6W辅助电源：CoolSET™ ICE5GR4780AG-1的卓越应用

在电子设备的设计中，辅助电源的性能至关重要，它直接影响着整个系统的稳定性和效率。今天，我们就来深入探讨一款基于CoolSET™ ICE5GR4780AG-1的6W隔离反激式转换器，看看它在实际应用中的表现如何。

文件下载：Infineon Technologies REF_5GR4780AG-1_6W1参考板.pdf

一、文档概述

这份工程报告主要描述了一款6W（12V，500mA）的隔离反激式转换器，使用的是英飞凌的CoolSET™第五代固定频率（FF）Plus芯片ICE5GR4780AG-1。报告涵盖了电源规格、原理图、物料清单、PCB布局以及性能数据等内容，旨在帮助工程师评估ICE5GR4780AG-1的性能和易用性。目标受众包括开关电源设计或应用工程师、学生以及想要设计低成本隔离反激式转换器的人员，如白色家电、智能电表等设备的辅助电源设计者。

二、ICE5GR4780AG-1芯片优势

ICE5GR4780AG-1芯片集成了800V的CoolMOS™ MOSFET，大大简化了PCB的设计和布局。其改进的数字频率降低和频率抖动功能，不仅提高了平均效率，还降低了电磁干扰（EMI）。增强的主动突发模式（ABM）则能有效降低待机输入功率。此外，芯片还具备多种可调节的保护功能，如VCC过压和欠压保护、过载保护、输出过压保护、过温保护以及VCC对地短路保护等，能为系统提供全方位的保护。大家在设计类似电源时，是否也会优先考虑具备如此丰富保护功能的芯片呢？

三、参考板详细信息

1. 规格参数

参考板的输入电压范围为85 - 264VAC，频率为47 - 63Hz。输出电压为12V，电流为500mA，输出功率为6W。输出电压精度在±5%以内，纹波和噪声电压在20MHz带宽下小于1%（使用10uF电解电容和0.1uF多层陶瓷电容）。在满载和平均负载（25%、50%、75%和100%）下，效率分别达到82%和81%（115V AC/230V AC）。同时，它还具备良好的电磁兼容性（EMC）和静电放电（ESD）、浪涌抗扰度等性能。

2. 原理图与电路描述

原理图展示了整个电源的电路结构。电路主要包括以下几个部分：

• 线路输入：由输入保险丝F1、压敏电阻VAR1、X电容C1、整流二极管D1、电容C2和C3以及电感L1组成。X电容C1和π型滤波器C2、L1、C3起到了抑制电磁干扰的作用。
• 启动：ICE5GR4780AG-1采用共源共栅结构快速充电VCC电容。连接到GATE引脚的上拉电阻R3启动启动阶段，当VCC达到16V的开启电压阈值时，芯片开始软启动，软启动时间为12ms，分四个步骤。启动后，VCC电压由变压器的辅助绕组提供，并具备VCC对地短路保护。
• 集成MOSFET和PWM控制：芯片集成了功率MOSFET和125kHz固定频率的PWM控制器，在中轻负载时可降低频率。频率抖动功能提高了平均效率和降低了EMI，主动突发模式则最小化了待机输入功率。PWM的开启由125kHz固定频率决定，关闭由反馈信号VFB和电流感应信号VCS通过电阻R4和R5决定。
• RCD钳位电路：由R7、R8、C8和D3组成的钳位网络，用于耗散漏感能量，抑制开关电源变压器上的振铃。
• 输出级：采用超快二极管D4进行整流，低ESR电容C9提供能量缓冲，L - C滤波器L2 - C10则降低了输出电压纹波。
• 反馈控制：为了降低成本，系统采用简单的齐纳二极管D5与光耦U2耦合，连接到ICE5GR4780AG-1的FB引脚进行输出电压控制。

3. PCB布局

PCB布局分为顶层和底层，分别展示了铜层和元件位置。合理的PCB布局对于电源的性能至关重要，它可以减少电磁干扰，提高散热效率。在设计PCB时，大家是否会花费大量时间优化布局呢？

4. 物料清单

物料清单详细列出了每个元件的型号、规格、制造商和数量。这些元件的选择直接影响着电源的性能和成本，大家在选择元件时，会更注重性能还是成本呢？

5. 变压器结构

变压器采用150 - 2115（EE16/7/5，TP4A）磁芯和070 - 5278（10引脚，THT，垂直版本）骨架。初级电感为1.00mH ± 10%，并给出了详细的电气参数和匝数比等信息。变压器的设计对于电源的效率和性能有着重要影响，大家在设计变压器时，会采用哪些方法来优化其性能呢？

四、测试结果分析

1. 效率

测试结果显示，在不同的输入电压和负载百分比下，电源的效率都能达到较高水平。例如，在115VAC和230VAC输入时，满载效率分别为83.17%和82.21%，平均效率也能达到83.02%和81.05%。这表明ICE5GR4780AG-1芯片在提高电源效率方面表现出色。

2. 待机功率

待机功率在不同输入电压下都能保持较低水平，如在85VAC和264VAC输入时，无负载输入功率分别为0.024mW和0.047mW，这对于需要长时间待机的设备来说非常重要。

3. 线路和负载调节

线路和负载调节性能良好，能够保证输出电压的稳定性。

4. 最大输入功率

在不同输入电压下，电源都能稳定输出最大功率，满足设计要求。

5. ESD和浪涌抗扰度

系统通过了EN 61000 - 4 - 2（±6kV接触和±8kV空气放电）的ESD测试和EN 61000 - 4 - 5（±1kV差模和±2kV共模）的浪涌抗扰度测试，表现出了良好的抗干扰能力。

6. 传导发射

传导EMI测试符合EN 55022 Class B标准，说明电源的电磁兼容性良好。

7. 热测量

在环境温度为25°C的情况下，对参考板进行热测试。结果显示，变压器、输入滤波电感、输出整流二极管和芯片等主要元件的温度在不同输入电压下都处于合理范围内。例如，在85VAC输入时，变压器温度为50.6°C，芯片温度为49.4°C；在264VAC输入时，变压器温度为56.0°C，芯片温度为61.4°C。良好的散热性能是电源稳定运行的关键，大家在设计电源时，会采用哪些散热措施呢？

五、波形和示波器图

文档还提供了启动、软启动、最大负载时的漏极和CS电压、输出纹波电压等波形和示波器图，这些波形图可以帮助我们更直观地了解电源的工作状态。大家在调试电源时，是否会经常观察这些波形来判断电源的性能呢？

综上所述，基于ICE5GR4780AG-1的6W辅助电源参考板具有高效、低待机功率、良好的电磁兼容性和抗干扰能力等优点，是设计低成本、隔离反激式转换器的理想选择。希望本文能为大家在电源设计方面提供一些有用的参考。大家在实际设计中遇到过哪些类似电源的难题呢？欢迎在评论区留言分享。

参考文献

[1] Infineon Technologies AG: ICE5GR4780AG-1 datasheet; Available online [2] Infineon Technologies AG: Design guide 5th generation fixed-frequency ICE5xSAG-1 and ICE5xRxxxxAG-1; Available online [3] Infineon Technologies AG: Calculation tool - ICE5xSAG-1 and ICE5xRxxxxAG-1; Available online