1 前言

ICE3BRxx65JF系列是最新的集成功率IC；該F3R CoolSET? 系列產品采用Fullpak封裝，由F3R DIP-8 CoolSET?發展而來。該系列集成了先進的MOSFET；采用CoolMOS? 技術和TO-220 6引腳Fullpak封裝，它可在40W至150W的中等功率范圍內工作，并削減了PCB占板空間，適用于DVD播放器/錄像機、藍光播放器/錄像機、機頂盒、適配器、輔助電源、LCD監視器、LCD TV等中等功率應用。

該系列產品的兩個最突出的特性是主動突發模式和頻率抖動，可在待機模式下實現極高的能源效率和較低的EMI輻射。其他基本特性包括較寬的電源電壓范圍、軟啟動、適用于過載的可調消隱時間、傳播延遲補償和內置自動重啟保護功能（如過壓保護、過載保護、開環回路控制、過溫保護、外部保護引腳等）。

ICE3BRxx65JF可輕松滿足4級能效標識要求。ICE3BRxx65JF在一個Fullpak封裝內集成了上述全部技術和特性，成為中等功率應用的理想解決方案。

2 重要特性

內置啟動單元并具備抗雪崩能力的650V CoolMOS? 器件

具備頻率抖動特性的67kHz固定轉換頻率

BiCMOS技術實現較寬的電源電壓范圍

主動突發模式實現出類拔萃的低待機功率

具備頻率抖動功能的軟柵極驅動可實現較低的電磁輻射

適用于過載、開環回路、過壓、欠壓和過溫保護的自動重啟保護模式

適用于短時最大系統功率的內置、可擴展消隱窗口

支持自動重啟的外部保護引腳

3 應用電路

由于ICE3BRxx65JF是集成了MOSFET和全部所需特性與功能的PWM控制器，因此連接該器件的電路得到了大幅簡化，可節省大量PCB空間。只需增加幾個電容器和電阻器即可實現全功能電源控制裝置（參考圖1）。

圖1 采用ICE3BR0665JF的100W、18V/5.56A基本應用電路

4 主要功能說明

4.1 主動突發模式

要想獲得極低的待機功率，需要在輕載條件下最大限度縮小傳導損耗和開關損耗。ICE3BRxx65JF采用自動啟動單元及BiCMOS設計，可有效降低功耗于IC控制器和外置起動電阻上。不過，主要損耗來自于開關元件的開關損耗。采用主動突發模式，可根據輸出負載，通過跳過轉換周期的方式，降低有效開關頻率。這種突發模式方案十分強健，不會導致系統不穩定，同時可實現極低的待機功率。

主動突發模式的控制方案如下文所述。

在輕載運行過程中，反饋電壓會隨著負載降低。當反饋電壓在20毫秒之內降至1.22V以下時，ICE3BRxx65JF就會進入主動突發模式。進入主動突發模式后，反饋電壓就會轉換至3.1V至3.6V之間。當反饋電壓達到3.1V，系統將停止轉換，這意味著輸出電壓仍然處于調制范圍。當反饋電壓增大，達到3.6V時，系統開始轉換，這意味著輸出電壓降至調制的下限。在進入主動突發模式期間，電流讀入限制被降低至標準控制的四分之一，這可有效降低可聽噪聲。如果輸出負載增大至標稱負載，反饋電壓會隨輸出電壓的降低而升高。如果反饋電壓達到4.5V，系統就會退出主動突發模式，恢復到正常運行狀態（參考圖2）。由于ICE3BRxx65JF在不斷監測反饋電壓，因此可快速處理負載突升情況，并有效減小輸出壓降。

圖2 主動突發模式下的運行圖表

在265V交流輸入電壓條件下，當負載為零時，測量的待機功率為92mW，當負載為0.3W時，待機功率為0.51W，當負載為0.5W時，待機功率為0.76W。（參考圖3）

圖3 采用ICE3BR0665JF 的電源的待機功率（零負載、0.3W負載和0.5W負載）

4.2 開關頻率調制（頻率抖動）

實施開關頻率調制的目的是在一個特定頻率至頻率延展范圍內通過整平峰值能量，獲得理想的EMI性能。所選的頻率延展寬度為開關頻率+/-4%：67kHz ± 2.7kHz，開關頻率調制期為4毫秒（250Hz）。頻率調制由采用數字方法生成的內部鋸齒信號實現，它可控制轉換時鐘的抖動模式，當信號達到波谷時，開關頻率為最大值，當信號處于鋸齒波形的波峰時，開關頻率線性地降至最低（參考圖4）。

