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1 应用说明,V1.2,2011 年 11 月 11 日应用说明 A N - EV AL Q R C - I C E 2 Q R 采用准谐振 C o o l S E T I C E 2 Q R 的 4 0 W 2 0 V 评估板电源管理与供电从未停止思考

2 出版英飞凌科技有限公司德国慕尼黑号 2007 英飞凌科技有限公司保留所有权利免责声明本文中提供的信息在任何情况下不应视为条件或特性的保证对于本文中给出的任何例子声明的任何典型值和 / 或与设备的应用相关的任何信息, 英飞凌科技在此拒绝承担任何类型的任何担保和责任, 包括但不仅限于不侵犯任何第三方知识产权的担保为方便客户浏览, 英飞凌以下所提供的将是有关英飞凌产品及服务资料的中文翻译版本该中文翻译版本仅供参考, 并不可作为任何论点之依据虽然我们尽力提供与英文版本含义一样清楚的中文翻译版本, 但因语言翻译和转换过程中的差异, 可能存在不尽相同之处因此, 我们同时提供该中文翻译版本的英文版本供您阅读, 请参见 20V 40W evaluation board using ICE2QR0665 并且, 我们在此提醒客户, 针对同样的英飞凌产品及服务, 我们提供更加丰富和详细的英文资料可供客户参考使用请详见 Quasi QR CoolSET 客户理解并且同意, 英飞凌毋须为任何人士由于其在翻译原来的英文版本成为该等中文翻译版本的过程中可能存在的任何不完整或者不准确而产生的全部或者部分任何直接或者间接损失或损害负责英飞凌对于中文翻译版本之完整与正确性不担负任何责任英文版本与中文翻译版本之间若有任何歧异, 以英文版本为准, 且仅认可英文版本为正式文件您如果使用以下提供的资料, 则说明您同意并将遵循上述说明如果您不同意上述说明, 请不要使用本资料信息技术交付条款和价格的更详细信息请与最近的英飞凌科技办事处联系 ( 警告由于技术需要, 元件可能含有危险物质危险物质类型的信息请与您最近的英飞凌科技办事处联系若有理由认为元件的故障可能导致维生装置或系统发生故障, 或者影响该装置或系统的安全性或有效性, 则只有在经过英飞凌科技的明确书面同意之后, 才能把英飞凌科技的元件用在此类维生装置或系统中维生装置或系统的预期用途是植入到人体中, 或者支持和 / 或维护及维持和 / 或保护人类生命若它们发生故障, 则有理由假定可能危及用户或他人的健康

3 标题修订历史 : 2011 年 11 月 11 日 V1.2 上一版本 : 无页码主题 ( 自最后一次修订以来的重大变更 ) 13 绕线架名称和磁芯名称采用准谐振 CooLSET ICE2QR0665 的 40W 20V 评估板授权给英飞凌科技 ( 亚太 ) 有限公司 AN-PS0035 Wang Zan Zan.wang@infineon.com Mao Mingping Mingping.mao@infineon.com He Yi Yi.he@infineon.com Jeoh Meng kiat Mengkiat.jeoh@infineon.com 我们倾听您的意见您觉得本文中的任何信息有误不清楚或有遗漏吗? 您的反馈将有助于我们不断提高本文的质量请把您的建议 ( 包括对本文的引用 ) 发送至 : comments@infineon.com

4 目录表 1 内容评估板特性列表技术规格电路说明电源输入和整流集成 MOSFET 和 PWM 控制缓冲网络输出级反馈回路电路操作启动操作正常模式操作一次侧峰值电流控制数字降频突发模式操作保护特性 Vcc 欠压和过压保护返送点保护开路 / 过载保护可调节输出过压保护绕组短路保护超温保护的自动重启电路图 PCB 的顶层 PCB 的底层组件表变压器构造试验结果效率和待机性能电磁干扰 (EMI) 试验结果参考文献应用说明年 11 月 11 日

1 内容本应用说明是采用 ICE2QR0665 准谐振 CoolSET 以准谐振反激变换器拓扑结构设计的 40W 开关模式电源评估板的说明 ICE2QR0665 的目标应用是用于机顶盒便携式游戏控制器 DVD 播放器笔记本电脑适配器以及用于 LCD TV 的辅助电源等由于在此 IC 中集成有 CoolMOS, 因此大大简化了 PCB 的设计和布局由于在谷点开关, 因此降低了接通电压,

