VIPER27：高性能离线转换器的技术解析与应用

在电子工程师的日常设计中，选择合适的芯片对于产品的性能和稳定性至关重要。VIPER27作为一款高性能的离线转换器，具有诸多出色的特性，广泛应用于各类电子设备中。今天，我们就来深入了解一下VIPER27的相关技术细节。

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一、VIPER27的特性亮点

1. 强大的功率部分

VIPER27拥有800V雪崩耐受功率部分，采用N沟道MOSFET实现，最低击穿电压 (B{VDSS}) 为800V，在25°C时典型导通电阻 (R{DS(on)}) 为7Ω。这种设计保证了在指定能量额定值内的安全操作，同时具备高dv/dt能力。并且，其集成的SenseFET结构实现了近乎无损的电流检测。

2. 低EMI的PWM操作

采用带有频率抖动的PWM操作，有效降低了电磁干扰（EMI）。其工作频率有两种选择，L型为60kHz，H型为115kHz，且频率会进行调制，60kHz版本调制幅度约为±4kHz，115kHz版本调制幅度约为±8kHz，调制频率为250Hz，通过这种扩频操作将开关频率的各次谐波能量分散到多个边带谐波上，减小了谐波幅度。

3. 低待机功耗

在265Vac下，待机功率小于50mW，满足了节能要求。

4. 灵活的电流限制和保护功能

• 可调节电流限制：通过CONT引脚可以调节电流限制设定点，默认电流限制值 (I{Dlim}) 可根据需要通过连接到CONT引脚的 (R{LIM}) 电阻进行调整。
• 过压保护（OVP）：集成了输出电压监测逻辑，当 (V{CONT}) 在功率MOSFET关断期间连续四次超过参考电压 (V{OVP}) 时，过压保护会停止功率MOSFET工作，转换器进入自动重启模式。
• 过载保护（OLP）：反馈引脚控制PWM操作、突发模式并激活过载保护。当反馈引脚电压超过 (V{FBlin}) 时，PWM比较器禁用，漏极电流由OCP比较器限制在 (I{Dlim}) 。当反馈引脚电压达到 (V{FBolp}) 阈值时，转换器关闭并以降低的 (I{DDch}) （0.6mA）重新启动。
• 热关断保护：热关断温度 (T{SD}) 为150 - 160°C，热关断滞后 (T{HYST}) 为30°C，确保芯片在过热时能自动保护。
• 欠压保护（Brown-out）：当输入电压低于 (V{BRth}) 阈值时，设备关闭以降低功耗，当电压超过 (V{BRth}+V_{BRhyst}) 时重新启动。

5. 其他特性

• 软启动功能：在转换器启动期间，漏极电流限制逐渐增加到最大值，持续时间为8.5ms，减少了对次级二极管的应力，防止变压器饱和。
• 自动重启功能：在故障发生后，以较低的充电电流（0.6mA）和较长的重复率进行重启尝试，确保转换器安全工作。

二、VIPER27的应用领域

VIPER27适用于多种电子设备的辅助电源，包括：

• 消费和家用设备：如电视机、音响等的辅助电源。
• ATX辅助电源：为计算机主机提供稳定的辅助电源。
• 低/中功率AC - DC适配器：如手机充电器、平板电脑充电器等。
• 机顶盒、DVD播放器和录像机等设备的开关电源：确保这些设备的稳定运行。
• 离线高压转换器：满足一些对高压转换有需求的应用。

三、引脚设置与功能

VIPER27有DIP - 7和SO16窄两种封装形式，各引脚功能如下：	引脚编号（DIP7/SO16N）	引脚名称	功能
1/1 - 2	GND	设备接地和功率部分的源极
- /4	N.A.	用户不可用，可连接到GND或不连接
2/5	VDD	控制部分的电源电压，启动时为外部电容提供充电电流
3/6	CONT	控制引脚，可用于调整电流限制设定点和监测输出电压
4/7	FB	用于占空比控制的控制输入，控制突发模式和过载保护
5/8	BR	带滞后的欠压保护输入
7,8/13 - 16	DRAIN	高压漏极引脚，内置高压开关启动偏置电流也从此引脚获取，连接到金属框架以利于散热

