300 mA非隔离超高压降压评估板：CoolSET™ ICE5BR3995BZ - 1的卓越表现

在电子电源设计领域，高效、可靠且低成本的电源解决方案一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来深入探讨一款采用英飞凌CoolSET™ 第五代固定频率增强型开关控制器的18 V/300 mA非隔离超高压降压评估板——EVAL_5BR3995BZ - 1_BUCK1。

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一、评估板概述

这款评估板专为评估CoolSET™ ICE5BR3995BZ - 1开关控制器的性能及其易用性而设计。它适用于白色家电、个人电脑、服务器和电视的辅助电源，或者游戏机、智能电表等的封闭式适配器。集成的CoolMOS™ 950 V SJ MOSFET大大简化了PCB的设计和布局，新改进的数字频率降低和频率抖动功能可降低电磁干扰（EMI）并提高效率，增强的主动突发模式（ABM）电源则为待机电源操作范围的选择提供了灵活性。

二、评估板规格

输入规格

• 电压范围：85 - 460 VAC（两线制，无PE）
• 频率范围：47 - 63 Hz，典型值为50/60 Hz

输出规格

• 输出电压：18 V
• 输出电流：0.3 A
• 输出功率：5.4 W
• 输出电压精度：小于±5%
• 过流保护：小于额定电流的150%
• 纹波和噪声电压：小于1%（20 MHz带宽）

环境规格

• 传导EMI：符合CISPR22 Class B标准，余量为6 dB
• 浪涌抗扰度：差模（DM）±1 kV（EN 61000 - 4 - 5）
• 环境温度范围：-20 - 50℃（自由对流，海平面）
• PCB尺寸：70x35×23 mm（LxWxH）

三、电路详细解析

1. 线路输入

交流线路输入阶段包括输入保险丝（F1）、整流二极管（D1和D5）、电容器（C8、C3和C9）以及电感器（L1）。输入保险丝可作为过流保护，并限制整流器的浪涌电流；X电容（C8）和电感器（L1）作为EMI抑制器；大容量电容器（C3和C9）串联保持整流后的直流电压（120 - 650 V DC）。

2. 启动

CoolSET™ ICE5BR3995BZ - 1开关控制器采用共源共栅结构快速充电VCC电容器。连接到GATE引脚（引脚4）的上拉电阻（R1A和R1B）用于启动阶段。当Vcc达到导通电压阈值（16 V）时，IC开始软启动，软启动时间预设为12 ms，分四个步骤。

3. 集成MOSFET和PWM控制

该控制器集成了功率MOSFET和控制器，简化了电路布局并降低了PCB制造成本。ICE5BR3995BZ - 1位于转换器的高端，在续流二极管（D4）的阴极处有浮动接地，因此仅在续流二极管导通期间感测输出电压。

4. 输出阶段

最大输出电压纹波由输出电容和输出电容器的等效串联电阻（ESR）决定。选择低ESR电容器有助于降低纹波，假负载电阻（R9）有助于在轻载条件下调节输出电压。

5. 反馈控制

ICE5BR3995BZ - 1集成了跨导放大器用于反馈控制。输出由分压器（R5和R6）感测，并与VERR引脚处的内部参考电压进行比较。建议在FB引脚处使用外部补偿网络（C4、C5和R3）来控制输出电压。

6. 初级侧峰值电流控制

通过外部电阻（R7和R8）感测MOSFET漏源电流。ICE5BR3995BZ - 1是一种电流模式控制器，具有逐周期初级电流和FB电压控制，确保在每个开关周期内控制转换器的最大功率。为避免MOSFET导通瞬态电压尖峰引起的误触发，在电流感测（CS）路径中集成了前沿消隐（LEB）时间。

7. 频率降低

在轻载时，ICE5BR3995BZ - 1实现频率降低以提高效率。轻载条件下，降低的开关频率（Fsw）通过减少开关损耗来提高效率。当负载减小时，VFB相应降低，Fsw也随之降低。在轻载和中载之间实现频率降低，以获得更好的效率。

8. 主动突发模式（ABM）

ICE5BR3995BZ - 1可以选择ABM进入和退出功率水平（两个级别），本评估板使用ABM功率级别1。

9. 保护功能

ICE5BR3995BZ - 1提供全面的保护功能，包括VCC过压、VCC欠压、过载、过温（控制器结温）和VCC对地短路等故障保护。当检测到故障时，系统进入保护模式，故障排除后，系统恢复正常运行。

四、测试结果分析

1. 效率

不同输入电压和负载百分比下的效率测试结果表明，评估板在不同工况下都能保持较高的效率。例如，在85 VAC/60 Hz输入、25%负载时，效率可达74.35%；平均效率在70% - 72%左右。

2. 待机功率

待机功率测试结果显示，随着输入电压的增加，待机功率略有上升，但整体处于较低水平。

3. 线路调整率和负载调整率

在满载条件下，线路调整率和负载调整率都表现良好，输出电压的变化在可接受范围内。

4. 浪涌抗扰度和传导发射

评估板通过了EN 61000 - 4 - 5安装类别3（差模±1 kV）的浪涌抗扰度测试，传导发射符合EN 55022 Class B标准，在低线（115 V AC）和高线（230 V AC）测试中均有一定的余量。

5. 热测量

热测量结果显示，在不同输入电压下，评估板上的主要组件温度在合理范围内。例如，在85 VAC输入时，IC1（ICE5BR3995BZ - 1）的温度为51.7℃；在460 VAC输入时，温度为69.8℃。

五、设计示例

设计示例A

在这个设计示例中，板上串联了两个线性稳压器。主输出仍为18 V，通过IC2从主输出获得能够提供高达200 mA的15 V输出，通过IC3从15 V输出获得能够提供高达100 mA的5 V输出。但由于LDO电路会带来额外的功率损耗，整体效率有所降低。

设计示例B

设计示例B展示了一个采用ICE5BR3995BZ - 1的通用输入电压降压转换器，单输出为+15 V/550 mA。通过对EVAL_5BR3995BZ - 1_BUCK1板进行简单修改即可实现。测试结果表明，该设计在不同输入电压和负载条件下都能保持较高的效率，平均效率不低于80%。

六、总结

英飞凌的CoolSET™ ICE5BR3995BZ - 1开关控制器在这款300 mA非隔离超高压降压评估板中展现出了卓越的性能。它不仅提供了丰富的功能和全面的保护特性，还在效率、待机功率、抗干扰等方面表现出色。无论是对于白色家电、个人电脑、服务器等辅助电源的设计，还是其他低功耗应用，这款评估板都为工程师们提供了一个可靠、高效且易于实现的解决方案。

各位工程师朋友们，在实际设计中，你们是否也遇到过类似的电源设计挑战？对于这款评估板的应用，你们有什么独特的见解或经验分享呢？欢迎在评论区留言讨论！