VIPER28：高性能高压转换器的卓越之选
VIPER28：高性能高压转换器的卓越之选
在电子设备的电源设计领域，高性能、高可靠性的高压转换器一直是工程师们追求的目标。VIPER28作为一款出色的高压转换器，凭借其独特的特性和丰富的功能，在众多应用场景中展现出了强大的优势。本文将深入剖析VIPER28的各项特性、技术参数以及工作原理，为电子工程师们提供全面的参考。
文件下载：EVLVIPER28H-10W.pdf
一、产品概述
VIPER28是一款高度集成的高压转换器，它巧妙地将800V耐用功率MOSFET与PWM电流模式控制相结合。这款IC具有极低的功耗，在轻载时以突发模式运行，能够满足更为严格的节能标准。其可调的额外功率定时器（EPT）功能，使IC能够在数秒内承受过载条件。同时，集成的高压启动、感应FET和带抖动的振荡器，使得应用中所需的组件数量降至最低。此外，它还具备双级过流保护（OCP）、输出过压保护、短路保护和带滞后的热关断等高级保护功能，在故障条件消除后，IC会自动重启。
二、产品特性
（一）强大的功率MOSFET
采用800V雪崩耐用功率MOSFET，可实现超宽范围的交流输入电压（(V_{ac})），为电源设计提供了更广泛的输入范围选择。
（二）集成功能
（三）过流保护
具有可选择阈值的OCP（(I{Dlim})）和更高值的二级OCP（(I{DMAX})），有效保护IC免受变压器饱和或次级二极管短路的影响。
（四）低功耗
在230V交流输入下，空载功耗仅为30mW，符合节能要求。
（五）双工作频率
提供60kHz（L型）或115kHz（H型）两种工作频率选择，可根据具体应用需求进行调整。
（六）抖动频率
抖动频率可降低电磁干扰（EMI），提高系统的电磁兼容性。
（七）额外功率定时器（EPT）
EPT可在数秒内屏蔽过载电流，增强了IC在过载情况下的稳定性。
（八）输出过压保护
具有严格公差和数字噪声滤波器的输出过压保护，确保输出电压的稳定。
（九）软启动功能
软启动可降低启动时的应力，延长IC的使用寿命。
（十）自动重启
在故障条件消除后，IC会自动重启，提高了系统的可靠性。
三、技术参数
（一）绝对最大额定值
| 参数 | 最小值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| (V_{DRAIN})（漏源电压） | - | 800 | V |
| (I_{DRAIN})（脉冲漏极电流） | - | 3 | A |
| (V_{CONT})（控制输入引脚电压） | -0.3 | 6 | V |
| (V_{FB})（反馈电压） | -0.3 | 5.5 | V |
| (V_{EPT})（EPT输入引脚电压） | -0.3 | 5 | V |
| (V_{DD})（电源电压） | -0.3 | 自限 | V |
| (I_{DD})（输入电流） | - | 25 | mA |
| (P_{TOT})（功率耗散） | - | 1.5（SO16N）/ 1（DIP - 7） | W |
| (T_{J})（工作结温范围） | -40 | 150 | °C |
| (T_{STG})（存储温度） | -55 | 150 | °C |
| HBM（ESD）（人体模型） | - | 2 | kV |
| ESD（CDM）（充电设备模式） | - | 1.5 | kV |
（二）热阻参数
| 参数 | SO16N | DIP - 7 | 单位 |
|---|---|---|---|
| (R_{thJP})（结 - 引脚热阻） | 35 | 35 | °C/W |
| (R_{thJA})（结 - 环境热阻） | 105 | 110 | °C/W |
| (R_{thJA})（特定条件下） | 80 | 90 | °C/W |
（三）电气特性
- 功率部分
- (V{BVDSS})（击穿电压）：800V（(I{DRAIN}=1mA)，(V{FB}=GND)，(T{J}=25°C)）
- (I{OFF})（关态漏极电流）：最大60µA（(V{DRAIN}=最大额定值)，(V{FB}=GND)，(T{J}=25°C)）
- (R{DS(on)})（漏源导通电阻）：25°C时为7Ω（(I{DRAIN}=0.4A)，(V{FB}=3V)，(V{EPT}=GND)）；125°C时为14Ω
