VPC2188

VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 1 特点 （SSR\PSR\电阻分压）的高度集成电源控制芯片。集  超宽输入电压范围 4V~100V 启动电路 成了低至 4V、高至 100V 的超宽范围启动电路。内部  适用于反激\Boost\Buck 多种拓扑 集成的防倒灌二极管可防止电流从 VDD 端反流到 VIN  限流阈值电压 156mV 和 500mV 可选 端。  单电阻可编程振荡器频率  轻负载逐级模拟降频优化效率曲线 提高采样信噪比，将 CS 端口的限流阈值电压降低至  空载间歇工作实现低空载功耗 156mV，可大幅减小电流采样电路的功耗，采用无电流  使能关断电流低至 0.1uA 互感器设计，从而降低成本和提高可靠性。  逐周期限流保护和短路保护、过温保护  电流感测信号的前沿消隐 的最大工作频率下进行 PWM 调制，随着负载减轻到一  内置斜坡补偿电路 定程度，控制器通过逐级模拟降频工作模式来优化全负  可精确设置输入欠压保护及回差 载范围效率，同时获得较低的轻负载纹波电压和空载功  可选内置或外置软启动 耗。  CCM/DCM 模式下内置环路 PSR 控制  直接光耦合器接口 馈方式，内置的输出电压采样电路可同时工作在 CCM  MSOP10 超小体积封装形式 和 DCM 模 式 下 ， 对 采 样 电 压 的 时 间 宽 度 要 求 低 至 VPC218X 内部集成了电流采样差分放大器来大幅 VPC218X 控制器在较重负载时固定工作于设定好 VPC218X 可以在数百 kHz 工作频率下实现 PSR 反 350nS；内置的具有快速动态响应功能的环路补偿电 2 应用领域 路，使开关电源的稳定性和动态指标都有较好的表现。  断续（DCM）/连续（CCM）模式反激转换器  工业电源转换 输出短路保护、输出过压保护、过温保护等功能，全范  BMS 辅助电源 围保证开关电源的高可靠性。  POE 电源  隔离通信电源 3 说明 VPC218X 系 列 是 适 用 于 多 种 拓 扑 结 构 （ Flyback\Buck\ Boost ） 和 输 出 电 压 反 馈 方 式 VPC218X 具备可精确编程输入欠压保护及回差， 器件信息 型号 封装 尺寸 SPQ VPC2187 MSOP10 3.0mm*4.9mm 5000 VPC2188 MSOP10 3.0mm*4.9mm 5000 4 简化应用 For more information@www.vpsct.cn Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 1 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 5 引脚及功能 名称 编号 模式 描述 COM 1 SSR 模式 VIN 2 --- UVP 3 --- VDD 4 --- GATE 5 --- 外置 MOSFET 驱动端口。 GND 6 --- 芯片电源参考地端口。 光耦反馈引脚，此处的电压调节峰值电流和频率。内部集成了 RC 补偿电路，可与光耦耦 合器直接连接。 启动电路的输入端口。从 VIN 到 VDD 是一个高压 LDO，在 VDD 处的稳压输出为 8.7V， 可提供电流高达 20mA。 输入欠压保护端口，比较阈值为 2V，进入输入欠压保护后芯片从该端口抽取 4.4uA 的电 流，设置上拉电阻的大小来设置回差电压。 芯片的供电端口，同时设计有钳位功能，钳位电压为 18.6V，当钳位吸收的电流大于 6.6mA 时，进入可自恢复式的保护状态。 电流采样端口，VPC2187 的最大限流阈值电压为 156mV，VPC2188 的最大限流阈值电 CS 7 --- 压为 500mV。并且设有短路保护功能，CS 电压大于最大阈值电压的 1.6 倍时，进入自恢 复式的保护状态。 RT 8 --- SS 9 --- FB 10 PSR 模式 频率编程引脚，外接电阻到 GND，可设置芯片内振荡器的频率。 外编程的软启动引脚，连接电容到 GND 可设置软启动时间。若该引脚悬空，芯片内置的 软启动时间为 1.2mS。 电压反馈引脚。在 GATE 输出高电平时连续检测到 FB 有负电压或者 COM 连接到 GND， 芯片自动选择 FB 作为采样电压反馈引脚。 For more information@www.vpsct.cn Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 2 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 6 技术规格 6.1 绝对最大额定值 VIN 对 GND 的电压范围 VIN VIN 钳位持续电流 最小值 最大值 单位 -0.3 110 V 1 mA -0.3 25 V -0.3 6.6 V 150 ℃ IVIN（CLAMP） VDD 和 GATE 对 GND 的电压范围 VDD 所有其它引脚对 GND 的电压范围 最大工作结温 TJMAX 超过绝对最大额定值的应力可能会对器件造成永久性损坏。