1 前言

ICE3BRxx65JF系列是最新的集成功率IC；該F3R CoolSET? 系列產(chǎn)品采用Fullpak封裝，由F3R DIP-8 CoolSET?發(fā)展而來(lái)。該系列集成了先進(jìn)的MOSFET；采用CoolMOS? 技術(shù)和TO-220 6引腳Fullpak封裝，它可在40W至150W的中等功率范圍內(nèi)工作，并削減了PCB占板空間，適用于DVD播放器/錄像機(jī)、藍(lán)光播放器/錄像機(jī)、機(jī)頂盒、適配器、輔助電源、LCD監(jiān)視器、LCD TV等中等功率應(yīng)用。

該系列產(chǎn)品的兩個(gè)最突出的特性是主動(dòng)突發(fā)模式和頻率抖動(dòng)，可在待機(jī)模式下實(shí)現(xiàn)極高的能源效率和較低的EMI輻射。其他基本特性包括較寬的電源電壓范圍、軟啟動(dòng)、適用于過(guò)載的可調(diào)消隱時(shí)間、傳播延遲補(bǔ)償和內(nèi)置自動(dòng)重啟保護(hù)功能（如過(guò)壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、開(kāi)環(huán)回路控制、過(guò)溫保護(hù)、外部保護(hù)引腳等）。

ICE3BRxx65JF可輕松滿(mǎn)足4級(jí)能效標(biāo)識(shí)要求。ICE3BRxx65JF在一個(gè)Fullpak封裝內(nèi)集成了上述全部技術(shù)和特性，成為中等功率應(yīng)用的理想解決方案。

2 重要特性

內(nèi)置啟動(dòng)單元并具備抗雪崩能力的650V CoolMOS? 器件

具備頻率抖動(dòng)特性的67kHz固定轉(zhuǎn)換頻率

BiCMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)較寬的電源電壓范圍

主動(dòng)突發(fā)模式實(shí)現(xiàn)出類(lèi)拔萃的低待機(jī)功率

具備頻率抖動(dòng)功能的軟柵極驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)較低的電磁輻射

適用于過(guò)載、開(kāi)環(huán)回路、過(guò)壓、欠壓和過(guò)溫保護(hù)的自動(dòng)重啟保護(hù)模式

適用于短時(shí)最大系統(tǒng)功率的內(nèi)置、可擴(kuò)展消隱窗口

支持自動(dòng)重啟的外部保護(hù)引腳

3 應(yīng)用電路

由于ICE3BRxx65JF是集成了MOSFET和全部所需特性與功能的PWM控制器，因此連接該器件的電路得到了大幅簡(jiǎn)化，可節(jié)省大量PCB空間。只需增加幾個(gè)電容器和電阻器即可實(shí)現(xiàn)全功能電源控制裝置（參考圖1）。

圖1 采用ICE3BR0665JF的100W、18V/5.56A基本應(yīng)用電路

4 主要功能說(shuō)明

4.1 主動(dòng)突發(fā)模式

要想獲得極低的待機(jī)功率，需要在輕載條件下最大限度縮小傳導(dǎo)損耗和開(kāi)關(guān)損耗。ICE3BRxx65JF采用自動(dòng)啟動(dòng)單元及BiCMOS設(shè)計(jì)，可有效降低功耗于IC控制器和外置起動(dòng)電阻上。不過(guò)，主要損耗來(lái)自于開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)損耗。采用主動(dòng)突發(fā)模式，可根據(jù)輸出負(fù)載，通過(guò)跳過(guò)轉(zhuǎn)換周期的方式，降低有效開(kāi)關(guān)頻率。這種突發(fā)模式方案十分強(qiáng)健，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)極低的待機(jī)功率。

主動(dòng)突發(fā)模式的控制方案如下文所述。

在輕載運(yùn)行過(guò)程中，反饋電壓會(huì)隨著負(fù)載降低。當(dāng)反饋電壓在20毫秒之內(nèi)降至1.22V以下時(shí)，ICE3BRxx65JF就會(huì)進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式。進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式后，反饋電壓就會(huì)轉(zhuǎn)換至3.1V至3.6V之間。當(dāng)反饋電壓達(dá)到3.1V，系統(tǒng)將停止轉(zhuǎn)換，這意味著輸出電壓仍然處于調(diào)制范圍。當(dāng)反饋電壓增大，達(dá)到3.6V時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始轉(zhuǎn)換，這意味著輸出電壓降至調(diào)制的下限。在進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式期間，電流讀入限制被降低至標(biāo)準(zhǔn)控制的四分之一，這可有效降低可聽(tīng)噪聲。如果輸出負(fù)載增大至標(biāo)稱(chēng)負(fù)載，反饋電壓會(huì)隨輸出電壓的降低而升高。如果反饋電壓達(dá)到4.5V，系統(tǒng)就會(huì)退出主動(dòng)突發(fā)模式，恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)（參考圖2）。由于ICE3BRxx65JF在不斷監(jiān)測(cè)反饋電壓，因此可快速處理負(fù)載突升情況，并有效減小輸出壓降。

