6W輔助電源：CoolSET? ICE5GR4780AG-1的卓越應(yīng)用

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，輔助電源的性能至關(guān)重要，它直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天，我們就來深入探討一款基于CoolSET? ICE5GR4780AG-1的6W隔離反激式轉(zhuǎn)換器，看看它在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)如何。

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一、文檔概述

這份工程報(bào)告主要描述了一款6W（12V，500mA）的隔離反激式轉(zhuǎn)換器，使用的是英飛凌的CoolSET?第五代固定頻率（FF）Plus芯片ICE5GR4780AG-1。報(bào)告涵蓋了電源規(guī)格、原理圖、物料清單、PCB布局以及性能數(shù)據(jù)等內(nèi)容，旨在幫助工程師評(píng)估ICE5GR4780AG-1的性能和易用性。目標(biāo)受眾包括開關(guān)電源設(shè)計(jì)或應(yīng)用工程師、學(xué)生以及想要設(shè)計(jì)低成本隔離反激式轉(zhuǎn)換器的人員，如白色家電、智能電表等設(shè)備的輔助電源設(shè)計(jì)者。

二、ICE5GR4780AG-1芯片優(yōu)勢(shì)

ICE5GR4780AG-1芯片集成了800V的CoolMOS? MOSFET，大大簡(jiǎn)化了PCB的設(shè)計(jì)和布局。其改進(jìn)的數(shù)字頻率降低和頻率抖動(dòng)功能，不僅提高了平均效率，還降低了電磁干擾（EMI）。增強(qiáng)的主動(dòng)突發(fā)模式（ABM）則能有效降低待機(jī)輸入功率。此外，芯片還具備多種可調(diào)節(jié)的保護(hù)功能，如VCC過壓和欠壓保護(hù)、過載保護(hù)、輸出過壓保護(hù)、過溫保護(hù)以及VCC對(duì)地短路保護(hù)等，能為系統(tǒng)提供全方位的保護(hù)。大家在設(shè)計(jì)類似電源時(shí)，是否也會(huì)優(yōu)先考慮具備如此豐富保護(hù)功能的芯片呢？

三、參考板詳細(xì)信息

1. 規(guī)格參數(shù)

參考板的輸入電壓范圍為85 - 264VAC，頻率為47 - 63Hz。輸出電壓為12V，電流為500mA，輸出功率為6W。輸出電壓精度在±5%以內(nèi)，紋波和噪聲電壓在20MHz帶寬下小于1%（使用10uF電解電容和0.1uF多層陶瓷電容）。在滿載和平均負(fù)載（25%、50%、75%和100%）下，效率分別達(dá)到82%和81%（115V AC/230V AC）。同時(shí)，它還具備良好的電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）、浪涌抗擾度等性能。

2. 原理圖與電路描述

原理圖展示了整個(gè)電源的電路結(jié)構(gòu)。電路主要包括以下幾個(gè)部分：

• 線路輸入：由輸入保險(xiǎn)絲F1、壓敏電阻VAR1、X電容C1、整流二極管D1、電容C2和C3以及電感L1組成。X電容C1和π型濾波器C2、L1、C3起到了抑制電磁干擾的作用。
• 啟動(dòng)：ICE5GR4780AG-1采用共源共柵結(jié)構(gòu)快速充電VCC電容。連接到GATE引腳的上拉電阻R3啟動(dòng)啟動(dòng)階段，當(dāng)VCC達(dá)到16V的開啟電壓閾值時(shí)，芯片開始軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)時(shí)間為12ms，分四個(gè)步驟。啟動(dòng)后，VCC電壓由變壓器的輔助繞組提供，并具備VCC對(duì)地短路保護(hù)。
• 集成MOSFET和PWM控制：芯片集成了功率MOSFET和125kHz固定頻率的PWM控制器，在中輕負(fù)載時(shí)可降低頻率。頻率抖動(dòng)功能提高了平均效率和降低了EMI，主動(dòng)突發(fā)模式則最小化了待機(jī)輸入功率。PWM的開啟由125kHz固定頻率決定，關(guān)閉由反饋信號(hào)VFB和電流感應(yīng)信號(hào)VCS通過電阻R4和R5決定。
• RCD鉗位電路：由R7、R8、C8和D3組成的鉗位網(wǎng)絡(luò)，用于耗散漏感能量，抑制開關(guān)電源變壓器上的振鈴。
• 輸出級(jí)：采用超快二極管D4進(jìn)行整流，低ESR電容C9提供能量緩沖，L - C濾波器L2 - C10則降低了輸出電壓紋波。
• 反饋控制：為了降低成本，系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的齊納二極管D5與光耦U2耦合，連接到ICE5GR4780AG-1的FB引腳進(jìn)行輸出電壓控制。

