应用VIPER12A高手进来帮帮我呀

漏感多少? 80mH?

uh了刚打急了.

你可以先不要用这么大的电感,你可以先用2mH,再功率不够加大电感量.测一下DRAIN的电压,不要高于600V,就好了

漏感是很小了.我做的都有500uH以上了﹐我的感量是4.7mH的.
是不是變壓器的匝數有問題.IC供電電壓太高了好象不行的.

滿載時輔助供電端電壓是不是太高了?

Lp用2.7-3.2mH即可.
辅助绕组的电压不要太高.
你有没有测过VDS, VDD的电压在测试中最大有多少?

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(转发)近年來,在工業和家電市場中,針對低成本應用的Off-line Flyback電源供應器正逐漸成為一種主流趨勢.自從電源供應器的尺寸成為主要設計考量,產業界遂開始尋找無需附加龐大50/60Hz變壓器新的新型解決方案.在此同時,智慧型電源方案正以其簡單及易用的特性獲得市場認同.ST的VIPer12A是一種低成本的整合型智慧型電源IC,它帶有一個60KHz的整合型脈寬調變(PWM)控制器,以及一擊穿電壓為730V的高電壓功率MOSFET.這個智慧型電源IC可執行高效能的電源轉換,與分離元件式解決方案相比,可降低所佔空間及製造成本.

這篇文章將分析幾個採用電源IC的Off-line結構,例如標準降壓、降壓/升壓配置;一個雙輸出和一種帶有雙重互補性輸出的新型結構.這些結構均適合在工業與家電市場的功率應用中做為主要元件的轉換之用.

設計建議與應用實例將展示如何簡單地運用電源IC的特性建立小型電源供應器,例如啟動能力、過熱與過電流的整合保護,以及迴饋電路.

  
簡介

在過去數年中,為了減小轉換器的尺寸與成本,一種從線性電源過渡到交換模式的電源供應器變革正在工業與家電市場中悄悄展開.由於國際標準、組織規範和市場趨勢等因素,高效能的能源解決方案遂成為各廠商應用時的首選,其至成為強制性的標準.這股趨勢造成了從50/60Hz變壓器以及線性調節器持續向高頻電源轉換器過渡的情況.此外,各種成本最佳化的新設計也讓廠商展開了開發適用於全球應用產品的構想,這讓廠商們開始思考較寬範圍的輸入電壓在設計上的可行性.由於開關電源方案是基於對功率半導體交換導通時間的調變方法,因此交換電源方案為這些廠商的構想提供了可能性.在工業與家電市場中,由於系統經常包含了微控制器、繼電器、LED、顯示器、針對低功率馬達控制或針對隔離閘器件的閘驅動器使用之三端雙向可控制矽元件,因此規範是必須遵循的標準.也因此,這類產品對閘驅動器的DC電壓要求通常為+15V、對微控制器與LED的要求為+5V、對繼電器的要求為+12V.在這些不同的應用中,這些規範讓各個複雜系統得以應用相同的元件進行設計.

由於控制器與功率器件已經完全被整合在板上解決方案中,而且無需考慮功率器件智驅動以及電源供應器核心電路佈局等問題,因此智慧型電源技術進一步簡化了電源供應器的設計和開發過程.

本文將簡述採用智慧型電源技術,以及採用VIPer12A的Off-line Flyback的幾個標準應用.


  
Off-line低功率結構概述

透過調整電源開關的工作周期,Off-line Flyback結構可以在無需任何隔離變壓器的情況下,將交流電源轉換成穩定的直流電壓.透過一個低成本電感器,可經由輸入到輸出的過程轉換能源.

兩個拓樸結構分別被用來產生正電壓或負電壓,它們均與終端輸入電壓有關.圖一分別展二了階段式降壓與階段式降壓/升壓的結構.




圖1 – 非隔離式電源轉換器:a)降壓;b)降壓-升壓



兩個結構都使用一個電感器儲存能量,在電源開關通電時進行充電.這個電感器的電流波形可決定轉換器的工作模式,即‘連續模式’或‘非連續模式’.在連續模式中,電感器的電流絕不會歸零,而在非連續模式中,電感器的電流會在規定時間內歸零.
在連續模式中,可利用D類開關的工作周期,透過電子方式對電壓進行控制,如此兩個轉換器的工作就像一個變壓器一樣.根據公式(1)和(2),D類開關的工作周期是透過導通時間(tON)和開關時間(tS)來決定.



