新型电源集成块ICE2A165解析及应用电路设计

摘要：为了提高电源的稳定性，降低故障率，同时又能简化电路，节省成本，介绍一种新型电源集成块ICE2A165，利用ICE2A165设计了一款开关电源。ICE2A165内合场效应开关管，可以直接激励开关变压器工作，再辅以精密三端比较器和光电耦合器就构造出了高性能的开关电源。通过合理选择外部元件的参数，可以使开关电源既有较宽的稳压范围，又有比较灵敏的保护特性。这样既拓宽了电源对市电的适用能力，又降低了故障几率。实践表明，基于ICE2A165的开关电源能在110～240V交流环境中稳定输出+5 V和+12V，长时间工作，电路也非常稳定可靠。
关键词：ICE2A165；解析；TL431；开关电源；电路设计

ICE2A165是一种新型低碳电源IC(集成块)，而且有着众多的姊妹芯片，利用ICE2A165或其姊妹芯片可以设计出各种功率开关电源，这些开关电源可以用于数字电视机顶盒、影碟机、电源适配器、喷黑打印机、扫描仪等设备中。

1 ICE2A165介绍
1．1 内部结构
ICE2A165是德国Infineon公司推出的电源IC，其内部结构如图1所示，它内含场效应开关管、门驱动器、振荡器、电源管理模块、保护单元、限流电路等。具有外围元件少、启动电流小(55μA)、稳压范围宽、保护功能全等特点。

1．2 引脚功能
1脚：软启动端。外接软启动电容，由于电容的充电效应，使得电路工作后，1脚电压逐步上升，开关脉冲的宽度由窄变宽，输出电压由小增大，逐步达到稳定值。软启动特性如图2所示，当1脚电压Us达到5．3 V时，软启动结束，开关管栅极脉冲uG的宽度达到稳定值。软启动时间由1脚外部电容的容量来决定，可按下式进行计算。
T=1．69 Rss·Css (1)
式(1)中，T为软启动时间，Rss为软启动电阻的阻值，在常温下，其值为50 kΩ，Css为1脚外部电容的容量。例如，当1脚外部电容的容量为10 nF时，软启动时间为0．85 ms左右。由于采用软启动，可以减小开机瞬间电源对负载的冲击，有利于延长电源和负载的寿命。
2脚：反馈端，用于稳压控制。该脚电压越低，开关管饱和时间就越短，输出电压也就越低；若该脚电压越高，开关管饱和时间就越长，输出电压也越高。当稳压环路开路或负载过载时，2脚电压会达到4．8 V以上，保护电路被激活，开关管截止，电路进入保护状态(属自动重启模式)。
3脚：内部开关管的源极，兼源极电流检测。当该脚电压超过1V，且持续200ns时，限流电路工作，使开关管提前截止，以限止源援电流的上升，防止开关管损坏。
4脚、5脚：内部开关管漏极，与开关变压器初级相连。
6脚：空脚。
7脚：内部电路供电端。该脚电压达到13．5 V时，内部电路启动。电路启动后，只要该脚电压保持在8．5 V以上，电路将继续工作。若该脚达到l6.5 V以上时，过压保护电路被激活，开关管截止，电路进入保护状态(属自动重启模式)，此时，7脚电压大幅度摆动。
8脚：接地端。
ICE2A165有多个姊妹芯片，它们的内部结构及引脚功能均相同，主要参数如表1所示。表中，P0表示带6 cm2散热片时的最大输出功率；ID表示开关管的最大电流；VDS表示开关管的耐压；fn表示援荡器正常工作时的振荡频率；fs表示振荡器待机时的振荡频率；RDS表示开关管的导通电阻。在满足电路要求的前提下，这些芯片可以相互替代。芯片的过热保护点都为140℃(属自动重启模式)。
1．3 封装形式
ICE2A165及其姊妹芯片均采用PG-DIP-8-6封装形式，其外形及尺寸如图3所示。

2 应用电路设计
利用ICE2A165设计出的开关电源如图4所示，该电源能输出+5V和+12V直流电压。ICE2A165无需带散热片，开关变压器选用MKB28-818。

