VIPerX2A 是一個(gè)單封裝的產(chǎn)品，在同一顆芯片上整合了一個(gè)專用電流式PWM控制器和一個(gè)高壓功率場效應(yīng)MOS晶體管。這種方法可以減少組件數(shù)量，降低系統(tǒng)成本，簡化電路板設(shè)計(jì)。因此，這個(gè)產(chǎn)品家族廣泛用于離線開關(guān)式電源。此外，該系列產(chǎn)品還采用微型的SMD封裝(SO-8)。VIPer系列的待機(jī)功耗(小于1W)符合藍(lán)天使和能源之星等節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.1 一般特性

　　VIPerx2A產(chǎn)品采用ST的VIPower M0-3高壓專利技術(shù)，M0-3高壓技術(shù)利用一個(gè)P型掩埋層的方法，允許在同一顆芯片上集成低壓系統(tǒng)(PWM)和電流垂直流動的功率級，如圖2所示。 VIPerX2A產(chǎn)品有以下一般特性∶自動熱關(guān)斷;高壓啟動電流源;防止輸出短路導(dǎo)致?lián)舸┕收系拇蜞?HICCUP)模式;保證低負(fù)載條件下低功耗的突發(fā)模式。

　　而且，VIPower M0-3技術(shù)還可用于開發(fā)最小擊穿電壓為730V的功率場效應(yīng)MOS晶體管。表2說明了該產(chǎn)品在不同的封裝和工作條件下的功率處理能力。

　　表1∶在不同的封裝和工作條件下的功率處理能力

 1.2 結(jié)構(gòu)框圖

  通過示意圖我們不難看出功率級是由含有一個(gè)快速比較器的電流式結(jié)構(gòu)驅(qū)動的，驅(qū)動電流來自NMO Ssense和feed-back(FB)兩個(gè)引腳。比較器輸出連接到消隱時(shí)間模塊，以確保導(dǎo)通時(shí)間最短。只需一個(gè)外部振蕩器，即可將開關(guān)頻率固定在 60kHz，從而不再需要其它的外部組件。其它的內(nèi)部模塊是內(nèi)部電源穩(wěn)壓器和過熱檢測器，前者在VDD引腳上能夠支持45V，後者在170°C(典型值)時(shí)提供熱關(guān)斷功能。該產(chǎn)品的系統(tǒng)控制是一個(gè)電流模式結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，N-MOS感應(yīng)電流和FB電流匯合在電阻器R2上。電阻R2上的電壓取決于這個(gè)電流值的大小，然後，這個(gè)電壓值與一個(gè)內(nèi)部固定的參考電壓(0.23V)比較。比較器的輸出用于驅(qū)動場效應(yīng)MOS晶體管，因此，開關(guān)頻率取決于反饋電流和 Id電流值的大小。在這個(gè)應(yīng)用中，反饋回路的實(shí)現(xiàn)方法是通過一個(gè)光耦合器利用輸出電壓驅(qū)動這個(gè)FB引腳，以保證輸入出輸出之間的絕緣。監(jiān)視VDD電壓的是一個(gè)磁滯比較器，它能夠管理啟動電流生成器。事實(shí)上，只要VDD電壓值大于VDDON的電壓值，比較器就會導(dǎo)通，并給VDD電容器充電。一旦達(dá)到這個(gè)條件，功率場效應(yīng)MOS晶體管就立即開始開關(guān)操作。突發(fā)模式工作原理是跳過相同的開關(guān)周期，以便在負(fù)載減弱時(shí)降低功耗。