5 1 内容本应用说明是采用 ICE2QR0665 准谐振 CoolSET 以准谐振反激变换器拓扑结构设计的 40W 开关模式电源评估板的说明 ICE2QR0665 的目标应用是用于机顶盒便携式游戏控制器 DVD 播放器笔记本电脑适配器以及用于 LCD TV 的辅助电源等由于在此 IC 中集成有 CoolMOS, 因此大大简化了 PCB 的设计和布局由于在谷点开关, 因此降低了接通电压, 并且, 与硬开关反激变换器相比, 这能够提供更高的变换效率采用 DCM 模式控制, 减轻了二次整流二极管的反向恢复问题由于其随线电压有自然频率抖动, 因此 EMI 性能更好英飞凌的数字降频技术支持直到极低负载的准谐振工作能力因此, 与仅通过在轻载时限制最高开关频率而实现的常规自由振荡准谐振变换器相比, 整个负载范围内的系统效率得到了显著改善另外, 在 ICE2QR0665 中实现了众多的可调保护功能, 以保护系统, 并为选定的应用定制 IC 在故障模式中 ( 例如控制回路开路 / 过载输出过压以及变压器绕组短接等 ), 设备会转入自动重启模式或栓锁模式利用逐个周期的峰值电流限制及返送点校正, 可以优化变压器的尺寸和二次侧二极管的额定电流因此, 能够轻松实现经济高效的方案 2 评估板图 1 - EVALSQ-40W-ICE2QR 特性列表业界首个具有 40W 最高输出功率的 DIP 8 封装 IC 带有内置耗尽启动电池的 650V 雪崩型耐用 CoolMOS 准谐振工作方式数字降频, 负载减小逐个周期限制峰值电流和返送点校正内置数字软启动直流传感和内部前沿消隐时间 VCC 欠压保护 :IC 停止工作, 通过软启动恢复 VCC 过压保护 :IC 停止工作, 通过软启动恢复开环 / 过载保护 : 自动重启输出过压保护 : 栓锁和可调阈值绕组短接保护 : 栓锁超温保护 : 自动重启应用说明年 11 月 11 日

6 4 技术规格输入电压 85Vac~265Vac 输入频率 50Hz, 60Hz 输出电压和电流 20V 2A 输出功率 40W 效率满载时 >86% 待机功率无载满载最低输入电压时最低开关频率 40kHz 5 电路说明 5.1 电源输入和整流交流线路输入侧包含输入熔断器 F1, 用于过流保护 X2 电容 C1 C2 和电抗 L1 构成主滤波器, 以最大限度地减小 RFI 向电源的反馈根据电源输入电压, 桥式整流器 BR1 和其后的平滑电容 C3 提供 70VDC 至 380VDC 电压 2.5Ω NTC 电阻与输入串联, 每次在 C3 完全放电时的电源接通时限制初始峰值涌流 5.2 集成 MOSFET 和 PWM 控制 ICE2QR0665 由功率 MOSFET 和准谐振控制器构成 ; 集成方案大大简化了线路布局, 并降低了 PCB 制造的成本 PWM 开启由过零输入信号和递增 / 递减计数器的值决定 PWM 关断由反馈信号 VFB 和电流传感信号 VCS 决定 ICE2QR0665 还在反激变换器中执行所有必要的保护功能上述信息的细节在产品数据表中示出 5.3 缓冲网络缓冲网络 R1 C4 和 D1 消散漏感的能量, 并抑制 SMPS 变压器上的振铃由于谐振电容 C10 与 MOSFET 漏极 - 源极引脚并联, 因此超调比固定频率反激变换器的值小因此, 可以使用能够减少缓冲损耗的较大缓冲电阻 5.4 输出级在二次侧为 20V 输出, 输出功率通过双肖特基二极管 D3 耦合而出电容 C11 和 C16 提供能量缓冲功能, 后面带有 L-C 滤波器 L2 和 C12, 以减小输出纹波, 并显著防止 SMPS 开关频率和线路频率之间的干扰存储电容器 C11 和 C16 设计有尽可能小的内部电阻 (ESR) 这是为了最大限度地减小由三角形电流导致的输出电压纹波 5.5 反馈回路对于反馈, 输出由 R10 R11 和 R12 分压器感知, 并与 TL431 内部参考电压比较 C15 C15 和 R8 构成补偿网络 TL431 的输出电压通过光耦合器 IC2 以及用于调节控制的两个电阻 R6 和 R7 变换为电流信号应用说明年 11 月 11 日