當開關接通時,輸出電感器上(Vi-Vo)將出現一個恒定電壓,讓電感器上的電流依照公式(3)計算出的di/dt 速率呈現線性上升.



當開關斷電時,電感器內的電壓極性會呈現相反,同時電感器還會試著維持與斷電前相同的電流.此時二極體將會導通,並箝制電感器的電壓到理想的零電壓狀態.通過電感器L的電壓是Vo ,其電流將以公式(4)提供的速率呈現線性下降.



一旦開關再次通電,L上的電流將從D被轉換到開關S,並向二極體施加反向偏壓.電感器L上的電流包含了當開關斷電時在二極體上的開關電流.這個電感器電流會隨著DC電流值Io以L值決定的電流上下波動.

由於採用基本拓樸結構,使用低成本元件就能完成雙輸出轉換器的設計,如圖2所示.這些特結構別適用於降壓轉換器,但降壓-升壓也同樣適用.在圖2的2a中,這種結構使用了帶有兩個回掃線圈的輸出電感器,在反向模式帶有一個適當的纏繞線圈比率n.第二個拓樸結構展現了一種新穎的配置,適用於供給雙重互補性輸出的電路設計.由於採用了標準的單線圈電感器,因此該配置的最大優勢是能有效降低成本.在電感器電流呈現連續狀態(free-wheeling)時,為電容器充電可以產生第二個互補性輸出.此時透過一個帶有適當值的齊納二極體,可調節電感器上的電壓.




圖2 – 雙輸出降壓轉換器:a)耦合電感器;b)互補性架構



如圖3所示,在標準的降壓拓樸結構中,節點1的電壓是由二極體D所箝制,如此將使電感器的電流得以繼續流動.在這個解決方案中,齊納二極體Dz箝制節點1的電壓至Vd+Vz,在此處,Vd是二極體上的壓降,而Vz是齊納二極體上的電壓.如果電容器連接到齊納二極體與接地部份,則會產生一個負電壓源.當然,根據工作原理,第二個輸出的供給電流絕不會超過第一個.開關周期基本上可以被分為兩個時間段,如圖3所示.針對不連續導通模式(DCM),在開關S的通電期間(ton),輸出直流匯流排會被連接到輸出,並對負載供電(見圖3a).而在開關斷電時,電感器電流將繼續流過二極體D1 (見圖3b),直到電流為零,而且輸出電感C1為這個負載饋電為止.





圖3 – 降壓轉換器的建議功能電路: a) ton/b) toff.



出現在續流通道上的齊納二極管不會對轉換器的工作造成影響,但它可能會影響到效能.為了理解齊納二極體是如何影響轉換器的效能,圖4顯示了齊納二極體的工作原理.如果輸出2(OUT2)沒有負載,則續流電流會持續流過二極體D1 與Dz.





圖4 – 在功率轉換器上的齊納二極體效能:a) Iload2=0 / b) Iload2 ¹0



隨著從OUT2吸取的電流逐漸增加,續流電流會流過一個不同的通路,平均分攤到兩個元件上(請見圖4b).採用這種方法可降低Dz的功耗,相對的也提高了它的效率.因此,對於一個給定的輸出電流Iout1而言,如果對一個互補輸出施加負載,將使轉換器的性能更加優良.兩個輸出電容器的選擇均取決於輸出波動的規格.必須選擇適當的C2,同時必須考慮到互補性輸出與主要輸出之間存在的某些聯繫.如果需要一個去耦合輸出,則必須使用一個適合控制的電路,如圖5所示.這個電路的工作狀況如同一個等效性負載,只需非常低成本的零件就可以輕易地實現這個電路.這個電路包含了兩個電晶體、Q1與Q2(即一個PNP和一個NPN BJT)、一個電阻器R1與一個齊納二極體Dz1.在Q2和Dz1的的驅動下,無論Vout1的供電負載為何,電晶體Q1都能確保L感應一個規定的電流.因此,無論Iout1的感應如何,這種方法將使Iout2具有多種變化,而且僅受到Iout1最大容許值的限制.





