新型CoolSET系列功率因数控制器ICE1PD265G

1．引言

　　ICE1PD265G是德国英飞凌技术公司（Infineon Technologies AG）推出的新型CoolSET系列功率因数控制器。，该控制器采用英飞凌公司最新的CoolSET技术生产，内部集成了PFC控制电路和最新的CoolMOS功率MOSFET。ICE1PD265G功能完善，外围电路设计快速简捷，同时进一步降低了开关损耗，系统效率大大提高。

2. 特点和引脚说明

2.1 特点

　　ICE1PD265G具有以下特点：
　　（1）功率因数接近于1；
　　（2）内部同时集成了控制器和CoolMOS功率MOSFET；
　　（3）启动电流低；
　　（4）内置零电流检测器，适用于非连续工作模式；
　　（5）内置输出过压保护电路；
　　（6）内置欠压锁定电路；
　　（7）内置启动定时器；
　　（8）内置带有源箝位功能的大电流图腾柱式驱动输出电路；
　　（9）具有上升沿消隐功能；
　　（10）比较器和乘法器的失调电压低，适用于宽限输入应用；
　　（11）内置高精度放大器，能够有效抑制开关干扰。

2.2 引脚说明

　　ICE1PD265G采用P-DSO-16脚封装，其引脚排列如图1所示。ICE1PD265G的引脚功能简介如下：

　　·GND（引脚1、16）：信号地。
　　·VSENSE（引脚2）：电压放大器反相输入端。该端通过电阻分压器与前置变换器的输出端相连。在引脚2和引脚3之间接入反馈电容后，误差放大器将起到积分器的作用。
　　·VAOUT（引脚3）：电压放大器输出端。该端在控制器内部与乘法器的一个输入端直接相连。为了防止过冲，该端被内部箝位于5V。如果输入电压低于2.2V，栅极驱动电路将被关断。如果流入该端的电流超过电压放大器的阈值，乘法器的输出电压将下降，避免过压故障影响到升压功率MOSFET。
　　·MULTIN（引脚4）：乘法器输入端。该端通过电阻分压器与整流电路的输出电压相连。
　　·n.c.（引脚5、12）：空。
　　·DRAIN（引脚6、7、8、9、10、11）：内置CoolMOS的漏极。
　　·ISENSE（引脚13）：电流检测信号输入端。该端同时也与内置CoolMOS的源极相连。而内置CoolMOS的源极电流的大小则由该端的外接电流检测电阻控制。
　　·VCC（引脚14）：偏置电源接入端。偏置电源由升压电感上的辅助绕组提供。为了吸收偏置电流中的尖峰信号，该端应外接一只100nF的陶瓷电容。
　　·DETIN（引脚15）：零电流检测信号输入端。该端与升压电感的辅助绕组相连，对电感电流的过零状态进行检测。

3. 工作原理

　　ICE1PD265G是采用独特的CoolSET技术开发出来的一种新型集成控制器，将控制器和开关管集成在同一块芯片上，能够有效降低变换器的体积和重量，提高系统的散热性能，如图2所示。

　　ICE1PD265G内部集成了宽带电压放大器、过压调节器、单相限乘法器、电流比较器、零电流检测电路、PWM逻辑电路、图腾柱式驱动输出电路、精密基准电源、重启动定时器、欠压锁定电路以及CoolMOS晶体管，其原理框图如图3所示。
　　在电压放大器反相输入端（引脚2）和输出端（引脚3）之间接入外接电容构成积分器，以实现对输出平均电压的监测。为了实现对整流电压纹波中二次谐波的抑制，该积分器的带宽通常都在20Hz以下。电压放大器的增益带宽为3MHz，相位裕量为80度。电压放大器的非反相输入端接2.5V的内部偏置电压，其输出端则直接与乘法器的输入端相连。当VSENSE（引脚2）上的电压低于0.2V或VAOUT（引脚3）上的电压低于2.2V时，驱动电路被禁止。另外，由于CoolMOS功率MOSFET与控制电路集成在一起，必须要考虑开关干扰问题，电压放大器专门对此进行了优化处理，能够最大限度的减小开关干扰的影响。
　　当前置变换器启动、掉载或输出弧光放电时，输出电压将发生急剧变化，由于积分器的带宽比较窄，控制器将可能无法对此作出及时的响应。为此，在输出电压发生急剧变化时，积分器的差动输入电压保持为零，峰值电流信号通过外接电容流入VAOUT。如果该电流的大小超过控制器内部设定的极限值时，乘法器的输出信号将在过压调整电路的作用下有所下降，进而缩短了CoolMOS功率MOSFET的导通时间，输出电压得以控制。
　　单相限乘法器将根据直流输出电压和交流半波整流电压对驱动电路进行控制。乘法器的输入端在较宽的动态范围内都能够保持很好的线性度，其输出端被内部箝位于1.0V，因此在启动过程中，CoolMOS功率MOSFET得到有效保护。
　　外接电流检测电阻将CoolMOS功率MOSFET的源极电流转换为电压检测信号，并与乘法器的输出信号相比较。为了防止负脉冲信号输入电流比较器，特意加入一个电流源。在ISENSE（引脚13）上的电位低于电位时，该电流源将向ISENSE引脚提供电流。上升沿消隐时间大约为220ns，在此期间，CoolMOS功率MOSFET的导通峰值电流将被屏蔽。因此，在低载状态下，THD也非常小。
RS触发器的作用是保证在给定周期内，驱动输出端上开通或关断驱动信号是唯一的。
　　零电流检测器通过辅助绕组实现对电感电流的检测，确保在电感电流过零时CoolMOS功率MOSFET进入下一个导通周期。这样，升压二极管的反向恢复损耗大大降低。当分流电阻上的电压达到乘法器的输出电压时，CoolMOS功率MOSFET关断。因此，升压电流波形实际上连续的三角波，不存在死区间隔。
　　为了避免误触发，零电流比较器采用了施密特触发器结构，其滞回电压为0.5V。为防止过零比较器在过压状态下被击穿，其输入端被内部5V箝位。另外，辅助绕组上需要串接一只限流电阻。
　　ICE1PD265G内部集成了重启动定时器，当CoolMOS功率MOSFET的关断时间超过150ns，重启动定时器将生成重启动脉冲。
　　当VCC上的电压升至其上限阈值VCCH时，欠压锁定电路将使ICE1PD265G开通；而当VCC上的电压降至其下限阈值VCCL时，ICE1PD265G关断。在整个启动过程中，偏置电流将小于100μA。
启动电流由外接启动电阻提供。偏置电源则由辅助绕组和与之串接的二极管提供，参见图2-12-5。
　　ICE1PD265G的工作波形图如图4所示。

4 典型应用
　　ICE1PD265G控制的有源功率因数前置变换器的原理图如图5所示。