7 6 电路操作 6.1 启动操作由于 ICE2QR0665 中有内置的启动电池, 因此不需要外部启动电阻, 这能够显著改善待机性能当 VCC 达到 18V 接通电压阈值时,IC 开始软起动在 ICE2QR0665 中实现的软启动是基于数字时间的功能预设软启动时间为 12 毫秒, 并且软启动通过 4 步完成若不受其它功能的限制, 则 CSon 引脚的峰值电压会逐步提高, 从 0.32V 最终提高到 1V 在 IC 接通后,Vcc 电压由变压器的辅助绕组提供 6.2 正常模式操作二次输出电压在启动后建立二次调节控制通过 TL431 和光耦合器实现补偿网络 C14 C15 和 R8 构成 TL431 的误差放大器的外部电路此电路允许相对于动态变化的负载条件精确控制反馈, 因而提供稳定的控制 6.3 一次侧峰值电流控制 MOSFET 漏极 - 源极电流通过外部电阻 R5 和 R5A 感知由于 ICE2QR0665 是电流模式控制器, 因此它具有逐个周期的一次电流和反馈电压控制能力, 这能确保在每个开关周期中变换器的最高功率是受控的 6.4 数字降频在正常工作过程中,ICE2QR0665 的开关频率随着负载的减小以数字方式降低在轻载时,MOSFET 不在首次最低漏极 - 源极电压时接通, 而是在第 n 个最低漏极 - 源极电压时接通计数器的范围是 1 至 7, 其具体数值取决于反馈电压, 并以时间为基础当输出功率需求降低时, 反馈电压降低, 反之亦然因此, 计数器通过监视电压 V FB 设置计数器随低 V FB 增大, 随高 V FB 减小阈值预设在 IC 中 6.5 突发模式操作在轻载条件下,SMPS 进入主动突发模式在此阶段, 控制器始终处于活跃状态, 但是 Vcc 必须保持为高于关断阈值在主动突发模式中, 效率显著提高, 同时它支持 Vout 上的低纹波和负载跳跃的快速响应确定是否进入主动突发模式工作状态有三个条件 :. 反馈电压低于 V FBEB 阈值 (1.3V) 相应地, 并联电阻两段的峰值电流传感电压为 0.18;. 递增 / 递减计数器为 7;. 一定的消隐时间 (t BEB ) 当所有这些条件都满足时, 主动突发模式触发器会被置位, 控制器会进入主动突发模式工作状态这种进入主动突发模式工作状态的多条件确定能防止误触发进入主动突发模式工作状态, 确保在预设的消隐时间内只有当输出功率确实很低时控制器才进入主动突发模式工作状态在主动突发模式中, 最高电流传感电压从 1V 降低至 0.34V, 以减少导通损耗和可闻噪音在突发模式时,FB 电压在 3.0 和 3.6 V 之间变为锯齿状若有很高的负载跳跃, 则反馈电压立即升高这通过一个比较器来观测由于在主动突发模式中电流限值为 34%, 因此需要一定的负载, 以便使反馈电压能够超过 VLB(4.5V) 在脱离主动突发模式后, 可以提供最大电流, 以稳定 V O 另外, 在脱离主动突发模式后, 递增 / 递减计数器会被立即设为 1 这有助于减少输出电压欠调应用说明年 11 月 11 日

