VIPer0P內部功能集成度很高，有助於設計人員設計一款輕巧的電源，同時節省組件成本。

 

VIPer0P是一款設計靈活的功率轉換器，適用於開關電源拓撲
，例如，反激式轉換器
、正極或負極輸出降壓式轉換器。

 

該產品的寬輸出電壓範圍(5V-30V)方(fang)便(bian)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)靈(ling)活(huo)地(di)選(xuan)用(yong)變(bian)壓(ya)器(qi)。在(zai)諸(zhu)多(duo)內(nei)部(bu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)中(zhong)，新(xin)的(de)磁(ci)通(tong)量(liang)密(mi)度(du)泄(xie)漏(lou)防(fang)護(hu)可(ke)防(fang)止(zhi)啟(qi)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)發(fa)生(sheng)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)飽(bao)和(he)現(xian)象(xiang)。

 

 

目mu前qian，綠lv色se節jie能neng對dui於yu家jia電dian廠chang商shang是shi一yi個ge巨ju大da挑tiao戰zhan
，為wei達da到dao現xian行xing或huo以yi後hou出chu台tai的de更geng嚴yan格ge的de能neng效xiao法fa規gui的de要yao求qiu，家jia電dian廠chang商shang必bi須xu按an照zhao節jie能neng環huan保bao理li念nian設she計ji產chan品pin。

 

智能功率產品是意法半導體的一大業務之柱，意法半導體致力於為客戶智能家電提供節能電源，而VIPer0P正是意法半導體履行承諾的範例。

 

很hen多duo家jia電dian在zai大da部bu分fen生sheng命ming周zhou期qi內nei是shi處chu於yu待dai機ji模mo式shi
，白bai白bai浪lang費fei大da量liang電dian能neng，導dao致zhi這zhe種zhong現xian象xiang的de原yuan因yin很hen簡jian單dan，隻zhi是shi沒mei有you人ren去qu關guan閉bi機ji械xie式shi電dian源yuan開kai關guan
，切qie斷duan電dian器qi與yu電dian源yuan插cha座zuo的de電dian連lian接jie。

 

智能開關機管理可有效地解決這種能源浪費問題，VIPer0P的零功耗模式(ZPM)正是為此設計。即使家電處於待機狀態下，未斷開與電源插座的連接，先進的開關機管理技術仍可實現極低的輸入功耗。

 

事(shi)實(shi)上(shang)
，設(she)備(bei)在(zai)工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)結(jie)束(shu)後(hou)可(ke)以(yi)立(li)即(ji)自(zi)動(dong)關(guan)閉(bi)，必(bi)要(yao)時(shi)再(zai)重(zhong)啟(qi)開(kai)機(ji)。零(ling)功(gong)耗(hao)模(mo)式(shi)是(shi)由(you)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)，也(ye)可(ke)以(yi)由(you)用(yong)戶(hu)用(yong)低(di)壓(ya)開(kai)關(guan)按(an)鈕(niu)或(huo)遙(yao)控(kong)係(xi)統(tong)加(jia)以(yi)控(kong)製(zhi)。有(you)了(le)零(ling)功(gong)耗(hao)模(mo)式(shi)後(hou)

，電(dian)器(qi)產(chan)品(pin)可(ke)省(sheng)去(qu)機(ji)械(xie)開(kai)關(guan)
，降(jiang)低(di)組(zu)件(jian)成(cheng)本(ben)。

 

 

圖2所示是VIPer0P的結構簡圖，組件包括一個800V擊穿電壓
、20Ω導通電阻的MOSFET晶體管和一個內置過流保護機製的固定頻率的電流式PWMkongzhiqi。weilenenggoushiyongzuixiaodelvboqidadaodianciganraoguifanyaoqiu，kongzhiqigongzuopinlvcaiyongpinlvdoudongjishudegudingpinlv。zainengxiaohebianyaqichicunfangmian，weibianyukehuxuanzezuiyouxiaodejiejuefangan
，yifabandaotitigongliangkuanchanpin，fenbieshi(FOSC)開關頻率為60kHz的“L”款和120kHz的“H”款。VIPer0P配備輕載管理功能，在幾毫安負載時同樣能夠取得良好的能效。

 

為避免人耳聽到噪聲，在輕載時，漏極限流(IDLIM)從400mA降至105mA，此時，控製器進入脈衝頻率調製(PFM)模式。

 

該產品封裝采用SO16窄貼裝(SMD)。

 

圖1 – VIPer0P的主要應用領域

 

 

