VIPER17：高性能離線轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子工程師的設(shè)計(jì)世界里，一款性能卓越的離線轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下STMicroelectronics推出的VIPER17，它在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了非凡的實(shí)力。

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一、VIPER17概述

VIPER17是一款具備800V雪崩堅(jiān)固功率部分的離線轉(zhuǎn)換器，融合了PWM控制、多級(jí)過流保護(hù)、過壓和過載保護(hù)、滯后熱保護(hù)、軟啟動(dòng)以及故障自動(dòng)重啟等功能。其先進(jìn)的頻率抖動(dòng)技術(shù)有效降低了EMI濾波器成本，內(nèi)置的高壓啟動(dòng)電路更是為設(shè)計(jì)帶來了便利。

（一）特性亮點(diǎn)

1. 高耐壓與低EMI：擁有800V的雪崩堅(jiān)固功率部分，可承受高電壓沖擊。采用PWM操作并結(jié)合頻率抖動(dòng)技術(shù)，顯著降低了電磁干擾（EMI）。L型的工作頻率為60kHz，H型為115kHz。
2. 超低待機(jī)功耗：在265VAC的輸入電壓下，待機(jī)功率低于30mW，輕松滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。
3. 多重保護(hù)機(jī)制：具備可調(diào)節(jié)的限流設(shè)定點(diǎn)、精確的過壓保護(hù)、板載軟啟動(dòng)功能，以及故障自動(dòng)重啟和滯后熱關(guān)斷等保護(hù)措施，確保了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）應(yīng)用廣泛

VIPER17的應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富，涵蓋了個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、攝像機(jī)、剃須刀、手機(jī)、視頻游戲等設(shè)備的適配器，以及液晶/等離子電視、顯示器、音頻系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、工業(yè)系統(tǒng)、LED驅(qū)動(dòng)器等的輔助電源，還可用于機(jī)頂盒、DVD播放器和錄像機(jī)、白色家電等的開關(guān)電源。

二、技術(shù)參數(shù)剖析

（一）典型功率

注：(1) 在50°C環(huán)境下的非通風(fēng)封閉適配器中測(cè)量的典型連續(xù)功率。(2) 在50°C環(huán)境下，具有足夠散熱的開放框架設(shè)計(jì)中的最大實(shí)際連續(xù)功率。

（二）引腳設(shè)置

（三）電氣數(shù)據(jù)

1. 最大額定值

VIPER17在不同參數(shù)下有明確的最大額定值，例如漏極 - 源極電壓最大為800V，重復(fù)雪崩能量最大為2mJ等，這些參數(shù)為設(shè)計(jì)提供了安全邊界。

2. 熱數(shù)據(jù)

不同封裝形式的熱阻有所不同，SO16窄封裝的熱阻在某些情況下優(yōu)于DIP - 7封裝，這對(duì)于散熱設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

（四）典型電氣特性

通過一系列圖表，我們可以直觀地了解VIPER17在不同溫度和工作條件下的電氣特性，如電流限制、開關(guān)頻率、漏極啟動(dòng)電壓等隨溫度的變化情況。

三、工作原理詳解

（一）功率部分與柵極驅(qū)動(dòng)器

功率部分采用雪崩堅(jiān)固的N溝道MOSFET，確保在指定能量額定值內(nèi)安全運(yùn)行，并具有高dv/dt能力。其BVdss最小值為800V，25°C時(shí)典型的RDS(on)為20Ω。集成的SenseFET結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了幾乎無損耗的電流檢測(cè)。柵極驅(qū)動(dòng)器在開關(guān)過程中提供受控的柵極電流，有效降低了共模EMI。

（二）高壓?jiǎn)?dòng)發(fā)生器

當(dāng)輸入大容量電容電壓高于VDRAIN_START閾值（典型值為80VDC）時(shí)，HV電流發(fā)生器通過DRAIN引腳供電，并將IDDch電流（典型值為3mA）輸送到VDD引腳的電容上。在故障自動(dòng)重啟模式下，IDDch電流降至0.6mA，以實(shí)現(xiàn)緩慢的占空比。

（三）上電與軟啟動(dòng)

當(dāng)輸入電壓達(dá)到VDRAIN_START閾值時(shí)，VDD電壓開始上升。當(dāng)VDD電壓達(dá)到VDDon閾值時(shí)，功率MOSFET開始開關(guān)，HV電流發(fā)生器關(guān)閉。軟啟動(dòng)時(shí)間為8.5ms，可有效降低二次二極管的應(yīng)力，防止變壓器飽和。

