第
31卷第
6期
电子器件
Vol .31 No .6
2008年
12月Chinese Journal Of Electron Devices Dec .2008
Design and Aplication of a New RCC Type Switch Power Supply
GAO Hai-x iang, X U Shen, SUN Wei-f eng *
( Integrated Circuit College, Southeast University, N anjing 210096, China )
Abstract:This paper introduces the working principle and design method of a novel RCC switching power
supply . Unlike the ordinary RCC power supply to implement the self-excited oscillation by the sampling
resistance, the new proposed RCC structure realizes this function by charging and discharging the capacitance,
which makes the power dissipation lower and the performance more stable .This circuit only needs a
few resistances, capacitances, transistors and other isolated components to obtain the good output performance
of the stability . The circuit is simple, highly effective and reliable with low cost .T his new RCC
power supply circuit is applied in a design of the cell phone charger to get verified .
Key words:Switching power supply;RCC circuit;Flyback converter;Cell phone charger
EEACC:1220;1290B
一种新型
高海翔
，徐申，孙伟锋
*
(东南大学集成电路学院，南京.. 210096 ) 摘要：介绍了一种新型.. RCC式开关电源的工作原理及设计方法，与普通.. RCC电源由采样电阻实现自激振荡不同，本文所
提出的新型.. RCC电路结构通过对电容充放电来实现自激振荡，可以使功耗降低，性能更稳定。该电路只需要少量电阻、电容、
三极管等普通分立原件就可以得到优良的稳压输出性能，其电路结构简单，成本低，高效可靠。该新型.. RCC电源电路，被应用 于一手机充电器的设计中，得到了实际的验证。
关键词
：开关电源; RCC电路；反激变换器；手机充电器
中图分类号
:TM76文献标识码
:A
本文所设新型.. RCC式开关电源,(即.. RINGING
CHOKE CONVERTER)的英文缩写，其中文
意思是振荡.. -阻塞变换器，它是一种非定频电源，同
时又称为反激式自激变换器。主要用于低压小功率
模块、家用电气、手机充电器等。新型.. RCC式开关
电源的特点是电路结构简单，只需要少数分立元件
通过良好的设计就可以获得高效和可靠的工作，许
多与驱动有关的困难(驱动波形、变压器饱和等)在
自激变换器中得到很好的解决。本文所提出的新型..
RCC式开关电源与普通.. RCC式开关电源由采样电
阻来实现自激振荡相比通过对电容充放电来实现自
激振荡，可以使功耗更低，性能更稳定。
本文首先对电路原理进行了详细的分析与计
文章编号
:1005-9490(2008)06-1887-04
算，并通过计算机仿真软件进行了电路模拟。其次,
该.. RCC电路被应用于一个手机充电器的设计中
。
最后对该充电器进行了实际测试，与理论之间得到
了相互的印证。..
1新型
RCC式开关电源电路基本原理
新型.. RCC式开关电源电路基本结构框图如图
1所示。其基本工作原理是：交流市电经过整流滤
波变为直流电，直流电通过启动电路使开关管.. M1
导通，在自激振荡电路的作用下开关管.. M1导通时
变压器原边存储能量，开关管.. M1关断时由于反激
变换的作用开始向输出电路传递能量。自激振荡频
率由负载电流的变化而变化维持输出电流的恒定。
新型.. RCC式开关电源电路通过对电容的充放电来
收稿日期
:2007-04-21
作者简介：高海翔(1983-)，男,2006年考入东南大学集成电路学院攻读硕士学位。现主要从事开关电源方面的研究。
孙伟锋(1977-)，男，博士，副教授，主要从事功率器件与集成电路的研究、设计, swffrog @ seu .edu
1888电子器件第
31卷
实现自激振荡，当输出电路电压升高超过额定电压
时，阻塞反馈电路通过对输出电压的采样反馈使开
关管.. M1停振，从而阻止能量的继续传递从而降低
输出电压，当输出电压降低到额定电压时，阻塞反馈
电路停止工作，开关管.. M1继续自激振荡并且通过
反激变换从而向输出电路传递能量，从而达到调节
输出电压使其稳定。
图
1新型
RCC式开关电源电路基本结构框图
开关管的振荡、停振，由电平开关从输出电压取
样进行控制，因此这种非周期性开关电源极适合向
间断性负载或变化较大的负载供电。普通.. RCC式
开关电源电路基本结构框图如图.. 2所示，其自激振
荡时的工作原理主要依靠功率电阻上的电压来促使
开关管的导通与关断，功率电阻在工作过程中消耗
大量的能量。
图
2普通
RCC式开关电源电路基本结构框图
新型.. RCC式开关电源电路与普通.. RCC式开关
电源由功率电阻来实现自激振荡相比通过对电容充
放电来实现自激振荡，可以使功耗降低，性能更稳定。..
