15W 5V充电器参考设计：700V CoolMOS™ P7的卓越表现

在电子设备飞速发展的今天，充电器作为不可或缺的配件，其性能和效率备受关注。本次我们将深入探讨一款采用700V CoolMOS™ P7的15W 5V充电器参考设计——EVAL_15W_5V_FLYB_P7，它使用了IPS70R1K4P7S、ICE2QS03G以及BSC067N06LS3 G等关键元件，为我们带来了高效、小型化且具备多种保护功能的解决方案。

文件下载：EVAL15W5VFLYBP7TOBO1.pdf

一、参考板介绍

1. 外观与尺寸

文档中提供了评估板EVAL_15W_5V_FLYB_P7的透视图、顶部和底部视图，让我们对其外观有了直观的认识。

2. 规格参数

该充电器的输入电压范围为85VAC - 265VAC，频率为50 - 60Hz，输出电压稳定在5V，输出电流可达3A。

3. 电路原理图

清晰的电路原理图展示了充电器的电路结构，为工程师进行设计和调试提供了重要依据。

4. PCB布局

给出了PCB顶层和底层的铜层布局图，合理的布局有助于提高充电器的性能和稳定性。

5. 物料清单（BOM）

详细列出了充电器所使用的各种元件，包括元件的型号、封装、制造商和数量等信息。例如，使用了SHINDENGEN的800V/1A二极管BR1，MURATA的多种电容等。

6. 变压器构造

变压器采用RM6 TP4A磁芯和材料，RM6带3引脚的骨架，初级电感Lp = 718μH（±10%），并给出了绕组的起始和终止位置、线径以及层数等信息。

7. 相关组件额外信息

若要深入了解控制方法和组件的详细信息，可参考AN_201411_PL21_002应用笔记，其中包含了详细的电路描述、电路操作和控制器的保护功能。

二、测试结果

1. 效率测试

在115VAC和230VAC输入电压下，IPS70R1K4P7S在整个负载范围内的表现均优于IPS65R1K5CE。在低输入电压下，平均效率提高了0.3%；在高输入电压下，平均效率提高了约0.25%。这表明700V CoolMOS™ P7在提高充电器效率方面具有显著优势。

2. 热性能测试

在初级侧高压MOSFET的热性能方面，IPS70R1K4P7S表现出色。在相同测试条件下，无论是低输入电压（115VAC）还是高输入电压（230VAC），其模塑料温度都有显著降低。在115VAC输入时，优势约为2°C；在230VAC输入时，优势约为4.5°C。不过，700V CoolMOS™ P7在高输入电压下的热优势更为明显，这与P7和CE技术之间的Eoss差异有关。

三、700V CoolMOS™ P7性能提升原因

1. 输出电容储能（Eoss）

在MOSFET导通过程中，Eoss是造成损耗的主要因素之一。700V CoolMOS™ P7从80V VDS开始就具有最低的Eoss。在准谐振反激式转换器中，虽然不存在Eon损耗，但每次导通时基于输出电容储能会产生额外损耗。700V CoolMOS™ P7的Eoss较低，使得其导通损耗比IPS65R1K5CE降低了约30%，这为提高开关频率提供了可能。

2. 导通电阻的温度依赖性

在低功率市场中，导通损耗对系统效率和热性能有重要影响，特别是在低输入电压（如90VAC或115VAC）情况下。700V CoolMOS™ P7由于其MOSFET结构，在结温升高时，导通电阻RDS(on)的变化最小。在150°C结温时，与英飞凌的CoolMOS™ CE系列相比，其最大RDS(on)降低了约21%，从而有效降低了MOSFET的导通损耗。

3. 改进的传输特性

约95%的反激式转换器采用峰值电流控制。在充电器和适配器应用中，当栅源电压下降（如在突发模式操作期间）时，MOSFET可能无法承载足够的电流以达到峰值电流，从而导致MOSFET工作在线性区域，最终损坏应用。而700V CoolMOS P7具有非常窄的VGS(th)（栅源阈值电压）窗口，范围为2.5V - 3.5V，典型值为3.0V。此外，它在低栅源电压下具有出色的跨导特性，这不仅可以有意降低栅源电压以减少整体驱动损耗，还能满足新的无负载运行要求。

四、结论

700V CoolMOS™ P7为高开关频率应用提供了可能，有助于减少应用中的磁性元件数量，从而实现更小的外形尺寸和更高的功率密度。它在高输入电压下由于Eoss特性表现出色，在低输入电压下由于RDS(on)的温度依赖性也能保持良好性能。此外，其典型的VGS(th)和传输特性斜率为峰值电流控制设计减少故障提供了额外保障。

作为电子工程师，我们在设计充电器时，不妨考虑采用700V CoolMOS™ P7，它将为我们带来更高效、更可靠的设计方案。你在实际设计中是否遇到过类似的挑战？你对700V CoolMOS™ P7的应用有什么独特的见解呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。