（四）掉電與自動(dòng)重啟操作

在轉(zhuǎn)換器掉電時(shí)，當(dāng)輸入電壓過低導(dǎo)致峰值電流限制達(dá)到時(shí)，系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)，VDD電壓下降。當(dāng)VDD電壓低于VDDoff閾值時(shí)，功率MOSFET關(guān)閉。若VIN高于VDRAIN_START，且VDD電壓降至VDD(RESTART)閾值以下時(shí)，HV啟動(dòng)電流發(fā)生器將重新啟動(dòng)VDD電容充電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重啟。

（五）振蕩器

開關(guān)頻率內(nèi)部固定為60kHz或115kHz，并以250Hz的典型速率進(jìn)行調(diào)制，±4kHz（60kHz版本）或±8kHz（115kHz版本）的調(diào)制范圍使開關(guān)頻率的諧波能量分布在多個(gè)邊帶諧波上，降低了EMI。

（六）可調(diào)節(jié)限流設(shè)定點(diǎn)的電流模式轉(zhuǎn)換

VIPER17采用電流模式轉(zhuǎn)換，通過CONT引腳可調(diào)節(jié)默認(rèn)的電流限制值。通過將漏極電流轉(zhuǎn)換為電壓，并與反饋引腳的電壓進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)精確的電流控制。

（七）過壓保護(hù)（OVP）

通過監(jiān)測(cè)CONT引腳的電壓，當(dāng)電壓在4個(gè)連續(xù)周期內(nèi)超過OVP閾值時(shí)，過壓保護(hù)將停止功率MOSFET的開關(guān)，并使轉(zhuǎn)換器進(jìn)入自動(dòng)重啟模式。為避免噪聲干擾，電壓在TSTROBE時(shí)間后的短窗口內(nèi)進(jìn)行采樣。

（八）反饋與過載保護(hù)（OLP）

反饋引腳控制PWM操作、突發(fā)模式和過載保護(hù)。當(dāng)反饋引腳電壓超過VFBlin閾值時(shí)，PWM比較器禁用，漏極電流由OCP比較器限制。當(dāng)反饋引腳電壓達(dá)到VFBolp閾值時(shí)，轉(zhuǎn)換器關(guān)閉并以降低的IDDch電流重新啟動(dòng)。

（九）突發(fā)模式操作

在輕載或空載時(shí)，當(dāng)反饋引腳電壓低于VFBbm閾值時(shí)，功率MOSFET停止開關(guān)。當(dāng)反饋引腳電壓超過VFBbm + VFBbmhys閾值時(shí)，功率MOSFET重新開始開關(guān)。突發(fā)模式可有效降低平均開關(guān)頻率，減少與頻率相關(guān)的損耗。

（十）欠壓保護(hù)

當(dāng)檢測(cè)到市電欠壓時(shí)，欠壓保護(hù)功能將禁用PWM，關(guān)閉功率MOSFET。當(dāng)引腳電壓高于參考值加上電壓滯后時(shí)，開關(guān)操作重新啟動(dòng)。同時(shí)，欠壓比較器還具有電流滯后功能，可分別設(shè)置功率MOSFET的啟動(dòng)和關(guān)閉閾值。

（十一）二級(jí)過流保護(hù)與打嗝模式

當(dāng)漏極電流超過IDMAX閾值時(shí)，若連續(xù)兩個(gè)開關(guān)周期都超過該閾值，則認(rèn)為發(fā)生故障，功率MOSFET關(guān)閉。關(guān)閉狀態(tài)將保持到VDD電壓降至VDDoff閾值以下，然后以600μA的電流重新充電。若故障未排除，設(shè)備將進(jìn)入自動(dòng)重啟模式，實(shí)現(xiàn)低頻率間歇操作（打嗝模式），降低功率電路的應(yīng)力。

四、典型電路應(yīng)用

VIPER17提供了最小特性和全特性的反激式應(yīng)用電路示例，這些電路展示了如何將VIPER17應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體需求進(jìn)行參考和優(yōu)化。

五、總結(jié)

VIPER17憑借其高耐壓、低EMI、超低待機(jī)功耗和多重保護(hù)機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色。其豐富的功能和詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)為電子工程師提供了廣闊的設(shè)計(jì)空間。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和工作條件，合理選擇引腳配置、電氣參數(shù)和保護(hù)機(jī)制，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和高效性能。你在使用VIPER17或類似芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。