Abstract： Single-chip switching power supply some significant features such as low cost，few external components, low power and high efficient，it can be applied to many electronic equipment. The features and theory of operation of VIPer50 are introduced in the paper , and some typical application circuits of VIPer50 are analysed.

Keyword：single-chip intelligent switching power supply；PWM；burst mode；Blue Angel

1 引言

　　低成本、高效率、小型化、离线式调节是开关电源发展的必然趋势。意法半导体公司生产的VIPer50是将功率MOSFET与PWM控制器集成在同一芯片的单片开关电源集成电路，它是目前最具代表性的五端单片开关电源器件。该芯片简化了50W以下开关电源电路的拓朴结构，使得开关电源的效率和可靠性大幅度提高，同时大大降低了电源电路的体积与制造成本。

2　VIPer50的结构特点

　　VIPer50在芯片上集成了开关管、驱动级、振荡器、PWM控制器、欠压锁存电路、宽带误差放大器、延迟电路、消隐电路、过载和超温保护电路等，实现了单片集成化，内部结构框图如图1所示。

图1　VIPer50内部结构框图

　　VIPer50的主要特点如下：

　　（1）集优化的高压纵向功率MOSFET、脉宽调制器（PWM）和各种保护电路于一体，使外围元件减少20~50个，提高了系统的可靠性并降低成本。
　　（2）工作电压范围为85~265VAC，适合于世界各地的工频电源，无需电压选择开关。
　　（3）转换效率高，待机电流小。具有独特的突发模式控制功能，当电源处于待机状态时自动进入突发模式，消耗功率低于1W，符合欧洲“蓝天使”的待机标准。
　　（4）既可工作于固定频率（约200kHz）方式，也可工作于用户调整方式或同步方式，最高工作频率可设置为300kHz。
　　（5）开机软启动，并具备完善的保护功能，例如欠压磁滞锁存、超温关机、过压限制保护等。
　　（6）不需要外围电流检测电路，利用MOSFET的导通电阻RDS（on）来检测和控制流它的电流，与分立MOSFET的作用不相同。

3　VIPer50的引脚功能

　　VIPer50采用了PENTAWATT　HV、PENTAWATT　HV（220）、PowerSO-TOTM三种的封装，各引脚功能描述如下：

　　漏极引脚（DRAIN），内部连接高压功率MOSFET的漏极引脚。在电源启动期间，通过高压电流源为内部控制电路提供偏置电流，在电源正常工作期间关闭高压电流源。
　　源极引脚（SOURCE），内部连接功率MOSFET的源极引脚。
　　电源供电引脚（VDD），该引脚有两种功能：（1）给内部控制电路提供电源电压，当VDD引脚电压低于8V时，功率MOSFET关断，启动电流源被激活， VDD引脚偏置电流约2mA，COMP对地短路。当VDD电压升高到11V阈值电压时，启动电流源自动关闭，器件开始转换，变压器向负载供电。（2）内部连接误差放大器，允许初级调节设置和次级调节设置。
　　控制引脚（COMP），该引脚有两种功能：（1）它是误差放大器的输出端，外部连接RC网络用于回路补偿。（2）当电子设备进入待机状态时，COMP引脚将电压低于0.5V，器件能自动转换到突发模式（低频工作模式），从而降低了开关电源的损耗。
　　频率调整引脚（OSC），该引脚通过偏置电阻Rt连接到VDD，Rt、Ct网络决定了内部振荡频率。改变Rt、Ct的参数，可使振荡频率在30kHz~1000kHz范围内调节。Rt、Ct的取值与与振荡频率FSW之间的关系满足：

　　当Rt>1.2kΩ，Ct≥15nF时，FSW≤40kHz。
　　用光电耦合器取代Rt、Ct网络，在其发光二极管端引入外部时钟脉冲，电路工作在外同步模式，如图2所示。

