基于RCC原理的48V变12V准隔离大功率辅助电源

hou2091862 2023-02-11 发布于湖南

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常见的48V变12V电源，一般采用非隔离的BUCK拓扑电路，优点是电路比较简单，不必用变压器，功率可以非常大。但是缺点也非常明显，即一旦出现故障或者启动、其他原因不稳定地工作，会烧毁12V端的电路，哪怕你用了15V的稳压管来保护负载，很多如MCU等娇气的电路一样会损坏，而这些心脏级的电路损坏，会进一步引起巨大的扩展故障。基于此原因，我设计了一款准隔离的辅助电源，它基于RCC原理，如果电源本身损坏，输出端就没有电压（而非隔离的BUCK电路会有高压电串入），而且功率可以做到很大，输入电压的适应范围也非常广，且变压器可以非常的随意，只用搞清楚头层就可以工作。本人在做48V某大功率逆变器的时候，买过电动车上48V-12V的大灯电源，总是会莫名地炸开关管，后来改成本电路后，近百台机没有一台炸管的。

基于RCC的48-12V辅助电源

电路如上图，它是典型的RCC电路，即自激式反激电路，无集成块，利用变压器的正程状态驱动MOS管，利用逆程状态输出功率，主变压器既是变压器又是续流电感。48V电源经R5流向Q2的G极，Q2轻微导通（也许实际它是可以完全导通的，作原理分析时，只认为它轻微导通），这时候，变压器1-2脚的主绕组上就有了压差，这个压差会互感到5-6脚上，5-6脚绕组上的电路较多，要认真分析。6脚通过C5接地，5脚通过C1 R1接到了Q2的G极，大家知道，对于交流电路，电容我们认为它是直通的，所以，因为Q2的轻微导通，变压器1-2脚的压差会互感到5-6脚，继而通过R1 C1 C5流向Q2的G极，此时Q2会完全导通。当Q2完全导通后，T1的1-2脚绕组的电流持续增加，当它达到磁饱合后，电流增加而磁通量不能增加，则T1的5-6脚绕组无法互感到磁通变化，也就没有了电流，继而，所有的绕组就会产生强大的逆程电压（反向电动势）。这个能量，一组经D6传递给C5，另一组则经R1 C2传递给Q2的G极。Q2因G-S有负压而关闭，一个周期结束。

大家知道，几乎所有的反激电路必须有电压反馈，通过调节开关管的脉宽来限压或说稳压。因为你不调节占空比，开关管一直工作在最大的自由状态，C5上的能量永远的累积增加，最终（虽然说是最终，但是这个速度可能非常快，快到我们用肉眼还没观察到）会引起C5损坏，继而Q2上的电压达到无穷大而损坏。所以，增加了由D4 R3 Q1组成的稳压电路。当C5上的电压超过12V后，D4导通，当C5上的电压超过12.7V后，减去D4的压降，有0.7V加到Q1的B-E结上，Q1的C E结导通，接低了Q2的G-S电位，让某个脉冲提前结束，以达到稳压的目标。R6 R2 Q1组成的是电流取样环，即任何时候，不让R6上的压降不超过0.7V，超过了就拉低Q2的G-S电位，让脉冲提前结束。D3是为了保证Q2的G-S电位，任何时候都不过超过+12V -0.7V而设定的，因为一般的MOS管，G-S电位不能超过+-20V，某些高压管也不能超过+-30V，而5-6脚上的电位，偶然性很大，所以必须有个稳压管来保护Q2的G-S极。 D2 C4 R4是典型的RCD消尖峰电路，如果用在24V电路上，这些可以省略。

元件选择：小阻容件按图纸推荐的，改变D4就改变了电压，如果R3过大，也会轻微引起输出电压的上升。如果要增加输出功率，可减小R6的阻值。

变压器的制作，是本电路成功的关键，一是所用的磁芯一定要有气隙，大小一般是中柱1.5-2mm，如果是全部都垫，有0.5-1mm左右就够了。漆包线可以用多股的并联，单股不要超过0.5mm。具体多少股看功率决定。此变压器最重要是搞清楚同名端，一旦搞错不能工作。同名端的意思，是你在绕变压器的时候，同一个绕线方向前提下，哪个是头，哪个是尾。请记好，变压器的1脚和5脚是同名端，你在绕线的时候，同一方向，以它们为头。2和6脚是同名端，同一绕线方向，它们都为尾。至于匝数，可以非常随意的，具体看你的输出电压范围，可以适当的多绕一点，以降低工作频率，增加效率，匝比也很随意，输入在48V内可以1：1，输入在48V以上可以2：1（高压组20T,低压组10T）。