新型智能電源VIPer12A

1 引言

目前，移動(dòng)電話、漆上型電腦、無線鉆機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、MP3播放機(jī)等便攜式設(shè)備的數(shù)量與日俱增，種類繁多。電池充電器和AC適配器的廣泛使用，不僅為便攜式設(shè)備用戶的生活提供了極大的方便，而且還大幅度降低了設(shè)備的使用費(fèi)用。事實(shí)上，如果沒有充電器和AC適配器的使用，這些便攜式設(shè)備就沒有任何商用價(jià)值。但是，隨著便攜式設(shè)備的數(shù)量日益增加，大量的AC適配器投入使用，本來對(duì)環(huán)境影響不太的問題現(xiàn)在卻變得十分突出。數(shù)量如此之我的AC適配器每年消耗電能多達(dá)若干個(gè)TWh，而且這一數(shù)字還在繼續(xù)攀升。預(yù)測顯示，到2006年，電源充電器和AC適配器每年待機(jī)功耗將達(dá)到60TWh，這是一種巨大的電能浪費(fèi)，因此，在待機(jī)模式狀態(tài)下，設(shè)備不會(huì)執(zhí)行任何有用功能。鑒于這種情況，許多企業(yè)和國際組織試圖通過提高外部電源在待機(jī)或無負(fù)載狀態(tài)下的效率來扼止這發(fā)展趨勢。那么要實(shí)現(xiàn)這些愿望，需要哪些新技術(shù)呢？

實(shí)際上，利用ST目前的產(chǎn)品VIPer12A和技術(shù)就足以讓您在今天實(shí)現(xiàn)2005年的目標(biāo)。

2 主要特性

ST最新推出的VIPer12A是脫機(jī)開關(guān)方式電源調(diào)節(jié)器VIPer家庭的新成員。這款芯片是為在高達(dá)5W（宛電源輸入電壓范圍）或10W（歐洲電源電壓）二次輸出功率的脫機(jī)電源中使用而專門優(yōu)化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。其封裝形式采用結(jié)構(gòu)緊奏的SO-8或DIP-8，并在內(nèi)部集成了專用電流方式PWM控制器和一個(gè)高壓功率MOSFET，其中MOSFET采用了一項(xiàng)耐用、專利的智能電源技術(shù)，該MOSFET采用了一項(xiàng)耐用、專利的智能電源技術(shù)，該技術(shù)允許輸出電流垂直過硅片。VIPer12A中負(fù)責(zé)提供控制邏輯的VDD管腳具有強(qiáng)大的輸入電壓能力（8～40V有用范圍），這使得VIPer12A特別適合在電池充電器的壁掛式適配器以及電視和監(jiān)視器的待機(jī)電源系統(tǒng)中使用。

2.1 VIPer12A的電流、電壓精度調(diào)節(jié)

VIPer12A可提供精確的電流和電壓調(diào)節(jié)功能。一個(gè)完整的調(diào)節(jié)方案可實(shí)現(xiàn)結(jié)合準(zhǔn)確的輸出特性。

圖1是一個(gè)由TSM101驅(qū)動(dòng)器和VIPer12A組成的帶有二次反饋的電流電壓精確調(diào)節(jié)電路。其中的TSM101提供了兩個(gè)運(yùn)算放大器和一個(gè)參考電壓，利用它可以對(duì)輸出電流和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。一個(gè)集成的“或”功能用于對(duì)兩個(gè)結(jié)果錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行組合，從而對(duì)電壓電流進(jìn)行限制，這一特別被稱之為矩形U-1輸出特性。這種電源可以在電流方式輸出為主的電流充電器中于提供規(guī)定的充電率。同時(shí)，電壓精度調(diào)節(jié)還便于鋰電流充電，因?yàn)?，鋰電池需要電流和電壓兩種工作方式。

2.2 寬VDD電壓范圍

VDD引腳電壓的可用范圍可以從8V擴(kuò)展到40V，這一功能為實(shí)現(xiàn)各種特性的設(shè)計(jì)提供了巨大的靈活性。VIPer12A具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）當(dāng)器件天關(guān)操作后，會(huì)立刻收到錆繞組傳來的能量，因此，圖1中的CS會(huì)降低，鑒于這一原因，使用一個(gè)小型陶瓷芯片（100nF）即能確保過濾功能。并能夠使從輸入電壓接通到輸出電壓時(shí)出現(xiàn)的總啟動(dòng)時(shí)間大幅度減少。

（2）VIPer12A即便在很低或零輸出電壓的情況下，仍然保護(hù)其輸出電流特性。因此TSM10X是以正向模式供給的，所以，無論輸出電壓如何，它都能保電流調(diào)節(jié)。

2.3 反饋引腳的操作原則

反饋引腳用于控制器件的操作，它與使用電壓輸入（運(yùn)算放大器的反向輸入）的常規(guī)PWM控制電路有所不同，VIPer12A反饋引腳對(duì)電流很敏感。圖2是其內(nèi)部電流模式的結(jié)構(gòu)框圖。圖中的功率MOSFET用于提供一個(gè)與主電流ID保持比例的檢測電流Is，R2在接收到這一電流和FB引腳傳來的電流后，將R2上的電壓與一個(gè)大約0.32V的固定參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)滿足方程9R2（Is+IFB）=0.32V時(shí)，MOSFET關(guān)斷。

當(dāng)IFB為零（光耦合器處于關(guān)閉狀態(tài)）時(shí)，該器件以滿負(fù)載工作，且符合漏電流Idlim的限制。當(dāng)IFB超過IFBsd規(guī)定的極限時(shí)，器件停止開關(guān)。而這個(gè)數(shù)值大約是上面表達(dá)式的85%，因此，這一器件可以滿足一個(gè)真正的0%負(fù)載循環(huán)的要求，這在轉(zhuǎn)換器接輕負(fù)載時(shí)是非常重要的。實(shí)際上，當(dāng)漏電流大約是Idlim的15%時(shí)，即60mA時(shí)，該器件將通過錯(cuò)過開關(guān)循環(huán)進(jìn)入突發(fā)模式操作。

2.4 自動(dòng)和過壓

VIPel12A中包含一個(gè)連接在其漏極上的高壓啟動(dòng)電流源，因此，對(duì)轉(zhuǎn)換器的輸入端施加有電壓時(shí)，只要VDD低于VDDon，這一啟動(dòng)電流源立即被激活；而當(dāng)VDD等于VDDon時(shí)，啟動(dòng)電流源關(guān)斷，器件通過打開、關(guān)閉其主功率MOSFET開始工作。因?yàn)镕B引腳無法接收光耦合器傳來的電流，所以VIPer12A可以滿負(fù)載工作，此時(shí)，輸出電壓將一直上升到二次環(huán)路在光耦合器內(nèi)開始發(fā)射電流的調(diào)節(jié)點(diǎn)上。在這一點(diǎn)上，轉(zhuǎn)換器開始調(diào)節(jié)，而此時(shí)FB引腳則可用于接收在二次側(cè)提供正確功率所需的電流。圖3是VIPer12A的啟動(dòng)時(shí)序圖。

圖4是VIPer12A的過壓時(shí)序。該圖給出了一個(gè)過壓順序的全部過程。當(dāng)VDD超過VDDovp時(shí)，VDD引腳上的過壓檢測器將使VIPer12A復(fù)位。值得注意的是，只有VDD達(dá)到VDDoff時(shí)，該過壓事件才會(huì)被鎖定，以使器件自動(dòng)恢復(fù)正常工作。