圖5 – 降壓配置中的雙輸出調節轉換器




  
使用VIPer12A 設計一個Off-line式轉換器

由於元件本身的特性使然,使用VIPer12A設計一個降壓轉換器是簡單易懂的.圖6a展示了這個設計方案.透過連接Vdd引腳的一個二極管D1和電容器C1,通過轉換器的輸出電壓能夠輕易地實現VIPer12A的電源電壓.二極體的額定電壓選擇取決於輸入電壓,亦即,針對歐規185~265Vac的電壓輸入範圍可以使用一個400V的二極體.C1值的選擇必須根據啟動時間與短路特性來確定.事實上,在短路時間內,Vdd電壓會降到最小的必須值以下,讓內部的高電壓電流得以產生一個新的啟動順序.電容器的充電和放電時間取決於電容器本身的值,因此適合供給電源開關的時間周期內也會相應產生變化.另外,如果電流脈衝在元件上產生大量的熱,過熱保護功能可能會自動關斷電路.電容器的標準的值約在300Nf至10uF之間,額定電壓範圍是25~50V,視輸出電壓而定.簡化的調節電路僅包含一個連接FB與Vdd腳位的齊納二極體.為了讓調節功能更優良,可以在FB與S引腳之間設置一個過濾電容器C2.C2的電容值為數十nF.假設輸出電壓低於15V,若要啟動VIPer12A就必須稍為修改電路.在這個例子中,調節電路必須去掉與電源供給電路之間的耦合,使用分離式的二極體與電容器以供給在FB引腳、D2與C3之間的齊納二極體,如圖6b所示.二極體D2是一個低電壓二極體,即1N4148,它能使Vdd的電壓達到啟動值.由於D2與C3形成了一個輸出電壓峰值檢測器,因此C3的電容值將會影響調節電路的精度.在確保高精度的條件下,該電容器的電容值最低可達100nF.







圖6 –降壓轉換器:a) Vout>15V/ b) Vout<15V



如果對輸出電壓的需求低於8V,就必須使用不同的解決方案.事實上,儘管控制返馳通路與供給電路是分開的,但由於輸出電壓低於Vdd引腳的最小電壓值,因此該元件將無法啟動,或是僅能工作在啟動模式,但沒有電壓調節與高峰值電流.目前市場上出現了一種可讓電源IC供電的專利技術.如圖8a所示,為了產生所需的電源電壓,該電路設計比標準降壓拓樸結構多用了一個感應線圈.它藉由一個分壓器,透過一個低電壓二極體向一個輔助電容器儲存其所需的能量.在電源開關處於導通狀態時,電容器C4會透過D3進行充電;而當電源開關被關斷時,C4會開始放電,並透過D1把能量傳送到C1.D3是一個低電壓二極體,即1N4148,而C4是一個電容值介於10Nf到1uF的低電壓電容器.特別是儲存VIPer12A所需的電荷以及供給適合的電壓時,必須依照輸出感應線圈比L1/L2與交流輸入電壓,準確計算電容器的電容值.由於感應器自旋共振(ESR)的關係,流過C4上的電壓還會與輸出電流有關聯.電容器C1依照標準程序計算.有關輸出電壓小於(-15V)






圖7 –降壓-升壓轉換器:a) Vout<-15V,(–15V)






圖8 – 降壓-升壓轉換器,(-8V)


  
應用實例

本段將介紹並分析三個使用VIPer12A的設計實例.第一個應用是一個16V-100mA的離線電源供應器,轉換器的規格為Vin=185-265Vac、Vout=15V,以及Iout=100mA.為了得到在開路負載條件下的輸出,在最小輸出電流低於2mA的輸出端連接了一個負載電阻器Rburden,請參照圖9.為了將接地線連接到電源網路的主線路上,此處使用了一個單波整流管.在這個例子中,為了改善逆向電壓的特性,電源線上還可以再連接一個整流二極體.此外,還在輸入端的兩個電容器之間插入一個電感器,形成一個低成本的EMI濾波器.表1列出了所需的元件名稱.這個電源解決方案可以成功地應用在基於微控制器的低功率馬達驅動系統中.例如需要兩個穩定輸出電壓的應用:電源開關閘極驅動器所需的15V電壓,以及微控制器所需的5V電壓.圖9展示了使用帶正確系統操作重啟功能的5V線性調節器.其電路板的尺寸是3.5 x 4mm,如圖10所示.使用表面黏著(SMD)元件,可進一步縮小電路板尺寸.

