VIPer01B：節(jié)能離線高壓轉換器的卓越之選

在電子設備的電源設計領域，高效、節(jié)能且性能穩(wěn)定的轉換器一直是工程師們追求的目標。今天，我們就來深入了解一款名為VIPer01B的節(jié)能離線高壓轉換器，它在眾多應用場景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

文件下載：viper01b.pdf

產(chǎn)品概述

VIPer01B是一款高度集成的高壓轉換器，采用SSOP10封裝。它將一個800V雪崩堅固型功率MOSFET與PWM電流模式控制巧妙結合，這種設計使得它能夠適應超寬的(V_{AC})輸入范圍，同時還能有效降低DRAIN緩沖電路的尺寸。該轉換器具有極低的功耗，在輕載時采用脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式工作，能夠輕松滿足最嚴格的節(jié)能標準。它支持反激、降壓和降壓 - 升壓轉換器的設計，并且通過集成HV啟動、感測FET、誤差放大器和帶有抖動功能的振蕩器，僅需最少數(shù)量的組件就能完成完整的應用設計。

關鍵特性

強大的功率MOSFET

VIPer01B內(nèi)置的800V雪崩堅固型功率MOSFET是其一大亮點。它不僅允許擴展輸入電壓范圍，而且能夠承受高達800V的漏源電壓（(V{DS})），這使得轉換器在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。同時，其最大導通電阻僅為30Ω（(R{DS(on)})），能夠有效降低功率損耗，提高轉換效率。此外，嵌入式的感測FET實現(xiàn)了幾乎無損的電流檢測，為精確的電流控制提供了保障。

高效的啟動與供電機制

嵌入式的HV啟動電路包括一個800V的啟動FET和一個可切換的HV電流源。在啟動時，當DRAIN引腳電壓超過(V_{HVSTART})閾值，HV電流源開啟，線性地對連接到VCC的電容進行充電。隨著(V{CC})電壓的升高，充電電流會相應調(diào)整，以避免IC損壞并加快充電速度。當(V{CC})達到啟動閾值(V{CCon})（典型值為8V）時，芯片開始工作，初級MOSFET開始切換，HV電流源關閉，設備由存儲在電容中的能量供電。

在穩(wěn)態(tài)下，VIPer01B支持自供電和外部供電兩種模式。自供電模式下，僅需一個電容連接到VCC，設備由電容中存儲的能量供電。當(V{CC})下降到(V{CCson})（典型值為4.25V）時，HV電流源再次開啟，為(V{CC})充電。外部供電模式則通過變壓器輔助繞組或輸出連接（僅適用于非隔離拓撲）來維持(V{CC})高于(V{CSon})，此時HV電流源始終關閉，剩余功耗主要由(R{G})上的功率損耗決定。

靈活的反饋控制

VIPer01B提供直接反饋和二次反饋兩種方式。直接反饋通過內(nèi)部跨導型誤差放大器（E/A）實現(xiàn)，其反相輸入、地參考和輸出分別為FB和COMP，內(nèi)部參考電壓為1.2V（典型值）。在非隔離拓撲中，通過簡單的電壓分壓器將輸出電壓信息直接反饋到FB引腳，從而實現(xiàn)對正輸出電壓的精確調(diào)節(jié)。二次反饋則需要將內(nèi)部E/A禁用（將FB引腳短接到GND），此時COMP引腳通過上拉電阻(R_{COMP(DYN)})連接到預調(diào)節(jié)電壓，輸出電壓值通過外部誤差放大器（如TL431）和光耦來設置DRAIN峰值電流設定點。

