1. 引言

自激式反激变换器，通常称为RCC 电路（ringing choke converter），出现在稳压电源IC 之前，可实现最简单的开关稳压器。基于RCC 方式的开关稳压器不需要外部时钟，通过变压器和开关晶体管就可实现振荡功能，只需少数分立器件就可以获得专用芯片才能实现的输出性能，通过良好的设计可获得高效可靠的工作。

RCC 变换器总是工作于边界连续状态(DCM/CCM),采用峰值电流控制模式。由于要维持其边界连续模式，并且原边电流上升斜率受输入电压影响，因此工作频率和占空比均受输入电压和输出电流的控制，在高输入电压和轻载时频率较高。

RCC 方式的本质即为反激变换器，图1 给出实际应用最多的RCC 方式的基本电路图。为简化稳态分析，可做如下近似：

（1）、忽略变压器漏感对主管Q_{1的集射极电压VCE的影响，实际使用时需要RCD 箝位；}

（2）、主电路输出电容足够大，输出绕组电压箝位于输出电压V_O；

（3）、稳态时电容C_{3上的电压保持不变；}

（4）、稳态时电阻R_{g的作用可以忽略。}

下面分析其工作过程

2.1 电路的起动

接通输入电源V_{IN后，电流ig通过电阻Rg流向开关晶体管Q1的基极，Q1导通，ig称为起动电流。在RCC 方式中，晶体管Q1的集电极IC必然由零开始逐渐增加，因此ig 应尽量小一点。}

2.2 开关晶体管处于ON 状态时

一旦Q_{1进入ON 状态，输入电压VIN将加在变压器的初级绕组NP上。由匝比可知，基极线圈NB上产生的电压为 VB = (VB/ NP )VIN ，该电压与Q1导通极性相同，为正反馈电压，其作用是使开关晶体管进一步迅速导通。因此VB将维持Q1的导通状态，此时基极电流IB是连续的稳定电流:}

（忽略R_{S上的压降，下同）。}

此时变压器二次绕组上感应电压为反向电压，整流二极管D_{2截止，二次绕组中无电流通过。若一次绕组电感为LP ,导通时间为t ，Q1集电极电流IC线性增长，IC=VIN ?t/ LP。}

随着I_{C的增加，当IC ≥ IB? hFE时，晶体管退出饱和状态，VCE随之增大，变压器一次绕组电压下降，反馈绕组感应电压下降，基极电流IB进一步减小，基极电流不足，开关管迅速截止。}

2.3 开关晶体管处于OFF 状态时

晶体管从导通到截止瞬间，根据磁通连续性定理，磁场的方向和大小都保持不变，因此，要与一次绕组中流经的电流保持同样的安匝数，二次绕组电压反向，使二极管导通，由等式I_{1P?NP=I2P?NS知导通瞬间电流 I2P=I1P?NP/NS。}

设输出电压V_{O，整流二极管压降VD2， 二次绕组电感LS， 则二次绕组电压VS=VO+VD2，二极管电流以VS/LS的速率下降，同时变压器电感中储存的能量供给输出端。}

2.4 开关管再次导通

变压器中的能量全部转移到输出端，则整流二极管D_{2的电流变为0 截止，此瞬间变压器各绕组电压也变为0，启动电阻Rg中部分电流变为开关管基极电流，在正反馈作用下再次导通。}

2.5 稳压原理

RCC 电路是一种非固定周期的开关电源，它不是由占空比连续变化的PWM 控制信号

来驱动。当输出电压超过额定值时，开关管提前关断，I_{1P峰值电流减小，反激变压器储能下降，变换器输出电压降低；当输出电压低于额定时，开关管延迟关断，I1P峰值电流升高，变压器储能增加，变换器输出电压上升，完成输出稳压调整过程。}

要使晶体管关断，只要使基极的驱动电流不足即可（相对于集电极电流而言），因此，可以用稳压管D_{Z来分流。DZ的阳极与电容器C3的阴极相连。在Q1 OFF期间，NB线圈通过导通的D3为C3充电，C3的电压变为负电压，DZ的齐纳电压VZ为：VZ =VC +VBE，如果输出电压上升，C3的端电压VC也随输出电压VO成正比上升，于是齐纳二极管DZ导通，驱动电流从它所形成的旁路流过，进而使Q1 OFF。此间NB线圈和NS 线圈的电压值分别与匝数成正比,即:}

反之也可改变V_{C使VO随之改变。因此由VZ、NS/NB即可确定输出电压VO。即输出电压为:}

若忽略V_{BE、VD2 和VD3，则VO与VZ成正比，且输出电压的精度由电压VZ的精度确定。}

RCC 电路的设计包括功率主电路设计和控制电路的设计。下面结合一24V/3A 的电源实例说明其设计步骤。

主要技术参数：

（1）输入电压AC:220V± 10%，频率：50Hz；

（2）输出：电压24V，电流3A；

（3）稳压精度：5%；(4)工作效率>75% 。

3.1 变压器参数计算

设计中按最低输入电压、最大输出电流计算，此时振荡频率最低，取为50k，占空比D=0.4。

最低输入直流电压：

变压器电感及匝数的计算：

N_{P线圈的电感LP为：}

次级线圈电压：

由变压器的伏秒平衡可得：

从而得到匝数比：

由于动作频率较低且输出功率很低，故采用的磁芯为TDK 生产的材质为H_{3S的EI40。一次线圈匝数：}

二次线圈匝数：

基极绕组匝数N_{B：设最低输入电压VB=6V，}

变压器间隙：

实际的间隙纸板厚度为I_{g的一半，即为0.21mm。}

3.2 稳压电路的设计

首先，当Q_{1处于OFF 时，线圈NB的电压VB^'为}

作为电压控制用的齐纳二极管D_{Z两端的电压VZ为:}

由于变压器本身也有压降，因此实际应用的电压值稍高一些的二极管，可取3.3V。

3.3 驱动电路设计

当输入电压最高时，Q_{1集电极电压最高值VCE为}

考虑到变压器漏感引起的浪涌电压，因此采用高速、高压开关晶体管2SC3460。设I_{C=1.9A时，考虑一定的余裕，hFE取10，必须的基极电流IB约为0.19A。于是基极电阻R}

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