線(xiàn)性穩壓電源因具有電路簡(jiǎn)單和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，一直在低功率應用中倍受歡迎。這個(gè)線(xiàn)性穩壓電源只需少量元件，且與開(kāi)關(guān)電源SMPS(Switch Mode POWER Supply)相比，更易于設計和制造。然而，由于以下兩個(gè)原因，近年來(lái)線(xiàn)性電源開(kāi)始逐漸被替代：其一，許多線(xiàn)性電源都是作為PDA、無(wú)繩電話(huà)和手機等產(chǎn)品的外部電源(EPS)綁定銷(xiāo)售。如今EPS必須遵循嚴格的新節能標準，而此類(lèi)標準幾乎將線(xiàn)性電源排除在外，因為線(xiàn)性電源通常無(wú)法達到工作效率和空載功耗方面的標準；其二，大多數先進(jìn)的低功率SMPS在成本和簡(jiǎn)單性方面與線(xiàn)性電源相當。這里將探討低功率SMPS在初步應用階段的不足之處，并討論一種可行的方法，以幫助設計工程師設計出在成本效益方面符合EPS新節能標準的產(chǎn)品，并同時(shí)縮短設計時(shí)間、簡(jiǎn)化設計工作。
自振反激型變換器。RCC(Ring Choke Converter)由于其電路拓撲簡(jiǎn)潔，輸出與輸入電壓電氣隔離且不需要輸出濾波電感，能高效提供多組直流輸出，電壓升降范圍寬等特點(diǎn)而廣泛應用于中小功率變換場(chǎng)合，也是容量一般低于50 W的電源經(jīng)常使用的變換器。被廣泛應用于手機充電器以及筆記本適配器等設備。RCC采用和PWM型變換器相對的一種驅動(dòng)方式，開(kāi)關(guān)的導通和關(guān)斷不需要專(zhuān)門(mén)的觸發(fā)電路，完全靠電路內部來(lái)完成。這種變換器有它獨特的優(yōu)勢，即電路簡(jiǎn)單，具有較高的性?xún)r(jià)比。但是RCC電路如果用分立元件構成的話(huà)，典型電路元件數居然達到50多個(gè)，所以設計一種集成的RCC電源器件已成為一種趨勢。
這里首先對電路原理進(jìn)行了詳細的分析和設計，通過(guò)計算機仿真進(jìn)行了電路模擬。其次，將該RCC器件應用于充電器進(jìn)行了實(shí)際測試，與理論值相互印證，然后分析了器件測試結果和需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。最后給出了結論。

1 RCC器件的應用電路
典型的RCC電路需要約50個(gè)分立元件，設計和調試非常困難，可靠性也不夠高。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設計了一款RCC集成器件，圖l是其典型的應用電路。從圖中可以看出，分立器件輸入側只有8個(gè)分立元件，輸出側有2個(gè)分立元件，如果將三極管13001、二極管VD2和電容C4封裝進(jìn)器件的話(huà)，分立元件將減少到7個(gè)，提高了集成度，將是最簡(jiǎn)潔的RCC電路。該應用電路的整流濾波電路由二極管VD5和電容C5構成；轉換器采用雙繞組的反激變換器，功率管選用的型號為13001，啟動(dòng)電路由電阻R6、電容C6串聯(lián)構成，反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的引腳FB與轉換器中的次級線(xiàn)圈相接，引腳SW與功率管13001的發(fā)射極相接，功率管13001的集電極與主線(xiàn)圈相接，引腳VCC與電容C6的正極相接，引腳GND接地。

85～220 V交流輸入先經(jīng)過(guò)VD5、C5，波形由交流轉化為紋波比較大的直流電壓，由于上電時(shí)電容C6的電壓為O V，所以引腳SW的輸出管為關(guān)斷狀態(tài)，電源通過(guò)電阻R6對電容C6充電，當電容C6充電到反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的啟動(dòng)電壓時(shí)，反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路開(kāi)始正常工作，其內部的振蕩器開(kāi)始啟動(dòng)，SW輸出大占空比開(kāi)關(guān)信號去控制輸出功率管13001，使得功率管13001也跟著(zhù)開(kāi)啟和關(guān)斷，當功率管13001開(kāi)啟時(shí)，功率管13001集電極的電壓為低電壓，這樣通過(guò)變壓器感應到輸出和引腳FB的電壓均為負電壓，當13001關(guān)斷時(shí)，由于電感的電流不能突變，所以功率管13001主線(xiàn)圈上會(huì )產(chǎn)生反沖電壓，變壓器的輸出線(xiàn)圈和輔助線(xiàn)圈會(huì )耦合出正電壓，這時(shí)輸出的整流二極管VD7導通，電容C6和C8充電，功率管13001在一次開(kāi)啟時(shí)，輸出線(xiàn)圈和輔助線(xiàn)圈上的耦合電壓為負電壓，電容C6和C8上的電壓可以維持反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的工作電流和輸出負載的工作電流。如此循環(huán)，系統可以持續的工作下去；輸出端的電壓控制是由反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路內部的過(guò)壓保護電壓控制，當輸出負載減小時(shí)，VCC的電壓上升到過(guò)壓點(diǎn)，反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路內部會(huì )將SW關(guān)斷，這時(shí)功率管13001不會(huì )導通，直到VCC電壓放電到過(guò)壓點(diǎn)以下，SW才會(huì )開(kāi)啟，這樣反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路就會(huì )進(jìn)入間斷工作模式(幾個(gè)周期工作，幾個(gè)周期不工作)，工作頻率會(huì )降低。輸出電壓可以維持在一個(gè)恒定值。

