60W 16V SMPS評(píng)估板：ICE3BS03LJG的卓越應(yīng)用

在電子電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定且安全的開關(guān)模式電源（SMPS）是眾多應(yīng)用的核心需求。今天，我們就來深入探討一款基于Infineon的F3控制器ICE3BS03LJG的60W 16V SMPS評(píng)估板，看看它有哪些獨(dú)特之處。

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一、評(píng)估板概述

這款評(píng)估板是一個(gè)通用輸入電源，采用16V 60W離線反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，運(yùn)行在不連續(xù)電流模式下，開關(guān)頻率為65kHz。它具有單輸出電壓，采用次級(jí)側(cè)控制調(diào)節(jié)，適用于多種AC/DC電源應(yīng)用，如LCD顯示器、打印機(jī)和筆記本電腦適配器、DVD播放器和刻錄機(jī)、藍(lán)光DVD播放器和刻錄機(jī)、機(jī)頂盒以及工業(yè)輔助電源等。

二、評(píng)估板特性

（一）啟動(dòng)與待機(jī)特性

• 500V啟動(dòng)單元：內(nèi)置的500V啟動(dòng)單元使得評(píng)估板無需外部啟動(dòng)電阻，簡化了電路設(shè)計(jì)。啟動(dòng)單元連接IC的HV引腳，當(dāng)HV引腳電壓建立后，會(huì)對(duì)Vcc電容充電，當(dāng)Vcc電壓超過18V的欠壓鎖定（UVLO）值時(shí)，IC啟動(dòng)，隨后Vcc電壓由輔助繞組自舉維持運(yùn)行。
• 有源突發(fā)模式：該模式可實(shí)現(xiàn)最低待機(jī)功率。在輕載條件下，SMPS進(jìn)入有源突發(fā)模式，此時(shí)控制器始終處于活動(dòng)狀態(tài)，但Vcc必須保持在10.5V以上。在該模式下，效率顯著提高，同時(shí)支持低輸出紋波和快速負(fù)載跳變響應(yīng)。

（二）性能優(yōu)化特性

• 頻率抖動(dòng)與軟門驅(qū)動(dòng)：頻率抖動(dòng)模式和軟門驅(qū)動(dòng)可降低電磁干擾（EMI）。ICE3BS03LJG的頻率抖動(dòng)頻率內(nèi)部設(shè)定為65kHz（±2.6kHz），抖動(dòng)周期為4ms。
• 最大占空比與電流限制：最大占空比為75%，電流限制的整體公差小于±5%，確保了電源的穩(wěn)定輸出。
• 內(nèi)置功能：內(nèi)置軟啟動(dòng)（20ms）、內(nèi)部PWM前沿消隱、具有可擴(kuò)展消隱時(shí)間的內(nèi)置消隱窗口以及適用于過溫、過壓和短路繞組的內(nèi)置鎖存關(guān)斷保護(hù)模式等。

（三）保護(hù)特性

• 自動(dòng)重啟與鎖存關(guān)斷：對(duì)于嚴(yán)重故障，如Vcc過壓、過溫和短路繞組，IC進(jìn)入鎖存關(guān)斷保護(hù)模式；對(duì)于不太嚴(yán)重的故障，如過載、開環(huán)和短路光耦，IC進(jìn)入自動(dòng)重啟保護(hù)模式。此外，還提供外部鎖存使能功能，適用于定制保護(hù)需求。

三、技術(shù)規(guī)格

四、電路設(shè)計(jì)

（一）線路輸入

AC輸入側(cè)包括輸入保險(xiǎn)絲FUSE1用于過流保護(hù)，共模扼流圈L1、X2電容C1和C2以及Y1電容C5作為無線電干擾抑制器。壓敏電阻VAR1用于吸收線路瞬變，NTC RT1用于減少啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。兩個(gè)串聯(lián)電阻R24和R25用于在AC線路移除后對(duì)C1和C2放電。通過橋式整流器BR1和輸入大容量電容C3獲得整流后的直流電壓（100V - 380V）。

（二）啟動(dòng)與工作模式

啟動(dòng)時(shí)，由于ICE3BS03LJG內(nèi)置啟動(dòng)單元，無需外部啟動(dòng)電阻。啟動(dòng)單元連接IC的HV引腳，當(dāng)HV引腳電壓建立后，對(duì)Vcc電容C11和C12充電，Vcc電壓超過18V時(shí)IC啟動(dòng)，隨后由輔助繞組維持Vcc電壓。在運(yùn)行過程中，Vcc引腳通過單獨(dú)的變壓器繞組、整流二極管D3以及緩沖和濾波電容C11和C12供電，電阻R10用于限流，外部齊納二極管ZD1用于鉗位Vcc引腳電壓。

