聊一聊VIPER22A，电源芯片工作原理深度剖析

admin 2024-12-15 09:11:4050 102

按惯例先大概说明下VIPER22A芯片参数及特点：

■内置700V高雪崩能力功率MOSFET

■9Vto38V宽范围VDD电压

■内置高压启动电路，无需外部启动电阻

■电流控制模式

下面是芯片内部框图

芯片管脚定义

SOURCE：接内部功率MOS源极，同时也是控制回路的参考地。

VDD:控制电路的供电电源，VIPER22A没有外部启动电阻，精简了电路。启动时漏极的高压进入芯片，然后芯片内部高压电流源开关打开，对VDD电容进行充电（下图1），当达到启动电压时，内部高压启动电路关闭。内部迟滞比较器监测VDD电压，并提供两个阈值，VDDon和VDDoff（下图2）.VDDon值为14.5V,当VDD电压达到14.5V,此时高压电流源开关断开,关闭启动电流源，电源启动后VDD电容的能量将由变压器提供,VDDoff电压为8V.当VDD电压降到8V，此时高压电流源开关打开，由高压电流源对VDD电容充电。此处为何要设两个阈值？试想一下，如果只设定一个启动值VDDon的话，电源能启动吗？举例说明，当VDD电容充到14.5V时，芯片启动，内部振荡器等电路开始工作，这些模块工作是要消耗电流的，也就是说，当电源刚刚启动起来，因为内部模块的消耗，VDD电容会立即跌落到14.5V以下，芯片会停止启动，接着高压电流源继续对DD电容充电，充到14.5V时芯片又开始工作，周而复始，芯片始终处于启动--停止--启动的循环状态，一直到天荒地老，芯片将不能正常启动。这是设定VDDoff阈值的好处就体现出来了，设定了VDDoff阈值后，就会形成一个回差，差值为6.5V.由于这个差值的存在，在VDD电压跌落到8V以前，芯片已经正常启动完成了，芯片启动完成后，将由变压器辅助绕组源源不断的提供电流给VDD电容，这时电源启动完成。

图1内部高压电流源对VDD电容充电

图2

DRAIN：功率MOS的漏极。

图3

下面详细讲解FB引脚内部的功能：

图4

根据上式R2（Is+IFB），可以轻松的推导出Is=(0.23V/R2)-为功率MOS上Is和Id的映射比例关系函数（如图5），可得出Id=Gid*Is=Gid[(0.23V/R2)-IFB].当将FB引脚接地时将得到最大的Id值即IDlim.此时FB脚将流过1个负方向的电流（下图6），IFB=-(0.23V/R1).MOS漏极最大值IDlim=Gid*0.23V*(R1+R2)/(R1*R2)

图5

图6

在实际应用中，FB引脚往往是被1个外部光耦驱动的，光耦的C极上拉的电源，所以在这种应用场合下，FB脚并不能真正的短接到地，所以上式最大的IDlim是不可能达到的。然而，图中FB脚并联有稳定FB引脚电压的电容C，当光耦关断时（电源刚启动时或电源次级短路时），因此我们可以假定此时FB脚的电压非常接近为零。

IFBsd为芯片内部设定的阈值（如上图3），正常工作时IFBIFBsd,当IFB超过这个阈值（0.9V）时，内部功率MOS会停止开关。如下图7,8

图7

图8

IFBsd的值由内部的PWM比较器所决定的，实际上当漏极电流ID大约等于IDlim的12％时（下图9），也就是约85mA时，芯片进入burstmode模式，改善轻载下的待机功耗。见下图10

图9

图10

芯片启动时序

芯片内部漏极上连接有高压启动电流源，当整流后的高压进入到漏极引脚，内部的高压启动电流源开始工作，对VDD电容进行充电，当电容上的电压达到VDDon时，高压启动电流源关闭，芯片内部电路开始工作，推动功率MOS产生开关动作，此时因为电源次级电压还没有建立起来，FB引脚无法从光耦得到电流，芯片将以全功率状态运行，随着次级输出电压上升，直到达到调节点，光耦初级发光二极管开始工作，FB引脚得到电流，芯片开始环路调控。调控过程如下，当次级电压升高，光耦电流加大，IFB加大，功率MOS漏极电流Id减小，变压器初级绕组储存的能量减少，次级电压下降。次级电压降低的调节过程与上面相反，此处不再累述。请看下图，图11

上图中最上面虚线部分表示的是，电源启动失败的波形，如果在VDD上的电压跌落到VDDoff以前，电源还没有启动完成，也就是说VDD上的电容上的能量因为芯片内部模块的启动一直在消耗能量，直到电压跌落到VDDoff.电源还没有启动完成，辅助绕组还未提供能量给VDD电容，电源将启动失败，虚线的波形就是VDD电容在一直充电放电的过程。

接下来再讲讲Datesheet中其它的一些参数：