2. 空調(diào)應(yīng)用

     本文討論的空調(diào)機(jī)使用的VIPer22電源的示意圖。這個(gè)電源設(shè)計(jì)有兩個(gè)輸出電壓，分別是12V和5V。最大功率處理能力是10W，輸出電壓 12V。第一個(gè)輸出的峰值電流是900mA。然而，第二個(gè)輸出(5V)的實(shí)現(xiàn)方法是在第一個(gè)輸出上串聯(lián)一個(gè)線性穩(wěn)壓器(7805)和一個(gè)分配電壓降的齊納二極管D9。這個(gè)解決方案讓5V輸出電壓具有很高的精確度，因此該方案特別適合給微控制器或/ 和邏輯電路、LCD和蜂鳴器供電。第二輸出的峰值電流為400mA。如圖4所示，該解決方案的二次側(cè)反饋是一個(gè)隔離式的逆向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？刂苹芈吠ㄟ^一個(gè)光耦合器(TL431)實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)光耦合器含有一個(gè)高穩(wěn)定性的參考電壓管，以檢查12V輸出電壓，確保輸入和輸出完全絕緣。一個(gè)Transil緩沖電路 (D6-D7)可以有效地防護(hù)反射電壓和漏電感產(chǎn)生的峰值電壓。

空調(diào)開關(guān)電源示意圖

測試結(jié)果

　　這個(gè)應(yīng)用的主要目標(biāo)是確保兩個(gè)輸出的電壓都非常精確。第一個(gè)輸出(12V)的電壓精確度很高是因?yàn)樗挥诙畏€(wěn)壓反饋內(nèi)，而第二個(gè)輸出(5V)的電壓精度很高是因?yàn)檫@條線路采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線性穩(wěn)壓器。這個(gè)空調(diào)器應(yīng)用是為寬壓市電(85-265VAC)而開發(fā)的。如圖5所示，待機(jī)功耗總是低于1W，符合能源之星的待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。圖6所示是在5V輸出無負(fù)載條件下測量到的能效值。

待機(jī)條件下功耗曲線圖

效率測量結(jié)果

電路板布局

　　這是一個(gè)單層電路板設(shè)計(jì)，下層是銅線，上層是絲網(wǎng)印刷面。這個(gè)電路板的尺寸為50x40mm。

 電路板布局(尺寸為50x40mm)

 VIPer22電源應(yīng)用組件清單

2.大宇DVD的開關(guān)電源電路


圖3所示是大宇DVD的電源電路原理圖。大宇DVD所用的電源IC為專用開關(guān)電源集成電路VIPER22A,圖4是其外引腳圖,圖中,第1、2腳SOURCE是內(nèi)部場效應(yīng)管源極的表示,在使用中通常接地,3腳FB是取樣電壓輸入端,4腳VDD是供電電壓端,第5、6、7、8腳的DRAIN表示接通內(nèi)部場效應(yīng)管的柵極。圖5是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。



220V的交流電源經(jīng)開關(guān)輸入后,經(jīng)四個(gè)二極管構(gòu)成的橋式整流電路整流、C1濾波后輸出一個(gè)300V左右的直流信號。由于VIPER22A處于工作狀態(tài),在其內(nèi)部場效應(yīng)管截止時(shí),會在變壓器初級(L左1)兩端產(chǎn)生大于300V的電壓,利用R1、C2和D5構(gòu)成防沖激電路,使其電壓有一個(gè)釋放回路,以免激穿VIPER22A內(nèi)部場效應(yīng)管。



