VIPer01B：节能离线高压转换器的卓越之选

在电子设备的电源设计领域，高效、节能且性能稳定的转换器一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来深入了解一款名为VIPer01B的节能离线高压转换器，它在众多应用场景中展现出了卓越的性能。

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产品概述

VIPer01B是一款高度集成的高压转换器，采用SSOP10封装。它将一个800V雪崩坚固型功率MOSFET与PWM电流模式控制巧妙结合，这种设计使得它能够适应超宽的(V_{AC})输入范围，同时还能有效降低DRAIN缓冲电路的尺寸。该转换器具有极低的功耗，在轻载时采用脉冲频率调制（PFM）模式工作，能够轻松满足最严格的节能标准。它支持反激、降压和降压 - 升压转换器的设计，并且通过集成HV启动、感测FET、误差放大器和带有抖动功能的振荡器，仅需最少数量的组件就能完成完整的应用设计。

关键特性

强大的功率MOSFET

VIPer01B内置的800V雪崩坚固型功率MOSFET是其一大亮点。它不仅允许扩展输入电压范围，而且能够承受高达800V的漏源电压（(V{DS})），这使得转换器在不同的电源环境下都能稳定工作。同时，其最大导通电阻仅为30Ω（(R{DS(on)})），能够有效降低功率损耗，提高转换效率。此外，嵌入式的感测FET实现了几乎无损的电流检测，为精确的电流控制提供了保障。

高效的启动与供电机制

嵌入式的HV启动电路包括一个800V的启动FET和一个可切换的HV电流源。在启动时，当DRAIN引脚电压超过(V_{HVSTART})阈值，HV电流源开启，线性地对连接到VCC的电容进行充电。随着(V{CC})电压的升高，充电电流会相应调整，以避免IC损坏并加快充电速度。当(V{CC})达到启动阈值(V{CCon})（典型值为8V）时，芯片开始工作，初级MOSFET开始切换，HV电流源关闭，设备由存储在电容中的能量供电。

在稳态下，VIPer01B支持自供电和外部供电两种模式。自供电模式下，仅需一个电容连接到VCC，设备由电容中存储的能量供电。当(V{CC})下降到(V{CCson})（典型值为4.25V）时，HV电流源再次开启，为(V{CC})充电。外部供电模式则通过变压器辅助绕组或输出连接（仅适用于非隔离拓扑）来维持(V{CC})高于(V{CSon})，此时HV电流源始终关闭，剩余功耗主要由(R{G})上的功率损耗决定。

灵活的反馈控制

VIPer01B提供直接反馈和二次反馈两种方式。直接反馈通过内部跨导型误差放大器（E/A）实现，其反相输入、地参考和输出分别为FB和COMP，内部参考电压为1.2V（典型值）。在非隔离拓扑中，通过简单的电压分压器将输出电压信息直接反馈到FB引脚，从而实现对正输出电压的精确调节。二次反馈则需要将内部E/A禁用（将FB引脚短接到GND），此时COMP引脚通过上拉电阻(R_{COMP(DYN)})连接到预调节电压，输出电压值通过外部误差放大器（如TL431）和光耦来设置DRAIN峰值电流设定点。

全面的保护功能

为了确保转换器在各种异常情况下的安全可靠运行，VIPer01B具备多种保护功能：

• 过流保护（OCP）：当漏极电流达到其限制值（(I_{DLIM})）时，OCP比较器会关闭功率MOSFET，防止电流过大损坏芯片。
• 过载/短路保护（OLP）：通过OCP计数器和定时器来管理过载情况。当出现短路或过载时，OCP计数器会递增，如果故障持续时间超过(t{OVL})（典型值为50ms），保护功能触发，PWM禁用(t{RESTART})（典型值为1s），然后以软启动方式恢复切换。
• 过压保护（OVP）：包括输入过压保护和输出过压保护。通过将DIS引脚连接到电压分压器，可以实现对输入或输出过压的检测。当DIS引脚电压超过内部阈值(V_{DISth})（典型值为1.2V）超过(t{DEB})（典型值为1ms）时，PWM禁用。
• (V_{CC})钳位保护：当(V{CC})达到钳位电平(V{CCclamp})（最小值为30V）且注入引脚的电流超过内部阈值(I_{clampmax})（典型值为30mA）超过(t{clampmax})（典型值为500µs）时，PWM禁用(t{RESTART})，然后以软启动方式恢复。
• 热关断保护：当结温超过内部阈值TSD（典型值为160°C）时，PWM禁用。经过(t{RESTART})时间后，进行三个开关周期的测试，如果结温仍然高于(T{SD})，PWM继续禁用；否则，以软启动方式恢复切换。

低功耗与节能特性

VIPer01B在节能方面表现出色。在空载条件下，230(V{AC})输入时系统输入功耗小于10mW；在250mW负载下，230(V{AC})输入时功耗小于400mW。此外，其脉冲频率调制（PFM）模式在轻载时能够有效降低开关频率，减少与频率相关的损耗，进一步提高了节能效果。

抖动开关频率降低EMI

该转换器采用了抖动开关频率技术，开关频率以260Hz的速率调制约±7%。这种抖动功能实现了扩频作用，将开关频率的各次谐波能量分布在多个频段上，降低了传导发射，特别是在采用平均检测方法测量时，有助于使用更小尺寸的输入滤波器通过EMI测试。同时，提供60kHz（L型）和120kHz（H型）两种不同的开关频率选项，满足不同应用的需求。

应用领域

VIPer01B适用于多种低功率开关电源（SMPS）应用，包括家用电器、建筑和家庭控制、小型工业设备、消费电子产品、照明以及运动控制等领域。此外，它还可用于低功率适配器的设计，为各种设备提供稳定可靠的电源。

设计建议

引脚连接与布局

在进行PCB设计时，正确的引脚连接和布局至关重要。首先，要确保信号和功率走线分开，避免相互干扰。信号接地走线应通过靠近IC的单个“星点”连接到IC信号地GND，功率接地走线则连接到IC功率地GND。补偿网络应连接到COMP引脚，并尽量缩短到GND的走线长度。对于双层PCB，建议将信号走线布置在一侧，功率走线布置在另一侧。

滤波与去耦

为了保证IC的稳定运行，需要对敏感引脚进行滤波。在VCC和GND之间连接一个低ESL陶瓷电容（几百pF到0.1µF），并尽可能靠近IC放置，以提供干净的偏置电压，并在EFT/ESD测试中保护IC。在采用反激拓扑且使用辅助绕组时，建议将VCC电容连接到辅助返回端，然后通过单根走线连接到主GND。

功率环路优化

尽量减小高脉冲电流流动的电流环路面积，以降低寄生自感和辐射电磁场。在反激转换器中，输入大容量电容、功率开关、功率变压器组成的环路，以及缓冲器、次级绕组、输出整流器和输出电容组成的环路是最关键的；在降压转换器中，输入大容量电容、功率开关、功率电感、输出电容和续流二极管组成的环路是关键的。

热管理

在DRAIN引脚下方提供足够的铜面积作为散热片，有助于提高热 dissipation效率。但不建议在GND上放置大面积的铜，以免影响电路性能。

总结

VIPer01B以其强大的功能、高效的节能特性和全面的保护功能，成为低功率开关电源设计的理想选择。无论是在性能要求苛刻的工业应用中，还是在对功耗敏感的消费电子产品中，它都能展现出卓越的表现。作为电子工程师，在进行电源设计时，不妨考虑一下VIPer01B，相信它会为你的设计带来意想不到的效果。你在使用类似转换器的过程中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。