2设计实例的分析与仿真
以下通过对新型.. RCC式手机充电器的原理、主
要模块的分析，可以更加清楚地了解输出为.. 9 V,
1 A的新型.. RCC式开关电源的工作过程及实现方
式。如图.. 3所示为新型.. RCC式手机充电器电路。
图
3新型
RCC式手机充电器电路
2 .1主结构原理及仿真波形
本文所介绍的新型.. RCC电路的主结构为反激
式。在反激式中，开关管.. M1导通时，变压器.. T1储
存能量，负载电流由输出滤波电容提供；开关管.. M1
关断时，变压器将储存的能量传送到负载和输出滤
波电容，以补偿电容单独提供负载电流时消耗的能
量。如图.. 4为主结构电路主要电压波形。
具体反激过程是：开关管.. M1导通后，变压器.. T1
原边绕组.. 1产生(1正.. 2负)电动势，此时同名端为正, 电流流过原边绕组将能量储存在绕组上。由于互感,
T1辅助绕组2驱动正反馈也产生(3正4负)感应电
动势, T1辅助绕组.. 4辅助电源产生(7正.. 8负)感应电
动势, T1辅助绕组.. 3输出端产生(5正.. 6负)感应电动
势。正反馈辅助绕组使开关管.. M1更加导通，通过反
激变换的作用使二极管.. D7、D8截止。
当开关管.. M1关断后，原边绕组为了维持原来
电流产生感生电动势，原边绕组电压反相(2正.. 1
负)，原边通过.. D5、R4、R3、C3组成环路。.. R3选择的
tsf基本公式为.. R3=
1
V2
C 3
VC 3
，其中.. VC3
Llk1 i2 fs
2 peak VC3-nVo
为.. C3两端电压，一般为.. nVo的.. 2～2 .5倍, Llk1为.. T1
绕组.. 1的漏感, ipeak为.. T1绕组1上的峰值电流, n为.. 蒋维平
T1绕组.. 1与绕组.. 3的匝比, Vo为输出电压, fs为..
M1的开关频率。.. C3选择的基本公式为.. C3=
第
6期高海翔
，徐申等
：一种新型
RCC式开关电源及应用1889
ΔVCV3
C
R33 fs，其中.. Δ.. VC 3为.. VC3的纹波，一般取.. 5%～
10%。次级绕组.. 3、4电压反相，则.. D7、D8导通，此
时变压器的原边开始向副边传输能量。
图
4主结构电路主要电压波形
2 .2自激振荡电路的原理及仿真波形
当新型.. RCC电路处于自激振荡状态时，主要电
压波形如图.. 5所示，当开关管.. M1导通时，次级绕组
正反馈电动势使电容.. C5的两端电压不断的升高从
而使三极管.. Q1的基极电压缓慢升高，最终使三极
管.. Q1导通，拉低开关管.. M1的栅极电位使其关断。
此时能量交换回路开始传递能量，由于正反馈绕组
产生反相的感应电动势，电容.. C4被充电，电容.. C4两
端电压不断升高从而使开关管.. M1再次导通，形成
自激振荡。
具体自激振荡过程是：开机后.. 220 V交流市电
输入，整流滤波为直流高压，直流高压通过启动电阻..
R2、R5、R6加到开关管.. M1栅极，从而使开关管.. M1
导通。电阻.. R2、R5、R6组成开关电路.. M1的启动电
路，在刚接市电时，电路总体还未开始运行，直接利
用直流高压经过分压后开启开关电路.. M1。导通
后，变压器.. T1原边绕组1产生(1正2负)电动势,
此时同名端为正，电流流过原边绕组将能量储存在
绕组上。由于互感，辅助绕组.. 2产生(3正4负)感
应电动势，辅助绕组.. 4辅助电源产生(7正.. 8负)感
应电动势，辅助绕组.. 3产生(5正.. 6负)感应电动势。
于是.. T1的3脚上的正脉冲电压通过.. C4、R9、R5加
到开关管.. M1的栅极( G极)，从而使开关管.. M1更加
导通，此反馈为正反馈。.. C4在电路进行自激振荡
时，其两端电压要基本保持恒定。同时正反馈电路
通过.. R7对.. C5充电，在对.. C5充电初期.. C5上的电压
不足以使.. Q1的基极
达到0 .7～1 V时, Q1是关断
的。随着.. C5的不断充电，当.. C5上端被充到.. 0 .7～1
V时, Q1就会开启，将开关管.. M1栅极拉为低电平,
则开关管.. M1被关断。该充电时间就是自激振荡电
路所产生脉宽调制信号的脉冲宽度，其间的关系为: directx 3d
冷雾tt
RC
uc = U0 e -+ Us (1 -e -RC) ，其中.. uc为.. C5上的电
压, U0为每周期.. M1刚导通时.. C5上的初始电压，在
该电路中一般是负值, Us为.. RC充电电压，即正反
馈绕组.. 2产生的电压, R、C分别为.. R7、C5的值, t为
充电时间。当取.. uc = 0 .7～1 V,t =所设定的脉冲宽
度, U0、Us已知的情况下，便能算出.. RC的值。
当开关管.. M1关断时，原边绕组为了维持原来电
流产生感生电动势，原边绕组.. 1电压反相(2正.. 1负),
次级输出绕组.. 3电压反相, D7导通，此时变压器的原
边开始向副边传输能量。正反馈绕组.. 2反相, D6导
通将.. Q1的集电极嵌位在比地低一个二极管压降的电
位，维持开关管.. M1的关断状态。此时，由于.. C接.. Q1
4
集电极的一端位近似的零电位，另一端为负压, C被
4
充电。当次级输出绕组将能量释放完毕后，变压器各
绕组的电压趋向于零，副边辅助绕组正反馈电压为