2 RCC器件的內部結構
圖2是RCC內部結構原理圖。反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路包括振蕩器、小占空比產(chǎn)生電路、占空比選擇電路和消隱電路。振蕩器與小占空比產(chǎn)生電路相連接，振蕩器與小占空比產(chǎn)生電路分別與占空比選擇電路相連接，占空比選擇電路與消隱電路相連接，欠壓鎖定(UVLO)是整個(gè)反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的啟動(dòng)電路，控制反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的啟動(dòng)與關(guān)斷，保護電路與輸出驅動(dòng)管VMO連接，消隱電路也控制輸出驅動(dòng)管VMO，二極管VD8直接連接引腳FB和引腳VCC，與反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路外圍的電容(即圖l中的C6)構成整流濾波電路。
2.1 器件工作過(guò)程
當電源電壓VCC上升到欠壓鎖定(UVL0)電路的開(kāi)啟電壓時(shí)，電路開(kāi)始工作，振蕩器、小占空比產(chǎn)生電路、占空比選擇電路、消隱電路啟動(dòng)，此時(shí)SW端口跳變，后備電源啟動(dòng)，對引腳FB充電，隨著(zhù)引腳FB電壓的上升，當超過(guò)VCC電壓時(shí)，二極管VD8導通，后備電源對VCC提供工作電流。振蕩器提供一個(gè)占空比為12％振蕩頻率為40 kHz方波，隨著(zhù)VCC電壓繼續上升，當上升到鉗位電路的箝位電壓點(diǎn)時(shí)，反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路會(huì )切換到小占空比(4％)狀態(tài)下工作，這時(shí)輸出電壓將會(huì )下降，但是不會(huì )馬上切換到大占空比狀態(tài)，直到VCC電壓低于過(guò)壓點(diǎn)時(shí)，才會(huì )回到大占空比狀態(tài)，這時(shí)工作頻率會(huì )上升，可以避免反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的工作頻率低于20 kHz；當反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的輸出負載增加時(shí)，電感反激時(shí)的能量不足以提供系統輸出的能量，VCC電壓會(huì )下降，當電壓下降到反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的欠壓點(diǎn)時(shí)，反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路將會(huì )全部關(guān)斷，等待重啟，這時(shí)系統進(jìn)入打嗝模式。如果反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的工作溫度過(guò)高時(shí)，反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路的過(guò)溫保護會(huì )將輸出SW關(guān)斷，這時(shí)VCC電壓會(huì )持續下降，一直下降到欠壓點(diǎn)電壓，反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路關(guān)斷，等待重啟，反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路也會(huì )進(jìn)入打嗝模式。

3 實(shí)驗數據及處理
根據圖l構成的應用電路，1個(gè)單節鋰電池充電器的測試數據如表l、表2所示。圖3為電流的瞬態(tài)特性圖。
通過(guò)表1和表2的數據可知，該器件基本達到了設計標準，但仍存在以下問(wèn)題：1)啟動(dòng)電流偏大；2)過(guò)壓電壓與啟動(dòng)電壓太接近；3)工作頻率偏小，需要通過(guò)后續設計進(jìn)行改進(jìn)。


4 結論
典型的RCC所包含的元件數是同等線(xiàn)性電源的5～10倍，雖然大部分元件都非常便宜，但由于絕對數量大，所以設計和制造成本較高。元件數目越多，PCB走線(xiàn)就越復雜，優(yōu)化布局所需的時(shí)間也越長(cháng)，元件貼裝時(shí)發(fā)生誤差的可能性也越高。貼裝SMD元件還需要額外的制造步驟，這樣會(huì )增加生產(chǎn)時(shí)間和成本。RCC的性能取決于難以控制的寄生元件值與大量分立元件的組合公差之間的交互作用，在制造過(guò)程中需要持續監控和調整，以使收益率保持在可接受的水平，所以必須設計一種RCC集成器件，才能有效提高RCC電路的優(yōu)點(diǎn)。
本方案設計了器件內部結構包括依次連接的整流濾波電路、轉換器和輸出電路，整流濾波電路與啟動(dòng)電路相連接。整流濾波電路、轉換器和啟動(dòng)電路分別與反激式開(kāi)關(guān)電源集成電路相連接。器件進(jìn)行了仿真和實(shí)際測試。測試結果表明，雖然存在“啟動(dòng)電流偏大”等3個(gè)問(wèn)題，但是該方案基本克服了分離式RCC方案的缺點(diǎn)，而且效率大于65％，是目前較為理想的RCC開(kāi)關(guān)電源供電裝置之一。