ICE3BS03LJG是F3 PWM控制器系列中采用DSO-8封裝的最新成員。它適用于功率在30W到100W之間的各種中等功率應(yīng)用，譬如DVD播放器/刻錄機(jī)、機(jī)頂盒、適配器等。

ICE3BS03JG是一款體積極小的多功能器件。它采用了最新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)其功能和特性。由于采用了Bi-CMOS工藝，該器件具有更寬的工作電壓（Vcc）范圍。主動(dòng)突發(fā)模式是其從之前的產(chǎn)品中所保留的最重要的特性，利用該特性，可與啟動(dòng)單元一道共同實(shí)現(xiàn)最低的待機(jī)功耗。頻率抖動(dòng)以及軟柵驅(qū)動(dòng)特性可以有效地降低電磁干擾（EMI），并實(shí)現(xiàn)更出色的電磁輻射性能。創(chuàng)新的傳輸時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)可以為寬輸入范圍提供一個(gè)精確的內(nèi)部峰值電流限制，并且可以有效地優(yōu)化轉(zhuǎn)換器和輸出二極管的尺寸。內(nèi)置軟啟動(dòng)功能可以有效地降低啟動(dòng)時(shí)開(kāi)關(guān)元件的應(yīng)力。

另外，它還在栓鎖和自動(dòng)重啟模式下提供了強(qiáng)大的保護(hù)功能，如過(guò)溫、VCC過(guò)壓、線圈短路、開(kāi)環(huán)、過(guò)載保護(hù)等。它還提供了一個(gè)外部栓鎖保護(hù)引腳，以實(shí)現(xiàn)諸如輸出過(guò)壓、開(kāi)關(guān)元件過(guò)溫等用戶定義的保護(hù)功能。為了改善過(guò)載保護(hù)功能，該器件集成了可調(diào)節(jié)屏蔽時(shí)間特性，以便在很短的時(shí)間內(nèi)提供最大輸出功率。

憑借所有的這些集成在一個(gè)微小DSO-8封裝中的技術(shù)和特性，ICE3BS03LJG成為一個(gè)適用于中等功率應(yīng)用的完善解決方案。

ICE3B503LJG特性如下：

500V啟動(dòng)單元；帶有頻率抖動(dòng)特性的65kHz固定開(kāi)關(guān)頻率；采用BiCMOS工藝，VCC范圍更寬；主動(dòng)突發(fā)模式，可實(shí)現(xiàn)最低的待機(jī)功耗；采用頻率抖動(dòng)技術(shù)的軟柵驅(qū)動(dòng)，電磁干擾更低；內(nèi)置軟啟動(dòng)；采用傳輸時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的功率控制；包括VCC過(guò)壓、過(guò)溫以及線圈短路的栓鎖保護(hù)模式；包括過(guò)載、開(kāi)環(huán)、VCC欠壓等保護(hù)的自動(dòng)重啟模式；在短時(shí)間內(nèi)提供最大功率的內(nèi)置及可擴(kuò)展屏蔽窗口；外延栓鎖保護(hù)引腳。

應(yīng)用電路

由于ICE3BS03LJG是一款集成了所有的必要特性和功能的反激式PWM控制器，因此該器件的應(yīng)用電路十分簡(jiǎn)單。僅需要連接少量的電容和電阻即可實(shí)現(xiàn)完善的電源控制功能（見(jiàn)圖1）。

圖160W， 16V/3.75A應(yīng)用電路

主要實(shí)用特性

主動(dòng)突發(fā)模式實(shí)現(xiàn)超低待機(jī)功耗

隨著節(jié)能要求不斷提高，低待機(jī)功耗產(chǎn)品成為市場(chǎng)的主流。英飛凌科技公司所提出的創(chuàng)新概念就是主動(dòng)突發(fā)模式。在負(fù)載較小時(shí)，主要的功耗來(lái)自外部偏置電路損耗、芯片功耗以及開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)損耗。為了減少這些損耗，首先利用一個(gè)啟動(dòng)單元以消除啟動(dòng)電阻所帶來(lái)的功率損耗。其次，英飛凌拋棄市場(chǎng)上大部分芯片所采用的雙極工藝，采用BiCMOS工藝，從而大大降低了芯片功耗。第三，該器件采用了主動(dòng)突發(fā)模式，從而通過(guò)在負(fù)載較小時(shí)交替突發(fā)“打開(kāi)”和“關(guān)斷”開(kāi)關(guān)元件，以大大降低有效開(kāi)關(guān)頻率。突發(fā)模式方案十分強(qiáng)健，并不會(huì)使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。憑借這些技術(shù)，ICE3BS03LJG可以使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超低待機(jī)功耗。

