新型電源集成塊ICE2A165解析及應(yīng)用電路設(shè)計

摘要：為了提高電源的穩(wěn)定性，降低故障率，同時又能簡化電路，節(jié)省成本，介紹一種新型電源集成塊ICE2A165,利用ICE2A165設(shè)計了一款開關(guān)電源。ICE2A165內(nèi)合場效應(yīng)開關(guān)管，可以直接激勵開關(guān)變壓器工作，再輔以精密三端比較器和光電耦合器就構(gòu)造出了高性能的開關(guān)電源。通過合理選擇外部元件的參數(shù)，可以使開關(guān)電源既有較寬的穩(wěn)壓范圍，又有比較靈敏的保護(hù)特性。這樣既拓寬了電源對市電的適用能力，又降低了故障幾率。實踐表明，基于ICE2A165的開關(guān)電源能在110~240V交流環(huán)境中穩(wěn)定輸出+5 V和+12V,長時間工作，電路也非常穩(wěn)定可靠。

ICE2A165是一種新型低碳電源IC（集成塊），而且有著眾多的姊妹芯片，利用ICE2A165或其姊妹芯片可以設(shè)計出各種功率開關(guān)電源，這些開關(guān)電源可以用于數(shù)字電視機(jī)頂盒、影碟機(jī)、電源適配器、噴黑打印機(jī)、掃描儀等設(shè)備中。

1 ICE2A165介紹

1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ICE2A165是德國Infineon公司推出的電源IC,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它內(nèi)含場效應(yīng)開關(guān)管、門驅(qū)動器、振蕩器、電源管理模塊、保護(hù)單元、限流電路等。具有外圍元件少、啟動電流?。?lt;55μA）、穩(wěn)壓范圍寬、保護(hù)功能全等特點。

圖1 ICE2A165內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 引腳功能

1腳：軟啟動端。外接軟啟動電容，由于電容的充電效應(yīng)，使得電路工作后，1腳電壓逐步上升，開關(guān)脈沖的寬度由窄變寬，輸出電壓由小增大，逐步達(dá)到穩(wěn)定值。軟啟動特性如圖2所示，當(dāng)1腳電壓Us達(dá)到5.3 V時，軟啟動結(jié)束，開關(guān)管柵極脈沖uG的寬度達(dá)到穩(wěn)定值。軟啟動時間由1腳外部電容的容量來決定，可按下式進(jìn)行計算。

T=1.69 Rss·Css （1）

式（1）中，T為軟啟動時間，Rss為軟啟動電阻的阻值，在常溫下，其值為50 kΩ，Css為1腳外部電容的容量。例如，當(dāng)1腳外部電容的容量為10 nF時，軟啟動時間為0.85 ms左右。由于采用軟啟動，可以減小開機(jī)瞬間電源對負(fù)載的沖擊，有利于延長電源和負(fù)載的壽命。

圖2 軟啟動特性

2腳：反饋端，用于穩(wěn)壓控制。該腳電壓越低，開關(guān)管飽和時間就越短，輸出電壓也就越低；若該腳電壓越高，開關(guān)管飽和時間就越長，輸出電壓也越高。當(dāng)穩(wěn)壓環(huán)路開路或負(fù)載過載時，2腳電壓會達(dá)到4.8 V以上，保護(hù)電路被激活，開關(guān)管截止，電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)（屬自動重啟模式）。

3腳：內(nèi)部開關(guān)管的源極，兼源極電流檢測。當(dāng)該腳電壓超過1V,且持續(xù)200ns時，限流電路工作，使開關(guān)管提前截止，以限止源援電流的上升，防止開關(guān)管損壞。

4腳、5腳：內(nèi)部開關(guān)管漏極，與開關(guān)變壓器初級相連。

6腳：空腳。

7腳：內(nèi)部電路供電端。該腳電壓達(dá)到13.5 V時，內(nèi)部電路啟動。電路啟動后，只要該腳電壓保持在8.5 V以上，電路將繼續(xù)工作。若該腳達(dá)到l6.5 V以上時，過壓保護(hù)電路被激活，開關(guān)管截止，電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)（屬自動重啟模式），此時，7腳電壓大幅度擺動。

8腳：接地端。

ICE2A165有多個姊妹芯片，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能均相同，主要參數(shù)如表1所示。表中，P0表示帶6 cm2散熱片時的最大輸出功率；ID表示開關(guān)管的最大電流；VDS表示開關(guān)管的耐壓；fn表示援蕩器正常工作時的振蕩頻率；fs表示振蕩器待機(jī)時的振蕩頻率；RDS表示開關(guān)管的導(dǎo)通電阻。在滿足電路要求的前提下，這些芯片可以相互替代。芯片的過熱保護(hù)點都為140℃（屬自動重啟模式）。

表1 ICE2A165的姊妹芯片

1.3 封裝形式

ICE2A165及其姊妹芯片均采用PG-DIP-8-6封裝形式，其外形及尺寸如圖3所示。

圖3 PG-DIP-8-6封裝

2 應(yīng)用電路設(shè)計

利用ICE2A165設(shè)計出的開關(guān)電源如圖4所示，該電源能輸出+5V和+12V直流電壓。ICE2A165無需帶散熱片，開關(guān)變壓器選用MKB28-818。

圖4 ICE2A165應(yīng)用電路

2.1 交流輸入及整流濾波電路

通電后，220 V市電經(jīng)電源開關(guān)SW、保險管F1、互感濾波器L1送到橋式整流電路，由VD1~VD4進(jìn)行整流，再由C3濾波，得到300 V左右的直流電壓。

因電源功率不大，保險管選用0.5~0.63 A即可；采用一節(jié)互感濾波器來濾除電網(wǎng)中的干擾，L1選用LT028、UU9.8等型號；整流二極管VD1~VD4選用1N4007（整流二極管上無需并聯(lián)0.01μF的電容），C3選用33~100 μF.

