新型電源集成塊ICE2A165解析及應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

王忠誠(chéng)，楊建紅

（湖南懷化商業(yè)學(xué)校電子教研室，湖南懷化418000）

ICE2A165是一種新型低碳電源IC（集成塊），而且有著眾多的姊妹芯片，利用ICE2A165或其姊妹芯片可以設(shè)計(jì)出各種功率開(kāi)關(guān)電源，這些開(kāi)關(guān)電源可以用于數(shù)字電視機(jī)頂盒、影碟機(jī)、電源適配器、噴黑打印機(jī)、掃描儀等設(shè)備中。

1 ICE2A165介紹

1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ICE2A165是德國(guó)Infineon公司推出的電源IC，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]，它內(nèi)含場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管、門驅(qū)動(dòng)器、振蕩器、電源管理模塊、保護(hù)單元、限流電路等。具有外圍元件少、啟動(dòng)電流小（＜55 μA）、穩(wěn)壓范圍寬、保護(hù)功能全等特點(diǎn)。

1.2 引腳功能

1腳：軟啟動(dòng)端。外接軟啟動(dòng)電容，由于電容的充電效應(yīng)，使得電路工作后，1腳電壓逐步上升，開(kāi)關(guān)脈沖的寬度由窄變寬，輸出電壓由小增大，逐步達(dá)到穩(wěn)定值。軟啟動(dòng)特性如圖2所示[1]，當(dāng)1腳電壓US達(dá)到5.3 V時(shí)，軟啟動(dòng)結(jié)束，開(kāi)關(guān)管柵極脈沖uG的寬度達(dá)到穩(wěn)定值。軟啟動(dòng)時(shí)間由1腳外部電容的容量來(lái)決定，可按下式進(jìn)行計(jì)算。

式（1）中，T為軟啟動(dòng)時(shí)間，RSS為軟啟動(dòng)電阻的阻值，在常溫下，其值為50 kΩ，CSS為1腳外部電容的容量。例如，當(dāng)1腳外部電容的容量為10 nF時(shí)，軟啟動(dòng)時(shí)間為0.85 ms左右。由于采用軟啟動(dòng)，可以減小開(kāi)機(jī)瞬間電源對(duì)負(fù)載的沖擊，有利于延長(zhǎng)電源和負(fù)載的壽命。

2腳：反饋端，用于穩(wěn)壓控制。該腳電壓越低，開(kāi)關(guān)管飽和時(shí)間就越短，輸出電壓也就越低；若該腳電壓越高，開(kāi)關(guān)管飽和時(shí)間就越長(zhǎng)，輸出電壓也越高。當(dāng)穩(wěn)壓環(huán)路開(kāi)路或負(fù)載過(guò)載時(shí)，2腳電壓會(huì)達(dá)到4.8 V以上，保護(hù)電路被激活，開(kāi)關(guān)管截止，電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)（屬自動(dòng)重啟模式）[1]。

3腳：內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的源極，兼源極電流檢測(cè)。當(dāng)該腳電壓超過(guò)1 V，且持續(xù)200 ns時(shí)，限流電路工作，使開(kāi)關(guān)管提前截止[1]，以限止源極電流的上升，防止開(kāi)關(guān)管損壞。

圖1 ICE2A165內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.1The ICE2A165 internal structure

圖2 軟啟動(dòng)特性Fig.2Soft-start characteristics

4腳、5腳：內(nèi)部開(kāi)關(guān)管漏極，與開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)相連。

6腳：空腳。

7腳：內(nèi)部電路供電端。該腳電壓達(dá)到13.5 V時(shí)，內(nèi)部電路啟動(dòng)。電路啟動(dòng)后，只要該腳電壓保持在8.5 V以上，電路將繼續(xù)工作。若該腳達(dá)到16.5 V以上時(shí)，過(guò)壓保護(hù)電路被激活，開(kāi)關(guān)管截止，電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)（屬自動(dòng)重啟模式）[1]，此時(shí)，7腳電壓大幅度擺動(dòng)。