2．1 交流输入及整流滤波电路
通电后，220 V市电经电源开关SW、保险管F1、互感滤波器L1送到桥式整流电路，由VD1～VD4进行整流，再由C3滤波，得到300 V左右的直流电压。
因电源功率不大，保险管选用0．5～0．63 A即可；采用一节互感滤波器来滤除电网中的干扰，L1选用LT028、UU9．8等型号；整流二极管VD1～VD4选用1N4007(整流二极管上无需并联0．01μF的电容)，C3选用33～100 μF。
2．2 ICR2A165的7脚外部电路
7脚外接启动电路和补给供电电路。通电后，C3上的300V电压经启动电阻R1、R2对电容C5充电，当C5上的电压达到13．5 V时，内部电路启动，ICE2A165开始工作，内部开关管随即进入开关工作状态。
电路启动时，ICE2A165的7脚索取的电流小于55μA，电路工作后，7脚索取的电流达5 mA，若此时再由启动电阻R1、R2来给7脚供电，则无法满足7脚的需求，因此电路中应设补给供电电路。补给供电电路由开关变压器的3～4绕组、D6、R3等元件构成。电路工作后，开关变压器3～4绕组上的脉冲电压经D6整流，再由R3和C5滤波后得到14 V左右的直流电压给7脚供电，以满足内部电路的要求。
R1和R2的总阻值在800～1 000 kΩ之间，C5的容量一般在33～82μF，R1、R2、C5的取值不能太大，否则会导致电路启动困难，甚至不能启动。7脚的正常工作电压应设计在12～14 V，若太低，会使过压保护变得不灵敏；若太高，又会使过压保护变得太灵敏。R3的值一般在10 Ω以下即可。
2．3 稳压电路
稳压取样点设在主电压+5 V输出端，由精密型三端比较器IC2(TL431)和光电耦合器IC1(PC817)配合IC3内部电路来完成稳压控制，它能将取样点的电压稳定在U0上，U0的大小可由式(2)计算。

式(2)中，VREF为TL431内部的基准电压，等于2．5 V，R11和R10分别代表R11和R10的阻值，若将图中的电阻阻值代入式(2)中，可以算出U0=5V。另外，从式(2)中还可发现，通过改变R11和R10的阻值就可对输出电压的高低进行设计。
稳压过程是这样的：当某种原因引起各路输出电压升高时，+5 V电压也必升高，经R11和R10分压取样后，使IC2的1脚电压上升，IC2导通增强，光耦IC1内部发光二极管发光增强，光电三极管导通增强(内阻变小)，从而使IC3的2脚电压降低，经内部电路处理后，进丽使内部场效应开关管饱和时问缩短，开关变压器储能减少，各路输出电压下降，达到稳压的目的。如果输出电压降低，则稳压过程与上述过程相反。
值得注意的是，在设计电路时，取样点一定要设在主电压输出端上，并根据主电压的大小要求来确定R10和R11的值，R10和R11一定要选用精密电阻，误差在1％以内。R5的取值范围应为0．3～1 Ω，R5越小，电源的稳压范围就越宽，但内部开关管的功耗会加大，过流保护灵敏度会变差。在交流220 V环境下，R5取0．47 Ω比较合适。
2．4 反峰吸收电路
在ICE2A165内部开关管截止瞬间，开关变压器初级绕组会产生反峰电压，为了防止反峰电压击穿开关管，必须在开关变压器初级绕组上并联皮峰吸收电路，即R4、C4和VD6。VD5一定要选用高压快恢复管，如RF107、RGF10M等，C4的耐压必须在1 kV左右，R4的功率须在1 W以上。
2．5 直流输出电路
本电源输出+5 V、+12 V和-12 V 3路直流电压。+5 V为主电压，向负载提供的电流较大，一般用3 A整流二极管进行整流，如1N5821、1N5822等，滤波电容的容量也选择得比较大。+12 V和-12 V为副电压，向负载提供的电流较小，一般用1．5 A整流二极管进行整流，如HER152、HER153、HER154等，滤波电容的容量也适当小一些。

3 结束语
ICE2A165及其姊妹芯片是一类非常完美的新型电源集成块，因其内部包含了开关脉冲发生器和开关管，故外部电路比较简单，加上具有完善的保护功能，所以稳定性很好，故障率极低。实践表明，基于ICE2A165的开关电源具有极高电压稳定性，当交流电在110～220 V之间波动时，输出电压纹丝不动。在+5 V输出端接上5 Ω负载，连续通电24小时，ICE2A165上也无明显温升，电路运行十分稳定。可以说ICE2A165是设计中功率开关电源的首选芯片，它必将受到广大电子工作者的青睐，并具有广阔的应用前景。