ICC80QSG 84W AC - DC參考設計 #2：適用于電動自行車電池充電器的高效解決方案

一、引言

在當今電子設備飛速發展的時代，電源設計對于各類設備的性能和穩定性起著至關重要的作用。特別是在電動自行車領域，電池充電器的性能直接影響著電池的壽命和電動自行車的使用體驗。今天我們要介紹的是Infineon的ICC80QSG 84W AC - DC參考設計 #2，它專為230V AC額定輸入和最大2A恒流（CC）輸出的電動自行車電池充電器而設計。

文件下載：Infineon Technologies REF_ICC80QSG_84W2_BPA參考設計板.pdf

二、設計概述

2.1 設計用途與范圍

這份工程報告圍繞84W AC - DC轉換器參考設計 #2（可訂購部件編號：REFICC80QSG84W2BPA）展開，該設計采用了Infineon的ICC80QSG反激式控制器和IPN70R450P7S MOSFET。此參考設計板通過外部添加電池安全開關和充電曲線控制電路，可用于電池充電應用。

2.2 目標受眾

該設計主要面向電源設計工程師和現場應用工程師，為他們在電動自行車電池充電器的設計中提供了一個高效、可靠的參考方案。

三、測試設置與安全信息

3.1 整體結構

此AC - DC參考設計由主板和插件板組成，二者連接形成具有次級側調節（SSR）恒流（CC）輸出的反激式轉換器。CC輸出設定點可通過0至5V的模擬輸入信號進行調節。

3.2 電池充電測試設置

若要將該參考設計板用于電池充電應用測試，必須外部添加電池安全開關和充電曲線控制電路，這些電路需根據電路板和電池規格進行工作。同時，嚴禁在未添加這些外部電路的情況下將參考設計板連接到任何電池，以確保安全。

3.3 其他測試設置

• 電子負載和DC源測試：可使用電子負載（恒壓/CV模式）和DC源（用于調節CC設定點）進行測試。
• 特定CC設定點測試：若僅測試最大CC設定點（2A）或最小CC設定點（0.2A），可采用相應的無DC源測試設置。
• EMI測試：對于84W全輸出功率的EMI測試，推薦使用特定的測試設置。
• 待機功率測試：對于空載系統待機功率測量，也有相應的推薦測試設置。

3.4 安全注意事項

該參考設計存在致命電壓，未經高壓電路操作培訓的人員不得操作該電路板，且在通電時不得讓電路板無人看管。此外，若CC插件板斷開，主板反激輸出將失去調節。

四、設計特點

4.1 輸出特性

• 可調節CC輸出：具有可調節的CC輸出設定點，范圍從0.2至2A。
• 寬輸出負載范圍：支持6至42V的寬輸出負載范圍。

4.2 性能優勢

• 高效低EMI：采用準諧振（QR）谷底開關，實現了高效率和低電磁干擾（EMI）。
• 高性能MOSFET：使用SOT - 223封裝的CoolMOS? P7作為具有成本效益的高性能反激式MOSFET。
• 高轉換效率：在230VRMS交流輸入下，全功率效率超過91%；在42V輸出負載下，四點平均效率超過91%。

4.3 低待機功耗

采用突發模式并降低柵極驅動器輸出電壓，以降低待機功率，在230VRMS交流輸入下，系統待機功率小于200mW。

4.4 功能特性

• IC禁用功能：支持通過外部下拉信號禁用IC。
• 可配置滯回：具有可配置的欠壓恢復（brown - in）和欠壓保護（brown - out）滯回。
• 自適應欠壓保護：基于總線電壓紋波的自適應欠壓保護觸發，在更高功率傳輸時以更高的欠壓保護水平更好地保護初級組件免受過溫和飽和影響。
• 全面保護功能：具備內部過溫保護（OTP）、輸出過壓保護（OVP）、VCC OVP、初級側過流保護（OCP）、欠壓恢復和欠壓保護等全面的保護功能。
• 軟啟動功能：軟啟動功能可減少啟動時組件的應力。

五、電路板規格

六、原理圖與PCB布局

6.1 原理圖

提供了主板原理圖和CC插件板原理圖，為工程師在電路設計和調試時提供了清晰的參考。

6.2 PCB布局

主板和CC插件板均采用單層PCB布局設計，并給出了PCB的頂部布局（帶尺寸）和底部布局圖，有助于工程師進行PCB設計和優化。

七、性能表現

7.1 效率

• 全輸出功率效率：在典型的230VRMS交流輸入下，84W全輸出功率的效率測量值超過92%，在整個交流輸入電壓范圍內效率超過91%。
• 四點平均效率：在42V負載下，四點平均效率超過91%；在24V負載下，四點平均效率在89%至90%之間。

7.2 待機功率

通過特定的測試設置，測量了空載條件下的輸入功率，為評估系統的待機功耗提供了數據支持。

7.3 欠壓恢復和欠壓保護

ICC80QSG不僅具有可配置的欠壓恢復和欠壓保護滯回，還能根據總線電壓紋波進行自適應欠壓保護觸發。在不同的測試條件下，該參考設計在更高功率傳輸時表現出更高的欠壓保護水平，同時確保了欠壓恢復和欠壓保護之間有足夠的滯回，能更好地保護初級組件。

7.4 熱測試

在室溫下，使用紅外熱成像相機對電路板進行了一小時的全輸出功率（84W）運行后的熱測量，給出了PCB底部和頂部組件的紅外熱成像結果，有助于工程師評估電路板的散熱性能。

7.5 傳導發射

在84W全輸出功率下進行了傳導發射測試，根據EN 55022標準B類限制，在火線和零線測量中均觀察到超過6dB的余量，表明該設計在電磁兼容性方面表現良好。

八、物料清單與變壓器規格

8.1 物料清單

詳細列出了主板和CC插件板的物料清單，包括各個元件的設計代號、描述、型號和制造商，為工程師在采購和組裝電路板時提供了準確的信息。

8.2 變壓器規格

給出了反激式變壓器（T1）的規格圖，為變壓器的選型和設計提供了參考。

九、總結

Infineon的ICC80QSG 84W AC - DC參考設計 #2為電動自行車電池充電器的設計提供了一個全面、高效、可靠的解決方案。其豐富的設計特點、良好的性能表現以及詳細的設計文檔，為電源設計工程師和現場應用工程師提供了極大的便利。在實際應用中，工程師可根據具體需求對該參考設計進行適當的調整和優化，以滿足不同的設計要求。你在使用類似設計時遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗。