ICE2xXXX系列晶体管在分离式开关电源中的应用手册.doc

1、ICE2xXXX 系列晶体管在分离式开关电源中的应用应用手册电源管理与应用目 录工作原理- - 3保护功能- 9过载和回路保护（图 6）-11在软启动时的过压保护（图 7）-12频率响应-13设计步骤- 14输入整流桥-15确定输入电容-15变压器设计-17电感-18绕组设计-19输出整流器-21输出电容-22输出滤波器-23反馈端的 RC 滤波器-23软启动电容-24VCC 电容-25启动电阻-25嵌位网络-26损耗的计算-27开关损耗-28传导损耗-28调节回路-29调节回路原理-30零极点的传输特性-31工作原理ICE2AXXX 系列是用来构造一个反激式逆间断或连续电流模式，控制电路有固

2、定的频率。集成的 CoolMOS 晶体管的占空比被控制来保持输出电压的稳定。图 1说明了输入电压，逆变换器的初次级电流，如第 3 页所述。当 CoolMOS 管导通后，变压器的绕组的初始状态处于正向电压。次级的整流二极管处于反向偏置，所以不导通。因而没有电流流过二次绕组，在这个阶段里，能量是被储存在初级绕组的磁性电感里，而变压器可以被看作一个串联的电感。图 1 表明在CoolMOS 晶体管导通时，初级电流有一个线性增长。当它关断时，电压反向加到变压器的绕组上直到这个电压被次级的整流二极管钳位为止。此时，次级的整流二极管开始导通，而在这个间隔里面，储存在变压器磁铁心的能量就被转移到次级。在间断传

3、导模式中，次级电流从其峰值减少为零。在此期间，所有储存在初级电感里的能量都传送到次级（忽略损耗和初级漏感） ，然后下一个储存周期开始。考虑到变压器的匝数比，次级电压反射回到初级绕组并增加了输入电压。由于能量是存储在初次绕组分开的漏电感里面的这样一个瞬时的附加电压会出现在初次绕组。这个电压并没有被次级绕组嵌位。如果反馈电流在下一个开通周期之前没有达到 0，转换器将工作在连续的传导模式（如图 2） 。注释：当系统转移到连续传导工作时，它的传递函数就变成带有低输出阻抗的双极点系统。既然这样另外的设计原则必须要考虑在初级绕组包括不同的回路和斜坡补偿。工作在不连续传导模式下的电流和电压波形占空比：D=0

4、.5 占空比：D0.5是直流输入电压=直流输入电压最小值 是直流输入电压直流输入电压最小值 蓝色代表轻载 红色代表满载 占空比 D连续传导模式和间断传导模式之间的比较输入级：如图 3 所示，交流输入电压被整流桥和小型电容滤波器，整流和滤波。所产生的高频直流电压加到变压器的初级。变压器被带有一个用于精密电流测量的外部感性电阻（R17）的 COOLMOS 晶体管驱动，把高频直流电压斩成高频方波电压。输出级：次级绕组电压被二极管 D1，电容 C9，C5，C20 整流和滤波。输出 LC 滤波器减少了输出纹波电压。其他输出电压：其他输出电压可以通过调整转换变压比和输出级来实现。芯片的供电为了给电容 C4

5、 充电，偏置绕组的电流由二极管 D2 和电阻 R8 来整流和滤波。这产生了一个加强了 CoolSET ICE2AXXX 驱动能力的偏置电压。电阻 R6 和 R7 控制VCC 并在启动时给芯片供电。齐纳二极管（D4）为了保护芯片而控制芯片的供电电压以防止因为过压引起的损坏。电容 C13 过滤掉芯片供电电压上的高频文波。软启动软启动功能在开始时被激活，并且可以由电容 C14 来调整。除了在开始时候之外，软启动还在自起动中的每一次重起尝试和当在几个保护功能中的某一个被激活之后的重起时被激活。这有效地将在起动时加在 CoolMOS MOSFET 晶体管，缓冲网络和输出整流器上的电流和电压的的重压减到最

6、小。软启动的特点更多的是帮助最小化输出超调量和防止在开始时变压器饱和。钳位网络钳位网络是由二极管 D3，电阻 R10 和一个可以控制由变压器漏电感引起的可限制 CoolMOS 晶体管的雪崩损耗的尖峰电压在一个安全值的电容 C12 组成。控制回路电阻R1和R2相对恒压二极管TL431CLP (IC2)来说作为分压器。R4提供给TL431CLP (IC2)一个最小的电流。这个由电容C1和C2组成的网络决定了FG1和FG2的角频率。R5设定了控制回路的增益。斜坡补偿电流型控制器变得不稳定只要稳态占空比大于0.5。为了实现占空比在0.5左右，电流斜坡需要补偿。斜坡补偿是由电容C17，C18和电阻R19

