工作 電路本身是沒有問題的 不知道你哪個環節出了問題 另外我這個電源是恒壓電源 不是恒流電源 所以你的電子負載工作與恒流模式 個人認為有一點問題 你可以直接在輸出接電阻負載看看 能否工作正常 我知道,我是按恒壓電源測試的,在CC模式下測試的。如果是恒流電源的話,是在CV模式下測試的!嗯,周一有空的話,我也用電阻當做負載測試看看!可能電子負載模擬出來的,與電阻測試的有所區別吧,習慣性地一直用電子負載作為負載!謝謝版主的一直關注! 版主,你能否結合你的這個RCC電路詳細的分析下其工作原理,即MOS管是如何導通,如何截至如何再導通;謝謝。
MOS的導通關斷,建議兄弟你還是百度吧,一兩句話說不清楚。
因為RCC電源MOS的開關不是固定頻率的,會隨著負載的變化而變化。而且該種拓撲電源只能工作與臨界狀態。
其實RCC電源可以理解為某種形式的諧振電源。當諧振到某一點,MOS管開通,反之則關斷。
電流反饋和電壓反饋的接法,不理解,Q1的c極為何那樣接,能講講嗎 我也不理解不好意思,今天才有時間來分析這個電路。
首先三極管的功能需要講解一下。三極管的作用有三個,開,關,放大。他的作用其實是根據三極管的特性得到了,也就是飽和區,放大區,截止區。
根據三極管作用可知其應用場合大至有三種。
第一個是根據其開關特性,用做電子開關,比如電源中開關管,或者是常見的控制電路中應用的較多的通過單片機來控制后端的電子器件的工作。
第二個作用就是放大特性,一般應用于收音機中的放大電路等,我接觸的較少。
第三個就是振蕩電路中需要通過三極管與變壓器配合使用,實現直流變交流 也就是常見的振蕩電路。
在該電路中,這兩個三極管采用的是常用的S8550和S8050,作用很簡單,沒有涉及到放大等,僅僅是開關作用,二者是相互影響的,當Q1導通,則Q2截止,當Q2導通,則Q1截止,就這么簡單。另外,該處為電流反饋環節,同時也是過流保護環節。
如果有分析的不到位的,望大家指正。另外如果有理解錯誤,望大家及時糾正。
也來湊個熱鬧。圖中,Q1和Q2是什么作用來的??
Q1Q2是可控硅接法,電流取樣電阻的壓降一旦達到Q2導通,相互間的正反饋使其迅速導通,放掉開關管柵極電荷。開關管可以迅速關閉。
這個分析的很到位 更加的形象 我長眼了 謝謝 給贊 深入淺出,后生們學習的好帖子!!! 贊一個! R5和C4起什么作用
最這幾年也設計過幾款反擊電源,可最終還是沒有完工,中途停工
RCC是指什么意思呀?
為啥停工了,不好做么?Ring choke converter
高壓空載時振盪頻率最高
此種線路Pin(no load)蠻大的
故不合適cec規範
有些時候R.C.C滿載啟動的時候會"楸"一聲
您好,我是芯派科技業務,原廠做mos的,品牌samwin,qq1024800290,希望可以加一下交個朋友 前段時間查看是不用回復的,好帖要頂 學習學習 好帖子 哎 反激式電源里面最古老的RCC電源 看看 了解下 學習中,認真學習,謝謝LZ分享經驗! 學習中 經典分析! 開關電源 謝謝,學到了! 最近也在學習 技術貼,必須頂下 ... kjnj kkkkkk 學習學習 學習下 不錯,很精彩學習學習
做小功率電源用RCC電路做,成不還是很低的,品質也比較穩定。 RCC是經典中的經典 我也說兩句,才可查看此帖。 還有RCC呀 嗯 學習 反激式電源 1 ....... 點個贊
后面整流管的RC電路應該是用來過EMI的吧 另外VDS不是要用過沖的方法測出來才準確么
樓主問一下 你那個測試波形的儀器是示波器還是專用儀器 參數挺詳細的 能告知型號嗎 我也向公司申請一個這樣的儀器 示波器,普源的 DS1052E 不錯。 謝謝回復搞定頻率反轉,RCC 還是很好玩的
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