15W 5V充電器參考設(shè)計：700V CoolMOS? P7的卓越表現(xiàn)

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，充電器作為不可或缺的配件，其性能和效率備受關(guān)注。本次我們將深入探討一款采用700V CoolMOS? P7的15W 5V充電器參考設(shè)計——EVAL_15W_5V_FLYB_P7，它使用了IPS70R1K4P7S、ICE2QS03G以及BSC067N06LS3 G等關(guān)鍵元件，為我們帶來了高效、小型化且具備多種保護功能的解決方案。

文件下載：EVAL15W5VFLYBP7TOBO1.pdf

一、參考板介紹

1. 外觀與尺寸

文檔中提供了評估板EVAL_15W_5V_FLYB_P7的透視圖、頂部和底部視圖，讓我們對其外觀有了直觀的認識。

2. 規(guī)格參數(shù)

該充電器的輸入電壓范圍為85VAC - 265VAC，頻率為50 - 60Hz，輸出電壓穩(wěn)定在5V，輸出電流可達3A。

3. 電路原理圖

清晰的電路原理圖展示了充電器的電路結(jié)構(gòu)，為工程師進行設(shè)計和調(diào)試提供了重要依據(jù)。

4. PCB布局

給出了PCB頂層和底層的銅層布局圖，合理的布局有助于提高充電器的性能和穩(wěn)定性。

5. 物料清單（BOM）

詳細列出了充電器所使用的各種元件，包括元件的型號、封裝、制造商和數(shù)量等信息。例如，使用了SHINDENGEN的800V/1A二極管BR1，MURATA的多種電容等。

6. 變壓器構(gòu)造

變壓器采用RM6 TP4A磁芯和材料，RM6帶3引腳的骨架，初級電感Lp = 718μH（±10%），并給出了繞組的起始和終止位置、線徑以及層數(shù)等信息。

7. 相關(guān)組件額外信息

若要深入了解控制方法和組件的詳細信息，可參考AN_201411_PL21_002應(yīng)用筆記，其中包含了詳細的電路描述、電路操作和控制器的保護功能。

二、測試結(jié)果

1. 效率測試

在115VAC和230VAC輸入電壓下，IPS70R1K4P7S在整個負載范圍內(nèi)的表現(xiàn)均優(yōu)于IPS65R1K5CE。在低輸入電壓下，平均效率提高了0.3%；在高輸入電壓下，平均效率提高了約0.25%。這表明700V CoolMOS? P7在提高充電器效率方面具有顯著優(yōu)勢。

2. 熱性能測試

在初級側(cè)高壓MOSFET的熱性能方面，IPS70R1K4P7S表現(xiàn)出色。在相同測試條件下，無論是低輸入電壓（115VAC）還是高輸入電壓（230VAC），其模塑料溫度都有顯著降低。在115VAC輸入時，優(yōu)勢約為2°C；在230VAC輸入時，優(yōu)勢約為4.5°C。不過，700V CoolMOS? P7在高輸入電壓下的熱優(yōu)勢更為明顯，這與P7和CE技術(shù)之間的Eoss差異有關(guān)。

三、700V CoolMOS? P7性能提升原因

1. 輸出電容儲能（Eoss）

在MOSFET導(dǎo)通過程中，Eoss是造成損耗的主要因素之一。700V CoolMOS? P7從80V VDS開始就具有最低的Eoss。在準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器中，雖然不存在Eon損耗，但每次導(dǎo)通時基于輸出電容儲能會產(chǎn)生額外損耗。700V CoolMOS? P7的Eoss較低，使得其導(dǎo)通損耗比IPS65R1K5CE降低了約30%，這為提高開關(guān)頻率提供了可能。

2. 導(dǎo)通電阻的溫度依賴性

在低功率市場中，導(dǎo)通損耗對系統(tǒng)效率和熱性能有重要影響，特別是在低輸入電壓（如90VAC或115VAC）情況下。700V CoolMOS? P7由于其MOSFET結(jié)構(gòu)，在結(jié)溫升高時，導(dǎo)通電阻RDS(on)的變化最小。在150°C結(jié)溫時，與英飛凌的CoolMOS? CE系列相比，其最大RDS(on)降低了約21%，從而有效降低了MOSFET的導(dǎo)通損耗。

3. 改進的傳輸特性

約95%的反激式轉(zhuǎn)換器采用峰值電流控制。在充電器和適配器應(yīng)用中，當(dāng)柵源電壓下降（如在突發(fā)模式操作期間）時，MOSFET可能無法承載足夠的電流以達到峰值電流，從而導(dǎo)致MOSFET工作在線性區(qū)域，最終損壞應(yīng)用。而700V CoolMOS P7具有非常窄的VGS(th)（柵源閾值電壓）窗口，范圍為2.5V - 3.5V，典型值為3.0V。此外，它在低柵源電壓下具有出色的跨導(dǎo)特性，這不僅可以有意降低柵源電壓以減少整體驅(qū)動損耗，還能滿足新的無負載運行要求。

四、結(jié)論

700V CoolMOS? P7為高開關(guān)頻率應(yīng)用提供了可能，有助于減少應(yīng)用中的磁性元件數(shù)量，從而實現(xiàn)更小的外形尺寸和更高的功率密度。它在高輸入電壓下由于Eoss特性表現(xiàn)出色，在低輸入電壓下由于RDS(on)的溫度依賴性也能保持良好性能。此外，其典型的VGS(th)和傳輸特性斜率為峰值電流控制設(shè)計減少故障提供了額外保障。

作為電子工程師，我們在設(shè)計充電器時，不妨考慮采用700V CoolMOS? P7，它將為我們帶來更高效、更可靠的設(shè)計方案。你在實際設(shè)計中是否遇到過類似的挑戰(zhàn)？你對700V CoolMOS? P7的應(yīng)用有什么獨特的見解呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。