VIPER28：高性能高壓轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高性能、高可靠性的高壓轉(zhuǎn)換器一直是工程師們追求的目標(biāo)。VIPER28作為一款出色的高壓轉(zhuǎn)換器，憑借其獨(dú)特的特性和豐富的功能，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。本文將深入剖析VIPER28的各項(xiàng)特性、技術(shù)參數(shù)以及工作原理，為電子工程師們提供全面的參考。

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一、產(chǎn)品概述

VIPER28是一款高度集成的高壓轉(zhuǎn)換器，它巧妙地將800V耐用功率MOSFET與PWM電流模式控制相結(jié)合。這款I(lǐng)C具有極低的功耗，在輕載時(shí)以突發(fā)模式運(yùn)行，能夠滿足更為嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。其可調(diào)的額外功率定時(shí)器（EPT）功能，使IC能夠在數(shù)秒內(nèi)承受過載條件。同時(shí)，集成的高壓?jiǎn)?dòng)、感應(yīng)FET和帶抖動(dòng)的振蕩器，使得應(yīng)用中所需的組件數(shù)量降至最低。此外，它還具備雙級(jí)過流保護(hù)（OCP）、輸出過壓保護(hù)、短路保護(hù)和帶滯后的熱關(guān)斷等高級(jí)保護(hù)功能，在故障條件消除后，IC會(huì)自動(dòng)重啟。

二、產(chǎn)品特性

（一）強(qiáng)大的功率MOSFET

采用800V雪崩耐用功率MOSFET，可實(shí)現(xiàn)超寬范圍的交流輸入電壓（(V_{ac})），為電源設(shè)計(jì)提供了更廣泛的輸入范圍選擇。

（二）集成功能

1. 高壓?jiǎn)?dòng)和感應(yīng)FET：嵌入式HV啟動(dòng)和感應(yīng)FET，減少了外部組件的使用，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
2. PWM電流模式控制器：精確的PWM電流模式控制，提高了電源的穩(wěn)定性和效率。

（三）過流保護(hù)

具有可選擇閾值的OCP（(I{Dlim})）和更高值的二級(jí)OCP（(I{DMAX})），有效保護(hù)IC免受變壓器飽和或次級(jí)二極管短路的影響。

（四）低功耗

在230V交流輸入下，空載功耗僅為30mW，符合節(jié)能要求。

（五）雙工作頻率

提供60kHz（L型）或115kHz（H型）兩種工作頻率選擇，可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。

（六）抖動(dòng)頻率

抖動(dòng)頻率可降低電磁干擾（EMI），提高系統(tǒng)的電磁兼容性。

（七）額外功率定時(shí)器（EPT）

EPT可在數(shù)秒內(nèi)屏蔽過載電流，增強(qiáng)了IC在過載情況下的穩(wěn)定性。

（八）輸出過壓保護(hù)

具有嚴(yán)格公差和數(shù)字噪聲濾波器的輸出過壓保護(hù)，確保輸出電壓的穩(wěn)定。

（九）軟啟動(dòng)功能

軟啟動(dòng)可降低啟動(dòng)時(shí)的應(yīng)力，延長(zhǎng)IC的使用壽命。

（十）自動(dòng)重啟

在故障條件消除后，IC會(huì)自動(dòng)重啟，提高了系統(tǒng)的可靠性。

三、技術(shù)參數(shù)

（一）絕對(duì)最大額定值

（二）熱阻參數(shù)

