VIPERGAN50高效准谐振离线高压转换器技术解析与应用指南

STMicroelectronics VIPERGAN50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。VIPERGAN50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，能够在宽范围内提供高达50W输出功率。该高压转换器集成一整套特性，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 VIPERGAN50高压转换器数据手册.pdf

ZVS准谐振操作具有动态消隐时间特性和谷值同步功能，可始终在漏极谐振的谷值开启电源开关。最终，运行和特性可降低开关损耗，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。先进的电源管理和低静态电流可实现低待机功耗。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。

除上述功能外，STMicroelectronics VIPERGAN50还支持保护功能，可大大提高最终产品的安全性与可靠性。其中包括输出过压保护、过热保护（OTP）、过载保护（OLP），以及设定转换器启停输入电压电平的欠压/过压保护。输入过压保护（iOVP）功能可在输入线路电压异常升高时保护系统。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

引脚图

VIPERGAN50高效准谐振离线高压转换器技术解析与应用指南‌

‌摘要‌
VIPERGAN50是意法半导体推出的集成了650V E-mode GaN HEMT的准谐振反激转换器，凭借创新的谷底开关技术和动态消隐时间控制，在50-75W功率范围内可实现超过93%的转换效率。本文基于最新版数据手册（DS13888 Rev 1）深入解析其核心技术特性，并提供实际应用设计指导。

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‌一、核心技术创新‌

1. ‌GaN与准谐振的完美结合‌
   • 集成650V增强型GaN晶体管，具备超低栅极电荷（典型值7nC）和零反向恢复损耗
   • 谷底锁定技术（Valley-lock）确保在宽负载范围内保持稳定的谷底开关，避免可闻噪声
2. ‌动态能效管理系统‌
   • 四模式自动切换：QR模式（重载）→ 谷底跳过模式（中载）→ 频率折返模式（轻载）→ 突发模式（空载）
   • 待机功耗<30mW，符合最新能效标准

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‌二、关键参数与技术亮点‌

‌2.1 功率级特性‌

• ‌最大阻断电压‌：650V（瞬态850V/1μs）
• ‌导通电阻‌：125mΩ @25℃（典型值）
• ‌输出功率能力‌：
  • 宽电压输入（85-265VAC）：50W
  • 高压输入（185-265VAC）：75W

‌2.2 独特的系统保护机制‌

• ‌ 输出过压保护（OVP） ‌：2.5V阈值，四周期数字滤波
• ‌ 输入过压保护（iOVP） ‌：5V阈值，250μs延时
• ‌热关断保护‌：140℃触发，2秒重启周期
• ‌过载/短路保护‌：
  • OLP时间：50ms
  • 重启时间：1秒
• ‌ 欠压锁定（UVLO） ‌：7.5V关断阈值

‌2.3 智能控制功能‌

• ‌动态消隐时间‌：根据输入电压自动调整（7.64-14.18ms/mA增益）
• ‌谷底同步‌：可调导通延时（197ns-1.1μs）
• ‌线路电压前馈补偿‌：55μA/mA增益，保持功率稳定性

三、PCB布局关键建议‌

1. ‌信号与功率分离原则‌
   • VDD去耦电容紧靠IC放置
   • 功率地与信号地单点星形连接
2. ‌热管理设计‌
   • 裸露焊盘（EP）必须连接到GND
   • 推荐使用4层FR4板，2oz铜厚
   • 热阻参数：结到环境32℃/W（自然对流）

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‌四、效率优化策略‌

‌4.1 轻载效率提升‌

• 突发模式自动进入条件：VFB < VFBB - 60mV
• 频率抖动技术：10kHz调制频率，5%峰值电流变化

‌4.2 满载效率保证‌

• ZVS准谐振操作：开关损耗降低40%
• 可调谷底同步：精确匹配谐振谷底

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‌五、实测性能对比‌

工作模式	开关频率范围	峰值效率	适用场景
QR模式	65-240kHz	93-94%	适配器/充电器
谷底跳过	固定频率段	91-92%	工业电源
频率折返	25-65kHz	88-90%	家电辅助电源

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‌六、设计注意事项‌

1. ‌启动时序管理‌
   • VDD_ON阈值：14-16V
   • VDD_OFF阈值：7.5-8.5V
   • 软启动时间：8ms
2. ‌保护功能配置‌
   • OVP电阻计算：ROVP = (NAUX/NSEC) × (VOVP/(VOUT_OVP - VOVP)) × ROPP
3. ‌EMI抑制措施‌
   • 频率抖动技术自动衰减轻载噪声
   • 推荐使用共模电感+Y电容组合