VIPER12A-E：低功耗離線開關(guān)電源初級開關(guān)器的詳細(xì)解析
VIPER12A-E：低功耗離線開關(guān)電源初級開關(guān)器的詳細(xì)解析
在電子工程師的日常設(shè)計工作中，選擇合適的電源開關(guān)器至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一款性能出色的低功耗離線開關(guān)電源初級開關(guān)器——VIPER12A-E。
文件下載：viper12a-e.pdf
一、產(chǎn)品概述
VIPER12A-E將專用的電流模式PWM控制器與高壓功率MOSFET集成在同一硅芯片上。它具有固定的60kHz開關(guān)頻率，(V_{DD})電壓范圍為9V至38V，采用電流模式控制，還具備帶遲滯的輔助欠壓鎖定、高壓啟動電流源以及過溫、過流和過壓保護(hù)并可自動重啟等特性。
典型功率能力
- 歐洲（195 - 265 Vac）：SO - 8封裝為8W，DIP - 8封裝為13W。
- 歐洲（85 - 265 Vac）：SO - 8封裝為5W，DIP - 8封裝為8W。
典型應(yīng)用
它適用于電池充電器適配器的離線電源、電視或顯示器的待機(jī)電源、電機(jī)控制的輔助電源等。
二、電氣數(shù)據(jù)
1. 最大額定值
對器件施加超過“絕對最大額定值”表中所列的應(yīng)力可能會對器件造成永久性損壞。需要注意的是，這些只是應(yīng)力額定值，并不意味著器件可以在這些或本規(guī)格書工作部分規(guī)定的任何其他條件下運行。長時間暴露在絕對最大額定值條件下可能會影響器件的可靠性。
| 符號 | 參數(shù) | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| (V_{DS(sw)}) | 開關(guān)漏源電壓（(T_J = 25 ... 125 °C)） | -0.3 ... 730 | V |
| (V_{DS(st)}) | 啟動漏源電壓（(T_J = 25 ... 125 °C)） | -0.3 ... 400 | V |
| (I_D) | 連續(xù)漏極電流 | 內(nèi)部限制 | A |
| (V_{DD}) | 電源電壓 | 0 ... 50 | V |
| (I_{FB}) | 反饋電流 | 3 | mA |
| (V_{ESD}) | 靜電放電：機(jī)器模型（(R = 0 Ω ; C = 200 pF)）、充電設(shè)備模型 | 200、1.5 | V、kV |
| (T_J) | 結(jié)工作溫度 | 內(nèi)部限制 | °C |
| (T_C) | 外殼工作溫度 | -40 to 150 | °C |
| (T_{stg}) | 儲存溫度 | -55 to 150 | °C |
2. 熱數(shù)據(jù)
在安裝在標(biāo)準(zhǔn)單面FR4板上，且200 (mm^2)的銅（至少35μm厚）連接到所有漏極引腳的情況下，熱阻數(shù)據(jù)如下：
| 符號 | 參數(shù) | SO - 8 | DIP - 8 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| (R_{thJC}) | 熱阻結(jié) - 殼（最大） | 25 | 15 | °C/W |
| (R_{thJA}) | 熱阻環(huán)境 - 殼（最大） | 55 | 45 | °C/W |
三、電氣特性
1. 功率部分
| 符號 | 參數(shù) | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (BV_{DSS}) | 漏源電壓 | (ID = 1 mA)；(V{FB}=2V) | 730 | - | - | V |
| (I_{DSS}) | 關(guān)態(tài)漏極電流 | (V{DS}= 500V)；(V{FB}=2V)；(T =125°C) | - | - | 0.1 | mA |
| (r_{DS(on)}) | 靜態(tài)漏源導(dǎo)通電阻 | (I_D = 0.2A)；(T = 100°C) | 27 | 30 | 54 | Ω |
| (t_f) | 下降時間 | (ID = 0.1 A)；(V{IN} = 300 V) | - | 100 | - | ns |
| (t_r) | 上升時間 | (ID = 0.2A)；(V{IN} = 300 V) | - | 50 | - | ns |