- (C{OSS})（有效输出电容）：40pF（(V{DRAIN}=0)至640V，(T_{J}=25°C)）
- 供电部分
- (V_{DRAIN_START})（漏源启动电压）：60 - 100V
- (I{DDch1})（启动充电电流）：-2至 - 4mA（(V{DRAIN}=120V)，(V{EPT}=GND)，(V{FB}=GND)，(V_{DD}=4V)）
- (I{DDch2})（故障后重启充电电流）：-0.4至 - 0.8mA（(V{DRAIN}=120V)，(V{EPT}=GND)，(V{FB}=GND)，(V_{DD}=5V)）
- (V_{DD})（工作电压范围）：8.5 - 23.5V
- (V{DDclamp})（(V{DD})钳位电压）：23.5V（(I_{DD}=20mA)）
- (V{DDon})（(V{DD})启动阈值）：13 - 15V（(V{DRAIN}=120V)，(V{EPT}=GND)，(V_{FB}=GND)）
- (V{DDoff})（(V{DD})欠压关断阈值）：7.5 - 8.5V
- (V{DD(RESTART)})（(V{DD})重启电压阈值）：4 - 5V（(V{DRAIN}=120V)，(V{EPT}=GND)，(V_{FB}=GND)）
- (I{DD0})（非开关状态下的工作供电电流）：最大0.9mA（(V{FB}=GND)，(F{OSC}=0kHz)，(V{EPT}=GND)，(V_{DD}=10V)）
- (I{DD1})（开关状态下的工作供电电流）：60kHz时最大2.5mA，115kHz时最大3.5mA（(V{DRAIN}=120V)）
- (I{DD_FAULT})（保护触发时的工作供电电流）：最大400µA（(V{DD}=10V)）
- (I{DD_OFF})（(V{DD}
- 控制器部分
- 反馈引脚
- (V_{FBolp})（过载关断阈值）：4.5 - 5.2V
- (V_{FBlin})（过载检测阈值）：3.2 - 3.7V
- (V_{FBbm})（突发模式阈值）：0.54 - 0.66V
- (V_{FBbmhys})（突发模式滞回）：100mV
- (I{FB1})（反馈源电流）：-150至 - 280µA（(V{FB}=0.3V)）
- (I{FB2})（反馈电流 - OLP延迟）：最大 - 3µA（(V{FBlin}
- (R{FB(DYN)})（动态电阻）：14 - 20kΩ（(V{FB}<3.3V)）
- (H{FB})（(Delta V{FB}/Delta I{D})）：2 - 6V/A（(T{J}=25°C)）
- CONT引脚
- (V{CONT_l})（低电平钳位电压）：0.4 - 0.6V（(I{CONT}=-100µA)）
- (V{CONT_h})（高电平钳位电压）：5 - 6V（(I{CONT}=1mA)）
- 电流限制
- (I{Dlim})（最大漏极电流限制）：0.75 - 0.85A（(V{FB}=4V)，(I{CONT}=-10µA)，(T{J}=25°C)）
- (t_{SS})（软启动时间）：7.6 - 9.4ms
- (T_{ON_MIN})（最小导通时间）：220 - 480ns
- (t_{d})（传播延迟）：最大100ns
- (t_{LEB})（前沿消隐）：300ns
- (I{D_BM})（突发模式下的峰值漏极电流）：最大160mA（(V{FB}=0.6V)）
- 振荡器部分
- (F_{OSC})（振荡频率）：VIPER28L为54 - 66kHz，VIPER28H为103 - 127kHz
- (F_{D})（调制深度）：VIPER28L为±4kHz，VIPER28H为±8kHz
- (F_{M})（调制频率）：200 - 300Hz
- (D_{MAX})（最大占空比）：70 - 80%
- 过流保护（二级OCP）
- (I_{DMAX})（二级过流阈值）：1.2A
- 过压保护
- (V_{OVP})（过压保护阈值）：2.7 - 3.3V
- (t_{STROBE})（过压保护选通时间）：2.2µs
- 额外功率管理
- (I{DLIM_EPT})（带EPT功能的漏极电流限制）：85% (I{Dlim})
