ICE5QRxx80BG-1：第五代準(zhǔn)諧振集成電源IC的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，選擇一款合適的電源IC至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入了解一下英飛凌的ICE5QRxx80BG-1，這是一款CoolSET? 5th generation Quasi Resonant Plus集成電源IC，專為離線開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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產(chǎn)品概述

ICE5QRxx80BG-1采用共源共柵配置，集成了兩顆獨(dú)立芯片：一顆控制器芯片和一顆高壓MOSFET芯片。這種集成設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了電路板空間，還提高了系統(tǒng)的可靠性和性能。該系列產(chǎn)品具有低電磁干擾（EMI）、高效率、低待機(jī)功耗等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

產(chǎn)品特性

1. 強(qiáng)大的硬件集成

• 集成800V雪崩耐用CoolMOS?：能夠承受高電壓沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
• 高引腳電壓額定值：方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了設(shè)計(jì)難度。

2. 先進(jìn)的工作模式

• 新型準(zhǔn)諧振操作：通過(guò)專有的實(shí)現(xiàn)方式，有效降低了EMI，提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。
• 數(shù)字頻率降低：隨著負(fù)載的減小，實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率降低，提高了系統(tǒng)效率。
• 主動(dòng)突發(fā)模式（ABM）：具有可選的功率水平，可實(shí)現(xiàn)最低待機(jī)功耗小于100mW。通過(guò)改變FB引腳的不同電阻$R_{Sel}$，可以選擇不同的突發(fā)模式閾值，適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

3. 快速啟動(dòng)與高效運(yùn)行

• 共源共柵配置實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)：能夠在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
• 最小開關(guān)頻率差：在低線和高線之間實(shí)現(xiàn)最小開關(guān)頻率差，提高了系統(tǒng)效率和降低了EMI。

4. 全面的保護(hù)功能

• 逐周期峰值電流限制：防止電流過(guò)大，保護(hù)芯片和系統(tǒng)安全。
• 最大開/關(guān)時(shí)間限制：避免啟動(dòng)和關(guān)機(jī)期間產(chǎn)生可聽噪聲。
• 多種自動(dòng)重啟模式保護(hù)：包括VCC過(guò)壓、欠壓、過(guò)載/開環(huán)、線路/輸出過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫等保護(hù)功能，確保系統(tǒng)在各種異常情況下能夠自動(dòng)恢復(fù)正常工作。

5. 環(huán)保設(shè)計(jì)

• 無(wú)鉛引腳鍍層：符合環(huán)保要求，減少對(duì)環(huán)境的污染。
• 無(wú)鹵模塑料：滿足環(huán)保法規(guī)，提高了產(chǎn)品的可持續(xù)性。
• 符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)：確保產(chǎn)品符合國(guó)際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

潛在應(yīng)用

ICE5QRxx80BG-1適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括：

• 家電輔助電源：如電視、PC和服務(wù)器等。
• 藍(lán)光播放器、機(jī)頂盒和LCD/LED顯示器：為這些設(shè)備提供穩(wěn)定的電源支持。

產(chǎn)品驗(yàn)證

該產(chǎn)品根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了驗(yàn)證，確保了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。這意味著工程師可以放心地將其應(yīng)用于各種設(shè)計(jì)中。

功能詳細(xì)解析

1. VCC預(yù)充電和啟動(dòng)過(guò)程

當(dāng)施加線路輸入電壓時(shí)，整流電壓出現(xiàn)在電容器$C{BUS}$上。上拉電阻$R{STARTUP}$為CoolMOS?的輸入電容$C{ISS}$充電，逐漸產(chǎn)生一個(gè)電壓。當(dāng)$C{ISS}$上的電壓足夠高時(shí)，通過(guò)變壓器的初級(jí)電感$L{P}$、CoolMOS?和內(nèi)部二極管D3，以兩步恒流源$I{VCCCharge 1}$和$I{VCCCharge 2}$為CoolMOS?和VCC電容器充電。在啟動(dòng)過(guò)程中，一個(gè)非常小的恒流源$(I{VCCCharge 1})$為VCC電容器充電，直到VCC達(dá)到$V{CCSCP}$，以保護(hù)控制器免受VCC引腳短路到地的影響。之后，第二步恒流源$(I{VCCCharge 3})$繼續(xù)為VCC電容器充電，直到VCC電壓超過(guò)開啟閾值$V{CCON}$。VCC預(yù)充電時(shí)間可以通過(guò)公式$t{1}=t{A}+t{B}=frac{V{V C C{_} S C P} × C{V C C}}{I{V C C{-} C h a r g e 1}}+frac{left(V{V C C{-} O N}-V{V C C{-} S C P}right) × C{V C C}}{I{V C C{-} C h a r g e 3}}$計(jì)算。

2. 軟啟動(dòng)

