带调光功能的RCC电路分析

陈 燕（上海交通大学，200030）



带调光功能的RCC电路分析

陈 燕
（上海交通大学，200030）

摘要：RCC电路即自激式反激变换器，具有电路简单、成本低廉等优点，常用于小功率开关电源中。如今随着LED照明的快速发展，RCC电路也被广泛应用于LED照明的驱动电源设计中。但很多LED照明应用要求LED灯具有可调光的功能，而普通的RCC电路无法与调光器兼容，本文研究如何在RCC电路中加入可与调光器兼容的电路，并对其工作原理进行分析。

关键词：RCC电路；TRIAC调光；RC无源泄放电路

0　引言

自激式反激变换器，通常称为RCC电路，可实现最简单的开关稳压器，不需要外部时钟，通过变压器和开关晶体管就可实现震荡功能。随着LED照明的快速发展，RCC电路也被广泛应用于LED照明灯的驱动电源设计中。由于传统照明的很多应用场合具有调光功能，而与原有的调光器相接的是白炽灯或卤素灯这类电阻性负载，基于RCC电路的驱动电源并不属于电阻性负载，如果直接用TRIAC调光器来调节由RCC驱动的LED灯的亮度，LED就容易出现闪烁的问题。为了解决该问题，可在RCC驱动电路中加入无源泄放RC damper电路，由无源的阻容元器件R和C构成。可确保TRIAC导通期间的所有相位角范围内，实现无闪烁调光。

1　基本原理

1.1调光器基本工作原理

目前市场上LED灯的调光方式大部分采用TRIAC调光，TRIAC调光器接入电源的输入端，利用TRIAC调整输入电压的导通角来实现调光的功能。TRIAC有三个极----阳极（A）、阴极（C）和控制极（G），管芯是P型导体和N型导体交迭组成的四层结构，共有三个PN 结，把从阴极向上数的第一、二、三层看成是一只NPN型号晶体管，而二、三、四层组成另一只PNP型晶体管，其中第二、第三层为两管交迭共用。当在阳极和阴极之间加上一个正向电压E，又在控制极G和阴极C之间（相当BG2的基一射间）输入一个正的触发信号，BG2将产生基极电流Ib2，经放大，BG2将有一个放大了β2 倍的集电极电流IC2 。因为BG2集电极与BG1基极相连，IC2又是BG1 的基极电流Ib1 。BG1又把Ib1 （Ib2） 放大了β1的集电极电流IC1送回BG2的基极放大。如此循环放大（正反馈），直到BG1、BG2完全导通，这时即使撤去栅极的驱动电压，晶闸管仍可继续导通，直到阳极到阴极的电压小于0或者阳极电流小于维持电流才截止。

调光器内部结构，电源通过C2和R1给C1充电，当C1上的电压高于双向触发二极管D1的电压后，D1 触发可控硅双向晶闸管Q1导通，Q1 导通后电源电压经由L1和Q1给输出负载供电，同时C1重新放电到0，直道电源电压过零Q1才截止，下半周期重复相同的工作。输出到RCC驱动电源上的电压就是一个被切相的正弦波，通过调节R1来调节导通角的大小，RCC只有在有电压通过的时候才会工作，因此RCC的输出电流随输入电压导通角大小的改变而改变，从而调节LED的亮度。

1.2二阶网络的阶越响应

二阶振荡网络的原理，u（t）为阶越信号时，电路的零状态为；，当t＞0时，根据KVL方程可以得到二阶微分方程，解得该微分方程的通解为；，其中，将零状态代入方程式，解得；， 将其代入方程的通解中，可得到电压电流为，；。时，有两个不相等的负实根，这是过阻尼情形，是一个非振荡过程。

1.3RCC驱动电源与调光器的匹配原理

如果调光器工作过程中，TRIAC在触发导通后不能维持导通，输出到RCC驱动电源的电压会发生畸变，导致RCC工作不正常，就会发生LED灯闪烁的现象。所以RCC驱动电源的设计要确保调光器中的TRIAC在每一个相位角都能维持导通，直到下半周到来电压过0才截止。维持可控硅的导通需要两个条件，一是阳极到阴极的电压E大于0，二是阳极电流大于维持电流。所以要求RCC驱动电源的设计必须满足在调光器工作中，输入电流大于调光器的维持电流。

将调光器内部的电感L4，保险丝电阻RL，RCC驱动电源中EMI滤波器的第一个电容C1等效为第一个二阶振荡网络，将RCC驱动电源中的EMI电感L3和电容C2等效为第二个二阶振荡网络。在调光器导通瞬间，相当于在第一个二阶振荡网络上加了一个阶越信号，则第一个二阶振荡网络在调光器导通瞬间是一个阶越响应。针对北美市场的产品，由于北美市场的调光器的内部电感L4的感量较小，一般在几十微亨，调光器内部电容C5上的电压很快被放掉，所以第二个二阶振荡网络的输入电压也相当于一个阶越信号，则第二个二阶振荡网络也是一个阶越响应。为了保证输入电流大于调光器的维持电流，则要求两个二阶振荡网络都工作在过阻尼模式。