- (V{EPT(STOP)})（EPT关断阈值）：3.6 - 4.4V（(I{CONT}<-10µA)）
- (V_{EPT(RESTART)})（EPT重启阈值）：0.4 - 0.8V
- (I_{EPT})（吸收/源电流）：4 - 6µA
- 热关断
- (T_{SD})（热关断温度）：150 - 160°C
- (T_{HYST})（热关断滞回）：30°C
- 反馈引脚
四、工作原理
（一）功率部分和栅极驱动器
功率部分采用雪崩耐用的N沟道MOSFET，具有800V的最小击穿电压（(B{VDSS})）和25°C时最大7Ω的导通电阻（(R{DS(on)})）。集成的SenseFET结构实现了几乎无损耗的电流检测。栅极驱动器在导通和关断时提供受控的栅极电流，以最小化共模电磁干扰。在欠压锁定（UVLO）条件下，内部下拉电路将栅极保持在低电平，防止功率部分意外导通。
（二）高压启动发生器
高压电流发生器通过DRAIN引脚供电，仅当输入大容量电容电压高于(V{DRAIN_START})阈值（典型值80V DC）时才启用。启动时，(I{DDch1})电流（典型值3mA）被输送到(V{DD})引脚的电容。故障事件后的自动重启模式下，电流降至(I{DDch2})（典型值0.6mA），以实现重启阶段的缓慢占空比。
（三）上电和软启动
当输入电压升至设备启动阈值(V{DRAIN_START})时，(V{DD})电压由于内部高压启动电路提供的(I{DDch1})电流而开始上升。当(V{DD})电压达到(V{DDon})阈值时，功率MOSFET开始开关，高压电流发生器关闭。在自供电电路（通常是变压器的辅助绕组和转向二极管）产生足够高的电压以维持运行之前，IC由(V{DD})引脚电容(C{VDD})存储的能量供电。(C{VDD})电容的大小必须正确选择，以避免快速放电并保持所需电压高于(V_{DDoff})阈值。在转换器启动期间，漏极电流限制逐渐增加到最大值，从而显著降低了次级二极管的应力，并有助于防止变压器饱和。软启动时间为8.5ms，每次启动转换器或故障后都会执行该功能。
（四）掉电
转换器掉电时，当输入电压下降到足以达到峰值电流限制时，系统失去调节能力。(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，(V_{DD})电压降低，启动序列被抑制，掉电完成。这一特性可防止转换器尝试重启，并确保系统掉电期间输出电压单调衰减。
（五）自动重启
每次保护触发后，IC会根据(C{VDD})电容的放电和充电情况自动重启。故障发生后，IC停止工作，(V{DD})电压因IC消耗而降低。当(V{DD})电压低于(V{DD(RESTART)})阈值且直流输入电压高于(V{DRAIN_START})阈值时，内部高压电流源开启，以(I{DDch2})电流（典型值0.6mA）对(C{VDD})电容充电。当(V{DD})电压达到(V_{DD(ON)})阈值时，IC重启。
（六）振荡器
开关频率内部固定为60kHz或115kHz。两种情况下，开关频率均以250Hz（典型值）的速率进行约±4kHz（60kHz版本）或±8kHz（115kHz版本）的调制，从而使开关频率的每个谐波能量分布在多个边带谐波上，整体能量相同但幅度较小。
（七）带可调电流限制设定点的电流模式转换
该设备是电流模式转换器，漏极电流被检测并转换为电压，应用于PWM比较器的同相引脚。该电压通过分压器与反馈引脚的电压逐周期进行比较。设备具有默认的电流限制值(I{Dlim})，可通过连接到CONT引脚的(R{LIM})电阻根据电气规格进行调整。CONT引脚需要最小的吸收电流来激活(I{Dlim})调整。没有(R{LIM})或(R_{LIM})值较高（如100kΩ）时，电流限制设置为默认值。
（八）过压保护（OVP）
设备集成了用于监测输出电压的逻辑，在功率MOSFET关断期间使用(V{CONT})电压作为输入信号。此时，辅助绕组的电压通过匝数比跟踪输出电压。CONT引脚必须通过二极管(D{OVP})以及电阻(R{OVP})和(R{LIM})连接到辅助绕组。当关断期间(V_{CONT})电压连续四次超过参考电压(
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