8 7 保护特性 7.1 Vcc 欠压和过压保护在正常工作时, 会连续监测 VCC 电压当 Vcc 电压降到低于欠压锁定水平 (VCCoff) 或 Vcc 电压提高到 VCCovp 时,IC 会进入自动重启模式 7.2 返送点保护对于准谐振反激变换器, 当为整个电源输入电压范围使用恒定的电流限值时, 最大可能输出功率会提高这通常不是所期望的, 因为若输出高于功率条件会增加变压器的额外开销为此, 实现了内部返送保护, 以根据总线电压调节 VCS 电压限值在此, 在 MOSFET 的导通时间内, 使用流出 ZC 引脚的电流来感知输入线路电压结果是, 在高输入电压时, 最大电流限值降低, 能够很好地相对于输入电压限制最大输出功率 7.3 开路 / 过载保护若控制回路开路, 则返送电压会通过内部功能块被拉起在 30 毫秒固定消隐时间后,IC 会进入自动重启模式若二次侧短路或过压, 则调节电压 V FB 也会被拉起, 实施相同的保护, 并且 IC 会自动重启 7.4 可调节输出过压保护在电源开关的关段时间内, 会监测过零引脚 ZC 的电压, 以实现输出过压检测对于 100μs 预设时间, 若该电压高于预设阈值 3.7V, 则 IC 会被栓锁 7.5 绕组短路保护 MOSFET 的源极电流通过两个并行连接的并联电阻 R5 和 R5A 感知若在电源开关的接通时间内电流传感引脚的电压高于 1.68V 预设阈值 V CSSW, 则 IC 会被栓锁这构成一种绕组短路保护为了避免意外的栓锁, 在内部比较器的输出中集成有 190ns 尖峰消隐时间 7.6 超温保护的自动重启 IC 具有内置的超温保护功能当控制器的温度达到 140 时,IC 会关断开关, 并进入自动重启这能够保护功率 MOSFET, 防止其过热应用说明年 11 月 11 日

9 8 电路图 C5 2. 2nF/2 50 V,Y1 L 85V - 265Vac N F1 1. 6A *VAR S1 0K2 75 /R C uf/27 5V * S G 1 D SP N -S 00 8 L1 2 x 39mH, 1.4 A D SP N -S 00 8 * S G 2 BR1 C3 TR 1 534u H 68 uf/4 00 V D3 5 6 DF0 8M R1 C4 C2 150k /2 W 2. 2nF/4 00 V D3 0. 1uF/2 75 V * N T C D1 UF MBR20 H1 50 CT L2 1. 5uH C11 + C16 + C uf/2 5V uf/2 5V 47 0uF/ 25 V *C u F/5 0V *L3 20V/2A COM C8 10 0pF R R R k 3 CS 1 ZC R5A R 2 C6 C10 47 pf/1 kv IC E2 QR Drain 33 uf/3 5V D2 IC 1 1 1N R10 43 k R k R3 8 GND 2 FB 7 VC C 0R C9 1nF C7 0. 1uF ZD1 22 V 4 3 IC2 S FH61 7A R6 68 0R R7 1. 2K C pF IC3 TL43 1 R8 22 k C nF R11 27 k *R13 R12 10 k 采用 ICE2QR0665 (V0.2) 的 40W 20V SMPS 演示板图 2 - 原理图应用说明年 11 月 11 日

10 8.1 PCB 的顶层图 3 - 组件图例 - 俯视图应用说明年 11 月 11 日

11 8.2 PCB 的底层图 4 - 焊接面铜板 - 仰视图应用说明年 11 月 11 日

12 9 组件表表 1 - 组件表项目指示符部件类型部件号厂家 1 BR1 1.5A/800V DF08M Vishay 2 NTC 2.5Ω S236 B57236S0259M000 Epcos 3 C1 0.22μF/275Vac X2 B32922C3224K000 Epcos 4 C2 0.1μF/275Vac X2 B32922C3104K000 Epcos 5 C3 68μF/400V B43501A9686M000 Epcos 6 C4 2.2nF/400V B32529C8222K000 Epcos 7 C5 2.2nF/250V, Y1 DE1E3KX222MA4BL01 Murata 8 C6 33μF/35V B41851A7336M000 Epcos 9 C7 0.1μF RPER71H104K2K1A03B Murata 10 C8 100pF 11 C9 1nF RPER71H102K2K1A03B Murata 12 C10 47pF/1000V 13 C μF/25V 14 C12 470μF/25V 15 C14 100pF(0805) 16 C15 100nF(0805) 17 C μF/25V 18 D1 UF4005 UF4005 Vishay 19 D2 1N D3 20A/150V MBR20H150CT Vishay 21 F1 1.6A 保险丝 22 FB1 铁氧体磁珠 23 IC1 ICE2QR0665 Infineon 24 IC2 SFH617A-3 25 IC3 TL J1~J7 跳线 27 L1 2X39mH,1.4A B82734R2142B030 Epcos 28 L2 1.5μH 29 R1 150kΩ/2W 30 R3 0Ω, (SMD 0805) 31 R5 0.82Ω(0.5W, 1%) 32 R5A 0.82Ω(0.5W, 1%) 33 R6 680Ω(SMD 0805) 34 R7 1.2kΩ(SMD 0805) 35 R8 22kΩ(SMD 0805) 36 R10 43kΩ,0.1% (1206) 37 R11 27kΩ,1%(1206) 38 R12 10kΩ( 1%)(1206) 39 R14 47kΩ 40 R15 8.2kΩ 41 TR1 534μH PC40EER28-Z TDK 42 ZD1 22V 应用说明年 11 月 11 日

