VIPER16：高效離線轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)秘籍

在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款性能出色且功能豐富的離線轉(zhuǎn)換器往往是工程師們的得力助手。今天，我們就來(lái)深入探討一下ST公司的VIPER16，這是一款屬于Fixed frequency VIPer? plus family的離線轉(zhuǎn)換器，具備諸多令人矚目的特性，能廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)景。

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一、VIPER16的特性亮點(diǎn)

1. 強(qiáng)大的功率部分

VIPER16擁有800V雪崩堅(jiān)固功率部分，這使得它在面對(duì)高電壓時(shí)能夠穩(wěn)定工作，為電源設(shè)計(jì)提供了可靠的保障。其采用的n - 通道功率MOSFET，擊穿電壓最低可達(dá)800V，典型導(dǎo)通電阻為20Ω，還配備SenseFET結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)幾乎無(wú)損的電流檢測(cè)，同時(shí)內(nèi)置熱傳感器，能有效監(jiān)測(cè)和保護(hù)功率部分的工作狀態(tài)。

2. 低EMI設(shè)計(jì)

PWM操作結(jié)合頻率抖動(dòng)技術(shù)，能有效降低電磁干擾（EMI）。不同型號(hào)的工作頻率有所不同，L型為60kHz，H型為115kHz，且頻率會(huì)進(jìn)行調(diào)制，60kHz版本約±4kHz，115kHz版本約±8kHz，調(diào)制頻率典型值為230Hz，這種擴(kuò)頻操作將開(kāi)關(guān)頻率諧波能量分散到多個(gè)邊帶諧波上，降低了每個(gè)諧波的幅值，從而減少了EMI。

3. 低功耗與節(jié)能

在低功率應(yīng)用中，無(wú)需輔助繞組，在230VAC時(shí)待機(jī)功率小于30mW。其突發(fā)模式操作和極低的功耗有助于滿足節(jié)能法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)COMP引腳電壓低于閾值VCOMPL時(shí)，進(jìn)入突發(fā)模式，功率MOSFET保持關(guān)斷狀態(tài)，功耗降低，當(dāng)電壓超過(guò)閾值VCOMPL + VCOMPL_HYS時(shí)，轉(zhuǎn)換器再次開(kāi)始切換，平均頻率降低，減少了與頻率相關(guān)的損耗。

4. 豐富的保護(hù)功能

• 限流功能：具有可調(diào)節(jié)的限流設(shè)定點(diǎn)，通過(guò)在LIM引腳和GND之間連接外部電阻，可以降低默認(rèn)的漏極電流限制IDlim。
• 軟啟動(dòng)：在轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)階段，軟啟動(dòng)功能會(huì)逐步增加逐周期漏極電流限制，直至達(dá)到默認(rèn)值IDlim，減少了對(duì)次級(jí)二極管的應(yīng)力，防止變壓器在啟動(dòng)和短路時(shí)飽和。
• 自動(dòng)重啟：在故障條件（如過(guò)載或短路）發(fā)生后，會(huì)進(jìn)入安全自動(dòng)重啟模式，通過(guò)集成的上下計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，確保轉(zhuǎn)換器以低重復(fù)率嘗試重啟，避免IC過(guò)熱。
• 熱關(guān)斷：具備滯回?zé)彡P(guān)斷功能，當(dāng)溫度達(dá)到熱關(guān)斷溫度TSD（典型值160°C）時(shí)，轉(zhuǎn)換器停止工作，當(dāng)溫度下降TSD - THYST（典型值30°C）后，再次恢復(fù)工作。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

VIPER16的特性使其適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如替代電容式電源、作為電器的輔助電源、用于功率計(jì)量以及LED驅(qū)動(dòng)器等。在這些應(yīng)用中，它能充分發(fā)揮其高電壓耐受性、低EMI和低功耗等優(yōu)勢(shì)，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。

三、關(guān)鍵參數(shù)與電氣特性

1. 最大額定值

VIPER16的各項(xiàng)引腳和參數(shù)都有明確的最大額定值，例如漏極 - 源極電壓最大可達(dá)800V，重復(fù)雪崩能量最大為2mJ，重復(fù)雪崩電流最大為1A，脈沖漏極電流最大為2.5A等。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)時(shí)提供了安全邊界，確保器件在正常工作范圍內(nèi)運(yùn)行。