圖11a展示了標準的15V電源波形圖,其輸出電流Iout=100mA(邊界條件).圖11b展示了負載開路條件下的輸出電壓和電源電壓.在這個例子中,VIPer12A 工作在突發模式中,能有效降低開關頻率,並使功耗降低至100mW 以下.



                  表I – 元件列表





圖9 – 應用實例:針對微控制器電源供應器的雙輸出轉換器







圖10 – PCB 佈局











圖11 – 降壓轉換器,Vout=15V:a) Iout=100mA/b) 開放負載/c) 短路



在短路條件下,VIPer12A會限制短路電流,如圖11c所示,這是由於該元件具有的三個主要功能:在低的Vdd電壓期間的啟動順序、限流功能與過熱保護功能.在這個方案中,功耗將會被大幅降低,而且轉換器也將被安全地保護.該電路的效能評估如圖12所示.特別是該電路具有優良的線路與負載調節功能.在低輸入電壓與高輸出電流上最差的調節功能基本上是與輸入電容器的電容值,以及在效能、尺寸及成本之間的折衷有關.藉由元件的寄生電阻影響,這個電源供應器的效能將提升50%.可以使用高品質的元件來改善效能,但這可能會影響到低成本應用在成本與效能之間的折衷問題.







圖12 – 降壓轉換器,Vout=15V:a) 調節/b) 效能



圖13展示了採用VIPer12A設計的電源供應器之EMI特性.該圖是依照EN55022標準,使用一個50W的LINS(線路阻抗穩定網路)和一個峰值檢測器,在0.15到30MHz頻率範圍內進行的傳導發射量測.





圖13 – 降壓轉換器,Vout =16V:採用低成本EMI濾波器的EMI性能表現



第二個應用實例是基於有兩個互補性輸出的Off-line結構,即Vout1=12V–100mA與and Vout2=-5V,如圖14所示.這個電源供應器可工作在非常寬廣的電壓範圍內(85~265Vac),並能工作在非連續模式下.一個單一整流二極管可用來降低成本,而輸入保險管則可以被一個適合的電阻器所取代.一個簡單的輸入CLC EMI濾波器可以被連接,但若功率電平的發射干擾很低,則這個CLC EMI濾波器可以被移除.表2列出了設計該電源供應器所需的元件.VIPer12A讓電源供應器具有短路保護功能.事實上,如果OUT1出現短路,轉換器就會進入重新啟動模式,並開始限制功耗.相反的,如果在OUT2上出現短路,則轉換器將會以普通降壓轉換器的方式工作,Vout1將由Dz提供.以下展示了一些試驗波形,以及線路和負載調節及效率等性能試驗結果.圖15是降壓轉換器的標準波形,該圖提供了功率元件的電壓、VDS、輸出電流、電感器與Vin(ac) = 220Vrms的二極體電流.圖15c可以說明電源供應器的靜態效能,該圖描述了限制在50mVpp的OUT1電壓波動,這意味著如果電壓波動低於0.5%,就可以採用一個小型低成本輸出電容器.圖16是電壓調節及效率圖.可供給的最大負載輸出電流與正輸出電流有關.如果需要更大的電流,就需要使用到上文提到的調整電路.