（三）關(guān)鍵電路

• 鉗位電路：由R1、C4和D1組成的鉗位電路將變壓器漏感引起的DRAIN電壓尖峰鉗位到安全值，低于漏源擊穿電壓。
• 主開關(guān)：Q1作為系統(tǒng)的主開關(guān)，具有低Rdson以降低傳導(dǎo)損耗?？商砑涌蛇x的漏源電容以減少開關(guān)噪聲，提高EMI性能。
• 門驅(qū)動(dòng)：門驅(qū)動(dòng)電流為0.17A推和0.39A拉，門導(dǎo)通信號(hào)具有斜率控制的上升沿特性，使驅(qū)動(dòng)更柔和。若需優(yōu)化EMI性能，可在門驅(qū)動(dòng)電阻R13上并聯(lián)一個(gè)關(guān)斷電阻 - 二極管網(wǎng)絡(luò)。
• 峰值電流控制：通過外部分流電阻R8和R8A感測功率MOSFET的漏源電流，確定電流限制控制的公差。ICE3BS03LJG作為電流模式控制器，實(shí)現(xiàn)逐周期的初級(jí)電流和反饋電壓控制，并實(shí)施傳播延遲補(bǔ)償，確保更精確的最大輸入電流/功率控制。
• 輸出級(jí)：功率通過超快恢復(fù)二極管D2耦合到次級(jí)側(cè)，電容C6和C7提供能量緩沖，級(jí)聯(lián)LC濾波器L2和C8用于減少輸出電壓紋波。C6和C7選擇低內(nèi)阻（ESR）的電容以最小化輸出電壓紋波。
• 反饋和調(diào)節(jié)：輸出電壓由TL431參考控制IC（IC3）控制，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)C9、C10、R2、R3和R5構(gòu)成環(huán)路補(bǔ)償電路，使反饋能夠精確匹配動(dòng)態(tài)變化的負(fù)載條件，提供穩(wěn)定控制。光耦I(lǐng)C2用于將控制信號(hào)傳輸?shù)絀CE3BS03LJG的“反饋”輸入，所選光耦應(yīng)滿足DIN VDE 884要求以獲得更寬的爬電距離。

（四）特殊功能電路

• 負(fù)載跳變消隱窗口：在負(fù)載跳變時(shí)，控制器提供消隱窗口，避免在激活過載保護(hù)和進(jìn)入自動(dòng)重啟模式之前誤觸發(fā)。消隱時(shí)間有基本模式和可擴(kuò)展模式兩種設(shè)置方式。
• 抖動(dòng)模式：ICE3BS03LJG的頻率抖動(dòng)功能可降低EMI噪聲，抖動(dòng)頻率內(nèi)部設(shè)定為65kHz（±2.6kHz），抖動(dòng)周期為4ms。

五、測試結(jié)果

（一）效率

通過效率與AC線路輸入電壓以及輸出功率的關(guān)系曲線可以看出，該評(píng)估板在不同輸入電壓和輸出功率下都能保持較高的效率，滿載時(shí)效率大于80%。

（二）輸入待機(jī)功率

在無負(fù)載和不同負(fù)載情況下，輸入待機(jī)功率都能滿足設(shè)計(jì)要求，無負(fù)載時(shí)小于100mW，0.5W負(fù)載時(shí)小于1W。

（三）線路和負(fù)載調(diào)節(jié)

線路調(diào)節(jié)顯示了輸出電壓與AC線路輸入電壓在60W負(fù)載下的關(guān)系，負(fù)載調(diào)節(jié)則展示了輸出電壓與負(fù)載在230Vac輸入時(shí)的關(guān)系，兩者都表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

（四）最大過載輸出功率

最大過載輸出功率與AC線路輸入電壓的關(guān)系曲線表明，該評(píng)估板在不同輸入電壓下都能提供穩(wěn)定的過載輸出功率，Po_max = 74.28V ±3%。

六、總結(jié)

這款基于ICE3BS03LJG的60W 16V SMPS評(píng)估板在設(shè)計(jì)上充分考慮了高效、穩(wěn)定和安全等因素。其豐富的特性和良好的測試結(jié)果使其成為眾多AC/DC電源應(yīng)用的理想選擇。對(duì)于電子工程師來說，深入研究和應(yīng)用這款評(píng)估板，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)出更優(yōu)質(zhì)的電源產(chǎn)品提供有力支持。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否也遇到過類似的電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。