來源：電源技術(shù)應(yīng)用 作者：上海交通大學(xué) 楊喜軍 武慧 劉祥 姜建國 張鏹

    摘要： 機(jī)頂盒對其供電電源要求非常嚴(yán)格，一般需要采用效率高、體積小、重量輕、多路輸出型開關(guān)電源。詳細(xì)介紹了新一代高度集成的離線開關(guān)集成電路viper53的工作原理，討論了機(jī)頂盒對供電電源的要求。用viper53設(shè)計(jì)了一種5路輸出的30w機(jī)頂盒專用開關(guān)電源，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明它具有較高的輸出電壓精度、負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率，還具有良好的電磁兼容性。

    關(guān)鍵詞：機(jī)頂盒；開關(guān)電源：viper53

    0 引言

    viper53是新一代高度集成的離線開關(guān)集成電路，采用st公司的縱向智能功率專利技術(shù)(vlpower)，具有很高的集成度，內(nèi)置一個(gè)采用多重漏極網(wǎng)格工藝(md—mesh)的功率mosfet，目標(biāo)應(yīng)用包括機(jī)頂盒、dvd影碟機(jī)、錄像機(jī)的電源變換器以及電視、pc機(jī)和旅行適配器內(nèi)的輔助電源。viper53采用片上系統(tǒng)，同一個(gè)封裝內(nèi)包含有系統(tǒng)的控制部分和功率mosfet。這種新的封裝工藝滿足r所有的單片集成電路無法滿足的應(yīng)用需求，特別是對那些功率要求不斷提高而專用熱設(shè)計(jì)成本控制愈加嚴(yán)格的電力變換器。本文采用viper53設(shè)汁了一種30w機(jī)頂盒專用開關(guān)電源，給出了設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

    1 viper53的工作原理

    viper53集成了增強(qiáng)型電流模式pwm控制器和一個(gè)高壓md.mesh功率mosfet。viper53內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括開關(guān)電路一次側(cè)所需的全部模塊：控制部分包括該變換器啟動(dòng)用高壓電流源、脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器和各種保護(hù)功能，如過壓保護(hù)、熱關(guān)機(jī)、逐周限流和負(fù)載保護(hù)，功率mosfet的最小擊穿電壓為620 v，通態(tài)電阻rdsfet在25％時(shí)為1ω。引腳vdd為控制電路的電源，在啟動(dòng)階段為外部相連的電容充電，包含4個(gè)闖值電壓。vddcm為開啟電壓，典型值為11．5v:vddoff為關(guān)機(jī)電壓，典型值為8．4v；vddreg為原邊反饋工作的電壓起始點(diǎn)，精準(zhǔn)15 v；vddovp為過壓保護(hù)電壓，典型值為18v。引腳source為功率mosfet的源級和電路參考地。引腳drain為功率mosfet的漏級，連接高頻變壓器的原邊繞組，在上電階段被內(nèi)部高壓電流源利用，為引腳vdd外部電容充電。引腳tovl連接一個(gè)外部電容用于產(chǎn)生過載保護(hù)延時(shí)，引腳comp上的電壓大于4 35 v時(shí)過載保護(hù)發(fā)生。引腳osc通過外部連接的阻容網(wǎng)絡(luò)rt一ct定開關(guān)頻率。引腳comp為電流模式結(jié)構(gòu)的輸入和內(nèi)部誤差放大器的輸出，允許通過外部無源網(wǎng)絡(luò)設(shè)定該smps的動(dòng)態(tài)特性，可用的電壓范圍為o．5～4．5v。低于o．5 v時(shí)功率mosfet關(guān)閉，高于4．35v時(shí)過壓保護(hù)發(fā)生，該動(dòng)作延時(shí)時(shí)間長短由與引腳t0vl相連的定時(shí)電容大小決定。

    通過連接osc引腳的電阻一電容網(wǎng)絡(luò)，可以從外部設(shè)置開關(guān)頻率，最高可以設(shè)定到300khz。當(dāng)開關(guān)電源上電時(shí)，位于漏極引腳和腳vdd之間的內(nèi)部高壓電流源為器件供電，并向一個(gè)連接vdd外部電容器充電。當(dāng)vdd電壓達(dá)到電壓闖值vddon時(shí)，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，器件開始正常操作，由高頻變壓器輔助繞組繼續(xù)為viper53器件供電。

    viper53的反饋控制系統(tǒng)屬于電流控制，通過腳comp實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。該控制是指將流經(jīng)功率mosfet及回掃變壓器的電流與調(diào)節(jié)電路的輸出電壓產(chǎn)生的反饋信號進(jìn)行比較，比較的結(jié)果決定確定mosfet的導(dǎo)通時(shí)間。

    viper53的優(yōu)點(diǎn)首先是在空載條件下將能耗降低到近乎零，使電源制造商可以達(dá)到新的更加嚴(yán)格的生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，如“能源之星計(jì)劃”；其次，因?yàn)橥☉B(tài)電阻rds(on)低，功率變換效率明顯提高，而且無需使用散熱器，從而避免了制造成本的增加。典型情況下，dip一8封裝可輸出功率30w，power—so一10封裝可輸出功率40w，使用電壓范圍為acr5～265v。

    vlper53的一個(gè)重要功能是指通過腳tovl完成的過載延時(shí)。如果引腳comp電壓超過4.35v，過載保護(hù)就會啟動(dòng)，連接引腳tovl的外部電容器就開始充電，同時(shí)mosfet開始不斷地開關(guān)操作。在這個(gè)期間，漏極電流限制在1．6a。如果過載狀態(tài)維持不變，待tovl電容電壓達(dá)到閾值電壓vovlth,mosfet關(guān)斷。此時(shí)，vdd電壓下降，當(dāng)達(dá)到vddoff閩值電壓時(shí)，內(nèi)部高壓電流源接通，則一個(gè)新的啟動(dòng)周期開始。如果過載或短路狀態(tài)繼續(xù)存在，viper53將進(jìn)入無休止的重啟序列。引腳tfovl的外接電容充電時(shí)間為延時(shí)時(shí)間，該時(shí)間tovl必須大于該開關(guān)電源的啟動(dòng)時(shí)間tss因?yàn)檫@段時(shí)間內(nèi)輔助繞組無法向系統(tǒng)