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浅谈RCC高频开关变压器设计

2010-06-09 11:39:21 来源:《磁性元件与电源》2010年6月刊 点击:1429

RCC方式是常用一种50W以下输出功率的开关电源方式之一,是由英文字Ringing Choke Converter前面三个字母缩写,是应用相当广泛的输出方式之一。其特点是可取得较简单构成,由于是自励方式,需要发振回路进行反馈而得。
以下图1是常用RCC开关变压器的典型回路图。图2是一次、二次电压、电流波形图,其工作原理是:Ton时间内,输入侧为变压器T1磁通能量贮存,接着Toff时间内,输出侧为变压器磁通能量释放。
其工作方式和电压和电流流程图:
图3所示:Vp为一次侧卷线电压;Np为一次侧卷线圈数;Ns为二次侧卷线圈数;二次侧输出电压V0;VC辅助输出电压; 辅助卷线圈数NB。
现分别阐述主要参数如下:
1) 首先一次侧卷线的确定Np

其中Np为一次侧卷线圈数,Vpmin为一次侧最低电压(V),Ae为磁心断面积cm2,ΔB为磁通密度(一般为2000~2500高斯)。
2) 其次确定二次侧卷线的Ns

其中Ns为二次侧卷线圈数,V0为二次侧输出电压(V),VF为电子部品二极管电压差,在无指定为1V。Vpmin为一次侧最低电压(V),Ton为开关导通时间,Toff截止时间,标准请参考目录来进行。
3) 其次确定辅助卷线NB

NB辅助卷线,Np为一次侧卷线圈数,Vpmin为一次侧最低电压(V),辅助卷线电压为VB。
4) 一次侧平均电流Ip(A)

ΣVo×Io为次级输出功率之和,η效率一般为65-75%。
5) 一次侧尖波电压为Icp

Ton为开关导通时间,T为开关导通总时间即为一个周期。
6) 一次侧实效电流值Iprms

一次侧尖波电流为Icp,Ton为开关导通时间,T为开关导通总时间即为一个周期。
7) 二次侧实效电流值Iprms

二次侧输出为Io,Toff为开关截止时间,T为开关导通总时间即为一个周期。
8) 一次侧的电感值(H)

9) 一次侧尖波电压为Icp,Vpmin为一次侧最低电压(V),Ton为开关导通时间。
10) AL值计算式如下:

为了更详细说明,现举例如下:
定格100-240V输入50Hz/60Hz:
输出:DC5.3V ±0.25V /0.5A ±75mA
频率为:80kHz (48%为导通时间)
使用RCC方式
最小输入电压Vin(min)=100×0.85=85V
最大输入电压Vin(max)=240×1.2=264V
最小输入直流电压VDCin(min) =85×1.2=102V
最大输入直流电压VDCin(max) =264×1.4=369V
输出功率Pout=5.3×0.5/60%=4.42 (w)(η效率一般为60%)
一次侧平均电流

Ip =4.42/102=0.043 (A)
设在最低输入时,定格负载的动作周期48%,周期T=1/80×1000= 12.5uS
Ton = Toff = (duty×T) =12.5×48%=6uS
一次侧尖波电流为

Icp=(0.043×2)/(48%)=0.18A
一次侧电感

Lp=102×6/0.043=3390.5uH
根据功率表,我们可选取铁氧体磁心:EE16,其铁心截面积为0.19cm2。
窗口面积为0.76 cm2
又选取磁通密度为2000GS
由此可得一次侧圈数Np

其相应可得二次侧圈数

Ns=(5.3+1.47)/94.15×160=11.5 取12T
(其中Vflyback=Ton/Toff×Vpmin =48%/52%×102=94.15;VF为二极管的电压差取1.47V)
辅助电压卷线计算

其中VB取5V
辅助电压卷线:NB=(160/102)×5=7.84取8T
接下来决定线径:由于高频变压器一般取电流密度为为 5A/cm2
一次侧实效电流值Iprms

再根据S=Iprms/5=0.07/5=0.014mm2可得线径为Φ0.14U
二次侧实效电流值Is(rms)

再根据S=Iprms/5=0.83/5=0.166A可得线径为Φ0.42U,为了减少漏电感和集肤效应,可采取两根Φ0.3×2进行并绕。
辅助线圈NB由于电流较小又不能断线,选取线径为Φ0.2。
由于高频效应,卷线是关键要素,必须充分考虑到减少漏电感对策,如将初级卷线进行一半分离,即最下层卷完一半,再最上层卷完一半,其次密卷和均卷方式。
由于变压器在设计时,安全规格十分重要,现简要附上各国主要安全规格:
 家电 TV、收录机 情报机器
电安
日本 DENAN APP.8
DENAN J60335-1 DENAN APP.8
DENAN J60065
(H14) DENAN APP.8
DENAN J60950
美国
UL UL1585
(2008年完)
UL5085-3 UL1411
(2010年完)
UL6500
(2010年完)
UL60065 Ed.7  UL60950-1
CSA 无 CSA C22.2 No.1
CSA NO.60065:2000
CSA C22 NO.60065:03 CSA C22.2 NO.1 60950-1
欧洲 EN61558-1 EN60065 Ed6, Ed7 EN60950-1
一般
海外 EN61558-1 EN60065 Ed6, Ed7 EN60950-1
中国 CQC CQC CQC

UL1411, 6500规格决定后,如客户有特别需求,需要进行单品UL申请,另外计算。
安全距离包括空间距离和沿面距离,在安全规格中是要求不同的。为了电气的绝缘保证,两者都必要规定的。
空间距离:两个导电性间的,穿过最短的空间距离。
沿面距离:两个导电性间的,沿绝缘物表面最短距离。
结束语
当然计算RCC各种数据时有很多种计算方法,本文向同行只详细介绍了一些较为常用计算方法,不当之处,望不吝指正。

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