圖2 主動(dòng)突發(fā)模式下的運(yùn)行圖表

在265V交流輸入電壓條件下，當(dāng)負(fù)載為零時(shí)，測(cè)量的待機(jī)功率為92mW，當(dāng)負(fù)載為0.3W時(shí)，待機(jī)功率為0.51W，當(dāng)負(fù)載為0.5W時(shí)，待機(jī)功率為0.76W。（參考圖3）

圖3 采用ICE3BR0665JF 的電源的待機(jī)功率（零負(fù)載、0.3W負(fù)載和0.5W負(fù)載）

4.2 開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制（頻率抖動(dòng)）

實(shí)施開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制的目的是在一個(gè)特定頻率至頻率延展范圍內(nèi)通過(guò)整平峰值能量，獲得理想的EMI性能。所選的頻率延展寬度為開(kāi)關(guān)頻率+/-4%：67kHz ± 2.7kHz，開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制期為4毫秒（250Hz）。頻率調(diào)制由采用數(shù)字方法生成的內(nèi)部鋸齒信號(hào)實(shí)現(xiàn)，它可控制轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的抖動(dòng)模式，當(dāng)信號(hào)達(dá)到波谷時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率為最大值，當(dāng)信號(hào)處于鋸齒波形的波峰時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率線(xiàn)性地降至最低（參考圖4）。

圖4 開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制與測(cè)量的波形

圖5為采用ICE3BR0665JF的100W系統(tǒng)的EMI圖。從平均限制線(xiàn)來(lái)看，電磁輻射水平至少為5dB至10dB。

圖5  ICE3BR0665JF在100W負(fù)載和230V（交流）條件下的傳導(dǎo)性EMI圖

4.3 傳播延遲補(bǔ)償

電流模式PWM控制器采用峰值電流控制。不過(guò)，峰值電流控制受輸入電壓變化的影響而變得不精確。當(dāng)達(dá)到峰值電流時(shí)，由于內(nèi)部邏輯電路時(shí)延，在開(kāi)關(guān)脈沖停止前會(huì)產(chǎn)生傳播延遲。傳播延遲時(shí)間在IC控制器里是固定的，但峰值電流會(huì)隨著電流上升時(shí)間而變化（ΔI/Δt），在低輸入線(xiàn)電壓至高輸入線(xiàn)電壓之間，峰值電流將變化3倍。較寬的輸入電壓范圍會(huì)導(dǎo)致峰值電流控制不精確。這也使得最大功率控制變得不精確。

經(jīng)過(guò)控制的峰值電流亦會(huì)無(wú)可避免的超過(guò)預(yù)設(shè)的峰值電流限值。超出的幅度取決于電流上升時(shí)間；電流上升的速率越快，超出的幅度就越大，電流上升速率越慢，超出的幅度就越小。一個(gè)重要的關(guān)系是電流上升速率越快，占空比就越小，電流上升速率越慢，占空比就越大。這是傳播延遲補(bǔ)償技術(shù)的基本原理。補(bǔ)償技術(shù)根據(jù)不同的占空比變換峰值電流限值，這樣在電流上升速率較快的情況下，峰值電流限值降低，在電流上升速率較慢的條件下，電流限值增大（參考圖6）。采用這種補(bǔ)償技術(shù)，最大功率幾乎不受輸入電壓影響。

圖6 傳播延遲補(bǔ)償

采用傳播延遲補(bǔ)償電路的ICE3BRxx65JF可有效降低峰值電流的不精確度。ICE3BR0665JF演示板經(jīng)過(guò)測(cè)量，在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)，最大峰值輸出功率約為4%（參考圖7）。

圖7  經(jīng)過(guò)測(cè)量的采用ICE3B0665JF的電源的最大功率

4.4 平均效率

分別在115Vac和230Vac電壓條件下，在負(fù)載為25%、50%、 75%和100%時(shí)測(cè)量平均能效，測(cè)得的結(jié)果為85.5%和86.3%。在空載條件下，待機(jī)功率為92mW，可輕而易舉地滿(mǎn)足4級(jí)能效標(biāo)識(shí)要求。4級(jí)能效標(biāo)識(shí)對(duì)在115Vac和230Vac條件下的平均能效要求高于85%，對(duì)于無(wú)負(fù)載條件下的待機(jī)功率要求低于0.5W。

