infineon公司的ICE5QR4770AG是准谐振700 V/800 V CoolSET™第五代电源器件,采用DIP-7和DSO-12封装,单封装内有两个单独芯片:一片是控制器,一片是HV MOSFET;有源突发模式使得最低待机功率小于100mW,数字频率以达到较好的系统效率,主要用在家用电器/白色家电,TV,PC和服务器的辅助电源,蓝光播放器,机顶盒和LCD/LED监视器.本文介绍了ICE5QR4770AG产品亮点和主要特性,框图,应用电路图以及采用ICE5QR4770AG的15 W 12 V 5 V SMPS演示板主要指标,电路图,材料清单,变压器结构图和PCB设计图.

The Quasi-Resonant CoolSET™- (ICE5QRxxxxAx) is the 5th generation of Quasi-Resonant integrated power IC optimized for off-line switch power supply in cascode configuration. It is housed in single package with 2 separate chips; one is controller chip and other is HV MOSFET chips. The IC can achieve lower EMI and higher efficiency with improved digital frequency reduction through the proprietary novel Quasi- Resonant operation. The enhanced Active Burst Mode enables flexibility in standby power range selection. The product has a wide operation range (10 ~ 25.5 V) of IC power supply and lower power consumption. The numerous protection functions including the robust line protection (both input OVP and brownout) to support the protections of the power supply system in failure situations. All of these make the CoolSET™ (ICE5QRxxxxAx) series an outstanding integrated power device in Quasi-Resonant flyback converter in the market.

ICE5QR4770AG产品亮点:

Integrated 700 V/800 V avalanche rugged CoolMOS™

Novel Quasi-Resonant operation and proprietary implementation for low EMI

Enhanced Active Burst Mode with selectable entry and exit standby power

Active Burst Mode to reach the lowest standby power <100 mW

Fast startup achieved with cascode configuration

Digital frequency reduction for better overall system efficiency

Robust line protection with input OVP and brownout

Comprehensive protection

Pb-free lead plating, halogen free mold compound, RoHS compliant

ICE5QR4770AG主要特性:

Integrated 700 V/800 V avalanche rugged CoolMOS™

Minimum switching frequency difference between low & high line for higher efficiency & better EMI

Enhanced Active Burst Mode with selectable entry and exit standby power

Active Burst Mode to reach the lowest standby power <100 mW

Fast startup achieved with cascode configuration

Digital frequency reduction up to 10 zero crossings

Built-in digital soft start

Cycle-by-cycle peak current limitation

Maximum on/off time limitation to avoid audible noise during start up and power down

Robust line protection with input OVP and brownout

Auto restart mode protection for VCC Over Voltage, VCC Under Voltage, Over load/Open Loop, Output Over Voltage, Over Temperature and CS (Current Sense) short to GND

Limited charging current for VCC short to GND

Pb-free lead plating, halogen free mold compound, RoHS compliant

ICE5QR4770AG应用:

Auxiliary power supply for Home Appliances/white Goods, TV, PC & Server

Blu-ray player, Set-top box & LCD/LED Monitor

图1.ICE5QR4770AG功能框图

图2. ICE5QR4770AG应用电路图

采用ICE5QR4770AG的15 W 12 V 5 V SMPS演示板

This application note is an engineering report of 15 W 12 V and 5 V demo board designed in a quasi-resonant flyback converter topology using the 5th generation quasi-resonant CoolSET™, ICE5QR4770AG. The target applications of ICE5QR4770AG are either auxiliary power supply of white goods, PC, server and TV or enclosed adapter, Blu-ray player, set-top box, game console, etc. With the CoolMOS™ integrated in this IC, it greatly simplifies the design and layout of the PCB. The improved novel digital frequency reduction with proprietary quasi-resonant operation offers lower EMI and higher efficiency for wide AC range by reducing the switching frequency difference between low and high line. The enhanced active burst mode power enables flexibility in standby power operation range selection and quasi-resonant operation during active burst mode. As a result, the system efficiency, over the entire load range, is significantly improved compared to conventional free running quasi-resonant converter implemented with only maximum switching frequency limitation at light load. In addition, numerous adjustable protection functions have been implemented in ICE5QR4770AG to protect the system and customize the IC for the chosen application. In case of failure modes, like brownout or line over voltage, VCC over/under voltage, open control-loop or over load, output overvoltage, over temperature, VCC short to ground and CS short to ground, the device enters to protection mode. By means of the cycle-by-cycle peak current limitation, the dimension of the transformer and current rating of the secondary diode can both be optimized. Thus, a cost effective solution can be easily achieved.

