新型組合式COOLMOS器件在開關(guān)電源中的應(yīng)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(diǎn)是由其組成的開關(guān)電源，在市電電網(wǎng)中工作時(shí)，無需外加散熱器即可輸出２０～５０Ｗ的輸出功率；且能自動(dòng)降低空載時(shí)的工作頻率，從而降低待機(jī)狀態(tài)的損耗；同時(shí)還具有過、欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)以及自恢復(fù)功能，因而在中小功率開關(guān)電源中有著廣泛的應(yīng)用前景。

    關(guān)鍵詞：COOLMOS；PWM;開關(guān)電源；功率器件

１　主要特點(diǎn)

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(guān)管組合為一體的功率器件，它的主要特點(diǎn)如下：

●ＦＥＴ耐壓為６５０Ｖ，導(dǎo)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(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)和自恢復(fù)功能；

●待機(jī)狀態(tài)及空載時(shí)能自動(dòng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需外部電路元件少，可大大減少開關(guān)電源的體積和重量，提高系統(tǒng)的可靠性。

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

２　引腳功能

ＩＣＥ２Ａ １６５／２６５／３６５采用雙列直插式結(jié)構(gòu)，其封裝形式為ＤＩＰ－８，現(xiàn)將各管腳功能說明如下：

１腳：軟啟動(dòng)設(shè)置端，設(shè)計(jì)者可通過改變外圍電路參數(shù)自行設(shè)置所需的軟啟動(dòng)時(shí)間。

２腳：反饋信號(hào)輸入端，在啟動(dòng)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(hào)的大小，進(jìn)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(cè)端，該器件可對(duì)輸出電流的大小進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便在輸出電流過大時(shí)切斷ＰＷＭ信號(hào)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。

４、５腳：為ＭＯＳＦＥＴ的漏極。

６腳：空腳。

７腳：內(nèi)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(guān)電源的設(shè)計(jì)

采用ＣＯＯＬＭＯＳ ＩＣＥ２Ａ１６５／２６５／３６５ 組成的開關(guān)電源的原理電路如圖１所示。該電路的設(shè)計(jì)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(jù)設(shè)計(jì)要求，給出圖１所示電路的主要元件的設(shè)計(jì)方法。

３．１ 電流檢測(cè)電阻的選擇

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

３．２ 脈沖變壓器的設(shè)計(jì)要求

脈沖變壓器的初級(jí)電感（即勵(lì)磁電感）Ｌｍ中的電流與電壓的關(guān)系近似為：

Ｉｍ＝Ｕ０ τ／Ｌｍ

式中： Ｕ０為初級(jí)電感兩端的電壓；τ為開關(guān)脈沖寬度。

圖1

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

３．３ 次級(jí)電路的設(shè)計(jì)

次級(jí)電路主要是選擇整流管和濾波電容。整流管應(yīng)根據(jù)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(shí)，則需要采用快恢復(fù)二極管。當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)，應(yīng)采用超快恢復(fù)二極管作整流管，以減小其反向電流對(duì)初級(jí)的影響。

濾波電容Ｅ４的容量應(yīng)滿足輸出電壓紋波的要求，Ｌ６及Ｅ５應(yīng)能有效濾除開關(guān)所產(chǎn)生的噪聲。

３．４ 反饋調(diào)整電路的設(shè)計(jì)

反饋調(diào)整電路由光耦和可調(diào)三端穩(wěn)壓器ＴＬ４３１組成。在啟動(dòng)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(hào)的大小，同時(shí)控制ＰＷＭ控制器的輸出占空比，以確保電源在低電網(wǎng)電壓和滿載啟動(dòng)時(shí)達(dá)到規(guī)定的調(diào)整值。用Ｃ１０、Ｒ１４組成滯后補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其時(shí)間常數(shù)τ應(yīng)為１～３ｍｓ，若Ｃ１選為０．１μＦ，那么，Ｒ１４應(yīng)選擇在１０～３０ｋΩ。

４　設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

用ＩＣＥ２Ａ １６５／２６５／３６５設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，最主要的問題是不易起振。所以在設(shè)計(jì)過程中必須注意以下問題：

（１）輸出端必須加假負(fù)載。因?yàn)檩敵龆嗽诳蛰d時(shí)，電路不易起振，而當(dāng)流經(jīng)假負(fù)載的電流超過１５ｍＡ?xí)r，則比較容易啟動(dòng)。

（２）內(nèi)部ＰＷＭ控制器的供電電壓不能超過１６．５Ｖ，若超過，則會(huì)因易受保護(hù)而難以起振。

（３） 過流檢測(cè)電阻Ｒ７不宜過大，因?yàn)檫^大可能難以起振。因?yàn)楫?dāng)Ｒ７上的電壓超過１Ｖ時(shí)，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為過流而不起振。５　結(jié)束語

綜上所述，用ＩＣＥ２Ａ １６５／２６５／３６５ 組成的開關(guān)電源具有較多的優(yōu)點(diǎn)，與同類芯片相比，它們具有較好的性價(jià)比和可靠性，因而在ＤＶＤ電源、機(jī)頂盒電源及儀器儀表電源中具有廣泛的應(yīng)用前景。