RCC自激变换器的分析与设计

刘传洋，刘景景

（池州学院，安徽 池州247000）

RCC变换器是一种自激型反激变换器，开关频率随电网电压和输出负载变化，结构简单，不需振荡电路，无直通现象，工作在临界工作状态，采取自激振荡方式来实现峰值电流控制。RCC能高效地提供多路输出，电路元件全部由分立式元件构成，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、电压升降范围宽等特点［1］，是容量低于50 W的电源经常使用的变换器，被广泛应用于手机充电器以及笔记本适配器等设备。同时，RCC变换器还可以用于多电平逆变器的开关驱动［2］。

1 电路工作原理分析

图1 RCC变换器基本电路

RCC变换器基本电路［3］如图1所示。该电路由以下几个部分组成：启动、正反馈电路、过流检测、稳压、电压检测及反馈、稳压、过流控制环节。

RCC变换器与普通PWM控制器不同，它是通过变频控制来实现输出的稳定。频率公式为：

式中，Uin是输入电压；n为变压器原副边匝比；Po为输出功率；LP为变压器原边电感；Io为负载电流；D为占空比。从式（1）可以看出：输入电压越高、负载越轻，工作频率越高；输入电压越低、负载越重，频率越低。这可以从变压器初级电感储能的原理来解释：当负载很轻时，需要很小的能量来维持输出电压，输入电压很高时，只要很短的导通时间就可以储存所需的能量；相反地，输入电压低、负载重时，需要较长的导通时间来储存所需要的能量。

2 RCC变换器的小信号模型

在保证系统稳定工作的前提下，为了达到精确的输出电压调节和良好的动态性能，需要准确设计补偿环节的CEA1，CEA2和REA1［4－6］。然而，误差信号放大器补偿的最优设计需要闭环控制系统中的小信号传递函数知识。RCC变换器工作在一个可变频率，为了得到闭环控制系统的最优设计，电路可简化为仅包含一些在反馈控制电路中起作用的电路元件，小信号模型等效电路如图2所示。

图2 RCC变换器小信号等效电路

图3 RCC变换器传递函数图

基于以上等效电路，可以得到RCC小信号模型传递函数结构图，如图3所示。由图2 RCC小信号等效电路图可以得出输出电压控制传递函数GUeUo（s）＝Uo／Ue，输出电压增益函数Kd＝Ui／Ue，误差信号放大器传递函数GUEA（s）＝UEA／Ui，跨导增益函数G1（s）＝iEA／UB，光耦输入换能增益函数G2（s）＝i2／iEA和传递阻抗增益函数G3（s）＝Ue／ie。结构图合并传递函数 方 程 GUeUo（s）、G1（s）、G2（s）和 G3（s），方 程GUeUo（s）＝Uo／Ue进一步简化，其中

式中，TINNER＝G1G2G3GUeUo（s）。

正如公式（2）所示，传递函数GUEAUo（s）的低频增益小于1。同样，传递函数GUEAUo（s）的极值在内循环TINNER的带宽之内，被移到关系到功率级间传递函数的更高频率，其中功率级间传递函数的零点位置由于内部循环的存在不发生改变。

3 仿真分析与结论

根据以上对RCC自激变换器的工作原理和小信号模型的分析，设计了功率为20 W的以MOS管为开关管的电压型驱动RCC电源电路，输入交流150～220 V，输出为15 V和5 V两路。结合RCC变换器的小信号模型和小信号模型传递函数的分析，对RCC电路的部分元件进行了优化设计，RCC变换器的原理图如图4，利用Saber软件建立了如图5的仿真模型。

图4 RCC变换器原理图

图5 RCC变换器仿真模型

根据仿真模型对RCC变换器进行仿真，在输入电压Uin为300 V的情况下得到仿真波形如图6所示。仿真波形分别给出了输入电压和输出电压波形。图6仿真时间为10 ms RCC变换器工作过程波形，从图中可以看出变换器具有良好的动态特性。

图6 RCC变换器的仿真波形

仿真结果表明，RCC是一种单端反激式的电源变换器，其主要缺点是：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，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。

［1］ Brian T Irving，Milan M Jovanovic.Analysis and Design of Self– Oscillating Fly－back Converter［J］.IEEE A PEC P roc.，2002，（3）：897－903.

［2］ 王 伟.用于多电平逆变器开关驱动的RCC变换器［J］.电气开关，2007，（4）：13－15.

［3］ 张占松.开关电源的原理与设计［M］.北京：电子工业出版社，1998.

［4］ Billings K.Switch mode power supply handbook ［M］.New York：Mc Graw－Hill，Inc.，1989.

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