基于CoolSET? ICE5BR2280BZ - 1的22W室內空調輔助電源設計

一、引言

隨著智能家居的發(fā)展，新一代空調具備了無線控制、智能傳感和觸摸屏顯示等先進功能。為了給這些模塊和傳感器提供穩(wěn)定的直流電源，設計高效、可靠的輔助電源變得至關重要。英飛凌推出的CoolSET? 第五代固定頻率增強型ICE5BR2280BZ - 1開關控制器，為這一需求提供了有效的解決方案。

文件下載：Infineon Technologies REF_5BR2280BZ-1_22W1參考板.pdf

二、設計亮點

2.1 輕載高效與低待機功耗

在空調運行中，大部分時間處于室溫穩(wěn)定的閑置狀態(tài)，輔助電源輕載運行。ICE5BR2280BZ - 1采用頻率降低開關方案，在輕載時降低開關頻率，減少開關損耗。在25%負載和標稱輸入電壓下，效率可達80%以上。

2.2 簡化電路與高度集成

CoolSET?開關控制器將控制器和高壓MOSFET集成在一個節(jié)省空間的DIP - 7封裝中，減少了元件數(shù)量，簡化了PCB布局，便于采用傳統(tǒng)波峰焊工藝進行制造。

2.3 自動重啟保護方案

為了減少系統(tǒng)故障對用戶的影響，ICE5BR2280BZ - 1為所有異常保護實現(xiàn)了自動重啟模式，避免系統(tǒng)鎖定，提高用戶體驗。

三、設計細節(jié)

3.1 參考板設計

該文檔提供了完整的設計細節(jié)，包括規(guī)格、原理圖、物料清單（BOM）、PCB布局和變壓器設計，以及性能測試結果。

3.2 電源規(guī)格

3.3 電路描述

3.3.1 EMI濾波與線路整流

輸入電源取自85V AC - 264V AC的交流電網(wǎng)。保險絲（F1）保護系統(tǒng)免受過流影響，壓敏電阻（VAR1）吸收線路浪涌能量，X電容（C16）和共模扼流圈（L2）降低EMI噪聲，橋式整流器（BR1）將交流輸入整流為直流，由大容量電容（C5）濾波。

3.3.2 反激式轉換器功率級

由變壓器（TR1）、CoolSET?開關控制器、三個次級整流二極管（D1、D3、D4）、次級輸出電容（C2、C12、C22）和輸出濾波電感（L1）組成。初級HV MOSFET導通時，能量存儲在變壓器中；關斷時，能量釋放到輸出電容和負載。

3.3.3 通過CoolSET?控制反激式轉換器

• 電流檢測：ICE5BR2280BZ - 1通過CS電阻（R14和R16）進行逐周期初級峰值電流控制，避免變壓器飽和。
• 反饋與補償網(wǎng)絡：電阻分壓器（R24和R27）感測輸出電壓，通過誤差放大器TL431（U4）和光耦（U3）將參考電壓發(fā)送到反饋（FB）引腳，采用Type II補償網(wǎng)絡（C13、C17和R22）穩(wěn)定系統(tǒng)。

3.3.4 獨特特性

• 快速自啟動和VCC維持：采用共源共柵結構快速充電VCC電容，通過連接到GATE引腳的上拉電阻啟動。啟動后，VCC通常由變壓器的輔助繞組維持。
• 帶頻率降低的CCM、DCM運行：可在不連續(xù)傳導模式（DCM）或連續(xù)傳導模式（CCM）下運行，具有頻率降低功能，參考板設計為在工作輸入電壓和負載條件下以DCM模式運行。
• 帶調制柵極驅動的頻率抖動：頻率抖動功能可降低EMI噪聲，抖動頻率為65kHz的±4%，抖動周期為4ms。
• 通過保護功能提高系統(tǒng)魯棒性和可靠性：提供VCC過壓（OV）和欠壓（UV）、過載、過溫、VCC對地短路等全面保護。

3.3.5 鉗位電路

由二極管、電容和電阻（D2、C6、R2、R5、R9）組成，用于降低CoolSET?開關控制器集成HV MOSFET的DRAIN引腳的開關電壓尖峰。

3.3.6 PCB設計建議

• 開關功率環(huán)路應盡可能小，包括HV側和三個輸出側環(huán)路。
• 采用星型接地連接減少高頻噪聲耦合。
• 分離HV和LV組件，減少雷擊浪涌時的閃絡機會。
• 必要時加寬MOSFET的DRAIN引腳的PCB銅箔作為散熱片。

3.4 測量數(shù)據(jù)和圖表

通過實際測量，得到了效率曲線、待機功率、線路和負載調節(jié)、最大輸入功率、ESD抗擾度、浪涌抗擾度、傳導發(fā)射和熱測量等數(shù)據(jù)。例如，在不同輸入電壓和負載條件下，效率表現(xiàn)良好，單輸出效率可達82%以上。

3.5 波形和示波器圖

記錄了滿載啟動、軟啟動、Drain和CS電壓、頻率抖動、負載瞬態(tài)響應、輸出紋波電壓等波形，有助于分析電源的動態(tài)性能。

四、總結

基于CoolSET? ICE5BR2280BZ - 1的22W室內空調輔助電源設計，具有輕載高效、低待機功耗、電路簡化和保護功能全面等優(yōu)點。通過合理的電路設計和PCB布局，滿足了電源的各項性能要求。各位工程師在實際應用中，可根據(jù)具體需求對設計進行優(yōu)化和調整。大家在設計過程中遇到過哪些類似的電源設計挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享。