基于VIPER26的12V/12W非隔離反激式電源設(shè)計與分析

在電子設(shè)備的電源設(shè)計領(lǐng)域，非隔離反激式電源因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點而被廣泛應用。本文將詳細介紹基于STMicroelectronics的VIPER26設(shè)計的12V/12W非隔離反激式電源，包括其特性、電路設(shè)計、性能測試等方面。

文件下載：EVLVIP26L-12WFN.pdf

一、適配器特性

1.1 電氣規(guī)格

這些規(guī)格表明該電源具有較寬的輸入電壓范圍，能夠適應不同的電網(wǎng)環(huán)境，同時輸出電壓穩(wěn)定，紋波較小，適用于多種應用場景。

二、電路描述

2.1 整體拓撲

電源采用反激式拓撲，其完整原理圖如圖2所示，對于輸出電壓 (V_{OUT } ≥12 ~V) 的情況，簡化原理圖如圖3所示。

2.2 輸入部分

輸入部分包括電阻R1和NTC用于限制浪涌電流，二極管橋（D0）和Pi濾波器（C1, L2, C2）用于EMC抑制。這種設(shè)計可以有效減少電源對電網(wǎng)的干擾，同時保護電源內(nèi)部元件免受浪涌電流的沖擊。

2.3 變壓器

2.4 輸出部分

輸出電壓通過R3 - R4分壓器簡單設(shè)置，公式為 (V_{OUT }=3.3 V cdotleft(1+frac{R 3}{R 4}right)) 。輸出整流二極管D3選用功率肖特基類型，以降低功耗。同時，在LIM和GND引腳之間連接電阻，以降低IDLIM，減少功率元件的應力。

2.5 供電方式

在電源啟動時，DRAIN引腳為內(nèi)部HV啟動電流發(fā)生器供電，為VDD電容C4充電。當輸出電壓 (V{OUT }) 超過VIPER26的 (V{DDcson}) 閾值時，IC可直接從輸出供電；若 (V_{OUT }<) 12 V，則需通過變壓器的輔助繞組為IC供電。

三、物料清單

這份物料清單詳細列出了各個元件的參數(shù)和制造商，為電源的制作提供了明確的指導。

四、測試與性能分析

4.1 典型波形

在滿載條件下，不同輸入電壓下的漏極電壓和電流波形如圖8 - 11所示。這些波形可以幫助我們直觀地了解電源在不同輸入電壓下的工作狀態(tài)。

4.2 線/負載調(diào)節(jié)和輸出電壓紋波

4.3 突發(fā)模式和輸出電壓紋波

4.4 效率

該電源的有源模式效率定義為在標稱輸入電壓（ (V{IN}=115 ~V{AC}) 和 (V{IN}=230 ~V{AC}) ）下，在25%、50%、75%和100%最大負載下測量的效率平均值。結(jié)果顯示，該電源符合Code of Conduct, version 4和DOE的標準，在115 (V{AC}) 時效率為87%，在230 (V{AC}) 時效率為86.7%。

4.5 輕載性能

在無負載和輕負載條件下，對電源的輸入功率進行了測量。結(jié)果表明，該電源的功耗遠低于Code of Conduct, version 4的限制。同時，在不同輸出負載下的輸入功率和效率也進行了測量，為電源在輕載情況下的性能評估提供了數(shù)據(jù)支持。

4.6 功能檢查

• 軟啟動：啟動時，電流限制值在內(nèi)部設(shè)定的時間 (t_{Ss}) （典型值為8.5 msec）后達到IDLIM，以減少對次級二極管的應力。
• 過載保護：在過載或短路情況下，當漏極電流達到IDLIM時，計數(shù)器遞增。若故障持續(xù) (t{ovL}) （典型值為50 msec），過載保護將觸發(fā)，電源部分關(guān)閉，轉(zhuǎn)換器禁用 (t{RESTART}) （典型值為1 s）。之后，IC將嘗試重新啟動。
• 反饋回路故障保護：當反饋回路斷開時，輸出電壓 (V{OUT }) 升高，VIPER26以最大電流限制運行。若 (V{DD}) 電壓在50 msec內(nèi)達到 (V_{DDclamp}) 閾值（最小23.5 V），IC將通過開環(huán)故障保護關(guān)閉；否則，通過過載保護關(guān)閉。保護以自動重啟模式工作。

4.7 反饋回路計算指南

通過建立控制回路的傳遞函數(shù)，對反饋回路進行計算和補償。首先選擇補償器的極點和零點以及交叉頻率，然后計算 (C_{0}) ，并繪制Bode圖以檢查系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后，根據(jù)計算結(jié)果確定原理圖中的元件值。

4.8 熱測量

4.9 EMI測量

對電源進行了預合規(guī)性測試，以符合EN55022（Class B）歐洲規(guī)范。首先測量了背景噪聲，然后在115 (V{AC}) 和230 (V{AC}) 滿載條件下進行了平均EMC測量。

4.10 電路板布局

電路板布局圖展示了電源的物理結(jié)構(gòu)，合理的布局有助于減少電磁干擾，提高電源的穩(wěn)定性。

五、總結(jié)

綜上所述，基于VIPER26的12V/12W非隔離反激式電源設(shè)計具有簡單、高效、穩(wěn)定等優(yōu)點。通過對電源的各項性能進行測試和分析，證明其在不同負載條件下都能滿足相關(guān)標準和要求。特別是在輕載性能方面表現(xiàn)出色，符合當前對電源節(jié)能的要求。在實際應用中，工程師可以根據(jù)具體需求對電路進行優(yōu)化和調(diào)整，以進一步提高電源的性能。大家在設(shè)計類似電源時，是否也會遇到類似的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。