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PWM控kong製zhi器qi。為wei了le能neng夠gou使shi用yong最zui小xiao的de濾lv波bo器qi達da到dao電dian磁ci幹gan擾rao規gui範fan要yao求qiu，控kong製zhi器qi工gong作zuo頻pin率lv采cai用yong頻pin率lv抖dou動dong技ji術shu的de固gu定ding頻pin率lv。在zai能neng效xiao和he變bian壓ya器qi尺chi寸cun方fang麵mian
，為wei便bian於yu客ke戶hu選xuan擇ze最zui有you效xiao的de解jie決jue方fang案an，意yi法fa半ban導dao體ti提ti供gong兩liang款kuan產chan品pin，分fen別bie是shi(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。