ICC80QSG 84W AC - DC參考設(shè)計(jì) #2：適用于電動(dòng)自行車電池充電器的高效解決方案

一、引言

在當(dāng)今電子設(shè)備飛速發(fā)展的時(shí)代，電源設(shè)計(jì)對(duì)于各類設(shè)備的性能和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。特別是在電動(dòng)自行車領(lǐng)域，電池充電器的性能直接影響著電池的壽命和電動(dòng)自行車的使用體驗(yàn)。今天我們要介紹的是Infineon的ICC80QSG 84W AC - DC參考設(shè)計(jì) #2，它專為230V AC額定輸入和最大2A恒流（CC）輸出的電動(dòng)自行車電池充電器而設(shè)計(jì)。

文件下載：Infineon Technologies REF_ICC80QSG_84W2_BPA參考設(shè)計(jì)板.pdf

二、設(shè)計(jì)概述

2.1 設(shè)計(jì)用途與范圍

這份工程報(bào)告圍繞84W AC - DC轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì) #2（可訂購部件編號(hào)：REFICC80QSG84W2BPA）展開，該設(shè)計(jì)采用了Infineon的ICC80QSG反激式控制器和IPN70R450P7S MOSFET。此參考設(shè)計(jì)板通過外部添加電池安全開關(guān)和充電曲線控制電路，可用于電池充電應(yīng)用。

2.2 目標(biāo)受眾

該設(shè)計(jì)主要面向電源設(shè)計(jì)工程師和現(xiàn)場應(yīng)用工程師，為他們在電動(dòng)自行車電池充電器的設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)高效、可靠的參考方案。

三、測試設(shè)置與安全信息

3.1 整體結(jié)構(gòu)

此AC - DC參考設(shè)計(jì)由主板和插件板組成，二者連接形成具有次級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)（SSR）恒流（CC）輸出的反激式轉(zhuǎn)換器。CC輸出設(shè)定點(diǎn)可通過0至5V的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.2 電池充電測試設(shè)置

若要將該參考設(shè)計(jì)板用于電池充電應(yīng)用測試，必須外部添加電池安全開關(guān)和充電曲線控制電路，這些電路需根據(jù)電路板和電池規(guī)格進(jìn)行工作。同時(shí)，嚴(yán)禁在未添加這些外部電路的情況下將參考設(shè)計(jì)板連接到任何電池，以確保安全。

3.3 其他測試設(shè)置

• 電子負(fù)載和DC源測試：可使用電子負(fù)載（恒壓/CV模式）和DC源（用于調(diào)節(jié)CC設(shè)定點(diǎn)）進(jìn)行測試。
• 特定CC設(shè)定點(diǎn)測試：若僅測試最大CC設(shè)定點(diǎn)（2A）或最小CC設(shè)定點(diǎn)（0.2A），可采用相應(yīng)的無DC源測試設(shè)置。
• EMI測試：對(duì)于84W全輸出功率的EMI測試，推薦使用特定的測試設(shè)置。
• 待機(jī)功率測試：對(duì)于空載系統(tǒng)待機(jī)功率測量，也有相應(yīng)的推薦測試設(shè)置。

3.4 安全注意事項(xiàng)

該參考設(shè)計(jì)存在致命電壓，未經(jīng)高壓電路操作培訓(xùn)的人員不得操作該電路板，且在通電時(shí)不得讓電路板無人看管。此外，若CC插件板斷開，主板反激輸出將失去調(diào)節(jié)。

四、設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1 輸出特性

• 可調(diào)節(jié)CC輸出：具有可調(diào)節(jié)的CC輸出設(shè)定點(diǎn)，范圍從0.2至2A。
• 寬輸出負(fù)載范圍：支持6至42V的寬輸出負(fù)載范圍。

4.2 性能優(yōu)勢

• 高效低EMI：采用準(zhǔn)諧振（QR）谷底開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了高效率和低電磁干擾（EMI）。
• 高性能MOSFET：使用SOT - 223封裝的CoolMOS? P7作為具有成本效益的高性能反激式MOSFET。
• 高轉(zhuǎn)換效率：在230VRMS交流輸入下，全功率效率超過91%；在42V輸出負(fù)載下，四點(diǎn)平均效率超過91%。

4.3 低待機(jī)功耗

采用突發(fā)模式并降低柵極驅(qū)動(dòng)器輸出電壓，以降低待機(jī)功率，在230VRMS交流輸入下，系統(tǒng)待機(jī)功率小于200mW。