（三）電氣特性

1. 功率部分
   • (V{BVDSS})（擊穿電壓）：800V（(I{DRAIN}=1mA)，(V{FB}=GND)，(T{J}=25°C)）
   • (I{OFF})（關(guān)態(tài)漏極電流）：最大60μA（(V{DRAIN}=最大額定值)，(V{FB}=GND)，(T{J}=25°C)）
   • (R{DS(on)})（漏源導(dǎo)通電阻）：25°C時(shí)為7Ω（(I{DRAIN}=0.4A)，(V{FB}=3V)，(V{EPT}=GND)）；125°C時(shí)為14Ω
   • (C{OSS})（有效輸出電容）：40pF（(V{DRAIN}=0)至640V，(T_{J}=25°C)）
2. 供電部分
   • (V_{DRAIN_START})（漏源啟動(dòng)電壓）：60 - 100V
   • (I{DDch1})（啟動(dòng)充電電流）：-2至 - 4mA（(V{DRAIN}=120V)，(V{EPT}=GND)，(V{FB}=GND)，(V_{DD}=4V)）
   • (I{DDch2})（故障后重啟充電電流）：-0.4至 - 0.8mA（(V{DRAIN}=120V)，(V{EPT}=GND)，(V{FB}=GND)，(V_{DD}=5V)）
   • (V_{DD})（工作電壓范圍）：8.5 - 23.5V
   • (V{DDclamp})（(V{DD})鉗位電壓）：23.5V（(I_{DD}=20mA)）
   • (V{DDon})（(V{DD})啟動(dòng)閾值）：13 - 15V（(V{DRAIN}=120V)，(V{EPT}=GND)，(V_{FB}=GND)）
   • (V{DDoff})（(V{DD})欠壓關(guān)斷閾值）：7.5 - 8.5V
   • (V{DD(RESTART)})（(V{DD})重啟電壓閾值）：4 - 5V（(V{DRAIN}=120V)，(V{EPT}=GND)，(V_{FB}=GND)）
   • (I{DD0})（非開關(guān)狀態(tài)下的工作供電電流）：最大0.9mA（(V{FB}=GND)，(F{OSC}=0kHz)，(V{EPT}=GND)，(V_{DD}=10V)）
   • (I{DD1})（開關(guān)狀態(tài)下的工作供電電流）：60kHz時(shí)最大2.5mA，115kHz時(shí)最大3.5mA（(V{DRAIN}=120V)）
   • (I{DD_FAULT})（保護(hù)觸發(fā)時(shí)的工作供電電流）：最大400μA（(V{DD}=10V)）
   • (I{DD_OFF})（(V{DD}{DD_OFF})時(shí)的工作供電電流）：最大270μA（(V{DD}=7V)）
3. 控制器部分
   • 反饋引腳
     • (V_{FBolp})（過載關(guān)斷閾值）：4.5 - 5.2V
     • (V_{FBlin})（過載檢測(cè)閾值）：3.2 - 3.7V
     • (V_{FBbm})（突發(fā)模式閾值）：0.54 - 0.66V
     • (V_{FBbmhys})（突發(fā)模式滯回）：100mV
     • (I{FB1})（反饋源電流）：-150至 - 280μA（(V{FB}=0.3V)）
     • (I{FB2})（反饋電流 - OLP延遲）：最大 - 3μA（(V{FBlin}{FB}{FBolp})）
     • (R{FB(DYN)})（動(dòng)態(tài)電阻）：14 - 20kΩ（(V{FB}<3.3V)）
     • (H{FB})（(Delta V{FB}/Delta I{D})）：2 - 6V/A（(T{J}=25°C)）
   • CONT引腳
     • (V{CONT_l})（低電平鉗位電壓）：0.4 - 0.6V（(I{CONT}=-100μA)）
     • (V{CONT_h})（高電平鉗位電壓）：5 - 6V（(I{CONT}=1mA)）
   • 電流限制
     • (I{Dlim})（最大漏極電流限制）：0.75 - 0.85A（(V{FB}=4V)，(I{CONT}=-10μA)，(T{J}=25°C)）
     • (t_{SS})（軟啟動(dòng)時(shí)間）：7.6 - 9.4ms
     • (T_{ON_MIN})（最小導(dǎo)通時(shí)間）：220 - 480ns
     • (t_23t9px9irg3)（傳播延遲）：最大100ns
     • (t_{LEB})（前沿消隱）：300ns
     • (I{D_BM})（突發(fā)模式下的峰值漏極電流）：最大160mA（(V{FB}=0.6V)）
   • 振蕩器部分
     • (F_{OSC})（振蕩頻率）：VIPER28L為54 - 66kHz，VIPER28H為103 - 127kHz
     • (F_{D})（調(diào)制深度）：VIPER28L為±4kHz，VIPER28H為±8kHz
     • (F_{M})（調(diào)制頻率）：200 - 300Hz
     • (D_{MAX})（最大占空比）：70 - 80%
   • 過流保護(hù)（二級(jí)OCP）
     • (I_{DMAX})（二級(jí)過流閾值）：1.2A
   • 過壓保護(hù)
     • (V_{OVP})（過壓保護(hù)閾值）：2.7 - 3.3V
     • (t_{STROBE})（過壓保護(hù)選通時(shí)間）：2.2μs
   • 額外功率管理
     • (I{DLIM_EPT})（帶EPT功能的漏極電流限制）：85% (I{Dlim})
     • (V{EPT(STOP)})（EPT關(guān)斷閾值）：3.6 - 4.4V（(I{CONT}<-10μA)）
     • (V_{EPT(RESTART)})（EPT重啟閾值）：0.4 - 0.8V
     • (I_{EPT})（吸收/源電流）：4 - 6μA
   • 熱關(guān)斷
     • (T_{SD})（熱關(guān)斷溫度）：150 - 160°C
     • (T_{HYST})（熱關(guān)斷滯回）：30°C

四、工作原理

（一）功率部分和柵極驅(qū)動(dòng)器

功率部分采用雪崩耐用的N溝道MOSFET，具有800V的最小擊穿電壓（(B{VDSS})）和25°C時(shí)最大7Ω的導(dǎo)通電阻（(R{DS(on)})）。集成的SenseFET結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了幾乎無損耗的電流檢測(cè)。柵極驅(qū)動(dòng)器在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)提供受控的柵極電流，以最小化共模電磁干擾。在欠壓鎖定（UVLO）條件下，內(nèi)部下拉電路將柵極保持在低電平，防止功率部分意外導(dǎo)通。