從VIPER22A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知,它與其它開關(guān)電源存在一些不同。開機(jī)后,300V的直流電壓從DRAIN(漏極)腳進(jìn)入集成電路,經(jīng)整流和穩(wěn)壓后供給開關(guān)電源IC工作,從而使這個(gè)電路工作時(shí)不需要外接啟動電阻。即使Vdd供電電路不正常,電源電路的振蕩電路仍能起振,而且電路有輸出電壓。用這種專用電源IC的DVD機(jī)電源有故障時(shí),故障現(xiàn)象和其他開關(guān)電源的故障有所不同,其他開關(guān)電源通常無Vdd時(shí),電源電路中的振蕩電路不起振,會出現(xiàn)無輸出的故障現(xiàn)象。
電路工作正常時(shí),開機(jī)后,在Vdd正常前,由芯片內(nèi)部自身供電,經(jīng)過很短時(shí)間后,Vdd供電電源正常,此時(shí),利用門電路控制開關(guān)電路(ON/OFF)斷開從柵極輸入的供電回路。VIPER22A有過熱、過壓保護(hù)功能。Vdd從4腳輸入后,首先送入比較器,一旦輸入Vdd大于42V,則觸發(fā)器(FF1)輸出一個(gè)置位信號1使控制振蕩電路工作的觸發(fā)器(FF2)輸出為0,鎖住U2,振蕩信號無法輸出,即開關(guān)管不工作。當(dāng)輸入電壓小于14.5V時(shí),U3也將輸出一個(gè)復(fù)位脈沖,使開關(guān)管不工作。當(dāng)電路過熱時(shí),R1為1,將FF2置0,開關(guān)管不工作。當(dāng)供電電壓Vdd在正常范圍時(shí),FB所得的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓0.23V相比較,用其比較結(jié)果去控制FF2的轉(zhuǎn)換頻率,從而控制開關(guān)管的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓,達(dá)到穩(wěn)壓的功能。該集成電路芯片內(nèi)部包含60kHz的振蕩電路,其外圍電路相當(dāng)簡單。
下面,為分析方便,把電源變壓器左邊的兩組線圈從上到下定義為L左1、L左2。右邊的線圈從上到下定義為L右1、L右2、L右3。
圖3中,L左2互感產(chǎn)生的交流脈沖電壓經(jīng)D6整流、R2限流和C3和C6濾波后作為開關(guān)芯片的供電電壓。由于VIPER22A的特殊結(jié)構(gòu),如無Vdd時(shí)可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部供電,所以R2即使擊穿開路,仍有電壓輸出,但不正常,故障表現(xiàn)為開機(jī)后開關(guān)指示燈和出/入盤指示燈閃爍。
同時(shí),Vdd也為取樣回路中的光耦的接收部分供電。L右3感應(yīng)到的脈沖電壓經(jīng)D8整流,電感L6、電容C12、C13、C14濾波后,輸出+5V電壓供解壓板、DSP處理及其它小信號處理芯片使用。+5V電壓同時(shí)經(jīng)穩(wěn)壓管Z2后給光耦電路發(fā)射部分供電,通過光耦的接收部分接收到的光作為取樣信號,從VIPER22的3腳FB輸入到芯片,從而去控制開關(guān)管的開關(guān)頻率,控制電源電壓的穩(wěn)定,起到穩(wěn)壓的作用。該種電源電路由于前后級是通過光耦進(jìn)行互相控制,前后級不共地,稱為冷底盤機(jī),這種機(jī)器由于后級主電路板與市電不相連,維修時(shí)比較安全。維修時(shí)測量后級的電壓,一定不能用前級的接地點(diǎn),否則所測電壓始終為0V。
同時(shí),變壓器電感線圈L右3另一端經(jīng)D7整流C10濾波后輸出+12V的電壓供電機(jī)驅(qū)動和音頻功率放大電路使用。這組電源的故障,主要表現(xiàn)為DVD機(jī)有圖像無聲音,或者是進(jìn)給電機(jī)、主軸電機(jī)或出入盤電機(jī)不工作。
變壓器電感線圈L右2上端經(jīng)D10整流、C15濾波后輸出-21V的電壓供熒光屏的陰極使用。同時(shí),經(jīng)R4降壓、-12V穩(wěn)壓管Z1穩(wěn)壓和C17濾波后輸出-12V的電壓供需要雙電源供電的功率放大電路使用。
變壓器電感線圈L右1輸出的脈沖電壓經(jīng)D11整流、C16濾波后分別輸出FP+和FP-電壓給燈絲供電,這個(gè)回路出故障時(shí),將使燈絲無電壓、熒光屏不亮。