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(多图) 面向中等功率应用的AC/DC功率管理IC

2009年02月24日 ?? 收藏0

  ICE3BS03LJG是F3 PWM控制器系列中采用DSO-8封装的最新成员。它适用于功率在30W到100W之间的各种中等功率应用,譬如DVD播放器/刻录机、机顶盒、适配器等。

  ICE3BS03JG是一款体积极小的多功能器件。它采用了最新的技术实现其功能和特性。由于采用了Bi-CMOS工艺,该器件具有更宽的工作电压(Vcc)范围。主动突发模式是其从之前的产品中所保留的最重要的特性,利用该特性,可与启动单元一道共同实现最低的待机功耗。频率抖动以及软栅驱动特性可以有效地降低电磁干扰(EMI),并实现更出色的电磁辐射性能。创新的传输时延补偿技术可以为宽输入范围提供一个精确的内部峰值电流限制,并且可以有效地优化转换器和输出二极管的尺寸。内置软启动功能可以有效地降低启动时开关元件的应力。

  另外,它还在栓锁和自动重启模式下提供了强大的保护功能,如过温、VCC过压、线圈短路、开环、过载保护等。它还提供了一个外部栓锁保护引脚,以实现诸如输出过压、开关元件过温等用户定义的保护功能。为了改善过载保护功能,该器件集成了可调节屏蔽时间特性,以便在很短的时间内提供最大输出功率。

  凭借所有的这些集成在一个微小DSO-8封装中的技术和特性,ICE3BS03LJG成为一个适用于中等功率应用的完善解决方案。

  ICE3B503LJG特性如下:

  500V启动单元;带有频率抖动特性的65kHz固定开关频率;采用BiCMOS工艺,VCC范围更宽;主动突发模式,可实现最低的待机功耗;采用频率抖动技术的软栅驱动,电磁干扰更低;内置软启动;采用传输时延补偿技术以实现严格的功率控制;包括VCC过压、过温以及线圈短路的栓锁保护模式;包括过载、开环、VCC欠压等保护的自动重启模式;在短时间内提供最大功率的内置及可扩展屏蔽窗口;外延栓锁保护引脚。

  应用电路

  由于ICE3BS03LJG是一款集成了所有的必要特性和功能的反激式PWM控制器,因此该器件的应用电路十分简单。仅需要连接少量的电容和电阻即可实现完善的电源控制功能(见图1)。

60W, 16V/3.75A应用电路

图1? 60W, 16V/3.75A应用电路

  主要实用特性

  主动突发模式实现超低待机功耗

  随着节能要求不断提高,低待机功耗产品成为市场的主流。英飞凌科技公司所提出的创新概念就是主动突发模式。在负载较小时,主要的功耗来自外部偏置电路损耗、芯片功耗以及开关元件的开关损耗。为了减少这些损耗,首先利用一个启动单元以消除启动电阻所带来的功率损耗。其次,英飞凌抛弃市场上大部分芯片所采用的双极工艺,采用BiCMOS工艺,从而大大降低了芯片功耗。第三,该器件采用了主动突发模式,从而通过在负载较小时交替突发“打开”和“关断”开关元件,以大大降低有效开关频率。突发模式方案十分强健,并不会使系统变得不稳定。凭借这些技术,ICE3BS03LJG可以使系统实现超低待机功耗。

  对于60W的演示板,其在无负载时测得的待机功耗为58.48mW,在交流输入电压为265V,负载为0.5W时的待机功耗为0.71W(见图2)。

采用ICE3BS03LJG器件的电源待机功耗

图2? 采用ICE3BS03LJG器件的电源待机功耗

  主动突发模式的控制方案如下所示。

  在轻负载工作期间,反馈电压随着负载的减小而降低。当VFB电压降低到1.23V以下并持续20ms后,ICE3BS03LJG进入主动突发模式。进入主动突发模式之后,反馈控制电平被改变,以便器件工作在3.0V和3.5V之间。系统将在反馈电压为3.0V时停止开关,这意味着在这种工作模式下芯片一直在调节输出电压。随后,输出电压将缓慢下降,同时反馈控制电平将缓慢上升。当反馈电压升至3.5V时,系统将开始开关操作,这意味着输出电压降低到调节范围的下限。在突发“导通”期间,电流读入阀值被降低到0.25V(正常控制的1/4),从而可以有效地降低噪声。当输出负载提高到正常负载时,反馈电压将随着输出电压的降低而增大。当它达到4.0V时,系统将脱离主动突发模式,并进入正常工作状态(见图3)。由于ICE3BS03LJG在不断监测反馈电压,负载跳变的响应速度很快,使得输出电压下降最小化。

主动突发模式的框图和示意图

图3? 主动突发模式的框图和示意图

  图4是测得的波形,它示意说明了在进入以及离开主动突发模式之前和之后的工作状态。

在主动突发模式下测得的波形

图4? 在主动突发模式下测得的波形

  频率抖动和软栅驱动降低电磁干扰

  有许多种方式可以降低电磁干扰(EMI)。ICE3BS03LJG采用了两种最有效的方式:频率抖动和软栅驱动。

  频率抖动周期性地改变开关频率,从而使得测得的能量信号不会具有一个固定的频率。相反,它会使得信号的频率在一个频率范围中平坦化。在这个频谱内测得的平均有效信号电平低于未采用频率抖动技术所测得的有效信号电平。图5给出了一个使用了ICE3BS03LJG的60W演示板的传导电磁干扰图。平均数据曲线说明具有>30dB的容限。ICE3BS03LJG所选择的频谱范围宽度为开关频率的±4%,65kHz ±2.6kHz,开关调制周期为4ms(250Hz)。

使用了ICE3BS03LJG的60W演示板的传导电磁干扰图

图5? 60W ICE3BS03LJG演示板的传导EMI图


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EMI? 功率控制? 传输时延? 过载保护?

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