3. PCB布局

PCB布局分為頂層和底層，分別展示了銅層和元件位置。合理的PCB布局對(duì)于電源的性能至關(guān)重要，它可以減少電磁干擾，提高散熱效率。在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，大家是否會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間優(yōu)化布局呢？

4. 物料清單

物料清單詳細(xì)列出了每個(gè)元件的型號(hào)、規(guī)格、制造商和數(shù)量。這些元件的選擇直接影響著電源的性能和成本，大家在選擇元件時(shí)，會(huì)更注重性能還是成本呢？

5. 變壓器結(jié)構(gòu)

變壓器采用150 - 2115（EE16/7/5，TP4A）磁芯和070 - 5278（10引腳，THT，垂直版本）骨架。初級(jí)電感為1.00mH ± 10%，并給出了詳細(xì)的電氣參數(shù)和匝數(shù)比等信息。變壓器的設(shè)計(jì)對(duì)于電源的效率和性能有著重要影響，大家在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，會(huì)采用哪些方法來優(yōu)化其性能呢？

四、測(cè)試結(jié)果分析

1. 效率

測(cè)試結(jié)果顯示，在不同的輸入電壓和負(fù)載百分比下，電源的效率都能達(dá)到較高水平。例如，在115VAC和230VAC輸入時(shí)，滿載效率分別為83.17%和82.21%，平均效率也能達(dá)到83.02%和81.05%。這表明ICE5GR4780AG-1芯片在提高電源效率方面表現(xiàn)出色。

2. 待機(jī)功率

待機(jī)功率在不同輸入電壓下都能保持較低水平，如在85VAC和264VAC輸入時(shí)，無負(fù)載輸入功率分別為0.024mW和0.047mW，這對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)的設(shè)備來說非常重要。

3. 線路和負(fù)載調(diào)節(jié)

線路和負(fù)載調(diào)節(jié)性能良好，能夠保證輸出電壓的穩(wěn)定性。

4. 最大輸入功率

在不同輸入電壓下，電源都能穩(wěn)定輸出最大功率，滿足設(shè)計(jì)要求。

5. ESD和浪涌抗擾度

系統(tǒng)通過了EN 61000 - 4 - 2（±6kV接觸和±8kV空氣放電）的ESD測(cè)試和EN 61000 - 4 - 5（±1kV差模和±2kV共模）的浪涌抗擾度測(cè)試，表現(xiàn)出了良好的抗干擾能力。

6. 傳導(dǎo)發(fā)射

傳導(dǎo)EMI測(cè)試符合EN 55022 Class B標(biāo)準(zhǔn)，說明電源的電磁兼容性良好。

7. 熱測(cè)量

在環(huán)境溫度為25°C的情況下，對(duì)參考板進(jìn)行熱測(cè)試。結(jié)果顯示，變壓器、輸入濾波電感、輸出整流二極管和芯片等主要元件的溫度在不同輸入電壓下都處于合理范圍內(nèi)。例如，在85VAC輸入時(shí)，變壓器溫度為50.6°C，芯片溫度為49.4°C；在264VAC輸入時(shí)，變壓器溫度為56.0°C，芯片溫度為61.4°C。良好的散熱性能是電源穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，大家在設(shè)計(jì)電源時(shí)，會(huì)采用哪些散熱措施呢？

五、波形和示波器圖

文檔還提供了啟動(dòng)、軟啟動(dòng)、最大負(fù)載時(shí)的漏極和CS電壓、輸出紋波電壓等波形和示波器圖，這些波形圖可以幫助我們更直觀地了解電源的工作狀態(tài)。大家在調(diào)試電源時(shí)，是否會(huì)經(jīng)常觀察這些波形來判斷電源的性能呢？

綜上所述，基于ICE5GR4780AG-1的6W輔助電源參考板具有高效、低待機(jī)功率、良好的電磁兼容性和抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)，是設(shè)計(jì)低成本、隔離反激式轉(zhuǎn)換器的理想選擇。希望本文能為大家在電源設(shè)計(jì)方面提供一些有用的參考。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到過哪些類似電源的難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享。

參考文獻(xiàn)

[1] Infineon Technologies AG: ICE5GR4780AG-1 datasheet; Available online [2] Infineon Technologies AG: Design guide 5th generation fixed-frequency ICE5xSAG-1 and ICE5xRxxxxAG-1; Available online [3] Infineon Technologies AG: Calculation tool - ICE5xSAG-1 and ICE5xRxxxxAG-1; Available online