这些仅为应力额定值，并不意味着器件在这些或任 何其他条件下的功能操作超出了推荐工作条件下的指示。长期暴露在绝对最大额定条件下可能会影响器件的可靠 性。所有电压都与接地有关。电流为正输入，负输出。 6.2 ESD 能力 V(ESD) 抗静电能力 数值 单位 人体模式 HBM,per ESDA/JEDEC JS-001;(Zap 1 pulse,Interval:>=0.1S) ±2000 V 机器模式 CDM,per ESDA/JEDEC JS-002 ±1000 V 6.3 推荐工作条件 最小值 典型值 最大值 单位 VIN 输入电压 VIN 4 100 V 工作结温 TJ -40 125 ℃ 6.4 电气性能参数 在没有特别说明的情况下，以下参数在 VIN=12V 或 VDD=12V 温度 T=25℃的条件下测得。 符号 参数 测试条件 最小 典型 最大 单位 IVIN（SHDN） 使能关断时输入电流 VUVP=0V 0.1 uA IVIN（UVP） 输入欠压未关断时输入电流 VUVP=1.8V 294 uA IQ 正常工作电流 GATE 悬空， COM 接 3.3k 到 GND 2.0 IVIN（SRC） VIN 供电能力 VIN=12V，VDD=6.5V 15 20 VIN(clamp) VIN ESD 钳位电压 IVIN=1mA，VDD=12V 110 118 128 V VDD 电压上升，VPC2187 3.5 3.7 3.9 V VDD 电压上升，VPC2188 6.9 7.4 7.9 V VDD 电压下降，VPC2187 3.2 3.4 3.6 V VDD 电压下降，VPC2188 5.8 6.3 6.8 V 8.1 8.7 9.3 V 输入引脚 VIN 3.0 mA mA 电源引脚 VDD VDD（ON） VDD 启动电压 VDD（OFF） VDD 锁定电压 VDD（REG） VIN 到 VDD 的稳压值 VDD 和 GATE 不带负载 VDD（DO） VIN 到 VDD 的跌落电压 IVDD(LOAD)=5mA,VIN=8V VBV(DIODE) 防倒灌二极管耐压 VDD（OVP） VDD 过压保护阈值电压 For more information@www.vpsct.cn 1.2 V 37 VDD 电压上升 17.5 V 18.6 19.7 V Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 3 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 IDDSNK（OVP） OVP 时 VDD 吸收电流 VDD= VDD（OVP） VDD（clamp) VDD ESD 钳位电压 IVDD（SNK）=10mA 23 6.6 mA 27 V 40 nS 电流采样引脚 CS tCS(DLY) 电流限制比较延时 VCS(LIM) 限流阈值电压 VCS(MIN) 最小阈值电压 VSCP(LIM) 短路保护阈值 tCS(OVLD) 过载保护计时 TSLEEP(SR) CS 从 0 到 0.6V 开始计算，到 GATE 变为低电位的延迟时间 VPC2187 140 156 172 mV VPC2188 450 500 550 mV PSR 反馈模式，VPC2187 26 31 36 mV PSR 反馈模式，VPC2188 90 100 110 mV VCOM 超过 VCOM(OLP)，VPC2187 225 250 275 mV VCOM 超过 VCOM(OLP)，VPC2188 720 800 880 mV 14 2 Tsw 自恢复保护模式休眠时间 400 mS tLEB（CS） PWM 比较消隐时间 95 nS tLEB（SCP） SCP 比较消隐时间 50 nS D35% 增加斜坡补偿起始占空比 35 % 软启动引脚 SS VSS（OPEN） 软启动引脚开路电压 CLK 悬空 5.0 5.4 5.8 V tSS(IN) 内置软启动时间 COM 作为反馈电压，SS 悬空 0.8 1.2 1.6 mS FB 作为反馈电压，与 SS 无关 1.8 3 4.8 mS ISS 外置软启动电流 22 28 34 uA RSS(DIS) 软启动泄放电阻 300 Ω RSSTOCOM SS 到 COM 脚的下拉电阻 800 Ω 频率设置引脚 RT FOSC1 RT=44.2kΩ时的频率 135 150 165 kHz FOSC2 RT=22kΩ时的频率 270 300 330 kHz FOSC3 RT=13.3kΩ时的频率 440 500 560 kHz VRT RT 引脚基准电压 1.92 2.02 2.12 V VREF(UVP) 欠压保护比较电压 1.9 2.0 2.1 V VUVP(CLAMP) 引脚被钳位电压 IUVP=0.6mA 注入 UVP 引脚 5.0 5.5 6.0 V IUVP(SNK) 保护后抽取的下拉电流 VUVP=1.8V 3.4 4.4 5.4 uA VUVP(ON) 使能开通 LDO 的阈值电压 VUVP 电压从低往高 0.9 V VUVP(OFF) 使能关闭 LDO 