ICE5QRxx80BG-1在啟動(dòng)時(shí)采用軟啟動(dòng)功能，預(yù)設(shè)軟啟動(dòng)時(shí)間為$t{ss}$（12ms），分4步進(jìn)行。在軟啟動(dòng)過(guò)程中，功率MOSFET、二極管和變壓器上的開關(guān)應(yīng)力最小化。如果不受其他功能限制，CS引腳的峰值電壓將從0.3V逐步增加到$V{CSN}$，最終由正常反饋回路接管控制。在軟啟動(dòng)的前3ms內(nèi)，振鈴抑制時(shí)間設(shè)置為$t{ZCD_RS2}$，以避免由于關(guān)斷振蕩噪聲引起的不規(guī)則開關(guān)。零交叉計(jì)數(shù)器（ZC計(jì)數(shù)器）在軟啟動(dòng)期間設(shè)置為1。

3. 正常運(yùn)行

在正常運(yùn)行期間，ICE5QRxx80BG-1通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理電路和模擬電路協(xié)同工作。數(shù)字電路包括一個(gè)上下計(jì)數(shù)器、一個(gè)零交叉計(jì)數(shù)器（ZC計(jì)數(shù)器）和一個(gè)零計(jì)數(shù)比較器，模擬電路包括一個(gè)電流測(cè)量單元和一個(gè)電流限制比較器。開關(guān)的開啟和關(guān)閉時(shí)間分別由數(shù)字電路和模擬電路確定。

數(shù)字頻率降低

為了減少低線和高線之間的開關(guān)頻率差異，實(shí)現(xiàn)了最小ZC計(jì)數(shù)確定功能。當(dāng)VIN小于$V_{VINREF}$（代表低線）時(shí)，最小ZC計(jì)數(shù)設(shè)置為1；當(dāng)VIN高于$V{VINREF}$時(shí)，最小ZC計(jì)數(shù)設(shè)置為3。同時(shí)，為了在低線和高線之間進(jìn)行穩(wěn)定的交流線路選擇，設(shè)置了具有一定消隱時(shí)間的滯后$V{VINREF}$。上下計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)零交叉的數(shù)量，該數(shù)量決定了變壓器去磁后開啟CoolMOS?的谷值數(shù)量。上下計(jì)數(shù)器的值根據(jù)反饋電壓$V{FB}$進(jìn)行更新，反饋電壓$V{FB}$每48ms檢查一次，并與三個(gè)閾值電壓$V{FB underline LHC}$、$V{FB underline HLC}$和$V{FB underline R}$進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果，上下計(jì)數(shù)器可以增加、減少或保持不變。

振鈴抑制時(shí)間

當(dāng)CoolMOS?關(guān)斷時(shí)，由于漏感和MOSFET寄生電容，漏極會(huì)出現(xiàn)電壓振蕩，這會(huì)反映在ZCD電壓$V{ZCD}$上。為了避免由于這種振蕩導(dǎo)致CoolMOS?誤觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了振鈴抑制定時(shí)器。抑制時(shí)間取決于$V{ZCD}$，如果$V{ZCD}$低于閾值$V{ZCDRS}$，則應(yīng)用較長(zhǎng)的時(shí)間$t{ZCDRS2}$；如果$V{ZCD}$高于閾值，則設(shè)置較短的時(shí)間$t_{ZCD_RS1}$。

開關(guān)開啟和關(guān)閉確定

開關(guān)開啟時(shí)間在振鈴抑制時(shí)間之后確定，當(dāng)ZC計(jì)數(shù)器值等于上下計(jì)數(shù)器值時(shí)，門極驅(qū)動(dòng)可以開啟。如果初級(jí)電感和MOSFET寄生電容之間的振蕩衰減非?？欤琁C無(wú)法檢測(cè)到零交叉事件，則設(shè)置了最大關(guān)斷時(shí)間$t{OffMax}$，當(dāng)門極驅(qū)動(dòng)關(guān)斷時(shí)間超過(guò)$t{OffMax}$時(shí)，門極驅(qū)動(dòng)將再次開啟，以防止開關(guān)頻率低于20kHz，避免產(chǎn)生可聽噪聲。開關(guān)關(guān)閉時(shí)間由初級(jí)電流感測(cè)決定，當(dāng)感測(cè)到的電壓$V{1}$超過(guò)反饋電壓$V{FB}$時(shí)，主功率開關(guān)關(guān)閉。為了避免由于主功率開關(guān)開啟時(shí)分流電阻上的電壓尖峰引起的誤觸發(fā)，應(yīng)用了前沿消隱時(shí)間$t_{CSLEB}$。同時(shí)，IC還設(shè)置了最大開啟時(shí)間$t{OnMax}$，以防止由于開啟時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致開關(guān)頻率過(guò)低。

調(diào)制門極驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)級(jí)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，考慮了EMI因素。在達(dá)到CoolMOS?開啟閾值之前，開關(guān)開啟速度減慢，通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸出的上升沿進(jìn)行斜率控制，最小化了開啟時(shí)的前沿開關(guān)尖峰。

