面向中等功率應(yīng)用的AC/DC功率管理IC

ICE3BS03LJG是F3 PWM控制器系列中采用DSO-8封裝的最新成員。它適用于功率在30W到100W之間的各種中等功率應(yīng)用，譬如DVD播放器/刻錄機(jī)、機(jī)頂盒、適配器等。

ICE3BS03JG是一款體積極小的多功能器件。它采用了最新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)其功能和特性。由于采用了Bi-CMOS工藝，該器件具有更寬的工作電壓(Vcc)范圍。主動(dòng)突發(fā)模式是其從之前的產(chǎn)品中所保留的最重要的特性，利用該特性，可與啟動(dòng)單元一道共同實(shí)現(xiàn)最低的待機(jī)功耗。頻率抖動(dòng)以及軟柵驅(qū)動(dòng)特性可以有效地降低電磁干擾(EMI)，并實(shí)現(xiàn)更出色的電磁輻射性能。創(chuàng)新的傳輸時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)可以為寬輸入范圍提供一個(gè)精確的內(nèi)部峰值電流限制，并且可以有效地優(yōu)化轉(zhuǎn)換器和輸出二極管的尺寸。內(nèi)置軟啟動(dòng)功能可以有效地降低啟動(dòng)時(shí)開關(guān)元件的應(yīng)力。

另外，它還在栓鎖和自動(dòng)重啟模式下提供了強(qiáng)大的保護(hù)功能，如過溫、VCC過壓、線圈短路、開環(huán)、過載保護(hù)等。它還提供了一個(gè)外部栓鎖保護(hù)引腳，以實(shí)現(xiàn)諸如輸出過壓、開關(guān)元件過溫等用戶定義的保護(hù)功能。為了改善過載保護(hù)功能，該器件集成了可調(diào)節(jié)屏蔽時(shí)間特性，以便在很短的時(shí)間內(nèi)提供最大輸出功率。

憑借所有的這些集成在一個(gè)微小DSO-8封裝中的技術(shù)和特性，ICE3BS03LJG成為一個(gè)適用于中等功率應(yīng)用的完善解決方案。

ICE3B503LJG特性如下：

500V啟動(dòng)單元；帶有頻率抖動(dòng)特性的65kHz固定開關(guān)頻率；采用BiCMOS工藝，VCC范圍更寬；主動(dòng)突發(fā)模式，可實(shí)現(xiàn)最低的待機(jī)功耗；采用頻率抖動(dòng)技術(shù)的軟柵驅(qū)動(dòng)，電磁干擾更低；內(nèi)置軟啟動(dòng)；采用傳輸時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的功率控制；包括VCC過壓、過溫以及線圈短路的栓鎖保護(hù)模式；包括過載、開環(huán)、VCC欠壓等保護(hù)的自動(dòng)重啟模式；在短時(shí)間內(nèi)提供最大功率的內(nèi)置及可擴(kuò)展屏蔽窗口；外延栓鎖保護(hù)引腳。

應(yīng)用電路

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，因此該器件的應(yīng)用電路十分簡(jiǎn)單。僅需要連接少量的電容和電阻即可實(shí)現(xiàn)完善的電源控制功能(見圖1)。

圖160W, 16V/3.75A應(yīng)用電路

主要實(shí)用特性

主動(dòng)突發(fā)模式實(shí)現(xiàn)超低待機(jī)功耗

隨著節(jié)能要求不斷提高，低待機(jī)功耗產(chǎn)品成為市場(chǎng)的主流。英飛凌科技公司所提出的創(chuàng)新概念就是主動(dòng)突發(fā)模式。在負(fù)載較小時(shí)，主要的功耗來自外部偏置電路損耗、芯片功耗以及開關(guān)元件的開關(guān)損耗。為了減少這些損耗，首先利用一個(gè)啟動(dòng)單元以消除啟動(dòng)電阻所帶來的功率損耗。其次，英飛凌拋棄市場(chǎng)上大部分芯片所采用的雙極工藝，采用BiCMOS工藝，從而大大降低了芯片功耗。第三，該器件采用了主動(dòng)突發(fā)模式，從而通過在負(fù)載較小時(shí)交替突發(fā)“打開”和“關(guān)斷”開關(guān)元件，以大大降低有效開關(guān)頻率。突發(fā)模式方案十分強(qiáng)健，并不會(huì)使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。憑借這些技術(shù)，ICE3BS03LJG可以使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超低待機(jī)功耗。