四、电气参数分析

1. 最大额定值

• 电压方面：漏源电压 (V{DRAIN}) 最大为800V，控制输入引脚电压 (V{CONT}) 、反馈电压 (V{FB}) 、欠压输入引脚电压 (V{BR}) 和电源电压 (V_{DD}) 都有相应的限制范围。
• 电流方面：重复雪崩电流 (I{AR}) 最大为1.5A，脉冲漏极电流 (I{DRAIN}) 最大为3A，输入电流 (I_{DD}) 最大为25mA。
• 功率和温度方面：在不同封装和环境温度下，功率耗散有不同的限制，工作结温范围为 - 40 - 150°C，存储温度范围为 - 55 - 150°C。

2. 热数据

不同封装的热阻不同，如SO16N的结 - 引脚热阻 (R{thJP}) 最大为25°C/W，结 - 环境热阻 (R{thJA}) 在不同条件下有所不同；DIP7的结 - 引脚热阻 (R{thJP}) 最大为35°C/W，结 - 环境热阻 (R{thJA}) 也有相应值。

3. 电气特性

• 功率部分：击穿电压 (V{BVDSS}) 最低为800V，关断状态漏极电流 (I{OFF}) 最大为60μA，导通电阻 (R{DS(on)}) 在不同温度下有不同值，有效输出电容 (C{OSS}) 为40pF。
• 电源部分：漏源启动电压 (V{DRAIN_START}) 为60 - 100V，启动充电电流 (I{DDch}) 在不同条件下有不同值，工作电压范围 (V_{DD}) 为8.5 - 23.5V等。
• 控制器部分：反馈引脚有过载关机阈值 (V{FBolp}) 、线性动态上限 (V{FBlin}) 、突发模式阈值 (V{FBbm}) 等参数；CONT引脚有低电平钳位电压 (V{CONT_l}) ；电流限制方面有最大漏极电流限制 (I{Dlim}) 等；振荡器部分有开关频率 (F{OSC}) 等参数。

五、典型电路与操作描述

1. 典型电路

VIPER27有最小特性反激应用和全特性反激应用两种典型电路，为工程师提供了不同的设计选择。

2. 操作描述

• 上电和软启动：当输入电压达到 (V{DRAIN_START}) 时， (V{DD}) 电压开始上升，当 (V{DD}) 达到 (V{DDon}) 阈值时，功率MOSFET开始开关，高压电流发生器关闭。 (V{DD}) 电容的大小需要根据公式 (C{VDD}=frac{I{DDch} × t{SSaux}}{V{DDon}-V{DDoff}}) 进行计算，以确保在辅助绕组提供能量之前维持足够的电压。
• 功率下降操作：当输入电压降低到使峰值电流限制达到时，系统失去调节， (V{DD}) 电压下降，当低于 (V{DDoff}) 阈值时，功率MOSFET关闭，能量传输中断。
• 自动重启操作：在功率下降后，如果 (V{IN}) 高于 (V{DRAIN_START}) ，当 (V{DD}) 电压下降到 (V{DD(RESTART)}) 阈值时，高压启动电流发生器重新开始为 (V_{DD}) 电容充电，重启尝试的重复率较低，确保转换器安全工作。
• 振荡器：开关频率固定为60kHz或115kHz，并进行频率调制以降低EMI。
• 电流模式转换：漏极电流被检测并转换为电压，与反馈引脚电压进行逐周期比较，通过CONT引脚的 (R_{LIM}) 电阻可调整电流限制设定点。
• 过压保护：通过监测 (V{CONT}) 电压，当连续四次超过 (V{OVP}) 时，触发过压保护，进入自动重启模式。

六、总结与思考

VIPER27凭借其丰富的特性和出色的性能，为电子工程师在设计电源电路时提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理选择引脚配置和外部元件参数，以充分发挥VIPER27的优势。同时，对于各种保护功能的理解和应用也至关重要，这可以确保电路在各种异常情况下的稳定性和安全性。那么，在你的设计中，是否遇到过类似芯片的应用挑战呢？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。