全面的保護功能

為了確保轉換器在各種異常情況下的安全可靠運行，VIPer01B具備多種保護功能：

• 過流保護（OCP）：當漏極電流達到其限制值（(I_{DLIM})）時，OCP比較器會關閉功率MOSFET，防止電流過大損壞芯片。
• 過載/短路保護（OLP）：通過OCP計數(shù)器和定時器來管理過載情況。當出現(xiàn)短路或過載時，OCP計數(shù)器會遞增，如果故障持續(xù)時間超過(t{OVL})（典型值為50ms），保護功能觸發(fā)，PWM禁用(t{RESTART})（典型值為1s），然后以軟啟動方式恢復切換。
• 過壓保護（OVP）：包括輸入過壓保護和輸出過壓保護。通過將DIS引腳連接到電壓分壓器，可以實現(xiàn)對輸入或輸出過壓的檢測。當DIS引腳電壓超過內(nèi)部閾值(V_{DISth})（典型值為1.2V）超過(t{DEB})（典型值為1ms）時，PWM禁用。
• (V_{CC})鉗位保護：當(V{CC})達到鉗位電平(V{CCclamp})（最小值為30V）且注入引腳的電流超過內(nèi)部閾值(I_{clampmax})（典型值為30mA）超過(t{clampmax})（典型值為500μs）時，PWM禁用(t{RESTART})，然后以軟啟動方式恢復。
• 熱關斷保護：當結溫超過內(nèi)部閾值TSD（典型值為160°C）時，PWM禁用。經(jīng)過(t{RESTART})時間后，進行三個開關周期的測試，如果結溫仍然高于(T{SD})，PWM繼續(xù)禁用；否則，以軟啟動方式恢復切換。

低功耗與節(jié)能特性

VIPer01B在節(jié)能方面表現(xiàn)出色。在空載條件下，230(V{AC})輸入時系統(tǒng)輸入功耗小于10mW；在250mW負載下，230(V{AC})輸入時功耗小于400mW。此外，其脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式在輕載時能夠有效降低開關頻率，減少與頻率相關的損耗，進一步提高了節(jié)能效果。

抖動開關頻率降低EMI

該轉換器采用了抖動開關頻率技術，開關頻率以260Hz的速率調(diào)制約±7%。這種抖動功能實現(xiàn)了擴頻作用，將開關頻率的各次諧波能量分布在多個頻段上，降低了傳導發(fā)射，特別是在采用平均檢測方法測量時，有助于使用更小尺寸的輸入濾波器通過EMI測試。同時，提供60kHz（L型）和120kHz（H型）兩種不同的開關頻率選項，滿足不同應用的需求。

應用領域

VIPer01B適用于多種低功率開關電源（SMPS）應用，包括家用電器、建筑和家庭控制、小型工業(yè)設備、消費電子產(chǎn)品、照明以及運動控制等領域。此外，它還可用于低功率適配器的設計，為各種設備提供穩(wěn)定可靠的電源。

設計建議

引腳連接與布局

在進行PCB設計時，正確的引腳連接和布局至關重要。首先，要確保信號和功率走線分開，避免相互干擾。信號接地走線應通過靠近IC的單個“星點”連接到IC信號地GND，功率接地走線則連接到IC功率地GND。補償網(wǎng)絡應連接到COMP引腳，并盡量縮短到GND的走線長度。對于雙層PCB，建議將信號走線布置在一側，功率走線布置在另一側。

濾波與去耦

為了保證IC的穩(wěn)定運行，需要對敏感引腳進行濾波。在VCC和GND之間連接一個低ESL陶瓷電容（幾百pF到0.1μF），并盡可能靠近IC放置，以提供干凈的偏置電壓，并在EFT/ESD測試中保護IC。在采用反激拓撲且使用輔助繞組時，建議將VCC電容連接到輔助返回端，然后通過單根走線連接到主GND。

功率環(huán)路優(yōu)化

盡量減小高脈沖電流流動的電流環(huán)路面積，以降低寄生自感和輻射電磁場。在反激轉換器中，輸入大容量電容、功率開關、功率變壓器組成的環(huán)路，以及緩沖器、次級繞組、輸出整流器和輸出電容組成的環(huán)路是最關鍵的；在降壓轉換器中，輸入大容量電容、功率開關、功率電感、輸出電容和續(xù)流二極管組成的環(huán)路是關鍵的。

熱管理

在DRAIN引腳下方提供足夠的銅面積作為散熱片，有助于提高熱 dissipation效率。但不建議在GND上放置大面積的銅，以免影響電路性能。

總結

VIPer01B以其強大的功能、高效的節(jié)能特性和全面的保護功能，成為低功率開關電源設計的理想選擇。無論是在性能要求苛刻的工業(yè)應用中，還是在對功耗敏感的消費電子產(chǎn)品中，它都能展現(xiàn)出卓越的表現(xiàn)。作為電子工程師，在進行電源設計時，不妨考慮一下VIPer01B，相信它會為你的設計帶來意想不到的效果。你在使用類似轉換器的過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。