8腳：接地端。

ICE2A165有多個(gè)姊妹芯片，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能均相同，主要參數(shù)如表1所示[1]。表中，Po表示帶6 cm2散熱片時(shí)的最大輸出功率；ID表示開(kāi)關(guān)管的最大電流；VDS表示開(kāi)關(guān)管的耐壓；fn表示振蕩器正常工作時(shí)的振蕩頻率；fs表示振蕩器待機(jī)時(shí)的振蕩頻率；RDS表示開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻。在滿足電路要求的前提下，這些芯片可以相互替代。芯片的過(guò)熱保護(hù)點(diǎn)都為140℃（屬自動(dòng)重啟模式）。

表1 ICE2A165的姊妹芯片Tab.1The ICE2A165 sister chip

1.3 封裝形式

ICE2A165及其姊妹芯片均采用PG-DIP-8-6封裝形式，其外形及尺寸如圖3所示[1]。

圖3 PG-DIP-8-6封裝Fig.3Package PG-DIP-8-6

2 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

利用ICE2A165設(shè)計(jì)出的開(kāi)關(guān)電源如圖4所示，該電源能輸出+5 V和±12 V直流電壓。ICE2A165無(wú)需帶散熱片，開(kāi)關(guān)變壓器選用MKB28-818[2]。

圖4 ICE2A165應(yīng)用電路Fig.4The ICE2A165 applied circuit

2.1 交流輸入及整流濾波電路

通電后，220 V市電經(jīng)電源開(kāi)關(guān)SW、保險(xiǎn)管F1、互感濾波器L1送到橋式整流電路，由VD1～VD4進(jìn)行整流，再由C3濾波，得到300 V左右的直流電壓。

因電源功率不大，保險(xiǎn)管選用0.5～0.63 A即可；采用一節(jié)互感濾波器來(lái)濾除電網(wǎng)中的干擾，L1選用LT028、UU9.8等型號(hào)；整流二極管VD1～VD4選用1N4007（整流二極管上無(wú)需并聯(lián)0.01μF的電容），C3選用33～100 μF。

2.2 ICE2A165的7腳外部電路

7腳外接啟動(dòng)電路和補(bǔ)給供電電路。通電后，C3上的300 V電壓經(jīng)啟動(dòng)電阻R1、R2對(duì)電容C5充電，當(dāng)C5上的電壓達(dá)到13.5 V時(shí)，內(nèi)部電路啟動(dòng)，ICE2A165開(kāi)始工作[3]，內(nèi)部開(kāi)關(guān)管隨即進(jìn)入開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)。

電路啟動(dòng)時(shí)，ICE2A165的7腳索取的電流小于55 μA，電路工作后，7腳索取的電流達(dá)5 mA[1]，若此時(shí)再由啟動(dòng)電阻R1、R2來(lái)給7腳供電，則無(wú)法滿足7腳的需求，因此電路中應(yīng)設(shè)補(bǔ)給供電電路。補(bǔ)給供電電路由開(kāi)關(guān)變壓器的3～4繞組、D6、R3等元件構(gòu)成。電路工作后，開(kāi)關(guān)變壓器3～4繞組上的脈沖電壓經(jīng)D6整流，再由R3和C5濾波后得到14 V左右的直流電壓給7腳供電，以滿足內(nèi)部電路的要求。

R1和R2的總阻值在800～1 000 kΩ之間，C5的容量一般在33～82 μF，R1、R2、C5的取值不能太大，否則會(huì)導(dǎo)致電路啟動(dòng)困難，甚至不能啟動(dòng)。7腳的正常工作電壓應(yīng)設(shè)計(jì)在12～14 V，若太低，會(huì)使過(guò)壓保護(hù)變得不靈敏；若太高，又會(huì)使過(guò)壓保護(hù)變得太靈敏。R3的值一般在10 Ω以下即可。

2.3 穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓取樣點(diǎn)設(shè)在主電壓+5 V輸出端，由精密型三端比較器IC2（TL431）和光電耦合器IC1（PC817）[4]配合IC3內(nèi)部電路來(lái)完成穩(wěn)壓控制，它能將取樣點(diǎn)的電壓穩(wěn)定在UO上，UO的大小可由式（2）計(jì)算。

式（2）中，VREF為TL431內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓，等于2.5 V[5]，R11和R10分別代表R11和R10的阻值，若將圖中的電阻阻值代入式（2）中，可以算出UO=5 V。另外，從式（2）中還可發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變R11和R10的阻值就可對(duì)輸出電壓的高低進(jìn)行設(shè)計(jì)。