图3.15 W 12 V 5 V SMPS演示板外形图

15 W 12 V 5 V SMPS演示板指标:

图4.15 W 12 V 5 V SMPS演示板电路图

15 W 12 V 5 V SMPS演示板材料清单:

图5.15 W 12 V 5 V SMPS演示板变压器架构图

图6.15 W 12 V 5 V SMPS演示板PCB设计图(顶层)

图7.15 W 12 V 5 V SMPS演示板PCB设计图(底层)

开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

主要用途

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。

主要类型

现代开关电源有两种：一种是直流开关电源;另一种是交流开关电源。

这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源(粗电)，如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压(精电)。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直 流开关电源的分类。

直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器;另一类是没有隔离的称为非隔离 式DC/DC转换器。

隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)两种。双管DC/DC转换器 有双管正激式(DoubleTransistor Forward Converter)，双管反激式(Double Transistr Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter) 和半桥式(Half-Bridge Converter)四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter)。

非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。

单管DC/DC转换器共有六种，即降压式(Buck)DC/DC转换器 ，升压式(Boost)DC/DC转换器、升压降压式(Buck Boost)DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。在这六种 单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换 器有双管串接的升压式(Buck-Boost)DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter)。

隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用 范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。

在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。

非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具备的一些特性。

按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可 以从负载侧向电源侧传输功率。

DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔 (Royer)转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。他控式DC/DC转换器中的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。

按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开关(Hard Switching)和软开关(Soft Switching)两种。硬开关DC/DC转换器的开关器件 是在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗(Switching loss)。当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生 电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。软开关DC/DC转换器的开关管，在开通或关断过程中，或是加于 其上的电压为零，即零电压开关(Zero-Voltage-Switching，ZVS)，或是通过开关管的电流为零，即零电流开关(Zero-Current·Switching，ZCS)。这种软开关方式可以显着地减小开关损耗，以及开关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化创造 了条件。功率场效应管(MOSFET)是应用较多的开关器件，它有较高的开关速度，但同时也有较大的寄生电容。它关断时，在外电压的作用下， 其寄生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就是容性开通损耗。为了减小或消除这种损耗，功率场 效应管宜采用零电压开通方式(ZVS)。绝缘栅双极性晶体管(Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor，IGBT)是一种复合开关器件，关断时的电流拖 尾会导致较大的关断损耗，如果在关断前使流过它的电流降到零，则可以显着地降低开关损耗，因此IGBT宜采用零电流(ZCS)关断方式。IGBT在 零电压条件下关断，同样也能减小关断损耗，但是MOSFET在零电流条件下开通时，并不能减小容性开通损耗。谐振转换器(ResonantConverter ，RC)、准谐振转换器(Qunsi-Tesonant Converter，QRC)、多谐振转换器(Mu1ti-ResonantConverter，MRC)、零电压开关PWM转换器(ZVS PWM Converter)、零电流开关PWM转换器(ZCS PWM Converter)、零电压转换(Zero-Vo1tage-Transition，ZVT)PWM转换器和零电流转换(Zero- Vo1tage-Transition，ZVT)PWM转换器等，均属于软开关直流转换器。电力电子开关器件和零开关转换器技术的发展，促使了高频开关电源的发展。

主要分类

人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类。

微型低功率开关电源

开关电源正在走向大众化，微型化。开关电源将逐步取代变压器在生活中的所有应用，低功率微型开关电源的应用要首先体现在，数显表、智能电表、手机充电器等方面。现阶段国家在大力推广智能电网建设，对电能表的要求大幅提高，开关电源将逐步取代变压器在电能表上面的应用。

反转式串联开关电源

反转式串联开关电源与一般串联式开关电源的区别是，这种反转式串联开关电源输出的电压是负电压，正好与一般串联式开关电源输出的正电压极性相反;并且由于储能电感L只在开关K关断时才向负载输出电流，因此，在相同条件下，反转式串联开关电源输出的电流比串联式开关电源输出的电流小一倍。