2. 電氣特性

• 功率部分：擊穿電壓VBVDSS在IDRAIN = 1mA、VCOMP = GND、T = 25°C時(shí)為800V，漏 - 源導(dǎo)通電阻Rps(on)在不同溫度和電流條件下有不同的值，有效輸出電容Coss在VDRAIN = 0到640V時(shí)典型值為10pF，關(guān)斷狀態(tài)漏極電流IOFF在不同電壓條件下有相應(yīng)的最大值。
• 供電部分：包含啟動(dòng)電壓、充電電流、工作電壓范圍、鉗位電壓等參數(shù)，例如漏 - 源啟動(dòng)電壓VDRAIN_START典型值為50V，啟動(dòng)充電電流IDDch1在VDRAIN = 100V到640V、VDD = 4V時(shí)為 - 0.6到 - 1.8mA，工作電壓范圍VDD為11.5到23.5V。

四、引腳功能詳解

VIPER16有不同的封裝形式，如DIP - 7和SO16 narrow，每個(gè)引腳都有特定的功能：

• GND：連接到內(nèi)部功率MOSFET的源極和控制器接地參考。
• VDD：控制部分的供電電壓引腳，為外部電容提供充電電流。
• LIM：可設(shè)置漏極電流限制，通過(guò)連接外部電阻到GND來(lái)降低默認(rèn)的電流限制。
• FB：內(nèi)部跨導(dǎo)誤差放大器的反相輸入引腳，通過(guò)連接電阻可實(shí)現(xiàn)輸出電壓與參考電壓相等，在不同輸出電壓需求下需采用不同的連接方式。
• COMP：內(nèi)部跨導(dǎo)誤差放大器的輸出引腳，用于連接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電壓控制環(huán)路的穩(wěn)定性和良好的動(dòng)態(tài)性能，也可通過(guò)光耦直接控制PWM。
• DRAIN：高壓漏極引腳，內(nèi)置高壓開(kāi)關(guān)啟動(dòng)偏置電流也從此引腳獲取，引腳連接到金屬框架以利于散熱。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與建議

1. 典型電路設(shè)計(jì)

提供了多種典型電路，如降壓轉(zhuǎn)換器、升降壓轉(zhuǎn)換器、反激轉(zhuǎn)換器（初級(jí)調(diào)節(jié)和非隔離）等，工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的電路結(jié)構(gòu)，并根據(jù)電路原理圖進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)計(jì)算和元件選型。

2. 布局準(zhǔn)則

• 信號(hào)與功率地分離：信號(hào)接地布線應(yīng)與功率接地和任何脈沖高電流環(huán)路分開(kāi)，所有信號(hào)接地跡線通過(guò)一個(gè)靠近IC GND引腳的“星點(diǎn)”連接到功率接地。
• 減少電磁干擾：盡量減小脈沖環(huán)路（初級(jí)、RCD和次級(jí)環(huán)路）的面積，以降低寄生自感和輻射電磁場(chǎng)，使電源更容易通過(guò)EMC法規(guī)要求。
• 元件布局：補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡可能靠近COMP引腳，GND跡線應(yīng)盡量短；VDD引腳附近應(yīng)放置一個(gè)小的旁路電容（幾百pF到0.1μF），選擇低ESL陶瓷電容，以提供干凈的偏置電壓并保護(hù)IC；在SO16封裝中，建議將引腳4通過(guò)信號(hào)跡線連接到GND引腳，以提高抗噪能力；可在LIM引腳連接一個(gè)不超過(guò)470nF的電容，改善IC的抗噪性能。
• 散熱設(shè)計(jì)：IC的熱耗散通過(guò)漏極引腳進(jìn)行，應(yīng)在漏極引腳下方設(shè)計(jì)足夠的散熱銅面積，同時(shí)不建議在GND引腳上放置大面積銅區(qū)域。

六、總結(jié)與思考

VIPER16憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和明確的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為電子工程師在電源設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，仔細(xì)考慮各項(xiàng)參數(shù)和特性，合理選擇電路結(jié)構(gòu)和元件，精心設(shè)計(jì)PCB布局，以充分發(fā)揮VIPER16的性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，大家在使用過(guò)程中是否遇到過(guò)一些特殊的問(wèn)題或者有獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。