新型组合式COOLMOS器件在开关电源中的应用研究

    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。