4.4 功能特性

• IC禁用功能：支持通過外部下拉信號(hào)禁用IC。
• 可配置滯回：具有可配置的欠壓恢復(fù)（brown - in）和欠壓保護(hù)（brown - out）滯回。
• 自適應(yīng)欠壓保護(hù)：基于總線電壓紋波的自適應(yīng)欠壓保護(hù)觸發(fā)，在更高功率傳輸時(shí)以更高的欠壓保護(hù)水平更好地保護(hù)初級(jí)組件免受過溫和飽和影響。
• 全面保護(hù)功能：具備內(nèi)部過溫保護(hù)（OTP）、輸出過壓保護(hù)（OVP）、VCC OVP、初級(jí)側(cè)過流保護(hù)（OCP）、欠壓恢復(fù)和欠壓保護(hù)等全面的保護(hù)功能。
• 軟啟動(dòng)功能：軟啟動(dòng)功能可減少啟動(dòng)時(shí)組件的應(yīng)力。

五、電路板規(guī)格

六、原理圖與PCB布局

6.1 原理圖

提供了主板原理圖和CC插件板原理圖，為工程師在電路設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)提供了清晰的參考。

6.2 PCB布局

主板和CC插件板均采用單層PCB布局設(shè)計(jì)，并給出了PCB的頂部布局（帶尺寸）和底部布局圖，有助于工程師進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

七、性能表現(xiàn)

7.1 效率

• 全輸出功率效率：在典型的230VRMS交流輸入下，84W全輸出功率的效率測量值超過92%，在整個(gè)交流輸入電壓范圍內(nèi)效率超過91%。
• 四點(diǎn)平均效率：在42V負(fù)載下，四點(diǎn)平均效率超過91%；在24V負(fù)載下，四點(diǎn)平均效率在89%至90%之間。

7.2 待機(jī)功率

通過特定的測試設(shè)置，測量了空載條件下的輸入功率，為評(píng)估系統(tǒng)的待機(jī)功耗提供了數(shù)據(jù)支持。

7.3 欠壓恢復(fù)和欠壓保護(hù)

ICC80QSG不僅具有可配置的欠壓恢復(fù)和欠壓保護(hù)滯回，還能根據(jù)總線電壓紋波進(jìn)行自適應(yīng)欠壓保護(hù)觸發(fā)。在不同的測試條件下，該參考設(shè)計(jì)在更高功率傳輸時(shí)表現(xiàn)出更高的欠壓保護(hù)水平，同時(shí)確保了欠壓恢復(fù)和欠壓保護(hù)之間有足夠的滯回，能更好地保護(hù)初級(jí)組件。

7.4 熱測試

在室溫下，使用紅外熱成像相機(jī)對(duì)電路板進(jìn)行了一小時(shí)的全輸出功率（84W）運(yùn)行后的熱測量，給出了PCB底部和頂部組件的紅外熱成像結(jié)果，有助于工程師評(píng)估電路板的散熱性能。

7.5 傳導(dǎo)發(fā)射

在84W全輸出功率下進(jìn)行了傳導(dǎo)發(fā)射測試，根據(jù)EN 55022標(biāo)準(zhǔn)B類限制，在火線和零線測量中均觀察到超過6dB的余量，表明該設(shè)計(jì)在電磁兼容性方面表現(xiàn)良好。

八、物料清單與變壓器規(guī)格

8.1 物料清單

詳細(xì)列出了主板和CC插件板的物料清單，包括各個(gè)元件的設(shè)計(jì)代號(hào)、描述、型號(hào)和制造商，為工程師在采購和組裝電路板時(shí)提供了準(zhǔn)確的信息。

8.2 變壓器規(guī)格

給出了反激式變壓器（T1）的規(guī)格圖，為變壓器的選型和設(shè)計(jì)提供了參考。

九、總結(jié)

Infineon的ICC80QSG 84W AC - DC參考設(shè)計(jì) #2為電動(dòng)自行車電池充電器的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)全面、高效、可靠的解決方案。其豐富的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、良好的性能表現(xiàn)以及詳細(xì)的設(shè)計(jì)文檔，為電源設(shè)計(jì)工程師和現(xiàn)場應(yīng)用工程師提供了極大的便利。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可根據(jù)具體需求對(duì)該參考設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，以滿足不同的設(shè)計(jì)要求。你在使用類似設(shè)計(jì)時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。