Vlper12A開關電源芯片在家用洗碗機控制器的應用

引言

隨著電子技術的發展，家電控制器的小型化、輕便化和低成本要求使得電源也朝著輕便、小薄、以及高效的方向發展。雖然傳統的線性電源技術技術現在已經比較成熟，也具有大量集成化的線性穩壓電源模塊，而且穩定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠。但是，其通常需要體積大且笨重的工頻變壓器和隔離單元，而且濾波器的體積和重量也很大，因而其電源效率很低，一般只有45％左右，很難滿足電子設備發展的要求。而開關電源由于不需要沉重的電源變壓器，且具有體積小、重量輕、輸入電壓范圍寬、效率高的優點，同時，隨著開關電源的日趨高頻化，其體積也更加小巧，因此，開關電源在家電產品的應用前景也更加廣闊。

1開關電源的工作原理

開關型穩壓電源通常采用功率半導體器件作為開關，通過控制開關的占空比來調整輸出電壓。由于開關型穩壓電路中的調整管工作在開關狀態，因而功耗小，電路效率高。開關電源的種類很多，按調整管與負載的連接方式可分為串聯型和并聯型，串連開關穩壓電路為降壓型電路，并聯開關型穩壓電路則是升壓型電路。其調制方式可分為脈沖寬度調制 (PWM)、脈沖頻率調制(PFM)和混合調制。這其中尤以PWM最為盛行，本文主要介紹PWM開關電源。

一般情況下，各種方式開關電源的工作原理基本相同，圖1所示為開關電源的基本結構方框圖。開關電源的工作原理主要是根據輸入電壓的高低和輸出電壓的變化，通過反饋電路來控制開關的占空比，以改變控制脈沖的寬度，并將輸入的電壓變換成脈沖信號，再經脈沖變壓器變壓后加到輸出整流濾波電路，最后經平滑濾波，產生與輸出脈沖寬度成比例的直流輸出電壓。



PWM控制過程一般是在保持調整管開關周期T不變的情況下，通過改變開關管的導通時間Ton來調節脈沖占空比，從而達到穩壓的目的。目前，很多廠家已經推出了多種脈寬調制型開關電源的控制器芯片，他們大多都將開關管集成于芯片之中，且含有各種保護電路。

2? VIPER12A智能開關電源芯片

VIPer12A是一款采用VIPer系列做控制元件的低成本單片智能開關電源IC，其組件包括一個60 kHz的集成脈寬調制控制器和一個擊穿電壓為730 V的高壓功率MOSFET，VIPer12A具有智能增強調整功能，其內置有保護控制單元，故其外部電路所需的元件數只有分立電路一半，因此，非常符合家電控制器的設計要求。

圖2所示是VIPerl2A的引腳排列圖，該器件有SO8和DIP8兩種封裝形式。各引腳的功能如下：



SOURCE：源極引腳，為內部MOSFET的源極端和電路參考地：

FB：反饋引腳，反饋輸入，用于擴展0～1 V反饋控制電壓范圍，同時限定MOSFET的漏極電流峰值；

VDD：電源引腳，用于給芯片內部的控制電路提供電源，同時它也與漏極高壓電流源相連。為了保證電源更為可靠，其起動開啟閾值(典型值)應為14.5 V，并應在8 V時關閉；

DRAIN：漏極引腳，為高壓功率開關MOS-FET的漏極端，同時也可用于內部高壓電流源和充電，其最高耐壓為730 V。

3? 應用電路

圖 3所示是利用VIPer12A做控制元件的一種洗衣機和洗碗機控制器中的開關電源電路。該電路通過耦合電感來實現兩路輸出的變換，其變換器是基于降壓型的 BUCK電路。該電路采用離線模式工作，具有很寬的輸入電壓范圍(從80～285V的交流電壓)，可以提供Vout1為5 V，Vout2為24V的兩路輸出。兩路輸出都使用二極管來防止過壓，分別分別為圖中的VD04和VD05。

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本電路的輸入部分包括一個電阻RO1、一個整流二極管VD01和一個濾波電容 C01。其中電阻是為了防止電流過大而設的保護電阻。電容為濾波元件，利用它可在二極管導通時儲存一部分能量，然后再逐漸釋放出。濾波電容越大，濾波效果越好。但是，電容過大，二極管的發熱也越嚴重，由此，設計時應全方面綜合考慮。

輸出電感L是在同一個鐵氧體磁芯上繞有兩個耦合繞組的電感器，利用正確的匝比和耦合因子可以得到正確的輸出電壓，該電路中使用的是1.5 mH的電感。

反饋電路由穩壓管DZ02、三極管G01、二極管VD03、電容C04以及電阻R02和R03組成。VIPer12A的啟動電壓是14.5 V，關閉電壓是8V。通電后，電路先對C03充電到14.5 V電壓，當達到Vdd的開啟電壓時，VIPer12A開始工作，MOS-FET開始開關動作。5 V和24 V輸出是通過變壓器的匝比得到的。當5 V輸出減小時，由于DZ02穩壓管上的電壓不變，流過VD03的電流減小，從而使進入反饋引腳FB的電流減小。事實上，FB引腳對電流變化非常敏感，由此得到的反饋電壓也變小，進而使電路對開關占空比進行調整，并使之變大，最后將輸出電壓調整回來。FB與S間的電容C02用于提高整流性能，防止高頻干擾。 C08與R04主要用來進行輸出濾波。

4結束語

經過實際的應用與測試證明，該電路具有很高的穩定性，而紋波只有20 mV，而且重量很輕，同時符合國際機構的電磁干擾要求，是一種性能很好的開關電源。