新型反激变换器准谐振控制器ICE1QS01及其应用电路与设计

1、新型反激变换器准谐振控制器ICE1QS01及其应用电路与设计<        摘要： ICE1QS01是一种支持低功率待机和功率因数校正（PFC）的开关电源准谐振控制器。介绍了ICE1QS01的基本结构、工作原理及其应用电路与设计。    关键词：准谐振控制器；ICE1QS01；反激变换器；设计    引言    ICE1QS01是英飞凌公司推出的一种输出功率范围从1W到300W，带或不带功

2、率因数校正（PFC）的反激式变换器控制器。该控制器IC工作在准谐振模式，典型应用包括TV，VCR，DVD播放机，卫星接收机和笔记本电脑适配器等。    为了在轻载下降低功率消耗，ICE1QS01随着负载的减小，其开关频率逐步数字式地降至20kHz的最低值。同时，随频率降低保持准谐振模式。在从满载到空载的整个负载范围内，能够平稳工作。当工作频率降低时，IC的数字抗抖动电路可以消除过零信号的连续跳动，尤其是可以避免电视机中因偏转引起的负载连续变化产生的抖动。为了减小功率MOSFET的开关应力，功率晶体管总是在最低的电压上接通。电压调整既可利用内部误差放大器，

3、也可利用外部光耦合器。由于采用新的初级调节方法，在变压器控制绕组与控制输入之间的外部整流电路，可用一个电压分配器来取代。在待机模式下，IC自动进入突发模式，待机输入功率远低于1W。保护功能包括Vcc过压/欠压锁定，主线电压欠压关断和电流限制等。ICE1QS01的启动电流仅约50A，它是一种低功耗绿色SMPS芯片。    1 芯片的封装与电路组成及其功能与工作原理    ICE1QS01采用P-DIP-8-4封装，引脚排列如图1所示。表1列出了各引脚的功能。    表1 引脚功

4、能     引 脚     符 号     功 能 简 述     1     N.C     未连接     2     PCS     初级电流模拟（simulation）输入     3

5、60;   RZI     调整与过零信号输入     4     SRC     软启动和调整电容器连接端     5     OFC     过电压故障比较器输入     6     GND  &

6、#160;  地     7     OUT     MOSFET栅极驱动器输出     8     VCC     电源电压施加端     ICE1QS01芯片主要由比较器，触发器和数字处理电路组成，具体如图2所示。    在图2所示的电路中，左上角部分为折

7、弯点（foldbackpoint）校正单元。该部分电路的功能是在MOSFET导通期间，从脚RZI流出一个电流，电流源CS4提供的0.5mA的电流被扣除，所得到的电流I4乘以0.2（即为I3），被馈送到IC的PCS脚，从而增加PCS脚外部电容的充电电压斜率。当AC线路电压升高时，MOSFET的导通时间缩短，最大输出功率保持不变。主线电压通过Vcc偏置绕组并经连接在脚RZI上的一支电阻来检测。    在脚RZI内部，门限电平5V和4.4V的比较器用于初级调整，门限电平1V和50mV的比较器分别是振铃抑制时间比较器和过零信号比较器。  &#

8、160; 在图2的右上角是计数器、定时器和比较器组成的数字频率降低电路以及反相输入端为VRM=4.8V与VRH=4.4V并带VRH锁定的比较器和反相输入端VRL=3.5V并带VRL锁定的比较器。    在图2的中央是软启动和通断（onoff）触发器。软启动触发器通过通断触发器的上升沿（并利用沿检测器ED1）置位。通断触发器通过反相输入端15V的比较器（图2左下方）置位。该比较器上面是20V的Vcc过电压比较器，下面是14.5V和9V的欠电压比较器。IC脚PCS内部电阻R2连接一个开关，该开关由一个与门输出控制，与门的输入来自通断触发器的输出。在

9、开关接通时，脚PCS外部电容放电到1.5V。当进入PCS脚的电流低于100A时，在主线欠电压比较器输出产生一个低电平输出信号。该输出信号经一个与门和或门电路置位脉冲锁定触发器，与门的另一个输入是接通时间触发器的反相输出。    位于图2中间下方的是突发触发器和脉冲锁定触发器。突发触发器由IC脚SRC内的2V比较器输出置位。突发触发器的输出，连接到脉冲锁定触发器的置位输入。脉冲锁定触发器的输出，影响接通时间触发器的复位输入。接通时间触发器的输出，连接到IC脚OUT内的输出缓冲器。脉冲锁定触发器也可由20V的过电压比较器置位。  

10、0; IC脚SRC内部的电流源CS1为SRC脚外部电容器提供500A的放电电流。与CS1并联的电流源CS2，通过软启动触发器激活。CS2的电流通过50ms定时器控制逐步改变，以此为软启动产生上升的调节电压。    一个20k的上控电阻R1下端在内部连接到SRC脚，上端通过开关连接到5V的参考电压。该开关由一个触发器的输出控制，该触发器通过接通时间触发器的输出下降沿置位，以产生振铃抑制时间。接通时间触发器由过零信号经过一个与门复位，该与门的另一个输入是下部第二个触发器的输出。当RZ1脚上的脉冲高度超过4.4V的门限时，第二个触发器置位。 

