新型组合式COOLMOS器件在开关电源中的应用研究

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
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。 关键词:COOLMOS;PWM;开关电源;功率器件 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ICE2A165/265/365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 ICE2A 165/265/365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COOLMOS 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:AC 85V~AC 265V50Hz; 输出电压:+8V~+15V; 输出电流:3.0A。 下面根据设计要求,给出图1所示电路的主要元件的设计方法。 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≤1V,因此,在Idpeak为3.0A时,R7可选在0.33Ω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。 图1 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ICE2A 165/265/365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ICE2A 165/265/365 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。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200703/12534.html
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