COOLMOS器件在开关电源中的应用研究

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。