零，由于.. C4的电压不能突变, C4与.. R9、R5相连的一
端为正电压，将促使开关管.. M1从新导通，开关管.. M1
稍微导通，由于正反馈会加速其导通，自激振荡不断
循环往复，得到高频脉宽调制信号。.. C5的充电时间
决定了开关管.. M1的导通时间，输出辅助绕组的能量
释放完为开关管.. M1的关断时间。
图
5自激振荡电路主要电压波形
2 .3阻塞反馈电路
如图.. 6所示阻塞电路的主要波形，以上即.. RCC
自激振荡的过程，因为.. RCC(RING CHOCK CONVERTOR),
其实.. RCC的特也就是体现.. CHOCK(阻
塞)上面。在电路图.. 3中，完成.. CHOCK的主要电路
国家财政拨款
由.. Q2、OP1、TL431等组成。在电路工作时，当输出电
压小于额定输出电压的时候，电路处于自激振荡状
态，而当输出电压大于额定输出电压时，反馈绕组的
反馈电压就使得.. Q2饱和导通，导致.. M1停振。通过
这种方法使输出电压维持恒定。输出绕组的反馈电
路，反馈电路由.. TL431及其电阻、电容组成稳压电
路，辅助绕组.. 4与.. D8、C9组成辅助电源为.. Q2和光电
耦合器.. OP1工作时供电，当输出电压超过稳压电路
的设定电压时, OP1的发光二极管有电流流过，根据
光耦特性, OP1的三极管导通流过电流流过，则.. Q2的
集电极电位提高，此时.. Q2导通，此时的阻塞电路动作
将开关管.. M1的电位拉低从而关断开关管.. M1，使自
激振荡停振。当电压降低到设定电压时, OP1的发光
二极管没有电流流过，根据光耦特性, OP1的三极管
也没有电流流过，则.. Q2的集电极电位
拉低，此时.. Q2
1890
电子器件第
31卷
关断，此时的阻塞电路停止动作，自激振荡重新开始
如此往复，从而调整能量的传输变化最终达到调节输
出电压使其稳定。
当三极管.. Q2导通时开关管.. M1停振，三极管.. Q2
关断时开关管.. M1从新开始自激振荡。反馈稳压电
路主要是由.. TL431构成, R20与.. R21组成的电阻分压
器在输出电压达到目标值时，会让.. R20与.. R21的节点电
压刚好等于.. TL431的内部参考电压。电阻.. R19、C10提
供.. TL431所需的反馈回路补偿以便稳定控制回路。..
TL431的内部含有一个2 .5 V的基准.. Vref电压，所以
当在基准电压端引入输出反馈时，器件可以通过从阴
极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图.. 1所
示的电路，当.. R20和.. R21的阻值确定时，两者对输出电
压的分压引入反馈，若输出电压增大，反馈量增大,
TL431的分流也就增加，从而又导致输出电压下降。
显见，这个深度的负反馈电路必然在.. R20与.. R21的节点
电压等于基准电压处稳定。此时，选择不同的.. R20和..
R21的值可以调节电压输出大小。
图
6阻塞电路的主要波形
主要测试波形
针对手机充电器的特点做出新型.. RCC式充电
器，并且对充电器的主要部分波形进行测试。
自激振荡开关管.. M1栅极电压波形，仿真波形
图.. 4( b)与图.. 7实测波形比较可以得出，实际测得的
波形除了一些毛刺干扰以外基本符合要求。
图
7自激振荡状态时开关管栅极电压波形
如图.. 8可以看出开关管栅极在整个周期的振荡..
-阻塞的总体电压波形图。通过实际测量可以看出
与仿真结果相吻合。
图
8振荡
-阻塞时开关管栅极电压波形
在满载.. 9 V,1 A的情况下输出电压为.. 9 .02 V,
输出纹波的峰峰值为.. 20 mV，电压波形如图.. 9所示,
免耕播种机可以清楚的表明输出电压纹波较小，输出电压稳定。
图
9输出电压纹波
4
结论
本文介绍了一种新型.. RCC式手机充电器的工
作原理及设计方法，通过对电路仿真波形的研究和
分析详细阐述新型.. RCC式手机充电器，着重剖析了..
RCC电路的阻塞的原理与.. RCC电路的自激振荡原
理，并且指出新型.. RCC充电器与普通.. RCC充电器
的区别与优点。本电路简单可靠、易实现、成本低,
适用于各种手机充电器。对于在负载较大时，输出
电压、电流稳定性方面研究还有待近一步的研究。
参考文献
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Lempinen J and Suntio T .S mall-Signal Modeling for Design of
Robust Variable Frequency Flyback Battery Chargers Fportable
Device Applications[C]// IEEE Applied Power Electronics
Conf .(APE C) P roc,M arch 2001,548-554 .
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Conduction Switching Po
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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