VIPER12A-E：低功耗離線開關電源初級開關器的詳細解析
VIPER12A-E：低功耗離線開關電源初級開關器的詳細解析
在電子工程師的日常設計工作中，選擇合適的電源開關器至關重要。今天，我們就來深入探討一款性能出色的低功耗離線開關電源初級開關器——VIPER12A-E。
文件下載：viper12a-e.pdf
一、產品概述
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電源、電機控制的輔助電源等。
二、電氣數據
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，這些只是應力額定值，并不意味著器件可以在這些或本規格書工作部分規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 | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| (V_{DS(sw)}) | 開關漏源電壓（(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) | 連續漏極電流 | 內部限制 | A |
| (V_{DD}) | 電源電壓 | 0 ... 50 | V |
| (I_{FB}) | 反饋電流 | 3 | mA |
| (V_{ESD}) | 靜電放電：機器模型（(R = 0 Ω ; C = 200 pF)）、充電設備模型 | 200、1.5 | V、kV |
| (T_J) | 結工作溫度 | 內部限制 | °C |
| (T_C) | 外殼工作溫度 | -40 to 150 | °C |
| (T_{stg}) | 儲存溫度 | -55 to 150 | °C |
2. 熱數據
在安裝在標準單面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，熱阻數據如下：
| 符號 | 參數 | SO - 8 | DIP - 8 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| (R_{thJC}) | 熱阻結 - 殼（最大） | 25 | 15 | °C/W |
| (R_{thJA}) | 熱阻環境 - 殼（最大） | 55 | 45 | °C/W |
三、電氣特性
1. 功率部分
| 符號 | 參數 | 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}) | 關態漏極電流 | (V{DS}= 500V)；(V{FB}=2V)；(T =125°C) | - | - | 0.1 | mA |
| (r_{DS(on)}) | 靜態漏源導通電阻 | (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 | 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}) | 非開關時的工作電源電流 | (I_{FB}=2mA) | 3 | 5 | - | mA |
| (I_{DD1}) | 開關時的工作電源電流 | (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 | 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 | 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) | 電流檢測關斷延遲 | (I_D = 0.2 A) | - | 200 | - | ns |
| (t_b) | 消隱時間 | - | - | 500 | - | ns |
| (t_{ONmin}) | 最小導通時間 | - | - | 700 | - | ns |
5. 過溫部分
| 符號 | 參數 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (T_{SD}) | 熱關斷溫度 | - | 140 | 170 | - | °C |
| (T_{HYST}) | 熱關斷遲滯 | - | - | 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。遲滯比較器監控(V{DD})電壓，提供兩個閾值：(V{DDon})（典型值14.5V，器件開始開關并關閉啟動電流源）和(V_{DDoff})（典型值8V，器件停止開關并打開啟動電流源）。 |
| 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FB引腳短路到SOURCE引腳時，可獲得對應于最大漏極電流的電流限制。 |
五、關鍵特性解析
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，都能保持電流調節。
2. 反饋引腳工作原理
與傳統的PWM控制電路使用電壓輸入不同，FB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的固定參考電壓進行比較。當(R{2} cdotleft(I{S}+I{FB}right)=0.23 V)時，MOSFET關斷。通過推導可得(I{S}=frac{0.23 V}{R{2}}-I{FB})，再結合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FB引腳短路到地時可獲得電流限制，但在實際應用中，由于使用光耦驅動FB引腳，很難真正將其短路到地。不過，電容(C)對FB引腳電壓進行平均，當光耦關閉（啟動或短路）時，可假設相應電壓非常接近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。當轉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。當達到(V{DDon})時，啟動電流源關閉，器件開始通過開關主功率MOSFET進行工作。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，直到達到調節點，此時次級回路開始向光耦發送電流，轉換器進入調節運行狀態。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束，導致轉換器無法啟動。
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})時復位。該事件僅在(V{DD})達到(V_{DDoff})所需的時間內被鎖存，之后器件自動恢復正常運行。
六、總結
VIPER12A-E憑借其集成化的設計、豐富的保護功能以及寬范圍的電壓適應能力，在離線電源設計領域具有很大的優勢。電子工程師在設計電池充電器適配器、待機電源等應用時，可充分考慮其各項特性，合理利用其優勢，以實現高效、穩定的電源設計。同時，在實際應用中，還需根據具體的設計需求，仔細分析其電氣特性和引腳功能，確保設計的可靠性和穩定性。大家在使用VIPER12A-E進行設計時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區分享交流。
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