對(duì)于60W的演示板，其在無負(fù)載時(shí)測(cè)得的待機(jī)功耗為58.48mW，在交流輸入電壓為265V，負(fù)載為0.5W時(shí)的待機(jī)功耗為0.71W(見圖2)。

圖2采用ICE3BS03LJG器件的電源待機(jī)功耗

主動(dòng)突發(fā)模式的控制方案如下所示。

在輕負(fù)載工作期間，反饋電壓隨著負(fù)載的減小而降低。當(dāng)VFB電壓降低到1.23V以下并持續(xù)20ms后，ICE3BS03LJG進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式。進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式之后，反饋控制電平被改變，以便器件工作在3.0V和3.5V之間。系統(tǒng)將在反饋電壓為3.0V時(shí)停止開關(guān)，這意味著在這種工作模式下芯片一直在調(diào)節(jié)輸出電壓。隨后，輸出電壓將緩慢下降，同時(shí)反饋控制電平將緩慢上升。當(dāng)反饋電壓升至3.5V時(shí)，系統(tǒng)將開始開關(guān)操作，這意味著輸出電壓降低到調(diào)節(jié)范圍的下限。在突發(fā)“導(dǎo)通”期間，電流讀入閥值被降低到0.25V(正?？刂频?/4)，從而可以有效地降低噪聲。當(dāng)輸出負(fù)載提高到正常負(fù)載時(shí)，反饋電壓將隨著輸出電壓的降低而增大。當(dāng)它達(dá)到4.0V時(shí)，系統(tǒng)將脫離主動(dòng)突發(fā)模式，并進(jìn)入正常工作狀態(tài)(見圖3)。由于ICE3BS03LJG在不斷監(jiān)測(cè)反饋電壓，負(fù)載跳變的響應(yīng)速度很快，使得輸出電壓下降最小化。

圖3主動(dòng)突發(fā)模式的框圖和示意圖



圖4在主動(dòng)突發(fā)模式下測(cè)得的波形

圖4是測(cè)得的波形，它示意說明了在進(jìn)入以及離開主動(dòng)突發(fā)模式之前和之后的工作狀態(tài)。

頻率抖動(dòng)和軟柵驅(qū)動(dòng)降低電磁干擾

有許多種方式可以降低電磁干擾(EMI)。ICE3BS03LJG采用了兩種最有效的方式：頻率抖動(dòng)和軟柵驅(qū)動(dòng)。

頻率抖動(dòng)周期性地改變開關(guān)頻率，從而使得測(cè)得的能量信號(hào)不會(huì)具有一個(gè)固定的頻率。相反，它會(huì)使得信號(hào)的頻率在一個(gè)頻率范圍中平坦化。在這個(gè)頻譜內(nèi)測(cè)得的平均有效信號(hào)電平低于未采用頻率抖動(dòng)技術(shù)所測(cè)得的有效信號(hào)電平。圖5給出了一個(gè)使用了ICE3BS03LJG的60W演示板的傳導(dǎo)電磁干擾圖。平均數(shù)據(jù)曲線說明具有>30dB的容限。ICE3BS03LJG所選擇的頻譜范圍寬度為開關(guān)頻率的±4%，65kHz ±2.6kHz，開關(guān)調(diào)制周期為4ms(250Hz)。

圖560W ICE3BS03LJG演示板的傳導(dǎo)EMI圖

軟柵驅(qū)動(dòng)技術(shù)將柵級(jí)驅(qū)動(dòng)斜坡分割成兩段，從而使得MOSFET能夠以相對(duì)于單個(gè)斜坡更慢的速度開啟(見圖6)。這種方式大大降低了ΔI/Δt噪聲，同時(shí)還降低了EMI頻譜圖上反映的噪聲信號(hào)。

圖6軟柵驅(qū)動(dòng)波形