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新型组合式COOLMOS器件在开关电源中的应用研究

发布时间:2015-09-15作者:智汇胡妮

  COOLMOS ICE2A165/265/365是Infineon technologies 公司推出的系列PWM+MOSFET二合一芯片,其突出特点是由其组成的开关电源,在市电电网中工作时,无需外加散热器即可输出20~50W的输出功率;且能自动降低空载时的工作频率,从而降低待机状态的损耗;同时还具有过、欠压保护、过热保护、过流保护以及自恢复功能,因而在中小功率开关电源中有着广泛的应用前景。

  1 主要特点

  Infineon Technologies公司的ICE2A165/265/365系列芯片是新型COOLMOS器件,该器件是PWM控制器和MOSFET开关管组合为一体的功率器件,它的主要特点如下:

  ●FET耐压为650V,导通电阻低;

  ●无需散热器即可输出较大的功率;

  ●具有过、欠压保护、过热保护、过流保护和自恢复功能;

  ●待机状态及空载时能自动降低工作频率,从而降低损耗;

  ●最低工作频率为21.5KHz,可以避免可闻噪声;

  ●电路结构简单,所需外部电路元件少,可大大减少开关电源的体积和重量,提高系统的可靠性。

  由于CE2A165/265/365系列芯片具有以上诸多特点,因而可广泛用于中、低功率的开关稳压电源中。使用该芯片不仅电路组成简单,而且可靠性很高,所以在中、低功率电子设备中有着广泛的应用前景。

  2 引脚功能

  CE2A165/265/365采用双列直插式结构,其封装形式为DIP-8,现将各管脚功能说明如下:

  1脚:软启动设置端,设计者可通过改变外围电路参数自行设置所需的软启动时间。

  2脚:反馈信号输入端,在启动瞬间,通过输出取样电路可控制光耦的输出电流,从而改变反馈信号的大小,进而控制PWM控制器的输出占空比。该器件的最大输出占空比为0.72。

  3脚:MOSFET工作电流检测端,该器件可对输出电流的大小进行实时监测,以便在输出电流过大时切断PWM信号的输出,从而实现过流保护。

  4、5脚:为MOSFET的漏极。

  6脚:空脚。

  7脚:内部PWM控制器供电电源端,输入电压范围为+8.5~21V。

  8脚:电源地。

  3 45W/15V开关电源的设计

  采用ICE2A165/265/365组成的开关电源的原理电路如图1所示。该电路的设计要求是:

  输入电压:AC85V~AC265V 50Hz;

  输出电压:+8v~+15V;

  输出电流:3.0A。

  3.1 电流检测电阻的选择

  根据设计要求,如选择ICE2A365为核心控制器件,可通过将COOLMOS器件设定在输出功率的上限,然后通过取样电阻R7设定电流的最大值。由于R7接在MOSFET的源极,因而可检测MOSFET的工作电流。由于要求R7 Idpeak小于等于1V,因此,在Idpeak为3.0A时,R7可选在0.33欧以下。

  COOLMOS ICE2A165/265/365是Infineon technologies 公司推出的系列PWM+MOSFET二合一芯片,其突出特点是由其组成的开关电源,在市电电网中工作时,无需外加散热器即可输出20~50W的输出功率;且能自动降低空载时的工作频率,从而降低待机状态的损耗;同时还具有过、欠压保护、过热保护、过流保护以及自恢复功能,因而在中小功率开关电源中有着广泛的应用前景。

  1 主要特点

  Infineon Technologies公司的ICE2A165/265/365系列芯片是新型COOLMOS器件,该器件是PWM控制器和MOSFET开关管组合为一体的功率器件,它的主要特点如下:

  ●FET耐压为650V,导通电阻低;

  ●无需散热器即可输出较大的功率;

  ●具有过、欠压保护、过热保护、过流保护和自恢复功能;

  ●待机状态及空载时能自动降低工作频率,从而降低损耗;

  ●最低工作频率为21.5KHz,可以避免可闻噪声;

  ●电路结构简单,所需外部电路元件少,可大大减少开关电源的体积和重量,提高系统的可靠性。

  由于CE2A165/265/365系列芯片具有以上诸多特点,因而可广泛用于中、低功率的开关稳压电源中。使用该芯片不仅电路组成简单,而且可靠性很高,所以在中、低功率电子设备中有着广泛的应用前景。

  2 引脚功能

  CE2A165/265/365采用双列直插式结构,其封装形式为DIP-8,现将各管脚功能说明如下:

