简化50W以下开关电源电路拓朴结构的芯片解析方案

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。