                     表2:元件列表





圖14 – 雙輸出轉換器:12V-100mA ,-5V









圖15 – 雙輸出轉換器:a)Iout1=50mA (Ch 4):Vds (Ch 1) @ 220Vac and IL (Ch 2)/b) Iout1=50mA (Ch 4):Vds (Ch 1) @ 220Vac and ID (Ch 2), Iout1=50mA:Vds (Ch 2) @ 220Vac and ripple on Vout1 (Ch 3)




a)


b)

圖16 – a) 調節/ b) 效能 Vs. Iout1 @ Iout2=Iout2(max)



最後一個應用實例是關於使用一個耦合電感器的雙輸出轉換器.該轉換器架構在一個降壓結構上,如圖17所示.該轉換器工作在離線模式,並將輸入電壓範圍從80擴展到285Vac,供給電源為Vout1=24V@30mA與Vout2=5V@50mA.其輸入電路由一個電阻器(可做為保險用)、一個單一二極體整流器,以及一個輸入LC濾波器組成.這樣一個濾波器可穩定直流電壓,並改善EMI性能(符合EN55022 B類標準).如果有需要,電容器Cin1還可以被連接,並進一步降低EMI干擾.調節反馳電路會被連接到「Vout1」和Viper12A的供給電源電路.因此,只需一個高電壓二極體與一個電容器就可以實現這種連接,如圖17中的D3與C3,進而減小電路的複雜性和成本.

輸出電感器L在相同的鐵氧磁蕊上有兩個耦合線圈,若要產生正確的輸出電壓,則線圈的纏繞圈數比與耦合因素必須正確.特別是使用1.5mH電感器時,「PANASONIC ELC10D152E」電感器的鐵氧磁蕊上應纏繞線圈數為N1=200t,N2=60t.齊納二極體Dz1與Dz2分別負責預防輸出過壓.在Vout1處於開路負載的情況下對Vout2進行調節時,必須在Vout1上連接一個負荷電阻.這種電阻器能大幅改善調節性能,而且它對效能的影響非常小.

輸出整流二極體都是快速恢復二極體,由於必須維持輸入直流匯流排電壓產生的逆向電壓,所以D1是一個高電壓二極體,而D2則是一個低電壓二極體,表3列出了這個電路所需的元件.


Part Value Part type
Rf 10 W 1/2W Resistor
Rburden 4.7 kW 1/4W Resistor
Cin 4.7 µF, 450V Elec. Cap
C1 33 µF, 50V Elec. Cap
C2 100 µF, 16V Elec. Cap
C3 1 µF, 25V Elec. Cap
C4 22 nF Ceramic cap
Dr   Diode 1N4007
D1   Diode BA159  
D2   Diode 1N4148  
D3   Diode 1N4004
Dz   Zener 22V
Dz1   Zener 27V
Dz2   Zener 5.6V
L 1.5 mH  
Lf 470 µH Inductor
IC1   VIPer12A

                       表3 – 元件列表





圖17 – 雙輸出轉換器



  
結論

本文介紹了幾個降壓、降壓-升壓,以及經過修改的配置,這些設計展現了ST VIPer12A在工業與家電市場中,可提供低功率與低成本的非隔離式電源供應器設計.高頻開關模式功率轉換器的最大優勢,是允許離線電源供應器提高效能並減小成本及尺寸.Viper12A智慧型電源IC在單晶片中整合了脈寬調變(PWM)控制與功率元件,最大的貢獻是能將功率範圍提升至幾瓦.最後,智慧型電源方案將使得同時兼顧尺寸與成本的設計構想成為可能,同時為電源供應器的應用帶來更多附加價值.


參考文獻

[1] A. Pressman, ‘Switching Power Supply Design’, McGraw-Hill, 2nd Ed. 1998.

[2] N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins, ‘Power Electronics: Converters, Applications and Design ’, J.Wiley, 2nd Ed. 1995.

[3] G.C. Chryssis, ‘High Frequency Switching Power Supplies: Theory and Design’, McGraw-Hill, 2nd Ed. 1989

[4] STMicroelectronics AN1357 ‘Low cost power supplies using VIPer12A in not isolated applications’.

[5] STMicroelectronics AN1374 ‘Complementary double output non isolated power supply based on VIPer12A’



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图呢?没有图啊!

你变压器有问题

请高手给我一份VIPER12A的中文资料我用的是TO-220封装的.

EE16的变压器,160T电感量在4MH,ic工作电压在15V

光说是EE16/160T就4mH,还有气隙,更重要的是电感因数

什么东西，刷屏哦？