ICC80QSG 84W AC - DC参考设计 #2：适用于电动自行车电池充电器的高效解决方案

一、引言

在当今电子设备飞速发展的时代，电源设计对于各类设备的性能和稳定性起着至关重要的作用。特别是在电动自行车领域，电池充电器的性能直接影响着电池的寿命和电动自行车的使用体验。今天我们要介绍的是Infineon的ICC80QSG 84W AC - DC参考设计 #2，它专为230V AC额定输入和最大2A恒流（CC）输出的电动自行车电池充电器而设计。

文件下载：Infineon Technologies REF_ICC80QSG_84W2_BPA参考设计板.pdf

二、设计概述

2.1 设计用途与范围

这份工程报告围绕84W AC - DC转换器参考设计 #2（可订购部件编号：REFICC80QSG84W2BPA）展开，该设计采用了Infineon的ICC80QSG反激式控制器和IPN70R450P7S MOSFET。此参考设计板通过外部添加电池安全开关和充电曲线控制电路，可用于电池充电应用。

2.2 目标受众

该设计主要面向电源设计工程师和现场应用工程师，为他们在电动自行车电池充电器的设计中提供了一个高效、可靠的参考方案。

三、测试设置与安全信息

3.1 整体结构

此AC - DC参考设计由主板和插件板组成，二者连接形成具有次级侧调节（SSR）恒流（CC）输出的反激式转换器。CC输出设定点可通过0至5V的模拟输入信号进行调节。

3.2 电池充电测试设置

若要将该参考设计板用于电池充电应用测试，必须外部添加电池安全开关和充电曲线控制电路，这些电路需根据电路板和电池规格进行工作。同时，严禁在未添加这些外部电路的情况下将参考设计板连接到任何电池，以确保安全。

3.3 其他测试设置

• 电子负载和DC源测试：可使用电子负载（恒压/CV模式）和DC源（用于调节CC设定点）进行测试。
• 特定CC设定点测试：若仅测试最大CC设定点（2A）或最小CC设定点（0.2A），可采用相应的无DC源测试设置。
• EMI测试：对于84W全输出功率的EMI测试，推荐使用特定的测试设置。
• 待机功率测试：对于空载系统待机功率测量，也有相应的推荐测试设置。

3.4 安全注意事项

该参考设计存在致命电压，未经高压电路操作培训的人员不得操作该电路板，且在通电时不得让电路板无人看管。此外，若CC插件板断开，主板反激输出将失去调节。

四、设计特点

4.1 输出特性

• 可调节CC输出：具有可调节的CC输出设定点，范围从0.2至2A。
• 宽输出负载范围：支持6至42V的宽输出负载范围。

4.2 性能优势

• 高效低EMI：采用准谐振（QR）谷底开关，实现了高效率和低电磁干扰（EMI）。
• 高性能MOSFET：使用SOT - 223封装的CoolMOS™ P7作为具有成本效益的高性能反激式MOSFET。
• 高转换效率：在230VRMS交流输入下，全功率效率超过91%；在42V输出负载下，四点平均效率超过91%。

4.3 低待机功耗

采用突发模式并降低栅极驱动器输出电压，以降低待机功率，在230VRMS交流输入下，系统待机功率小于200mW。

4.4 功能特性

• IC禁用功能：支持通过外部下拉信号禁用IC。
• 可配置滞回：具有可配置的欠压恢复（brown - in）和欠压保护（brown - out）滞回。
• 自适应欠压保护：基于总线电压纹波的自适应欠压保护触发，在更高功率传输时以更高的欠压保护水平更好地保护初级组件免受过温和饱和影响。
• 全面保护功能：具备内部过温保护（OTP）、输出过压保护（OVP）、VCC OVP、初级侧过流保护（OCP）、欠压恢复和欠压保护等全面的保护功能。
• 软启动功能：软启动功能可减少启动时组件的应力。

五、电路板规格

规格	符号	值	单位
正常工作交流输入电压	VAC	176 至 264	VRMS
正常工作交流输入频率	Fline	47 至 63	Hz
CC 输出设定点	lout.setpoint	0.2 至 2.0	A
CC 输出设定点控制电压	CCset	0 至 5	V
输出负载范围 1	Vload.CV1	18 至 42	V
输出负载范围 2	Vload.CV2	6 至 42	V
空载条件下输入功率	Pin.no - load	小于 200	mW
空载条件下稳态输出电压限制	Vout.FB.limit	约 47.5	V
全输出功率效率	η	大于 91	%
四点平均效率 1	navg.4 - point1	大于 91	%
四点平均效率 2	navg.4 - point2	大于 91	%

六、原理图与PCB布局

6.1 原理图

提供了主板原理图和CC插件板原理图，为工程师在电路设计和调试时提供了清晰的参考。

6.2 PCB布局

主板和CC插件板均采用单层PCB布局设计，并给出了PCB的顶部布局（带尺寸）和底部布局图，有助于工程师进行PCB设计和优化。

七、性能表现

7.1 效率

• 全输出功率效率：在典型的230VRMS交流输入下，84W全输出功率的效率测量值超过92%，在整个交流输入电压范围内效率超过91%。
• 四点平均效率：在42V负载下，四点平均效率超过91%；在24V负载下，四点平均效率在89%至90%之间。

7.2 待机功率

通过特定的测试设置，测量了空载条件下的输入功率，为评估系统的待机功耗提供了数据支持。

7.3 欠压恢复和欠压保护

ICC80QSG不仅具有可配置的欠压恢复和欠压保护滞回，还能根据总线电压纹波进行自适应欠压保护触发。在不同的测试条件下，该参考设计在更高功率传输时表现出更高的欠压保护水平，同时确保了欠压恢复和欠压保护之间有足够的滞回，能更好地保护初级组件。

7.4 热测试

在室温下，使用红外热成像相机对电路板进行了一小时的全输出功率（84W）运行后的热测量，给出了PCB底部和顶部组件的红外热成像结果，有助于工程师评估电路板的散热性能。

7.5 传导发射

在84W全输出功率下进行了传导发射测试，根据EN 55022标准B类限制，在火线和零线测量中均观察到超过6dB的余量，表明该设计在电磁兼容性方面表现良好。

八、物料清单与变压器规格

8.1 物料清单

详细列出了主板和CC插件板的物料清单，包括各个元件的设计代号、描述、型号和制造商，为工程师在采购和组装电路板时提供了准确的信息。

8.2 变压器规格

给出了反激式变压器（T1）的规格图，为变压器的选型和设计提供了参考。

九、总结

Infineon的ICC80QSG 84W AC - DC参考设计 #2为电动自行车电池充电器的设计提供了一个全面、高效、可靠的解决方案。其丰富的设计特点、良好的性能表现以及详细的设计文档，为电源设计工程师和现场应用工程师提供了极大的便利。在实际应用中，工程师可根据具体需求对该参考设计进行适当的调整和优化，以满足不同的设计要求。你在使用类似设计时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。