圖8 平均能效曲線(xiàn)

4.5 保護(hù)特性

保護(hù)特性是確定系統(tǒng)是否安全和強(qiáng)健的主要因素之一。因此，全面的保護(hù)特性是不可或缺的。ICE3BRxx65JF具備全部所需的保護(hù)特性，可確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。保護(hù)特性包括：過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、開(kāi)環(huán)回路控制、欠壓保護(hù)、光耦合器短路保護(hù)、支持外部保護(hù)等。如果出現(xiàn)這些故障，系統(tǒng)將自動(dòng)重啟，這意味著系統(tǒng)將短暫停止運(yùn)行并重新啟動(dòng)。如果故障持續(xù)，系統(tǒng)將再次停止運(yùn)行，直至故障被排除，系統(tǒng)再次恢復(fù)正常運(yùn)行。表1列示了保護(hù)特性和故障情況。

表1   保護(hù)特性列表

4.5.1 適用于過(guò)載保護(hù)的消隱時(shí)間（基本消隱時(shí)間和延長(zhǎng)消隱時(shí)間）

過(guò)載保護(hù)對(duì)于電源而言十分重要，因?yàn)樗煞乐闺娫匆蜷L(zhǎng)時(shí)間過(guò)載出現(xiàn)過(guò)熱情況。不過(guò)，如果保護(hù)定時(shí)過(guò)快，對(duì)于應(yīng)用而言就缺乏足夠的靈活性。ICE3BRxx65JF采用消隱時(shí)間方案，在理想的消隱時(shí)間結(jié)束后實(shí)施保護(hù)，以便提供足夠的保護(hù)，與此同時(shí)還可確保一定的靈活度。

消隱時(shí)間方案可分為兩個(gè)模式：基本模式和延長(zhǎng)模式。在基本模式方案中，消隱時(shí)間設(shè)置為20毫秒：即系統(tǒng)在20毫秒消隱時(shí)間結(jié)束后，進(jìn)行保護(hù)狀態(tài)。在延長(zhǎng)模式方案中，延長(zhǎng)消隱時(shí)間可通過(guò)在BA引腳增加外置電容器（CBK），並加在基本模式后面，即總消隱時(shí)間＝基本時(shí)間+延長(zhǎng)時(shí)間。

在出現(xiàn)過(guò)載故障的情況下，反饋(FB)電壓就會(huì)升高，達(dá)到4.5V。這時(shí)消隱時(shí)間方案被激活。該方案首先進(jìn)入基本模式：20毫秒。如果BA引腳沒(méi)有安裝CBK 電容器，BA引腳的電壓就會(huì)立即通過(guò)內(nèi)置的電流源IBK（13uA）從0.9V升高至4.0V。然后立即觸發(fā)自動(dòng)重啟保護(hù)。如果在BA引腳安裝了CBK 電容器，只有BA引腳利用13uA電源，經(jīng)過(guò)一段充電時(shí)間由0.9V升至4.0V時(shí)，才能觸發(fā)保護(hù)功能。充電時(shí)間被稱(chēng)為延長(zhǎng)的消隱時(shí)間（參考圖9）

總消隱時(shí)間

( Basic: 基本消隱時(shí)間; Extended: 延長(zhǎng)消隱時(shí)間)

圖9  在過(guò)載保護(hù)過(guò)程中具備消隱時(shí)間的ICE3B0665JF框圖

圖10 顯示過(guò)載保護(hù)時(shí)的基本模式（左側(cè)）和延長(zhǎng)模式（右側(cè)）消隱時(shí)間的波形

圖10 過(guò)載保護(hù)的消隱時(shí)間：基本模式（左側(cè)）和延長(zhǎng)模式（右側(cè)）

5 結(jié)論

ICE3BRxx65JF系列F3R CoolSET? 是最新的集成功率IC。它具備一流的CoolMOS?器件、出類(lèi)拔萃的低待機(jī)功率、良好的EMI性能、精確的最大功率控制及全面、靈活的保護(hù)，可輕而易舉地滿(mǎn)足4級(jí)能效標(biāo)識(shí)的要求。所有這些技術(shù)和特性使ICE3BRxx65JF成為各種中等功率電源的理想產(chǎn)品。