  1脚:软启动设置端,设计者可通过改变外围电路参数自行设置所需的软启动时间。

  2脚:反馈信号输入端,在启动瞬间,通过输出取样电路可控制光耦的输出电流,从而改变反馈信号的大小,进而控制PWM控制器的输出占空比。该器件的最大输出占空比为0.72。

  3脚:MOSFET工作电流检测端,该器件可对输出电流的大小进行实时监测,以便在输出电流过大时切断PWM信号的输出,从而实现过流保护。

  4、5脚:为MOSFET的漏极。

  6脚:空脚。

  7脚:内部PWM控制器供电电源端,输入电压范围为+8.5~21V。

  8脚:电源地。

  3 45W/15V开关电源的设计

  采用ICE2A165/265/365组成的开关电源的原理电路如图1所示。该电路的设计要求是:

  输入电压:AC85V~AC265V 50Hz;

  输出电压:+8v~+15V;

  输出电流:3.0A。

  3.1 电流检测电阻的选择

  根据设计要求,如选择ICE2A365为核心控制器件,可通过将COOLMOS器件设定在输出功率的上限,然后通过取样电阻R7设定电流的最大值。由于R7接在MOSFET的源极,因而可检测MOSFET的工作电流。由于要求R7 Idpeak小于等于1V,因此,在Idpeak为3.0A时,R7可选在0.33欧以下。

  3.2 脉冲变压器的设计要求

  脉冲变压器的初级电感(即励磁电感)Lm中的电流与电压的关系近似为:Im=U0 τ/Lm,式中:U0为初级电感两端的电压;τ为开关脉冲宽度。

    由上式可知,脉冲变压器的初级电感值要适当 ,一般在400μH到600μH之间比较合适。输出功率较大时可取低一些;反之则应取高点。在反激式电路中,磁芯应加气隙,以调整脉冲变压器的初级电感,同时应注意变压器的绕组排列,以尽量减少漏感,避免造成对MOSFET过大的应力。

  3.3 次级电路的设计

  次级电路主要是选择整流管和滤波电容。整流管应根据输出电流和电压来选择,一般在低输出电压情况下,可采用肖特基二极管,而输出电压较高时,则需要采用快恢复二极管。当开关频率较高时,应采用超快恢复二极管作整流管,以减小其反向电流对初级的影响。

  滤波电容E4的容量应满足输出电压纹波的要求,L6及E5应能有效滤除开关所产生的噪声。

  3.4 反馈调整电路的设计

  反馈调整电路由光耦和可调三端稳压器TL431组成。在启动瞬间,通过输出取样电路可以控制光耦的输出电流,从而改变反馈信号的大小,同时控制PWM控制器的输出占空比,以确保电源在低电网电压和满载启动时达到规定的调整值。用C10、R14组成滞后补偿网络时,其时间常数τ应为1~3ms,若C1选为0.1μF,那么,R14应选择在10~30kΩ。

  4 设计注意事项

  用ICE2A165/265/365设计开关电源时,最主要的问题是不易起振。所以在设计过程中必须注意以下问题:

  (1)输出端必须加假负载。因为输出端在空载时,电路不易起振,而当流经假负载的电流超过15mA时,则比较容易启动。

  (2)内部PWM控制器的供电电压不能超过16.5V,若超过,则会因易受保护而难以起振。

  (3) 过流检测电阻R7不宜过大,因为过大可能难以起振。因为当R7上的电压超过1V时,系统会认为过流而不起振。

  5 结束语

  综上所述,用ICE2A165/265/365 组成的开关电源具有较多的优点,与同类芯片相比,它们具有较好的性价比和可靠性,因而在DVD电源、机顶盒电源及仪器仪表电源中具有广泛的应用前景。

 

公司简介

宜科(天津)电子有限公司是中国工业自动化的领军企业,于2003年在天津投资成立,销售和服务网络覆盖全国。作为中国本土工业自动化产品的提供商和智能制造解决方案的供应商,宜科在汽车、汽车零部件、工程机械、机器人、食品制药、印刷包装、纺织机械、物流设备、电子制造等诸多领域占据领先地位。宜科为智慧工厂的整体规划实施提供自系统层、控制层、网络层到执行层自上而下的全系列服务,产品及解决方案涵盖但不局限于云平台、MES制造执行系统、工业现场总线、工业以太网、工业无线通讯、机器人及智能设备组成的自动化生产线、自动化电气控制系统集成、智能物流仓储系统等,以实现真正智能化的生产制造,从而带来生产力和生产效率的大幅提升,以及对生产灵活性和生产复杂性的管理能力的大幅提升。多年来,宜科以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地为中国制造业的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求,在业界独树一帜。帮助中国制造业转型升级,加速智能制造进程,成为中国工业4.0智慧工厂解决方案当之无愧的践行者。

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