11、;   在图2右上部的数字频率减小电路中，4位加/减（UP/DOWN）计数器的寄存数决定变压器退磁后的过零信号数。过零信号计数器计数输入过零信号，并由一个比较器检测和放大。只要过零计数器存储数与加/减计数器存储数相等，比较器就发送一个输出信号至接通时间触发器，从而使功率MOSFET导通。为避免抖动，加/减计数器的存储数仅在50ms定时器确定的每个50ms周期之后加1或减1改变，这种变化取于VRH和VRL锁存        【内容导航】     &

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13、#160;       状态。如果两个锁存处于低态，计数器增加1。如果仅VRL锁定置位，加/减计数器仍不变化。如果VRL和VRH被置位于高电平，加/减计数器减少1。在此之后VRH与VRL锁定被复位。在接下来的50ms内，VRH与VRL锁存将再次置位。当IC脚SRC上电压VSRC<3.5V时，VRL锁定置位，加/减计数器加1；当VSRC>4.4V时，VRH锁定置位，加/减计数器减1。在一个大的负载跳跃这后，为能迅速调节到最大的功率电平上，只要VSRC>4.8V时，加/减计数器被置位到1（0001）。图2 2 应用与设计

14、    2.1 应用实例与电路简析    图3是由ICE1QS01作控制器的200W高端电视机SMPS电路。该电路输入AC90264V，4路输出电压/电流分别为135V/0.75A，30V/1.2A，15V/0.5A和7V/1.2A。    连接于桥式整流器输出与大容量滤波电容C07之间线路上的电感器L08，二极管D08以及在D08正极与功率开关S01漏极之间的电容C08，组成PFC电荷泵电路。其作用是与输入端EMI滤波器一起，可在桥式整流器输入端产生正弦波电流。ICE1QS

15、01内集成低功率待机突发模式电路，可使待机输入功率低于1W。在负载减小时，利用集成数字处理电路能使开关频率逐步降低，并不产生任何抖动。当待机开关S1断开时，参考二极管D60导通，输出电压V2调节值由齐纳二极管D61确定。当ICE1QS01脚4上的VSRC低于2V时，集成在芯片上的突发模式电路启动。在激活内部突发模式比较器后，栅极驱动输出（OUT）切换到低电平，Vcc关闭门限由正常模式下的9V增加到14.5V。在突发模式期间，MOSFET导通时间至少为其最大导通时间的1/7。在突发之间的中断时间（tbreake）缩短，输出纹波通过跨越在AC主线输入与二极管D26和D27接点之间的电容C21的一个

16、附加充电电流而降低。    二极管D62为正常模式与待机突发模式之间的过渡状态而加入。当待机开关S1闭合但输出V2已经无载时，加入D62可保证在突发模式下的正常周期。当V2变低时，参考二极管D60被关断。    ICE1QS01脚3外部电阻R38和R29充当变压器脉冲的分压器，脚3上的脉冲幅度约为4V。电容C29用作减小变压器过冲。其脚2与DC干线电压之间的电阻R22决定欠电压锁定门限。R22与电容C22相结合，可固定最大可能输出功率。图3     2.2 主要元件选择

17、60;   2.2.1 变压器设计要点    在图3所示的应用电路中，变压器T1的参量已基本标明。在此仅简要叙述变压器的计算公式。    首先，必须计算SMPS最大输入功率。若SMPS最大输出功率为Pout(max)，效率为（通常取80），最大输入功率Pin(max)为    Pin(max)=Pout(max)/    （1）    在最低AC线路电压VAC(min

18、)下，SMPS初级平滑电容器（如图3中的C07）上的DC电压VDC(min)为        式中：Fhum=0.9，为初级电容器上100Hz电压纹波系数；    VAC(min)在通用宽范围AC供电线路下，通常为85V或90V。    在最高AC线路电压VAC(max)（如264V）下，初级电容器上的最高DC电压VDC(max)为        式中：Fc

19、p为在初级电容器上的过电压因数，当SMPS不带PFC时，Fcp=1；若SMPS带PFC，Fcp=1.1。    通过初级绕组的最大平均电流IP(max)可由式（4）计算。    IP(max)=Pin(max)/VDC(min)    （4）    变压器初级绕组匝数Np的计算公式为        式中：Vd(max)=600V，为MOSFET允许最高漏极电压；    Bmax=300mT，为变压器磁芯最大允许磁通密度；    Fos为初级绕组过冲因数，当不带PFC时，Fos=1.3，当带PFC时，Fos=1.8；    磁芯有效截面积Ae和参量AL，可以从根据Pin(max)选择的变压器提供的数据中查得