图2　VIPer50工作在外同步模式
4 典型应用电路

4.1　通用型开关电源

　　由VIPer50构成的通用型开关电源电路如图3所示，该电路采用了典型的单端反激式拓朴结构，交流输入电压范围为85~265V，输出功率为30W（+5V、6A），效率达85%，负载调整率S1在4%~6% 。接通电源后，220V交流电首先经EMI滤波、桥式整流、C2滤波，得到约300V直流高压，再经开关变压器T1初级绕组N1，给VIPer50提供开机电压。反馈绕组N2上的感应电压通过R3、VD3、C4整流滤流后，得到反馈电压，分成两路：一路加至VDD引脚，为芯片提供电源电压；另一路则通过振荡电阻R4送至频率调整端，为振荡电容C5提供充电电压。从T1次级绕组N3输出的PWM功率信号，经过VD2整流及C9、L2、C10滤波后，产生+5V的稳压输出。

　　为防止刚开机时输入滤波电容C2上的充电电流过大，在交流输入端串联了一只负温度系数的热敏电阻R1。电容C1与扼流圈L2构成简单的EMI滤波器，用于抑制交流电网中的高频噪声。VD1、R2、C3组成钳位保护电路，可将开关变压器T1初级绕组上的高压感应电动势衰减到安全范围内，避免损坏芯片。VD1为阻塞二极管，实选BYD37J型600V／1.5A快恢复二极管；C3优选耐压高、漏电小的陶瓷电容（2200pF/1kV）；BR1选择由4只IN4007（1A/1kV）硅整流管构成的桥式整流器。VD3采用高频开关二极管1N4148；VD2须选用10A/30V以上的肖特基二极管，例如B82-004型（15A/40V）。C6、C7和R5组成了回路补偿电路，它们能改善内部误差放大器的频率响应。为抑制共模干扰，在开关变压器N2、N3绕组的同名端之间，还并联了一只高压陶瓷电容（1000pF/3kV）。

图3　由VIPer50构成的通用型开关电源电路
4.2　30W精密开关电源

　　图3所示的开关电源不足之处在于负载调整率较高（S1在4%~6%），难以满足精密稳压的要求。由VIPer50构成的30W精密开关电源电路如图4所示。该电源的负载调整率S1<1%，与图3比较主要有以下区别：

　　（1）电路中增加了由TL431可调式并联稳压器和光电耦合器组成的光耦反馈式电路，通过TL431内部2.5V基准电压和采样电压比较，改变光耦的工作电压的大小，再由光耦调节VIPer50的占空比，即可实现精密稳压的目的。光耦工作在线性状态，CTR（电流放大率）太大，容易造成VIPer50过压保护；若CTR太小，占空比D将不能随反馈电流的增大而减小，从而导致过流。因此，应选取CTR范围接近100%的光耦，例如SFH610A-2型光耦。

　　（2）在VDD引脚中增加了由C6、R4组成的输入浪涌电流保护电路。在接通电源时，开关电源并不立即启动，而是通过R4对C6进行充电，等VDD引脚上电压达到8V时，开关电源才逐渐开始工作，确保芯片在开机瞬间各部分处于低电压、小电流的工作状态，防止内部功率MOSFET被浪涌电流和开关变压器的高压感应电动势损坏。

图4　由VIPer50构成的30W精密开关电源电路
4.3 由微处理器控制的VIPer50开关电源

　　由微处理器控制的VIPer50开关电源如图5所示。该电源电路的特点是在VIPer50的VDD、COMP引脚之间增加由三极管VT1、VT2和稳压管VD4等组成的待机控制电路，其中VD4跨接在COMP引脚与VT1的集电极之间。开关电源正常工作时，VDD经R5、R7、VD4加到COMP引脚，因VDD小于VD4的反向击穿电压，故COMP引脚电压不受VDD电压的影响，只受光耦IC3的控制。当微处理器发出关机信号时，在VT1的基极输入高电平，VT1、VT2和VD4都导通，COMP引脚立即被钳位到低电平，VIPer50进入低功耗待机模式，封锁输出。这种电源电路特别适合在液晶显示器、打印机、DVD等有待机控制要求的设备中应用。

图5 由微处理器控制的VIPer50开关电源

5 结语

　　以VIPer50为核心的开关电源，具有外围电路简单、使用灵活、成本低廉、可靠性高等优点，因此在液晶显示器电源、打印机电源、VCR和DVD播放机电源等领域中具有广泛的应用前景。

参考文献：

1. 沙占友等. AC/DC开关电源模块的电路设计. 电测与仪表[J] .1999（9）

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