2.2 ICR2A165的7腳外部電路

7腳外接啟動電路和補(bǔ)給供電電路。通電后，C3上的300V電壓經(jīng)啟動電阻R1、R2對電容C5充電，當(dāng)C5上的電壓達(dá)到13.5 V時，內(nèi)部電路啟動，ICE2A165開始工作，內(nèi)部開關(guān)管隨即進(jìn)入開關(guān)工作狀態(tài)。

電路啟動時，ICE2A165的7腳索取的電流小于55μA,電路工作后，7腳索取的電流達(dá)5 mA,若此時再由啟動電阻R1、R2來給7腳供電，則無法滿足7腳的需求，因此電路中應(yīng)設(shè)補(bǔ)給供電電路。補(bǔ)給供電電路由開關(guān)變壓器的3~4繞組、D6、R3等元件構(gòu)成。電路工作后，開關(guān)變壓器3~4繞組上的脈沖電壓經(jīng)D6整流，再由R3和C5濾波后得到14 V左右的直流電壓給7腳供電，以滿足內(nèi)部電路的要求。

R1和R2的總阻值在800~1 000 kΩ之間，C5的容量一般在33~82μF,R1、R2、C5的取值不能太大，否則會導(dǎo)致電路啟動困難，甚至不能啟動。7腳的正常工作電壓應(yīng)設(shè)計在12~14 V,若太低，會使過壓保護(hù)變得不靈敏；若太高，又會使過壓保護(hù)變得太靈敏。R3的值一般在10 Ω以下即可。

2.3 穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓取樣點設(shè)在主電壓+5 V輸出端，由精密型三端比較器IC2（TL431）和光電耦合器IC1（PC817）配合IC3內(nèi)部電路來完成穩(wěn)壓控制，它能將取樣點的電壓穩(wěn)定在U0上，U0的大小可由式（2）計算。

式（2）中，VREF為TL431內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓，等于2.5 V,R11和R10分別代表R11和R10的阻值，若將圖中的電阻阻值代入式（2）中，可以算出U0=5V.另外，從式（2）中還可發(fā)現(xiàn)，通過改變R11和R10的阻值就可對輸出電壓的高低進(jìn)行設(shè)計。

穩(wěn)壓過程是這樣的：當(dāng)某種原因引起各路輸出電壓升高時，+5 V電壓也必升高，經(jīng)R11和R10分壓取樣后，使IC2的1腳電壓上升，IC2導(dǎo)通增強(qiáng)，光耦I(lǐng)C1內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光增強(qiáng)，光電三極管導(dǎo)通增強(qiáng)（內(nèi)阻變?。?，從而使IC3的2腳電壓降低，經(jīng)內(nèi)部電路處理后，進(jìn)麗使內(nèi)部場效應(yīng)開關(guān)管飽和時問縮短，開關(guān)變壓器儲能減少，各路輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。如果輸出電壓降低，則穩(wěn)壓過程與上述過程相反。

值得注意的是，在設(shè)計電路時，取樣點一定要設(shè)在主電壓輸出端上，并根據(jù)主電壓的大小要求來確定R10和R11的值，R10和R11一定要選用精密電阻，誤差在1%以內(nèi)。R5的取值范圍應(yīng)為0.3~1 Ω，R5越小，電源的穩(wěn)壓范圍就越寬，但內(nèi)部開關(guān)管的功耗會加大，過流保護(hù)靈敏度會變差。在交流220 V環(huán)境下，R5取0.47 Ω比較合適。

2.4 反峰吸收電路

在ICE2A165內(nèi)部開關(guān)管截止瞬間，開關(guān)變壓器初級繞組會產(chǎn)生反峰電壓，為了防止反峰電壓擊穿開關(guān)管，必須在開關(guān)變壓器初級繞組上并聯(lián)皮峰吸收電路，即R4、C4和VD6.VD5一定要選用高壓快恢復(fù)管，如RF107、RGF10M等，C4的耐壓必須在1 kV左右，R4的功率須在1 W以上。

2.5 直流輸出電路

本電源輸出+5 V、+12 V和-12 V 3路直流電壓。+5 V為主電壓，向負(fù)載提供的電流較大，一般用3 A整流二極管進(jìn)行整流，如1N5821、1N5822等，濾波電容的容量也選擇得比較大。+12 V和-12 V為副電壓，向負(fù)載提供的電流較小，一般用1.5 A整流二極管進(jìn)行整流，如HER152、HER153、HER154等，濾波電容的容量也適當(dāng)小一些。

3 結(jié)束語

ICE2A165及其姊妹芯片是一類非常完美的新型電源集成塊，因其內(nèi)部包含了開關(guān)脈沖發(fā)生器和開關(guān)管，故外部電路比較簡單，加上具有完善的保護(hù)功能，所以穩(wěn)定性很好，故障率極低。實踐表明，基于ICE2A165的開關(guān)電源具有極高電壓穩(wěn)定性，當(dāng)交流電在110~220 V之間波動時，輸出電壓紋絲不動。在+5 V輸出端接上5 Ω負(fù)載，連續(xù)通電24小時，ICE2A165上也無明顯溫升，電路運(yùn)行十分穩(wěn)定?？梢哉fICE2A165是設(shè)計中功率開關(guān)電源的首選芯片，它必將受到廣大電子工作者的青睞，并具有廣闊的應(yīng)用前景。