穩(wěn)壓過(guò)程是這樣的：當(dāng)某種原因引起各路輸出電壓升高時(shí)，+5 V電壓也必升高，經(jīng)R11和R10分壓取樣后，使IC2的1腳電壓上升，IC2導(dǎo)通增強(qiáng)，光耦I(lǐng)C1內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光增強(qiáng)，光電三極管導(dǎo)通增強(qiáng)（內(nèi)阻變小），從而使IC3的2腳電壓降低，經(jīng)內(nèi)部電路處理后，進(jìn)而使內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管飽和時(shí)間縮短，開(kāi)關(guān)變壓器儲(chǔ)能減少，各路輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。如果輸出電壓降低，則穩(wěn)壓過(guò)程與上述過(guò)程相反[2]。

值得注意的是，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，取樣點(diǎn)一定要設(shè)在主電壓輸出端上，并根據(jù)主電壓的大小要求來(lái)確定R10和R11的值，R10和R11一定要選用精密電阻，誤差在1%以內(nèi)。R5的取值范圍應(yīng)為0.3～1 Ω，R5越小，電源的穩(wěn)壓范圍就越寬，但內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的功耗會(huì)加大，過(guò)流保護(hù)靈敏度會(huì)變差。在交流220 V環(huán)境下，R5取0.47 Ω比較合適。

2.4 反峰吸收電路

在ICE2A165內(nèi)部開(kāi)關(guān)管截止瞬間，開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)繞組會(huì)產(chǎn)生反峰電壓，為了防止反峰電壓擊穿開(kāi)關(guān)管，必須在開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)繞組上并聯(lián)反峰吸收電路，即R4、C4和VD5。VD5一定要選用高壓快恢復(fù)管，如RF107、RGF10M[4]等，C4的耐壓必須在1 kV左右，R4的功率須在1 W以上。

2.5 直流輸出電路

本電源輸出+5 V、+12 V和－12 V 3路直流電壓。+5 V為主電壓，向負(fù)載提供的電流較大，一般用3 A整流二極管進(jìn)行整流，如1N5821、1N5822等[6]，濾波電容的容量也選擇得比較大。+12 V和－12 V為副電壓，向負(fù)載提供的電流較小，一般用1.5 A整流二極管進(jìn)行整流，如HER152、HER153、HER154等[6]，濾波電容的容量也適當(dāng)小一些。

3 結(jié)束語(yǔ)

ICE2A165及其姊妹芯片是一類非常完美的新型電源集成塊，因其內(nèi)部包含了開(kāi)關(guān)脈沖發(fā)生器和開(kāi)關(guān)管，故外部電路比較簡(jiǎn)單，加上具有完善的保護(hù)功能，所以穩(wěn)定性很好，故障率極低。實(shí)踐表明，基于ICE2A165的開(kāi)關(guān)電源具有極高電壓穩(wěn)定性，當(dāng)交流電在110～220 V之間波動(dòng)時(shí)，輸出電壓紋絲不動(dòng)。在+5 V輸出端接上5 Ω負(fù)載，連續(xù)通電24小時(shí)，ICE2A165上也無(wú)明顯溫升，電路運(yùn)行十分穩(wěn)定。可以說(shuō)ICE2A165是設(shè)計(jì)中功率開(kāi)關(guān)電源的首選芯片，它必將受到廣大電子工作者的青睞，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]Infineon.ICE2A0565/165/265/365 Datasheet[EB/OL].[2006-12-25].http：//pdf.icminer.com/download/download/ICE2A165.pdf.

[2]王逸軒.中小功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].湖南：湖南科技出版社，2007.

[3]王忠誠(chéng).零起點(diǎn)學(xué)音響及影碟機(jī)維修技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]SHARP.PC817 Series[EB/OL].[2004-02-19].http://pdf.icminer.com/download/download/PC817.pdf.

[5]HTC.Programmable Precision Shunt Regulator TL431/A/C[EB/OL].[2006-03-06].http://pdf.icminer.com/download/download/TL431C.pdf.

[6]王忠誠(chéng).國(guó)內(nèi)外二極管參數(shù)速查手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.