（二）高壓?jiǎn)?dòng)發(fā)生器

高壓電流發(fā)生器通過DRAIN引腳供電，僅當(dāng)輸入大容量電容電壓高于(V{DRAIN_START})閾值（典型值80V DC）時(shí)才啟用。啟動(dòng)時(shí)，(I{DDch1})電流（典型值3mA）被輸送到(V{DD})引腳的電容。故障事件后的自動(dòng)重啟模式下，電流降至(I{DDch2})（典型值0.6mA），以實(shí)現(xiàn)重啟階段的緩慢占空比。

（三）上電和軟啟動(dòng)

當(dāng)輸入電壓升至設(shè)備啟動(dòng)閾值(V{DRAIN_START})時(shí)，(V{DD})電壓由于內(nèi)部高壓?jiǎn)?dòng)電路提供的(I{DDch1})電流而開始上升。當(dāng)(V{DD})電壓達(dá)到(V{DDon})閾值時(shí)，功率MOSFET開始開關(guān)，高壓電流發(fā)生器關(guān)閉。在自供電電路（通常是變壓器的輔助繞組和轉(zhuǎn)向二極管）產(chǎn)生足夠高的電壓以維持運(yùn)行之前，IC由(V{DD})引腳電容(C{VDD})存儲(chǔ)的能量供電。(C{VDD})電容的大小必須正確選擇，以避免快速放電并保持所需電壓高于(V_{DDoff})閾值。在轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)期間，漏極電流限制逐漸增加到最大值，從而顯著降低了次級(jí)二極管的應(yīng)力，并有助于防止變壓器飽和。軟啟動(dòng)時(shí)間為8.5ms，每次啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器或故障后都會(huì)執(zhí)行該功能。

（四）掉電

轉(zhuǎn)換器掉電時(shí)，當(dāng)輸入電壓下降到足以達(dá)到峰值電流限制時(shí)，系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)能力。(V{DD})電壓下降，當(dāng)?shù)陀?V{DDoff})閾值時(shí)，功率MOSFET關(guān)閉，能量傳輸中斷，(V_{DD})電壓降低，啟動(dòng)序列被抑制，掉電完成。這一特性可防止轉(zhuǎn)換器嘗試重啟，并確保系統(tǒng)掉電期間輸出電壓?jiǎn)握{(diào)衰減。

（五）自動(dòng)重啟

每次保護(hù)觸發(fā)后，IC會(huì)根據(jù)(C{VDD})電容的放電和充電情況自動(dòng)重啟。故障發(fā)生后，IC停止工作，(V{DD})電壓因IC消耗而降低。當(dāng)(V{DD})電壓低于(V{DD(RESTART)})閾值且直流輸入電壓高于(V{DRAIN_START})閾值時(shí)，內(nèi)部高壓電流源開啟，以(I{DDch2})電流（典型值0.6mA）對(duì)(C{VDD})電容充電。當(dāng)(V{DD})電壓達(dá)到(V_{DD(ON)})閾值時(shí)，IC重啟。

（六）振蕩器

開關(guān)頻率內(nèi)部固定為60kHz或115kHz。兩種情況下，開關(guān)頻率均以250Hz（典型值）的速率進(jìn)行約±4kHz（60kHz版本）或±8kHz（115kHz版本）的調(diào)制，從而使開關(guān)頻率的每個(gè)諧波能量分布在多個(gè)邊帶諧波上，整體能量相同但幅度較小。

（七）帶可調(diào)電流限制設(shè)定點(diǎn)的電流模式轉(zhuǎn)換

該設(shè)備是電流模式轉(zhuǎn)換器，漏極電流被檢測(cè)并轉(zhuǎn)換為電壓，應(yīng)用于PWM比較器的同相引腳。該電壓通過分壓器與反饋引腳的電壓逐周期進(jìn)行比較。設(shè)備具有默認(rèn)的電流限制值(I{Dlim})，可通過連接到CONT引腳的(R{LIM})電阻根據(jù)電氣規(guī)格進(jìn)行調(diào)整。CONT引腳需要最小的吸收電流來激活(I{Dlim})調(diào)整。沒有(R{LIM})或(R_{LIM})值較高（如100kΩ）時(shí)，電流限制設(shè)置為默認(rèn)值。

（八）過壓保護(hù)（OVP）

設(shè)備集成了用于監(jiān)測(cè)輸出電壓的邏輯，在功率MOSFET關(guān)斷期間使用(V{CONT})電壓作為輸入信號(hào)。此時(shí)，輔助繞組的電壓通過匝數(shù)比跟蹤輸出電壓。CONT引腳必須通過二極管(D{OVP})以及電阻(R{OVP})和(R{LIM})連接到輔助繞組。當(dāng)關(guān)斷期間(V_{CONT})電壓連續(xù)四次超過參考電壓(