作為該產品的一個主要特性，零功耗模式是指產品被完全關斷的待機狀態，此時，輸出電壓為零
，在230V電壓下，待機功耗在4mW以下。芯片進入零功耗模式的方法是：強製OFF引腳連接SGND引腳，時長tDEB_OFF 大於10ms；退出零功耗模式(恢複正常開關操作)的方法是：強製ON引腳連接SGND引腳，時長tDEB_ON大於20µs。如圖3所示
，ON/OFF引腳可由微控製器管理，而退出零功耗模式，則需要用戶幹預，即按開關按鈕或操作遙控器。

 

圖2 - VIPer0P架構

 

圖3 - 微控製器控製的零功耗模式示例

 

 

VIPer0P集成一個誤差放大器(EA)，反相輸入端和輸出端分別是FB和COMP。

 

誤差放大器的內部參考電壓是1.2V
，EAGND引腳上的外部接地參考電壓相對SGND(控製器接地)變負，這準許在非隔離架構中,通過連接在FB、SGND和 EAGND引腳之間的分壓器，輕鬆準確地設置負輸出電壓。EAGND直接連在負輸出電壓軌上。

 

若需要正輸出電壓，則將EAGND引腳與SGND引腳焊在一起
，將分壓器置於FB和SGND兩個引腳與輸出端之間。

 

如果需要隔離電源
，則FB引腳與SGND引腳焊在一起，以禁用誤差放大器，通過光耦合器的源出電流設置COMP引腳電壓。光耦合器源出電流與二次側外部誤差放大器(TL431或類似放大器)的誤差信號成正比。

 

不論哪一種情況，須在COMP和SGND兩個引腳之間設置補償網絡。

 

 

嵌入式高壓(HV)啟動電路包括800V啟動MOSFET晶體管和可開關的高壓電流發生器，其提供的電流ICH 為連接VCC引腳的外部電容CVCC充電。當VCC電壓達到啟動閾壓8V時，芯片開始工作，一次側MOSFET開關開始運行，高壓電流發生器關閉。

 

圖4 –VIPer0P電源模式: 自供電和外部電源

 

在穩態下，芯片支持兩個不同的偏壓：自供電和外部電源，如圖4所示。

 

在自供電模式下，CVCC電容存儲的電能為芯片提供電源，不論何時
，隻要電壓降至4.25V，高壓電流發生器就會激活，為電容充電，直到8V為止。

 

在外部電源模式下，通過連接變壓器輔助繞組或者輸出端（後者隻有在非隔離型拓撲情況下），可使VCC電壓保持在4.25V以上
，高壓電流發生器始終處於關閉狀態。

 

甚至當輸出電壓較低(例如
，5V)時
，VCC的寬電壓範圍(5V - 30V)使芯片能夠繼續使用外部電源，從而提高係統能效
，降低組件成本。30V上限使芯片可承受輔助電壓的劇烈變化
，讓設計人員靈活地選擇變壓器。

 

 

芯片內部保護電路可提高最終產品和芯片本身的安全性和可靠性。這些保護功能包括過流保護(OCP)、VCC電壓鉗位保護、最大占空比計數器和過熱保護(OTP)。如果其中某一項保護功能激活並將芯片關閉，芯片將在持續一段時間後自動重啟
，這些被禁用的時間稱為自動重啟時間，用參數tRESTART表示
，參數值在芯片內部固定，通常為1秒),然後從軟啟動開始自動重啟過程。automatically restarted with soft start phase.這個過程將會反複出現
，直到故障排除為止。

 

 

新的脈衝跨周調製模式保護功能可避免漏極電流過高和變壓器飽和，這兩種現象在轉換器啟動階段特別常見(圖5中的虛線)
，因為當輸入和輸出電壓差值很大時，電壓時間開始失衡
，如果不加以控製
，IDRAIN將會迅速升高。

 

脈衝跨周調製模式工作原理如下：在導通時間tON_MIN最小值內
，若IDRAIN大於IDLIM ，則開關頻率逐周期二分頻，降至最低值15kH，如圖5實線所示。如果確實滿足上述條件，開關頻率保持在15kHz, 且當內部過流保護計數器OCP記到最後一個數時，過流保護功能啟動。在導通時間tON_MIN內，若IDRAIN小於IDLIM ，則開關頻率逐周期二倍頻，直到開關頻率FOSC恢複到正常為止。

 

圖5 – 啟動期內的脈衝跨周調製模式

 

 

電路板介紹

 