| (C_{OSS}) | 漏極電容 | (V_{DS}= 25V) | - | 40 | - | pF |
2. 電源部分
| 符號 | 參數(shù) | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (I_{DDch}) | 啟動充電電流 | (100V≤V{DS} ≤ 400 V)；(V{DD} = 0V ...V_{DDon}) | - | - | 1 | mA |
| (I_{DDoff}) | 熱關(guān)斷時的啟動充電電流 | (V{DD} = 5V)；(V{DS} = 100V)；(TJ>T{SD}-T_{HYST}) | 0 | - | - | mA |
| (I_{DD}) | 非開關(guān)時的工作電源電流 | (I_{FB}=2mA) | 3 | 5 | - | mA |
| (I_{DD1}) | 開關(guān)時的工作電源電流 | (I_{FB}=0.5 mA)；(I_D = 50 mA) | - | 4.5 | - | mA |
| (D_{RST}) | 重啟占空比 | - | - | 16 | - | % |
| (V_{DDoff}) | (V_{DD})欠壓關(guān)斷閾值 | - | 7 | 8 | 9 | V |
| (V_{DDon}) | (V_{DD})啟動閾值 | - | 13 | 14.5 | 16 | V |
| (V_{DDhyst}) | (V_{DD})閾值遲滯 | - | 5.8 | 6.5 | 7.2 | V |
| (V_{DDovp}) | (V_{DD})過壓閾值 | - | 38 | 42 | 46 | V |
3. 振蕩部分
| 符號 | 參數(shù) | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (F_{OSC}) | 振蕩器頻率總變化 | (V{DD} = V{DDoff} ... 35 V)；(T_J = 0 ... 100 °C) | 54 | 60 | 66 | kHz |
4. PWM比較器部分
| 符號 | 參數(shù) | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (G_{ID}) | (I_{FB})到(I_D)電流增益 | - | - | 320 | - | - |
| (I_{Dlim}) | 峰值電流限制 | (V_{FB} = 0 V) | 0.32 | 0.4 | 0.48 | A |
| (I_{FBsd}) | (I_{FB})關(guān)斷電流 | - | - | 0.9 | - | mA |
| (R_{FB}) | FB引腳輸入阻抗 | (I_D = 0 mA) | - | 1.2 | - | kΩ |
| (t_d) | 電流檢測關(guān)斷延遲 | (I_D = 0.2 A) | - | 200 | - | ns |
| (t_b) | 消隱時間 | - | - | 500 | - | ns |
| (t_{ONmin}) | 最小導(dǎo)通時間 | - | - | 700 | - | ns |
5. 過溫部分
| 符號 | 參數(shù) | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (T_{SD}) | 熱關(guān)斷溫度 | - | 140 | 170 | - | °C |
| (T_{HYST}) | 熱關(guān)斷遲滯 | - | - | 40 | - | °C |
四、引腳連接與功能
1. 引腳連接
VIPER12A-E有SO - 8和DIP - 8兩種封裝，其引腳連接方式如下：
- SO - 8：引腳1、2、3、5、6、7、8為SOURCE或DRAIN，4為(V_{DD})，6為FB。
- DIP - 8：引腳1、2、3、5、6、7、8為SOURCE或DRAIN，4為(V_{DD})，6為FB。
2. 引腳功能
| 引腳名稱 | 引腳功能 |
|---|---|
| (V_{DD}) | 控制電路的電源。在啟動期間，通過連接到漏極的高壓電流源提供充電電流。遲滯比較器監(jiān)控(V{DD})電壓，提供兩個閾值：(V{DDon})（典型值14.5V，器件開始開關(guān)并關(guān)閉啟動電流源）和(V_{DDoff})（典型值8V，器件停止開關(guān)并打開啟動電流源）。 |
| SOURCE | 功率MOSFET源極和電路接地參考。 |