電流限制

通過(guò)電流限制比較器實(shí)現(xiàn)了逐周期電流限制，以提供過(guò)流檢測(cè)。CoolMOS?的源極電流通過(guò)感測(cè)電阻$R{CS}$進(jìn)行感測(cè)，轉(zhuǎn)換為感測(cè)電壓$V{CS}$并輸入到CS引腳。如果$V{CS}$超過(guò)內(nèi)部電壓限制，比較器將立即關(guān)閉門極驅(qū)動(dòng)。為了補(bǔ)償總線電壓變化對(duì)輸出功率的影響，內(nèi)部峰值電流限制電路$(V{CS})$和ZC計(jì)數(shù)會(huì)根據(jù)總線電壓進(jìn)行調(diào)整。

4. 主動(dòng)突發(fā)模式（ABM）

在輕負(fù)載條件下，IC進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式操作，以最小化功耗。突發(fā)模式的進(jìn)入水平可以通過(guò)改變FB引腳的不同電阻$R{Sel}$進(jìn)行選擇，有兩個(gè)級(jí)別可供選擇，分別針對(duì)低范圍和高范圍的主動(dòng)突發(fā)模式功率。進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式操作需要滿足三個(gè)條件：反饋電壓低于閾值$V{FBEBLX}$；上下計(jì)數(shù)器達(dá)到其最大值（低線為8，高線為10）；上述兩個(gè)條件在一定的消隱時(shí)間$t{FB underline B E B}$（20ms）后仍然滿足。進(jìn)入突發(fā)模式后，反饋電壓$V{FB}$隨著輸出電壓$V{0}$的下降而上升，當(dāng)$V{FB}$達(dá)到$V{FBBOn}$時(shí)，開關(guān)恢復(fù)。當(dāng)$V{CS}$達(dá)到$V_{CSBLX}$時(shí)，CoolMOS?關(guān)閉。如果輸出負(fù)載仍然較低，$V{FB}$在PWM部分工作時(shí)下降，當(dāng)$V{FB}$達(dá)到閾值$V{FB underline BOff}$時(shí)，內(nèi)部電路再次復(fù)位，PWM部分禁用，直到$V{FB}$增加到$V{FBBOn}$。當(dāng)有高負(fù)載跳變時(shí)，反饋電壓立即增加，當(dāng)超過(guò)閾值$V{FBLB}$時(shí)，IC離開主動(dòng)突發(fā)模式。離開突發(fā)模式后，門極驅(qū)動(dòng)只有在檢測(cè)到零交叉$(V{Z C D}

5. 保護(hù)功能

ICE5QRxx80BG-1提供了多種保護(hù)功能，包括線路過(guò)壓、欠壓、VCC過(guò)壓/欠壓、過(guò)載、輸出過(guò)壓、過(guò)溫、VCC短路到地等保護(hù)。不同的故障類型采用不同的保護(hù)模式，如非開關(guān)自動(dòng)重啟、自動(dòng)重啟和奇周期跳過(guò)自動(dòng)重啟。這些保護(hù)功能確保了系統(tǒng)在各種異常情況下的安全性和可靠性。

電氣特性

1. 絕對(duì)最大額定值

了解芯片的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用芯片至關(guān)重要。ICE5QRxx80BG-1的絕對(duì)最大額定值包括漏極電壓、脈沖漏極電流、引腳額定值、ESD魯棒性、結(jié)溫范圍和存儲(chǔ)溫度等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須確保芯片的工作條件不超過(guò)這些額定值，以避免芯片損壞。

2. 工作范圍和條件

芯片的工作范圍包括VCC電源電壓、控制器結(jié)溫和CoolMOS?結(jié)溫等。在這些范圍內(nèi)，芯片能夠正常工作。同時(shí)，還給出了不同工作條件下的電氣特性，如VCC充電電流、電流消耗、VCC開啟/關(guān)閉閾值電壓等。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考。

應(yīng)用建議

1. 輸出功率選擇

根據(jù)不同的型號(hào)和輸入電壓范圍，ICE5QRxx80BG-1的輸出功率有所不同。在選擇型號(hào)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求和工作條件，參考輸出功率表格進(jìn)行選擇。同時(shí)，要注意實(shí)際功率可能會(huì)因具體設(shè)計(jì)而有所變化，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和驗(yàn)證。

2. 熱設(shè)計(jì)

在電源供應(yīng)系統(tǒng)中，適當(dāng)?shù)臒嵩O(shè)計(jì)余量是必不可少的。要確保芯片的結(jié)溫不超過(guò)最大額定值，以保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^(guò)增加散熱片、優(yōu)化電路板布局等方式來(lái)提高散熱效率。

3. 電路設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要注意各個(gè)引腳的功能和連接方式。例如，F(xiàn)B引腳用于反饋控制和突發(fā)模式控制，VIN引腳用于感測(cè)線路電壓和設(shè)置ZC計(jì)數(shù)，CS引腳用于電流感測(cè)等。同時(shí)，要合理選擇外部元件的參數(shù)，如電阻、電容等，以確保電路的性能和穩(wěn)定性。

總結(jié)

ICE5QRxx80BG-1作為一款第五代準(zhǔn)諧振集成電源IC，具有豐富的特性和強(qiáng)大的功能。它在低EMI、高效率、低待機(jī)功耗等方面表現(xiàn)出色，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。電子工程師在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，可以充分利用該系列產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的選擇和設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。你在使用這款I(lǐng)C的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。