新型組合式COOLMOS器件在開關電源中的應用研究

新型組合式COOLMOS器件在開關電源中的應用研究

摘要：COOLMOS ICE2A165/265/365是Infineon technologies 公司推出的系列PWM+MOSFET二合一芯片，其突出特點是由其組成的開關電源，在市電電網中工作時，無需外加散熱器即可輸出２０～５０Ｗ的輸出功率；且能自動降低空載時的工作頻率，從而降低待機狀態的損耗；同時還具有過、欠壓保護、過熱保護、過流保護以及自恢復功能，因而在中小功率開關電源中有著廣泛的應用前景。

    關鍵詞：COOLMOS；PWM;開關電源；功率器件

１　主要特點

Ｉｎｆｉｎｅｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ 公司的ＩＣＥ２Ａ１６５／２６５／３６５系列芯片是新型ＣＯＯＬＭＯＳ器件，該器件是ＰＷＭ控制器和ＭＯＳＦＥＴ開關管組合為一體的功率器件，它的主要特點如下：

●ＦＥＴ耐壓為６５０Ｖ，導通電阻低；

●無需散熱器即可輸出較大的功率；

●具有過、欠壓保護、過熱保護、過流保護和自恢復功能；

●待機狀態及空載時能自動降低工作頻率，從而降低損耗；

●最低工作頻率為２１．５ｋＨｚ，可以避免可聞噪聲；

●電路結構簡單，所需外部電路元件少，可大大減少開關電源的體積和重量，提高系統的可靠性。

由于ＩＣＥ２Ａ１６５／２６５／３６５系列芯片具有以上諸多特點，因而可廣泛用于中、低功率的開關穩壓電源中。使用該芯片不僅電路組成簡單，而且可靠性很高，所以?在中、低功率電子設備中有著廣泛的應用前景。

２　引腳功能

ＩＣＥ２Ａ １６５／２６５／３６５采用雙列直插式結構，其封裝形式為ＤＩＰ－８，現將各管腳功能說明如下：

１腳：軟啟動設置端，設計者可通過改變外圍電路參數自行設置所需的軟啟動時間。

２腳：反饋信號輸入端，在啟動瞬間，通過輸出取樣電路可控制光耦的輸出電流，從而改變反饋信號的大小，進而控制ＰＷＭ控制器的輸出占空比。該器件的最大輸出占空比為０．７２。

３腳：ＭＯＳＦＥＴ工作電流檢測端，該器件可對輸出電流的大小進行實時監測，以便在輸出電流過大時切斷ＰＷＭ信號的輸出，從而實現過流保護。

４、５腳：為ＭＯＳＦＥＴ的漏極。

６腳：空腳。

７腳：內部ＰＷＭ控制器供電電源端，輸入電壓范圍為＋８．５～＋２１Ｖ。

８腳：電源地。

３　４５Ｗ／１５Ｖ開關電源的設計

采用ＣＯＯＬＭＯＳ ＩＣＥ２Ａ１６５／２６５／３６５ 組成的開關電源的原理電路如圖１所示。該電路的設計要求是：

輸入電壓：ＡＣ ８５Ｖ～ＡＣ ２６５Ｖ?５０Ｈｚ?；

輸出電壓：＋８Ｖ～＋１５Ｖ；

輸出電流：３．０Ａ。

下面根據設計要求，給出圖１所示電路的主要元件的設計方法。

３．１ 電流檢測電阻的選擇

根據設計要求，如選擇ＩＣＥ２Ａ３６５為核心控制器件，可通過將ＣＯＯＬＭＯＳ器件設定在輸出功率的上限，然后通過取樣電阻Ｒ７設定電流的最大值。由于Ｒ７接在ＭＯＳＦＥＴ的源極，因而可檢測ＭＯＳＦＥＴ的工作電流。由于要求Ｒ７ Ｉｄｐｅａｋ≤１Ｖ，因此，在Ｉｄｐｅａｋ為３．０Ａ時，Ｒ７可選在０．３３Ω以下。

３．２ 脈沖變壓器的設計要求

脈沖變壓器的初級電感（即勵磁電感）Ｌｍ中的電流與電壓的關系近似為：

Ｉｍ＝Ｕ０ τ／Ｌｍ

式中： Ｕ０為初級電感兩端的電壓；τ為開關脈沖寬度。

圖1

    由上式可知，脈沖變壓器的初級電感值要適當 ，一般在４００μＨ到６００μＨ之間比較合適。輸出功率較大時可取低一些；反之則應取高點。在反激式電路中，磁芯應加氣隙，以調整脈沖變壓器的初級電感，同時應注意變壓器的繞組排列，以盡量減少漏感，避免造成對ＭＯＳＦＥＴ過大的應力。

３．３ 次級電路的設計

次級電路主要是選擇整流管和濾波電容。整流管應根據輸出電流和電壓來選擇，一般在低輸出電壓情況下，可采用肖特基二極管，而輸出電壓較高時，則需要采用快恢復二極管。當開關頻率較高

時，應采用超快恢復二極管作整流管，以減小其反向電流對初級的影響。

濾波電容Ｅ４的容量應滿足輸出電壓紋波的要求，Ｌ６及Ｅ５應能有效濾除開關所產生的噪聲。

３．４ 反饋調整電路的設計

反饋調整電路由光耦和可調三端穩壓器ＴＬ４３１組成。在啟動瞬間，通過輸出取樣電路可以控制光耦的輸出電流，從而改變反饋信號的大小，同時控制ＰＷＭ控制器的輸出占空比，以確保電源在低電網電壓和滿載啟動時達到規定的調整值。用Ｃ１０、Ｒ１４組成滯后補償網絡時，其時間常數τ應為１～３ｍｓ，若Ｃ１選為０．１μＦ，那么，Ｒ１４應選擇在１０～３０ｋΩ。

４　設計注意事項

用ＩＣＥ２Ａ １６５／２６５／３６５設計開關電源時，最主要的問題是不易起振。所以在設計過程中必須注意以下問題：

（１）輸出端必須加假負載。因為輸出端在空載時，電路不易起振，而當流經假負載的電流超過１５ｍＡ時，則比較容易啟動。

（２）內部ＰＷＭ控制器的供電電壓不能超過１６．５Ｖ，若超過，則會因易受保護而難以起振。

（３） 過流檢測電阻Ｒ７不宜過大，因為過大可能難以起振。因為當Ｒ７上的電壓超過１Ｖ時，系統會認為過流而不起振。５　結束語

綜上所述，用ＩＣＥ２Ａ １６５／２６５／３６５ 組成的開關電源具有較多的優點，與同類芯片相比，它們具有較好的性價比和可靠性，因而在ＤＶＤ電源、機頂盒電源及儀器儀表電源中具有廣泛的應用前景。

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