基于CoolSET? ICE5BR2280BZ - 1的22W室內(nèi)空調(diào)輔助電源設(shè)計(jì)

一、引言

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

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二、設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

2.1 輕載高效與低待機(jī)功耗

在空調(diào)運(yùn)行中，大部分時(shí)間處于室溫穩(wěn)定的閑置狀態(tài)，輔助電源輕載運(yùn)行。ICE5BR2280BZ - 1采用頻率降低開關(guān)方案，在輕載時(shí)降低開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗。在25%負(fù)載和標(biāo)稱輸入電壓下，效率可達(dá)80%以上。

2.2 簡(jiǎn)化電路與高度集成

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

2.3 自動(dòng)重啟保護(hù)方案

為了減少系統(tǒng)故障對(duì)用戶的影響，ICE5BR2280BZ - 1為所有異常保護(hù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)重啟模式，避免系統(tǒng)鎖定，提高用戶體驗(yàn)。

三、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

3.1 參考板設(shè)計(jì)

該文檔提供了完整的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，包括規(guī)格、原理圖、物料清單（BOM）、PCB布局和變壓器設(shè)計(jì)，以及性能測(cè)試結(jié)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(xiǎn)絲（F1）保護(hù)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(zhuǎn)換器功率級(jí)

由變壓器（TR1）、CoolSET?開關(guān)控制器、三個(gè)次級(jí)整流二極管（D1、D3、D4）、次級(jí)輸出電容（C2、C12、C22）和輸出濾波電感（L1）組成。初級(jí)HV MOSFET導(dǎo)通時(shí)，能量存儲(chǔ)在變壓器中；關(guān)斷時(shí)，能量釋放到輸出電容和負(fù)載。

3.3.3 通過CoolSET?控制反激式轉(zhuǎn)換器

• 電流檢測(cè)：ICE5BR2280BZ - 1通過CS電阻（R14和R16）進(jìn)行逐周期初級(jí)峰值電流控制，避免變壓器飽和。
• 反饋與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：電阻分壓器（R24和R27）感測(cè)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(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（C13、C17和R22）穩(wěn)定系統(tǒng)。

3.3.4 獨(dú)特特性

• 快速自啟動(dòng)和VCC維持：采用共源共柵結(jié)構(gòu)快速充電VCC電容，通過連接到GATE引腳的上拉電阻啟動(dòng)。啟動(dòng)后，VCC通常由變壓器的輔助繞組維持。
• 帶頻率降低的CCM、DCM運(yùn)行：可在不連續(xù)傳導(dǎo)模式（DCM）或連續(xù)傳導(dǎo)模式（CCM）下運(yùn)行，具有頻率降低功能，參考板設(shè)計(jì)為在工作輸入電壓和負(fù)載條件下以DCM模式運(yùn)行。
• 帶調(diào)制柵極驅(qū)動(dòng)的頻率抖動(dòng)：頻率抖動(dòng)功能可降低EMI噪聲，抖動(dòng)頻率為65kHz的±4%，抖動(dòng)周期為4ms。
• 通過保護(hù)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(duì)地短路等全面保護(hù)。

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(guān)控制器集成HV MOSFET的DRAIN引腳的開關(guān)電壓尖峰。

3.3.6 PCB設(shè)計(jì)建議

• 開關(guān)功率環(huán)路應(yīng)盡可能小，包括HV側(cè)和三個(gè)輸出側(cè)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(shí)的閃絡(luò)機(jī)會(huì)。
• 必要時(shí)加寬MOSFET的DRAIN引腳的PCB銅箔作為散熱片。

3.4 測(cè)量數(shù)據(jù)和圖表

通過實(shí)際測(cè)量，得到了效率曲線、待機(jī)功率、線路和負(fù)載調(diào)節(jié)、最大輸入功率、ESD抗擾度、浪涌抗擾度、傳導(dǎo)發(fā)射和熱測(cè)量等數(shù)據(jù)。例如，在不同輸入電壓和負(fù)載條件下，效率表現(xiàn)良好，單輸出效率可達(dá)82%以上。

3.5 波形和示波器圖

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

四、總結(jié)

基于CoolSET? ICE5BR2280BZ - 1的22W室內(nèi)空調(diào)輔助電源設(shè)計(jì)，具有輕載高效、低待機(jī)功耗、電路簡(jiǎn)化和保護(hù)功能全面等優(yōu)點(diǎn)。通過合理的電路設(shè)計(jì)和PCB布局，滿足了電源的各項(xiàng)性能要求。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體需求對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。大家在設(shè)計(jì)過程中遇到過哪些類似的電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。