‌VIPERGAN65：面向高效电源设计的集成GaN高压转换器技术解析

STMicroelectronics VIPERGAN65高压转换器是一款先进的准谐振离线高压转换器，设有E-mode GaN HEMT。VIPERGAN65设计用于中等功率准谐振ZVS（开关导通时零电压开关）反激式转换器，在宽范围内提供高达65W输出功率。VIPERGAN65集成一整套特性，可提供极其灵活、简单易用的芯片，帮助设计高效离线电源。

数据手册：*附件：STMicroelectronics VIPERGAN65高压转换器数据手册.pdf

STM VIPERGAN65高压转换器可ZVS准谐振操作，具有动态消隐时间选项和谷值同步功能，可始终在漏极谐振的谷值开启电源开关。该操作可降低开关损耗，并最大限度地提高任何输入线路和负载条件下的整体效率。该器件的高级电源管理功能具有低静态电流，实现低待机功耗。前馈补偿可降低整个输入电压范围内的最大输出峰值功率变化。

此外，VIPERGAN65演示了对上述功能的保护特性，这些保护特性可大大提高最终产品的安全性和可靠性，包括：输出过压保护、过热保护 (OTP)、过载保护 (OLP)、上电/掉电保护（将输入电压电平设置为转换器上电和断电），以及输入过压保护 (iOVP)——在输入线路电压异常增加的情况下保护系统。所有保护功能都在自启动模式下。

特性

• 准谐振 (QR) 反激式控制器
• 650V E-mode功率GaN晶体管
• 嵌入式感应FET
• 动态消隐时间和可调节谷值同步延迟功能，可最大限度地提高任何输入线路和负载条件下的效率
• 谷值锁定，确保恒定谷值跳跃
• 先进的电源管理，具有自适应突发模式，待机功耗低于30mW
• 输出OVP保护
• 输入电压前馈补偿，用于独立于主电源的OPP稳压
• 上电和掉电保护
• 输入OVP保护
• 嵌入式热关断
• 频率抖动器，可抑制EMI辐射

典型应用

VIPERGAN65：面向高效电源设计的集成GaN高压转换器技术解析‌

VIPERGAN65是意法半导体(STMicroelectronics)推出的先进准谐振离线高压转换器，集成了650V E-mode GaN HEMT晶体管和控制器，为中等功率电源设计提供了高性能解决方案。本文将从核心特性、工作原理、关键功能模块和典型应用展开技术分析。

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‌一、核心特性与产品定位‌

1. ‌功率拓扑‌：专为65W准谐振零电压开关(ZVS)反激转换器优化，宽电压范围内支持最高85W输出（185-265VAC条件下）
2. ‌能效优势‌：
   • 动态消隐时间与谷底同步功能，确保开关管始终在漏极谐振谷底开启，显著降低开关损耗
   • 自适应突发模式实现低于30mW待机功耗
   • 频率抖动技术增强EMI抑制能力

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‌二、关键技术创新‌

‌1. 多模式混合控制架构‌

芯片支持四种工作模式自动切换（数据手册图10）：

• ‌ QR模式（重载） ‌：在DCM/CCM边界工作，开关频率随负载自动调节
• ‌ 谷底跳过模式（中/重载） ‌：通过锁定特定谷底编号，避免低频振荡导致的音频噪声
• ‌ 频率折返模式（轻载） ‌：通过FB电压线性降低最大频率，维持ZVS同时避免音频噪声
• ‌ 突发模式（空载/极轻载） ‌：通过间歇开关将等效频率降至数百赫兹

‌2. GaN驱动与热管理‌

• 集成6V精密稳压器为GaN提供最优驱动电压
• 热阻参数：结到裸露焊盘(RTH-JEP)为1.5°C/W
• 过热保护阈值140°C（典型值），触发后休眠2秒

‌3. 智能保护机制‌

保护类型	触发条件	响应机制
输出过压(OVP)	ZCD采样电压>2.5V	4周期数字滤波后锁定，重启时间1秒

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‌三、引脚功能深度解析‌

‌ 关键引脚配置（对应数据手册表1）： ‌

• ‌ HV引脚（启动管理） ‌：连接10-30MΩ电阻至主总线，确保高压启动发生器偏置
• ‌ TB引脚（动态时序控制） ‌：
  • ‌开态‌：通过RTB电阻监测辅助绕组电压，生成输入电压相关信号
  • ‌关态‌：与RDELAY构成分压器，精确调节谷底同步延时

‌保护引脚协同设计‌：

• BR（Brown-in/out）与iOVP（输入过压）支持四种配置组合（表7），可根据应用需求灵活选择

四、PCB布局关键建议‌

1. ‌信号与功率分离‌：将信号走线与功率走线分层布置
2. ‌滤波电容布局‌：
   • VDD-GND间需就近放置100nF陶瓷电容
   • DRV引脚需配置1μF低ESR/ESL陶瓷电容

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‌五、应用场景拓展‌

• ‌高能效电源适配器‌：支持USB-PD等快充协议
• ‌家电辅助电源‌：满足低待机功耗要求
• ‌工业与照明电源‌：利用GaN高频特性减小磁性元件尺寸