VIPER16：高效离线转换器的设计与应用指南

引言

在电子设备的电源设计中，一款性能优异的离线转换器至关重要。今天要给大家介绍的是ST公司的VIPER16，它属于Fixed frequency VIPer™ plus family，具有众多出色的特性，适用于多种应用场景。接下来，我们将深入探讨VIPER16的各个方面。

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一、VIPER16的特性亮点

1. 强大的功率部分

VIPER16拥有800V雪崩坚固功率部分，这使得它在高压环境下能够稳定工作，为设备提供可靠的电源支持。其采用的n - 通道功率MOSFET，最小击穿电压达800V，典型导通电阻 (R_{DS(on)}) 为20Ω，还包含SenseFET结构，可实现几乎无损的电流检测和热感测。

2. 低EMI设计

采用PWM操作并带有频率抖动功能，能有效降低电磁干扰（EMI）。不同型号的开关频率不同，VIPer16L为60kHz，VIPer16H为115kHz，且频率会进行调制，如60kHz版本调制约 ±4kHz，115kHz版本调制约 ±8kHz，调制频率为230Hz，这种扩频操作将开关频率各谐波的能量分布到多个边带谐波上，减小了谐波幅度。

3. 低功耗优势

在低功率应用中无需辅助绕组，在230VAC时待机功率小于30mW。其具有多种低功耗模式，如突发模式，当 (V{COMP}) 电压低于 (V{COMPL}) 阈值时，功率MOSFET保持关断状态，功耗降至 (I_{DD0}) 电流，有助于满足节能法规标准。

4. 丰富的保护功能

• 限流功能：可通过LIM引脚设置较低的漏极电流限制值，默认值为 (I_{Dlim}) 。
• 软启动功能：在转换器启动阶段，软启动功能会逐步增加逐周期漏极电流限制，直至达到默认值 (I_{Dlim}) ，减少对次级二极管的应力，防止变压器在启动和短路时饱和。
• 自动重启功能：在过载或短路故障后，经过 (t_{RESTART}) 时间会通过软启动自动重启，确保设备在故障排除后能继续正常工作。
• 热关断功能：当温度达到热关断温度 (T{SD}) （典型值160°C）时，设备会自动关断，温度下降 (T{HYST}) （典型值30°C）后恢复正常。

二、应用场景广泛

VIPER16可用于多种应用场景，如替代电容式电源、作为电器的辅助电源、电力计量以及LED驱动等。其典型功率数据如下表所示：	Part number	230 V AC		85 - 265 V AC
Adapter (1)	Open frame (2)	Adapter (1)	Open frame (2)
VIPER16	9 W	10 W	5 W	6 W

注：1. 典型连续功率在50°C环境下，非通风封闭适配器中测量；2. 在50°C环境下，开放式框架设计中，有足够散热时的最大实际连续功率。

三、引脚设置与功能

VIPER16有DIP - 7和SO16 narrow两种封装，不同引脚具有不同功能：

• GND引脚：连接到内部功率MOSFET的源极和控制器接地参考。
• DRAIN引脚：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，引脚连接到金属框架以利于散热。
• VDD引脚：控制部分的电源电压引脚，为外部电容提供充电电流。
• LIM引脚：可设置漏极电流限制值，通过连接外部电阻到GND可降低限制值，在高电气噪声环境下可连接电容，但电容值需小于470nF。
• FB引脚：内部跨导误差放大器的反相输入引脚，在非隔离拓扑中，输出电压的反馈信号直接施加到该引脚；在隔离电源中，可将该引脚短路到GND以禁用内部误差放大器。
• COMP引脚：误差放大器的输出引脚，用于环路补偿，在隔离电源中，电流环路需通过光晶体管在该引脚与补偿网络并联闭合。

四、电气数据与特性

1. 最大额定值

VIPER16有一系列严格的最大额定值，如漏极 - 源极电压最大为800V，重复雪崩能量最大为2mJ，重复雪崩电流最大为1A等，这些参数确保了设备在安全范围内工作。

2. 热数据

不同封装的热阻不同，如SO16N封装的热阻 (R{thJP}) 最大为35°C/W， (R{thJA}) 最大为90°C/W；DIP - 7封装的 (R{thJP}) 最大为40°C/W， (R{thJA}) 最大为110°C/W。这对于散热设计非常重要，设计时需根据实际情况合理选择封装和散热措施。

3. 典型电气特性

通过一系列图表展示了VIPER16的典型电气特性，如 (I{Dlim}) 与结温 (T{J}) 的关系、开关频率 (F{osc}) 与结温 (T{J}) 的关系等。这些特性有助于工程师在不同工作条件下准确评估和设计电路。

五、典型电路设计

VIPER16可用于多种典型电路，如降压转换器、降压 - 升压转换器、反激式转换器（初级调节和非隔离）等。在设计这些电路时，需要根据具体需求合理选择电路拓扑和元件参数。例如，在反激式转换器中，要注意辅助绕组的设计和反馈网络的连接，以确保电路的稳定性和性能。

六、布局指南与设计建议

1. PCB布局要点

• 信号地应与功率地和脉冲高电流回路分开布线，所有信号地迹线通过一个靠近IC GND引脚的“星点”连接到功率地。
• 补偿网络应尽可能靠近COMP引脚连接，GND迹线要尽可能短。
• 在VDD引脚附近放置一个小的旁路电容（几百pF至0.1µF），采用低ESL陶瓷电容，可提供干净的偏置电压，保护IC免受EFT/ESD测试的影响。

2. 其他注意事项

• 使用SO16封装时，建议用信号迹线将引脚4连接到GND引脚，以提高抗噪性。
• 可在LIM引脚连接一个可选电容，但不要超过470nF，以提高IC的抗噪性。
• 要在漏极引脚下方设计足够的散热铜面积，以改善热耗散，但不建议在GND引脚放置大的铜面积。同时，要尽量减小脉冲回路（初级、RCD和次级回路）的面积，以降低寄生自感和辐射电磁场，减少电磁干扰。

七、总结

VIPER16作为一款高性能的离线转换器，凭借其出色的特性、广泛的应用场景和丰富的保护功能，为电子工程师在电源设计中提供了一个优秀的选择。在设计过程中，我们需要充分了解其特性和参数，合理进行电路设计和PCB布局，以确保设备的稳定性、可靠性和性能。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。