10 变压器构造铁心和材料 :PC40EER28-Z 绕线架 : 水平版本,BEER-28-1110CP 一次绕组电感,Lp=534μH, 在引脚 5 和引脚 4 之间测量 ( 距电感的缝隙 ) 引脚 2 引脚 1 引脚 5 引脚 3 引脚 3 引脚 4 所有线芯端接都有最小 3 毫米绝缘套 8 匝 22 匝 9 匝 22 匝铁心中央护板 22 匝引脚 8 引脚 6

13 10 变压器构造铁心和材料 :PC40EER28-Z 绕线架 : 水平版本,BEER CP 一次绕组电感,Lp=534μH, 在引脚 5 和引脚 4 之间测量 ( 距电感的缝隙 ) 引脚 2 引脚 1 引脚 5 引脚 3 引脚 3 引脚 4 所有线芯端接都有最小 3 毫米绝缘套 8 匝 22 匝 9 匝 22 匝铁心中央护板 22 匝引脚 8 引脚 6 所有线芯端接都有最小 3 毫米绝缘套 3 毫米安全胶带 3 毫米安全胶带图 5 - 变压器结构图 6 - 变压器整体 - 俯视图表 2 用于变压器绕组的绕线规格开始停止匝数线号层 XAWG#28 辅助 XAWG#28 1 / 一次 XAWG#28 二次 XAWG#28 1 / 2 一次应用说明年 11 月 11 日

14 11 试验结果 11.1 效率和待机性能表 3 - 效率与交流线路电压的关系输入电压 (Vac) 输入功率 (W) Vo(V) Io(A) Po(W) 效率 (%) V / 40W 效率曲线负载 (% ) 图 7 - 效率与交流线路电压的关系应用说明年 11 月 11 日

15 dbµv EVALQRC-40W-ICE2QR0665 待机输入功率与线路电压线路电压 (VAC) 图 8 待机输入功率与交流线路电压的关系 11.2 电磁干扰 (EMI) 试验结果 Schaffner (SMR4503) 按照 EN55022 或 CISPR 22 B 类试验标准进行了传导电磁干扰 (EMI) 测量演示板设置为 36W, 输入电压为 115Vac 和 230Vac 红色曲线 ( 上面的曲线 ) 是准峰值数据, 绿色曲线 ( 下面的曲线 ) 是平均数据它们都能满足规定 EN_V_QP EN_V_AV QP Pre AV Pre f / MHz 图 9 230V 线路结果应用说明年 11 月 11 日

16 dbµv EVALQRC-40W-ICE2QR EN_V_QP EN_V_AV QP Pre AV Pre f / MHz 图 V 线路结果 12 参考文献 [1] ICE2QS01 数据表, 英飞凌科技有限公司,2006 [2] ICE2QR0665 数据表, 英飞凌科技有限公司,2008 [3] ICE2QS02G 数据表, 英飞凌科技有限公司,2008 [4] AN-ICE2QS01, 采用准谐振 PWM 控制器 ICE2QS01 的 25W 评估板, 英飞凌科技有限公司,2006 [5] 采用准谐振 PWM 控制器 ICE2QS01 的变换器设计, 英飞凌科技有限公司,2006 [6] 采用准谐振 PWM 控制器 ICE2QS02G 的 80W 评估板, 英飞凌科技有限公司,2008 应用说明年 11 月 11 日

Microsoft Word - EVALQRC-ICE2QR W5V-V

Microsoft Word - EVALQRC-ICE2QR W5V-V ,V1.1, AN - EVALQRC - ICE2QR4765 带准谐振 CoolSET ICE2QR4765 的 12 W 5 V 评估板电源管理与供电思想永不停歇由 Infineon Technologies AG 出版 81726 Munich, Germany 2007 Infineon Technologies AG 保留所有权利法律免责声明在任何情况下均不得将本文件所提供的信息视为对条件或特征的担保