對(duì)于60W的演示板，其在無(wú)負(fù)載時(shí)測(cè)得的待機(jī)功耗為58.48mW，在交流輸入電壓為265V，負(fù)載為0.5W時(shí)的待機(jī)功耗為0.71W（見(jiàn)圖2）。

圖2采用ICE3BS03LJG器件的電源待機(jī)功耗

主動(dòng)突發(fā)模式的控制方案如下所示。

在輕負(fù)載工作期間，反饋電壓隨著負(fù)載的減小而降低。當(dāng)VFB電壓降低到1.23V以下并持續(xù)20ms后，ICE3BS03LJG進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式。進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式之后，反饋控制電平被改變，以便器件工作在3.0V和3.5V之間。系統(tǒng)將在反饋電壓為3.0V時(shí)停止開(kāi)關(guān)，這意味著在這種工作模式下芯片一直在調(diào)節(jié)輸出電壓。隨后，輸出電壓將緩慢下降，同時(shí)反饋控制電平將緩慢上升。當(dāng)反饋電壓升至3.5V時(shí)，系統(tǒng)將開(kāi)始開(kāi)關(guān)操作，這意味著輸出電壓降低到調(diào)節(jié)范圍的下限。在突發(fā)“導(dǎo)通”期間，電流讀入閥值被降低到0.25V（正?？刂频?/4），從而可以有效地降低噪聲。當(dāng)輸出負(fù)載提高到正常負(fù)載時(shí)，反饋電壓將隨著輸出電壓的降低而增大。當(dāng)它達(dá)到4.0V時(shí)，系統(tǒng)將脫離主動(dòng)突發(fā)模式，并進(jìn)入正常工作狀態(tài)（見(jiàn)圖3）。由于ICE3BS03LJG在不斷監(jiān)測(cè)反饋電壓，負(fù)載跳變的響應(yīng)速度很快，使得輸出電壓下降最小化。

圖3主動(dòng)突發(fā)模式的框圖和示意圖

圖4在主動(dòng)突發(fā)模式下測(cè)得的波形

圖4是測(cè)得的波形，它示意說(shuō)明了在進(jìn)入以及離開(kāi)主動(dòng)突發(fā)模式之前和之后的工作狀態(tài)。

頻率抖動(dòng)和軟柵驅(qū)動(dòng)降低電磁干擾

有許多種方式可以降低電磁干擾（EMI）。ICE3BS03LJG采用了兩種最有效的方式：頻率抖動(dòng)和軟柵驅(qū)動(dòng)。

頻率抖動(dòng)周期性地改變開(kāi)關(guān)頻率，從而使得測(cè)得的能量信號(hào)不會(huì)具有一個(gè)固定的頻率。相反，它會(huì)使得信號(hào)的頻率在一個(gè)頻率范圍中平坦化。在這個(gè)頻譜內(nèi)測(cè)得的平均有效信號(hào)電平低于未采用頻率抖動(dòng)技術(shù)所測(cè)得的有效信號(hào)電平。圖5給出了一個(gè)使用了ICE3BS03LJG的60W演示板的傳導(dǎo)電磁干擾圖。平均數(shù)據(jù)曲線說(shuō)明具有＞30dB的容限。ICE3BS03LJG所選擇的頻譜范圍寬度為開(kāi)關(guān)頻率的±4%，65kHz ±2.6kHz，開(kāi)關(guān)調(diào)制周期為4ms（250Hz）。

圖560W ICE3BS03LJG演示板的傳導(dǎo)EMI圖

軟柵驅(qū)動(dòng)技術(shù)將柵級(jí)驅(qū)動(dòng)斜坡分割成兩段，從而使得MOSFET能夠以相對(duì)于單個(gè)斜坡更慢的速度開(kāi)啟（見(jiàn)圖6）。這種方式大大降低了ΔI/Δt噪聲，同時(shí)還降低了EMI頻譜圖上反映的噪聲信號(hào)。

圖6軟柵驅(qū)動(dòng)波形

傳輸時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的功率控制

對(duì)于某些應(yīng)用而言，嚴(yán)格的功率控制十分重要，這也是大多數(shù)應(yīng)用所期望的。這款芯片保留了非連續(xù)電流模式和最大峰值電流控制特性。然而，在不同輸入電壓下的最大功率變化仍然很大（＞30%）。這是由讀入端到柵控制端之間的邏輯電路的傳輸時(shí)延所造成的。典型的傳輸時(shí)延時(shí)間大約為200ns。為了保持快速的功率控制，需要進(jìn)行補(bǔ)償。ICE3BS03LJG利用了輸入電壓和占空比之間的反比關(guān)系，從而相應(yīng)地自動(dòng)調(diào)整峰值電流限制閾值（見(jiàn)圖7）。最終，它可以在不同輸入線壓下，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的功率控制。