如圖6所示
，STEVAL-ISA174V1能夠讓用戶使用VIPer0P全部功能
，在實際應用中快速測試器件的性能。該演示板采用非隔離反激式拓撲，通過雙輸出端口提供大約7W輸出(-5V輸出800mA; +7V輸出大約400mA)，板載 VIPer0P “L”款功率轉換器。通過將誤差放大器的懸浮接地參考引腳EAGND連至負電壓軌和FB、EAGND和SGND引腳之間的分壓器
，很容易獲得負輸出電壓。

 

該評估板通過變壓器二次側線圈匝數比設定+7V輸出電壓
，使用一個小信號二極管供給VCC引腳，因此節省了自供電源和啟動高壓電流發生器所發生的功耗。結合VIPer0P內部模塊的低功耗
，這樣設計可在輕載和空載條件實現極低的輸入功耗。

 

圖6–STEVAL-ISA174V1

 

 

 

在正常式作期間按下開關按鈕時
，OFF引腳被強製連至SGND引腳
，且連接時間大於DEB_OFF，芯片進入零功耗模式。除退出零功耗模式所需的模塊外，芯片內部所有模塊均關閉。表2列出了零功耗模式輸入功耗測量值。

 

再按下開關時，ON引腳被強製連至SGND引腳，且連接時間大於DEB_ON，芯片退出零功耗模式。芯片通過軟啟動恢複開關操作，重新開始輸出功率。在實際應用中，ON和OFF引腳可以由微控製器控製，如圖3所示。實際上

，這些引腳的上拉電阻有幾微安的驅動能力
，可在零功耗模式供給微控製器。

 

 

 

如果連續施加過載輸出，過載時間tOVL達到50ms


，芯片將會啟動自我保護功能
，關閉自動重啟電路的功率部分 
，重啟時間tRESTART時間典型值為1秒(圖7)。這zhe樣yang設she計ji可ke確que保bao轉zhuan換huan器qi保bao持chi較jiao低di的de重zhong啟qi嚐chang試shi重zhong複fu率lv，使shi轉zhuan換huan器qi安an全quan地di工gong作zuo
，保bao持chi極ji低di的de功gong耗hao吞tun吐tu量liang，避bi免mian過guo載zai現xian象xiang反fan複fu出chu現xian時shi芯xin片pian過guo熱re。

 

圖7 – 穩態期間的過載保護 

 

此外
，在保護電路觸發後的啟動期間
，內部軟啟動功能激活(圖8)
，實際上，這是過流保護閾值逐漸提高過程，在內部固定周期tSS (8 ms)內
，IDLIM分8步從0升至400mA標稱值。這個功能的用途是降低二次側二極管和電路板功率器件上的應力，提高係統總體可靠性。

 

圖8 – 在超載保護期間重啟過程中的軟啟動

 

在過載現象消除後
，芯片恢複正常工作。

 

在啟動階段，若IDRAIN 在tONMIN時間內升至較高值，則脈衝跨周調製模式激活
，以降低芯片的開關頻率(圖9)
，為電感提供更多的放電時間，幫助限製漏極峰流值，防止電流失控現象發生，避免變壓器出現飽和
，提高係統總體可靠性。

 

圖9 – 啟動期內的脈衝跨周調製模式

 

 

eDesignSuite：一款以電源管理為主要應用的在線仿真工具
，用於電源(AC-DC和DC-DC)、LED燈具(AC-DC和 DC-DC)、太陽能、充電器、濾波器和天線設計。

 

該仿真工具支持許多基於意法半導體產品的拓撲(控製器
、MOSFET、二極管、保險、穩壓器等)。新產品 VIPer0P即將被列入支持範圍。插入轉換器的主要參數(Vin, Vout, Iout等)，選擇要使用的控製器，幾秒後，eDesignSuite就能生成一個完整設計：帶全部注釋的互動電路示意圖
、完整的互動組件清單、分析圖庫(例如
，主電流和電壓仿真、能效
、Bode穩定性和功率損耗)和變壓器設計。

 

 

 

VIPer0P是意法半導體最新推出的創新的綠色智能電源解決方案。

 

VIPer0P讓電源設計人員能夠輕鬆滿足市場對穩健性和能效的雙重要求。

 

STEVAL-ISA174V1評估套件評測結果證明，基於VIPer0P的開關電源可輕鬆滿足能效法規的嚴格要求
，例如，CoC5和IEC62301的零功耗要求。此外
，評估板套件還能演示IEC電磁兼容性、電磁幹擾、電湧
、突發和應用性靜電放電等規範預認證測試。

 

顯然
，VIPer0P為家電廠商帶來增加產品價值的機會。