基于VIPERGAN50的50W QR反激式转换器设计与应用解析

STMicroelectronics EVLVIPGAN50FL 15V/50W QR 反激式转换器采用15V-50W SSR隔离式反激转换器，开发用于通用应用。STMicroelectronics转换器的工作电压范围为90VAC至265V AC 。该参考设计基于VIPERGAN50。VIPERGAN50是一款先进的离线高压转换器。

数据手册：*附件：STMicroelectronics EVLVIPGAN50FL 15V，50W QR反激式转换器数据手册.pdf

特性

• 通用输入电源范围：90VAC至265VAC
• 频率：50Hz至60Hz
• 输出电压：15V
• 输出电流：3.35A
• 待机电源功耗：<85mW（230VAC时）
• 平均效率：>90%
• 在整个输入和输出范围内可实现精确的线路和负载调节
• 得益于频率抖动特性，即使使用较小的EMI滤波器，也能满足IEC55022 B类传导EMI要求
• 符合RoHS指令

示意图

基于VIPERGAN50的50W QR反激式转换器设计与应用解析

一、核心芯片架构与特性分析

‌1. VIPERGAN50技术突破‌
STMicroelectronics推出的VIPERGAN50是集成功率GaN技术的离线高压转换器，具备以下核心特性：

• ‌650V PowerGaN与SenseFET集成‌：融合硅基senseFET与高压启动电路，显著降低开关损耗
• ‌准谐振(QR)控制‌：支持动态消隐时间与可调谷底同步延迟功能，实现全输入电压/负载范围效率最优
• ‌谷底锁定机制‌：确保恒定的谷底跳过，避免变频噪声
• ‌输入电压前馈补偿‌：使过功率保护(OPP)动作独立于电网波动
• ‌频率抖动技术‌：通过±6%的开关频率调制，大幅降低EMI干扰

‌2. 保护机制完善性‌
该方案内置多重保护电路：

• 可设置输入过压保护(OVP)
• 可配置布朗输入/布朗输出保护
• 可调节输出过压保护
• 输出过载保护
• 过流保护(OCP)前沿消隐(LEB)
• 芯片内置热关断功能

二、电路设计关键要点

‌1. 功率拓扑设计‌
如数据手册图1所示，主板采用经典反激拓扑：

• ‌输入级‌：保险丝F1+压敏电阻RV1构成过流/过压防护，π型滤波器(C1/L1/C2)满足IEC55022 Class B传导EMI标准
• ‌功率级‌：变压器T1采用9引脚设计，副边同步整流采用MOSFET(Q2)搭配专用驱动芯片
• ‌控制级‌：VIPERGAN50外围配置谷底检测(ZCD)、供电(VDD)和反馈(FB)网络

‌2. 效率优化措施‌

• ‌同步整流设计‌：副边采用MOSFET替代肖特基二极管，降低导通损耗
• ‌自适应突发模式‌：轻载时自动降低开关频率，将待机功耗控制在<85mW@230VAC
• ‌软启动功能‌：内置缓启动电路，防止变压器磁饱和

三、性能实测数据解读

‌电气参数验证‌：

• ‌输入范围‌：90-265VAC宽电压设计，支持全球电网标准
• ‌输出特性‌：15V/3.35A稳定输出，峰值功率50W
• ‌能效表现‌：平均效率>90%，满足能效法规要求
• ‌温度特性‌：全负载范围内温升<40℃（基于热阻模型计算）

四、工程应用指南

‌1. PCB布局建议‌

• 高压区域(AC输入、变压器原边)与低压区域间距≥8mm
• VIPERGAN50散热焊盘需连接至大面积铜箔
• 反馈信号走线应远离开关节点

‌2. 参数调整方法‌

• ‌输出OVP设置‌：通过修改R47/R48分压比调整保护阈值
• ‌布朗保护点‌：调节R1/R2阻值改变启停电压
• ‌开关频率‌：外部电阻R26可配置工作频率(65-130kHz)

‌3. 故障排查流程‌

• ‌无输出‌：检查VDD引脚电压(正常12-18V)，确认启动电阻R51阻值
• ‌效率偏低‌：检测同步整流驱动时序，优化变压器耦合系数
• ‌EMI超标‌：验证频率抖动功能是否启用，检查滤波器元件取值

五、行业应用场景

该设计方案适用于：

• ‌工业电源‌：PLC模块、传感器供电
• ‌消费电子‌：大功率适配器、电视待机电源
• ‌通信设备‌：基站辅助电源、网络设备电源模块