簡化50W以下開關電源電路拓樸結構的芯片解析方案

1 引言

低成本、高效率、小型化、離線式調節是開關電源發展的必然趨勢。意法半導體公司生產的VIPer50是將功率MOSFET與PWM控制器集成在同一芯片的單片開關電源集成電路，它是目前最具代表性的五端單片開關電源器件。該芯片簡化了50W以下開關電源電路的拓樸結構，使得開關電源的效率和可靠性大幅度提高，同時大大降低了電源電路的體積與制造成本。

2　VIPer50的結構特點

VIPer50在芯片上集成了開關管、驅動級、振蕩器、PWM控制器、欠壓鎖存電路、寬帶誤差放大器、延遲電路、消隱電路、過載和超溫保護電路等，實現了單片集成化，內部結構框圖如圖1所示。

圖1　VIPer50內部結構框圖

VIPer50的主要特點如下：

(1)集優化的高壓縱向功率MOSFET、脈寬調制器(PWM)和各種保護電路于一體，使外圍元件減少20~50個，提高了系統的可靠性并降低成本。

(2)工作電壓范圍為85~265VAC，適合于世界各地的工頻電源，無需電壓選擇開關。

(3)轉換效率高，待機電流小。具有獨特的突發模式控制功能，當電源處于待機狀態時自動進入突發模式，消耗功率低于1W，符合歐洲“藍天使”的待機標準。

(4)既可工作于固定頻率(約200kHz)方式，也可工作于用戶調整方式或同步方式，最高工作頻率可設置為300kHz。

(5)開機軟啟動，并具備完善的保護功能，例如欠壓磁滯鎖存、超溫關機、過壓限制保護等。

(6)不需要外圍電流檢測電路，利用MOSFET的導通電阻RDS(on)來檢測和控制流它的電流，與分立MOSFET的作用不相同。

3　VIPer50的引腳功能

VIPer50采用了PENTAWATT　HV、PENTAWATT　HV(220)、PowerSO-TOTM三種的封裝，各引腳功能描述如下：

漏極引腳(DRAIN)，內部連接高壓功率MOSFET的漏極引腳。在電源啟動期間，通過高壓電流源為內部控制電路提供偏置電流，在電源正常工作期間關閉高壓電流源。

源極引腳(SOURCE)，內部連接功率MOSFET的源極引腳。

電源供電引腳(VDD)，該引腳有兩種功能：(1)給內部控制電路提供電源電壓，當VDD引腳電壓低于8V時，功率MOSFET關斷，啟動電流源被激活， VDD引腳偏置電流約2mA，COMP對地短路。當VDD電壓升高到11V閾值電壓時，啟動電流源自動關閉，器件開始轉換，變壓器向負載供電。(2)內部連接誤差放大器，允許初級調節設置和次級調節設置。

控制引腳(COMP)，該引腳有兩種功能：(1)它是誤差放大器的輸出端，外部連接RC網絡用于回路補償。(2)當電子設備進入待機狀態時，COMP引腳將電壓低于0.5V，器件能自動轉換到突發模式(低頻工作模式)，從而降低了開關電源的損耗。

頻率調整引腳(OSC)，該引腳通過偏置電阻Rt連接到VDD，Rt、Ct網絡決定了內部振蕩頻率。改變Rt、Ct的參數，可使振蕩頻率在30kHz~1000kHz范圍內調節。Rt、Ct的取值與與振蕩頻率FSW之間的關系滿足：

當Rt>1.2kΩ，Ct≥15nF時，FSW≤40kHz。