7、组成的网络实现的。纹波的降低电感L5和电容C23削弱了由初级电流波形的基波和谐波频率波动引起的微分模式发射电流。开关电源计算软件FLYCALFLYCAL是一个优秀的包含所有开关电源简单计算所需要的方程式的对照表。FLYCAL在这本应用手册里有相应的计算实例。你只需要输入在你要在FLYCAL应用的主要参数并且按照计算实例所说的原理要点一步一步来就行了。FLYCAL包含所有和在实例中使用的有同样编号的方程式。电路图保护功能图 4 中显示的方框图展示了保护单元的内部功能。比较器 C1，C2，C3 和 C4 比较软启动和反馈引脚电压。连接到比较器输出的逻辑门确保信号的结合和使误差门插销能够安装。图 5

8、 展示了作为电源电压的功能在 CoolSET 的 VSS 出现过电压的情况下，ICE2AXXX 的 VSS 和反馈引脚电压 VFB 之间的关系。过载和开路保护反馈电压超过 4.8v（VFB）而软启动电压在 5.3v（VSS）以上（软启动已完成）（t1） 。在5us的延时之后，CoolMOS被关断（t2）。VCC端的电压减少到8.5v（t2）控制逻辑停止（t3）启动电阻控制着VCC电容（t3）在VCC电压超过13.5v后工作伴随着软启动重新开始（t4）图7下面图 6过载和开路/正常负载图 8在软启动期间的过电压保护反馈电压（VFB）超过 4.8v 而软启动电压在 4.0v 以下（软启动阶段） （

9、t1）VCC 管脚的电压超过 16.5v（t2）CoolMOS 立即被关断（t2）VCC管脚的电压减少到8.5v（t3）控制逻辑停止启动电阻控制VCC电容（t4）工作在VCC电压超过13.5v跟随着软启动再次开始（t5）图 9图 10图 11频率缩减震荡器的频率取决于反馈脚的电压。在一个 1.75v 电压以下，频率减少为21.5KHz。由于这个频率缩减，在低负载条件下的电压损耗可以很有效的减少。这是根据图 12 所示得出的。图 12设计步骤对于确定回扫转换器和工作在间断电流模式下的ICE2AXXX的频率。步骤定义输入参数 范例最小交流输入电压 VAC min 90v最大交流输入电压 VAC m

10、in 264v频率 50hz最大输出功率 POUT max 50w额定输出功率 POUT nom 40w 输出电压 VOUT 16v纹波电压 VOUT Ripple 0.05v映像电压 VRmax 120v估计效率 直流纹波电压VDC IN Ripple 30v 辅助电压VDC IN Ripple 12v增益GC 1使用CoolSET ICE2A365对于回扫转换器中的整流和储能电容没有什么特殊的要求。这些元件将被用来满足额定的功率和使电源符合要求。最大输入电压 方程输入整流桥（ ）方程 2 最大直流输入电压方程 3确定输入电容空载时最小峰值输入电压方程 4 方程 5 我们设定纹 30v计算每

11、半个周期的放电时间方 6C3 放电所需要的能量方程 7计算输入电容值方程 8 作为选择输入电容的一条原则要满足输入电压 输入电容的计算从铝电解电容数据手册中选择一个电容下面的几款电容可供参考对于 85 度时使用对于 105 度时使用life time 表示寿命我们根据方程 8 选择一 的电容那些特殊的要求用来控制时间、包括周期跳变或者其他影响最小直流输入电压和电容时间的因数也应该根据这点来考虑。变压器设计（ ）：计算初级线圈的峰值电流：方程 10a 方程 10b方程 11计算初级在最大占空比限制下的电感值方程 12选择磁心型号初级线圈的圈数可以由下式计算：方程 13我们选择线圈匝数为 46 匝

12、次级线圈的匝数由下式计算：方程 14我们选择为 7 匝辅助线圈匝数的计算：方程 15我们选择为 5 匝确认初级电感，峰值电流，最大占空比，通量密度和间隔。方程 16-20 为：方程 21-22 感性电阻感性电阻 可以单独的最大的峰值电流从而确定最大的传输电压。提示：当计算最大峰值电流时，短期峰值输出电压也必须考虑在内。方程 23 从数据手册得：我们选择 0.43 欧绕组设计参看 38 页变压器结构为了获得初次级最好的耦合，初级绕组必须要分成 23 匝加 23 匝。有效的线轴宽度和绕组的交叉部分可以由下式计算：方程 24方程 25 从磁心数据手册中查得我们用 3 倍于绝缘线来绕次级绕组计算初次级绕组的铜部分用下式计算。绕组交叉部分 必须根据绕组数细分。初级绕组：次级绕组： 方程 6辅助绕组：铜间隔因数 我们计算每个绕组的可利用部分：用这个来计算： 28方程 29 根据有效的线轴宽度我们检查每层的