圖4 開關頻率調制與測量的波形

圖5為采用ICE3BR0665JF的100W系統的EMI圖。從平均限制線來看，電磁輻射水平至少為5dB至10dB。

圖5  ICE3BR0665JF在100W負載和230V（交流）條件下的傳導性EMI圖

4.3 傳播延遲補償

電流模式PWM控制器采用峰值電流控制。不過，峰值電流控制受輸入電壓變化的影響而變得不精確。當達到峰值電流時，由于內部邏輯電路時延，在開關脈沖停止前會產生傳播延遲。傳播延遲時間在IC控制器里是固定的，但峰值電流會隨著電流上升時間而變化（ΔI/Δt），在低輸入線電壓至高輸入線電壓之間，峰值電流將變化3倍。較寬的輸入電壓范圍會導致峰值電流控制不精確。這也使得最大功率控制變得不精確。

經過控制的峰值電流亦會無可避免的超過預設的峰值電流限值。超出的幅度取決于電流上升時間；電流上升的速率越快，超出的幅度就越大，電流上升速率越慢，超出的幅度就越小。一個重要的關系是電流上升速率越快，占空比就越小，電流上升速率越慢，占空比就越大。這是傳播延遲補償技術的基本原理。補償技術根據不同的占空比變換峰值電流限值，這樣在電流上升速率較快的情況下，峰值電流限值降低，在電流上升速率較慢的條件下，電流限值增大（參考圖6）。采用這種補償技術，最大功率幾乎不受輸入電壓影響。

圖6 傳播延遲補償

采用傳播延遲補償電路的ICE3BRxx65JF可有效降低峰值電流的不精確度。ICE3BR0665JF演示板經過測量，在較寬的輸入電壓范圍內，最大峰值輸出功率約為4%（參考圖7）。

圖7  經過測量的采用ICE3B0665JF的電源的最大功率

4.4 平均效率

分別在115Vac和230Vac電壓條件下，在負載為25%、50%、 75%和100%時測量平均能效，測得的結果為85.5%和86.3%。在空載條件下，待機功率為92mW，可輕而易舉地滿足4級能效標識要求。4級能效標識對在115Vac和230Vac條件下的平均能效要求高于85%，對于無負載條件下的待機功率要求低于0.5W。

圖8 平均能效曲線

4.5 保護特性

保護特性是確定系統是否安全和強健的主要因素之一。因此，全面的保護特性是不可或缺的。ICE3BRxx65JF具備全部所需的保護特性，可確保系統安全運行。保護特性包括：過壓保護、過溫保護、過載保護、開環回路控制、欠壓保護、光耦合器短路保護、支持外部保護等。如果出現這些故障，系統將自動重啟，這意味著系統將短暫停止運行并重新啟動。如果故障持續，系統將再次停止運行，直至故障被排除，系統再次恢復正常運行。表1列示了保護特性和故障情況。

表1   保護特性列表

4.5.1 適用于過載保護的消隱時間（基本消隱時間和延長消隱時間）

過載保護對于電源而言十分重要，因為它可防止電源因長時間過載出現過熱情況。不過，如果保護定時過快，對于應用而言就缺乏足夠的靈活性。ICE3BRxx65JF采用消隱時間方案，在理想的消隱時間結束后實施保護，以便提供足夠的保護，與此同時還可確保一定的靈活度。

消隱時間方案可分為兩個模式：基本模式和延長模式。在基本模式方案中，消隱時間設置為20毫秒：即系統在20毫秒消隱時間結束后，進行保護狀態。在延長模式方案中，延長消隱時間可通過在BA引腳增加外置電容器（CBK），並加在基本模式后面，即總消隱時間＝基本時間+延長時間。

在出現過載故障的情況下，反饋(FB)電壓就會升高，達到4.5V。這時消隱時間方案被激活。該方案首先進入基本模式：20毫秒。如果BA引腳沒有安裝CBK 電容器，BA引腳的電壓就會立即通過內置的電流源IBK（13uA）從0.9V升高至4.0V。然后立即觸發自動重啟保護。如果在BA引腳安裝了CBK 電容器，只有BA引腳利用13uA電源，經過一段充電時間由0.9V升至4.0V時，才能觸發保護功能。充電時間被稱為延長的消隱時間（參考圖9）

總消隱時間

( Basic: 基本消隱時間; Extended: 延長消隱時間)

圖9  在過載保護過程中具備消隱時間的ICE3B0665JF框圖

圖10 顯示過載保護時的基本模式（左側）和延長模式（右側）消隱時間的波形

圖10 過載保護的消隱時間：基本模式（左側）和延長模式（右側）

5 結論

ICE3BRxx65JF系列F3R CoolSET? 是最新的集成功率IC。它具備一流的CoolMOS?器件、出類拔萃的低待機功率、良好的EMI性能、精確的最大功率控制及全面、靈活的保護，可輕而易舉地滿足4級能效標識的要求。所有這些技術和特性使ICE3BRxx65JF成為各種中等功率電源的理想產品。