第一个二阶振荡网络，可通过适当选择保险丝电阻的阻值和RCC的EMI滤波器的第一个滤波电容的容值来使其工作在过阻尼模式。如假设调光器内部电感感量为51uH，RCC驱动的第一个滤波电容的容值大小为82nf，则保险丝电阻的阻值欧姆时，第一个二阶振荡网络就可工作在过阻尼模式。

第二个二阶振荡网络，由于RCC驱动的EMI电感的感量较大，一般是mH级别，而RCC的EMI滤波器的第二个滤波电容的容值一般在100nf左右，若采用串联一个电阻在EMI电感上的方法来实现使第二个二阶网络工作在过阻尼状态，假设EMI电感感量为4.7mH，EMI滤波器第二个滤波电容容值为100nf，则需要一个阻值欧姆的电阻，要求的电阻阻值太大，所以RCC驱动正常工作时该电阻的损耗太大，导致该方法不能实际应用于设计中，所以通常采用接入RC damper的方法，来实现使第二个二阶网络工作于过阻尼模式 ，由C6和R1组成。其值的设计是要满足，若忽略C2和后级电路的影响，假设电感感量为4.7mH，RC damper中电容C6的容值选择220nf，则RC damper中电阻要求其阻值欧姆。将RC damper连接在EMI滤波电感后。

1.4仿真与分析

使用开关管SW1 模拟调光器中的TRIAC。C1、L3、C2 是RCC驱动中的EMI滤波器，RL为保险丝电阻，C6和R1构成无源泄放RC damper电路。这是一个BUCK-BOOST结构的RCC电路，驱动功率的大小可通过设计L1的值和工作频率来调节。

由前面的原理分析可知，对北美市场的产品，由于调光器内部电感的感量较小，所以将RC damper接在EMI电感L3的后面，因为如将RC damper放在电感L3 之前，第二个二阶振荡网络上的电流就会是一个阻尼振荡，L3上的振荡电流会叠加到输入电流中，也可能导致输入电流小于TRIAC的维持电流，从而导致灯闪。分别是RC damper接在EMI电感前和EMI电感后所对应的EMI电感上的电流波形，若将RC damper接在EMI电感的前面，第二个二阶振荡网络工作在阻尼振荡模式，其电流是一个按指数形式衰减的余弦曲线，这个振荡电流会叠加到输入电流中，导致输入电流小于TRIAC的维持电流，这种连接方式不利于RCC驱动电源与调光器的匹配。

2　测量与结论

为了让RCC驱动电源的工作能够和调光器的工作相匹配，保证调光器正常的工作，LED不闪烁，需要保证调光器工作过程中有足够的维持电流来维持TRIAC的导通。为了实现该目的，在设计RCC驱动电源时，需合理选择保险丝电阻的阻值和EMI滤波电容C1的容值，并在RCC电路中加入RC damper电路，对北美市场的产品，由于调光器内部电感感量较小，将RC damper电路放在EMI滤波电感的后面。分别为RC damper接在EMI滤波电感前和后所对应的输入电流电流，可以看到RC damper接在EMI电感后面电流的振荡会少，对保证调光器的维持电流更好，实测的输入电流波形，其中蓝色为RC damper接在EMI电感之前的电流，振荡会比较多，与理论分析和仿真的结果是一致的。

参考文献

［1］ 户川治郎. 实用电源电路设计［M］.北京：科学出版社，2006

［2］ 沙占友，王彦朋，马洪涛.LED驱动电源设计入门［M］. 北京：中国电力出版社，2011

Analysis of RCC circuit with dimming function

Chen Yan
（Chen Yan Shanghai Jiao Tong University，200030）

Abstract：The RCC circuit，which is a self excited flyback converter，has the advantages of simple circuit，low cost and so on，which is commonly used in the small power switch power supply.Nowadays with the rapid development of LED lighting，RCC circuit is also widely used in the design of LED lighting drive power supply.But many LED lighting application requirements LED lamp with dimming function，and ordinary RCC circuit cannot with dimmer compatibility， in this paper，we study how to in RCC circuit added can be compatible with a dimming device of the circuit and the principle were analyzed.

Keywords：RCC circuit；TRIAC dimming；RC passive release circuit

作者简介

陈燕，性别： 女，出生年月：1988.08.10，籍贯：贵州省遵义市，民族：汉，学历：在职硕士，研究方向：电子与通信工程，所在单位：上海交通大学，职称：无