自激振荡开关电源(葛中海)

自激振荡（RCC）开关电源

中山市技师学院

葛中海

一、概述

目前市场上销售的手机充电器，从电路结构和充电方式上可分为两大类：第一类是“机充式”充电器，另一类是“直充式”充电器（也叫座充）。所谓“机充式”充电器，就是电源进入手机后由充电管理IC 控制预充电、恒流充电、恒压充电、电池状态检测、温度监控、充电结束低泄漏、充电状态指示等（比SL1051、BQ241010/2/3等），输出电压一般在5.5～6.5V；而“直充式”充电器也叫万能充电器，直接对电池充电，由于锂电池（充）满电压为4.2V，所以这类充电器输出电压一定要稍小或等于4.2V。

手机充电器输出功率都比较小，一般在5W以下，国内厂商生产的充电器1更是小到2-3W。为了节约成本，国内许多厂商都采用RCC（Ringing Chock Converter）开关电源设计方案。RCC设计方案理论技术成熟、电路结构简单、元器件常见、成本低廉，所以深受国内厂商青睐。然而，读者可能耳闻目睹许多充电器质量事故频频发生，原因不是产品原理有问题，而是制造厂家为了追求利润使用了质量较差元件或二次回收元件造成的；更有甚者部分厂商为了能在激烈的市场竞争环境下生存，不得不使出最下策——只要能输出电压，尽其所能地节省元件!

另外，国内厂商生产的充电器初、次级通常没有设计光藕（反馈），因此输出电压很难控制，负载能力较差，空载时输出电压偏高，带上负载后电压才正常。从目前市场上流通的充电器来看，成本基本在2-3元之间。国外知名公司出于市场定位和维护自身品牌形象考量，一般采用集成电路设计方案，电路结构完善、生产用料考究、产品可靠性高，成本通常是国内厂商的3-5倍，质量当然要好。

由于手机充电器输出功率较小（对电网干扰小）、产品受体积所限（消费者审美要求和拼比心理把厂家“逼上梁山”），无论国内厂商还是国外知名公司出品的手机充电器，输入侧电源滤波器（与EMC测试有关的元器件）都一概省去，部分国内厂商更是把“热地”与“冷地”之间的安规电容（Y电容）也节省掉了，所以，几乎没有任何一个厂家的手机充电器能通过EMC测试。既然通不过EMC测试，依照中国法律就不能销售，因此厂家就打“擦边球”，把充电器定位为赠品，国家对电器赠品并没有强制安规要求。再则，质量认证部门考虑到手机充电器输出功率小、对电网干扰小，在对手机作认证时对充电器“睁一只眼、闭一只眼”，于是，不符合国家标准的手机充电器就堂而皇之地进入市场了。当然，对于用户来说这些元器件的存在与否与充电的电性能几无关系，并不会影响消费者正常使用，只是与国家标准要求不符而已！

RCC充电器电路结构简单，工作频率由输入电压与输出电流（自适应）改变，控制方式为频率调制（PFM），工作频率较高，如图1是RCC充电器原理框图。

1由于许多国外知名公司的手机充电几乎都由国内厂商代工，所以该处应理解为国内厂商生产的自主品牌的内销充电器，下同。

Vi是整流滤波后的直流电压，DC-DC变换器包括变压器和开关元件，输出电压Vo经电阻R1、R2分压采样与基准电压

V比较，差值进入PFM2控制器，输出信号控制开关元件的导通/截止，从而调节输出电压。

R

本文介绍的几种RCC开关电源，由于图1中的部分环节就被省掉了，整机的可靠性大为降低。

图（1） RCC充电器原理框图

本文通过对几种不同RCC充电器电路关键节点波形的测试分析，简述它们的工作原理，依据电路结构特点，提示读者正确辩识它们性能的优缺点，最后顺便讲述一些开关电源的通用电路知识，在此过程中体验数字存储示波器在电子测量和原理分析中的应用。希望读者通过该文的阅读，对RCC充电器有一定认识，若读者能在该文的指导下排除充电器的简单故障，乃读者之幸，笔者之幸甚也！

二、RCC变换器测试分析

图2是深圳市某电子有限公司生产的“快速手机充电器”（厂家命名）。

产品规格：输入 AC180-240V 50/60Hz 0.1A

输出 DC6.5V 500mA MAX

2PFM是英文Pulse Frequence Modulation缩写，脉冲频率调制之意，RCC变换器的工作方式，而集成式开关电源大都为PWM工作方式，PWM是英文Pulse Width Modulation缩写，脉冲宽度调制之意。

图（2）

图3是东莞市某电子科技有限公司生产的万能手机充电器。

产品规格：输入 AC220V 100mA

输出 DC4.2V 180±80 mA 适用于250-3000mAh（毫安时）电池

图（3）

图4是中山市某电子有限公司给中山市小霸王电子公司配用的MP3/4/5充电器。

产品规格：输入 AC110-250V 50/60Hz 0.1A

输出 DC5V 300 mA

图（4） 中山市小霸王电子公司MP3/4/5配用的充电器

深圳市某电子有限公司生产的“快速手机充电器”完整电路如图5。

为方便说明问题，图中专门标注了P1-P6共六个测试点，其中P4最为关键。借助数字存储示波器，提

取关键点的波形，帮助大家分析电路的工作方式，因此P4测试点波形会在多个图中出现，以期对比之用。

市电经保险电阻R1输入（也叫熔断电阻，兼具电阻和保险丝的双重功能），经D1～D4桥式整流、C1

滤波后到开关变压器。厂家在设计时保留C1的位置，但是实际生产时并没有安装，为了测试需要笔者加装之，如图2（个头大点），轻载时P1点电压约300V （图6测量值为V V 322 ）。

电阻R2阻值较大，给Q1提供启动电流（R2也叫起动电阻，系统一旦正常工作，R2不再起控制作用，

断开它系统仍能正常工作）。刚上电时先由R2使Q1导通，变压器主绕组（①-②）产生自感电动势，极性“①正②负”，辅助绕组（③-④）极性“③正④负”、经C3&R7支路加到Q1的基极,Q1迅速饱和导通，集电极电流线性增加——正反馈效应（通俗地说就是一旦导通就让它狠狠地通）。此时次级绕组极性“⑤负⑥正”，整流二极管D8反偏截止，变压器主绕组蓄积能量。

开关管Q1的集电极电流C i 增加到接近峰值CP i 时，变压器主绕组极性反转“②正①负”，辅助绕组“④负

③正”，Q1基极有反向偏置电流Q1截止——正反馈效应（通俗地说就是一旦退出导通就快速地截止）。