| DRAIN | 功率MOSFET漏極。在啟動階段，內(nèi)部高壓電流源用于對外部(V_{DD})電容器充電。 |
| FB | 反饋輸入。有用電壓范圍為0V至1V，定義漏極MOSFET峰值電流。當(dāng)FB引腳短路到SOURCE引腳時，可獲得對應(yīng)于最大漏極電流的電流限制。 |
五、關(guān)鍵特性解析
1. 寬范圍(V_{DD})電壓
(V_{DD})引腳電壓范圍為9V至38V，這為設(shè)計提供了很大的靈活性。采用正向配置為器件供電有兩個好處：一是器件開始開關(guān)后，能立即從輔助繞組獲得能量，可減小(C_5)電容，使用100nF的小陶瓷芯片即可滿足濾波功能，大大縮短了從輸入電壓開啟到輸出電壓出現(xiàn)的總啟動時間；二是即使輸出電壓非常低或為零，也能保持輸出電流特性，因為TSM101也采用正向供電，無論輸出電壓如何，都能保持電流調(diào)節(jié)。
2. 反饋引腳工作原理
與傳統(tǒng)的PWM控制電路使用電壓輸入不同，F(xiàn)B引腳對電流敏感。功率MOSFET提供與主電流(I_D)成比例的檢測電流(I_S)，(R_2)接收該電流和來自FB引腳的電流，將(R2)兩端的電壓與約0.23V的固定參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)(R{2} cdotleft(I{S}+I{FB}right)=0.23 V)時，MOSFET關(guān)斷。通過推導(dǎo)可得(I{S}=frac{0.23 V}{R{2}}-I{FB})，再結(jié)合MOSFET的電流檢測比(G{ID})，可得(I{D}=G{ID} cdot I{S}=G{ID} cdotleft(frac{0.23 V}{R{2}}-I{FB}right))。當(dāng)FB引腳短路到地時可獲得電流限制，但在實際應(yīng)用中，由于使用光耦驅(qū)動FB引腳，很難真正將其短路到地。不過，電容(C)對FB引腳電壓進(jìn)行平均，當(dāng)光耦關(guān)閉（啟動或短路）時，可假設(shè)相應(yīng)電壓非常接近0V。對于低漏極電流，只要(I{FB}
3. 啟動序列
器件包含連接在漏極的高壓啟動電流源。當(dāng)轉(zhuǎn)換器輸入施加電壓后，只要(V{DD})低于(V{DDon})，啟動電流源就會激活。當(dāng)達(dá)到(V{DDon})時，啟動電流源關(guān)閉，器件開始通過開關(guān)主功率MOSFET進(jìn)行工作。由于FB引腳在啟動時未從光耦接收電流，器件以滿電流容量運行，輸出電壓上升，直到達(dá)到調(diào)節(jié)點，此時次級回路開始向光耦發(fā)送電流，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入調(diào)節(jié)運行狀態(tài)。需要注意的是，如果(V{DD})電容器的值太小，啟動階段可能在從輔助繞組獲得能量之前就結(jié)束，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器無法啟動。
4. 過壓閾值
(V{DD})引腳上的過壓檢測器可使VIPER12A在(V{DD})超過(V{DDovp})時復(fù)位。該事件僅在(V{DD})達(dá)到(V_{DDoff})所需的時間內(nèi)被鎖存，之后器件自動恢復(fù)正常運行。
六、總結(jié)
VIPER12A-E憑借其集成化的設(shè)計、豐富的保護(hù)功能以及寬范圍的電壓適應(yīng)能力，在離線電源設(shè)計領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢。電子工程師在設(shè)計電池充電器適配器、待機(jī)電源等應(yīng)用時，可充分考慮其各項特性，合理利用其優(yōu)勢，以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源設(shè)計。同時，在實際應(yīng)用中，還需根據(jù)具體的設(shè)計需求，仔細(xì)分析其電氣特性和引腳功能，確保設(shè)計的可靠性和穩(wěn)定性。大家在使用VIPER12A-E進(jìn)行設(shè)計時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。
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