圖7傳輸時(shí)延補(bǔ)償

對(duì)采用ICE3BS03LJG的60W演示板進(jìn)行的測(cè)量表明，在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)，峰值輸出功率的變化大約為3%（見(jiàn)圖8）。

圖860W ICE3BS03LJG演示板測(cè)量結(jié)果

增強(qiáng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)可靠系統(tǒng)設(shè)計(jì)

保護(hù)功能是決定系統(tǒng)是否可靠強(qiáng)健的一個(gè)重要因素。因此需要采用足夠的保護(hù)措施。

ICE3BS03LJG提供了所有必需的保護(hù)功能以確保系統(tǒng)安全工作。它提供了兩種保護(hù)功能：自動(dòng)重啟動(dòng)和栓鎖。自動(dòng)重啟動(dòng)可實(shí)現(xiàn)過(guò)載、開(kāi)環(huán)、Vcc欠壓、光耦合器短路等保護(hù)。對(duì)于那些諸如Vcc過(guò)壓、過(guò)熱、線圈短路等更嚴(yán)重的故障，它將進(jìn)入鎖存保護(hù)模式。一旦進(jìn)入了這種保護(hù)模式，只有在Vcc電壓需要降低到6.23V以下時(shí)，才能復(fù)位到正常工作模式。該器件設(shè)置了一個(gè)靈活的外延保護(hù)引腳，從而可以滿足用戶定制保護(hù)的要求，如輸出過(guò)壓、MOSFET過(guò)熱等保護(hù)。將BL引腳連接到＜0.25V的電壓即可方便地啟用保護(hù)模式，此時(shí)芯片將進(jìn)入栓鎖模式。

表1是保護(hù)模式和故障條件的列表。

表1 保護(hù)模式和故障條件

過(guò)載保護(hù)功能對(duì)于電源而言十分重要，因?yàn)樗梢苑乐闺娫丛陂L(zhǎng)時(shí)間過(guò)載狀態(tài)下出現(xiàn)過(guò)熱的情況。然而，如果保護(hù)時(shí)間太短，對(duì)特定應(yīng)用而言就不夠靈活。

ICE3BS03LJG提供了一個(gè)屏蔽時(shí)間方案，該方案可以在經(jīng)過(guò)期望的屏蔽時(shí)間之后進(jìn)入保護(hù)模式，因此它可以在提供足夠保護(hù)的同時(shí)，保持一定程度的靈活性。

這個(gè)屏蔽時(shí)間方案被劃分成兩種模式：基本模式和擴(kuò)展模式。在基本模式方案中，屏蔽時(shí)間被內(nèi)置為20ms，即系統(tǒng)將在20ms的屏蔽時(shí)間之后進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。在擴(kuò)展模式方案中，可以通過(guò)在BL引腳上增加一個(gè)外部電容（CBK）以在基本模式的基礎(chǔ)上提高屏蔽時(shí)間，也就是說(shuō)總的屏蔽時(shí)間=基本屏蔽時(shí)間+擴(kuò)展屏蔽時(shí)間。

當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載故障時(shí)，反饋（FB）電壓將會(huì)升高，直到4.0V。隨后屏蔽時(shí)間方案將被激活。該方案將首先進(jìn)入基本模式：20ms。如果在BL引腳上沒(méi)有CBK電容，BL引腳上的電壓將立刻被一個(gè)13mA的內(nèi)部電流源從0.9V充電至4.0V。隨后，它將立即啟動(dòng)自動(dòng)重啟動(dòng)保護(hù)功能。如果BL引腳上連有一個(gè)CBK電容，那么只有在經(jīng)過(guò)額外的充電時(shí)間，在BL引腳上的電壓被13mA電流源從0.9V充電至4.0V時(shí)，才能啟動(dòng)保護(hù)功能。這個(gè)充電時(shí)間被稱(chēng)為擴(kuò)展屏蔽時(shí)間（見(jiàn)圖9）。

圖9過(guò)載保護(hù)時(shí)的屏蔽時(shí)間的框圖

總屏蔽時(shí)間T屏蔽=基本屏蔽時(shí)間+擴(kuò)展屏蔽時(shí)間=20ms+

圖10給出了過(guò)載保護(hù)時(shí)在基本模式（左）以及基本加擴(kuò)展模式（右）下捕獲到的屏蔽時(shí)間波形。

圖10 過(guò)載保護(hù)時(shí)的屏蔽時(shí)間：基本模式（左）和擴(kuò)展模式（右）

結(jié)語(yǔ)

ICE3BS03LJG是英飛凌最新推出的一款功率控制芯片。它具有極低的待機(jī)功耗，良好的EMI特性，嚴(yán)格的最大功率控制，強(qiáng)健的保護(hù)功能等。所有的這些技術(shù)和特性使得ICE3BS03LJG成為中等功率電源應(yīng)用的最佳解決方案。

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