的阈值电压 VUVP 电压从高往低 0.6 V 输入欠压引脚 UVP 电压反馈引脚 FB VREF(REG) EA 正端口基准电压 AV EA 低频增益 TD(SAMP) 采样延迟时间 IFB 引脚输入电流 1.975 2.000 2.025 V 1400 V/V RT=22kΩ 252 nS FB 引脚作为反馈电压时 40 nA COM 引脚作为反馈电压时 -20 uA 环路反馈引脚 COM DMIN 最小占空比 DMAX 最大占空比 For more information@www.vpsct.cn 75 80 0 % 85 % Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 4 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 KPWM COM 到 PWM 比较的增益 0.42 VCOM(OPEN) COM 引脚开路电压 VCOM(OLP) 开环保护阈值电压 ICOM COM 脚短路电流 VCOM(DMAX) 最大占空比时 COM 脚电压 3.75 V VCOM(SKIP) 间歇工作模式阈值电压 1.0 V VCOM(HYS) 间歇工作模式回差电压 55 mV IGATE=50mA 185 mV IGATE=-100mA 170 mV 5.0 5.4 5.8 V VDD≥5.4V 4.6 V VDD＜5.4V VDD-0.8 V VCOM=0V 0.6 1.1 1.5 mA 输出引脚 GATE VGATEH VGATEH GATE 带 50mA 负载，输出 高电平时 VDD-VGATE 的压差 为 GATE 提供 100mA 上拉 电流，低电平时的电压 IGATE(SRC) GATE 输出峰值电流 VGATE=7.5V 0.8 A IGATE(SINK) GATE 抽取峰值电流 VGATE=7.5V 1.5 A tr 上升时间 GATE 接 1nF 到 GND 30 nS tf 下降时间 GATE 接 1nF 到 GND 20 nS 过温保护 TSHDN 过温保护阈值 TSHDN（HYS） 过温保护回差 For more information@www.vpsct.cn 148 163 18 178 ℃ ℃ Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 5 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 6.5 典型特征曲线 图 1 IUVP(SNK) vs Temperature 图 2 FOSC vs Temperature@RT=22kΩ 图 3 VRT vs Temperature 图 4 VDD(ON)\VDD(OFF) vs Temperature 图 5 VUVP(ON)\VUVP(OFF) vs Temperature 图 6 VREF(REG) vs Temperature For more information@www.vpsct.cn Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 6 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 图 7 IUVP vs VUVP 图 8 VDD vs IVDD(LOAD) 图 9 VDD vs IVDD(LOAD) 图 10 IVIN vs CGATE 图 11 FOSC vs RT 图 12 TD(SAMP) vs RT For more information@www.vpsct.cn Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 7 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 7 功能及原理 7.1 概述 VPC218X 是一款高集成度的电流模 PWM 控制器，可广泛适用于反激、Buck、Boost 等多种拓扑结构的开关电源中。它们集成 了高压启动电路和防倒灌二极管，外围启动电路简单；它们集成电流差分放大器，提高电流检测的信噪比，实现超低电流阈值比较； 它们集成多种环路反馈方式，其中 PSR 反馈的高速采样电路使得数百 kHz 工作频率的无光耦反馈隔离开关电源成为现实。 它们为开关电源每项性能指标的提高作出最大的努力。外置可编程软启动功能，可根据需要设定软启动时间以减小启动应力和输 出过冲；内置斜坡补偿，避免次谐波振荡；所有保护的触发都设有相应的延时滤波，避免干扰信号误触发；所有保护状态下都会把不 需要的模块关闭，使功耗最低；在极轻负载时进入深度降频模式，降低空载功耗，同时控制住纹波不过大和避免出现异音。 它们还为开关电源提供全方位的保护功能，通过 UVP 脚可根据需要设定输入欠压保护值和回差电压，通过 VDD 脚实现输出过压 保护，通过 COM 脚实现输出过载和开环保护，通过 CS 脚实现变压器或输出短路保护。 7.2 功能框图 For more information@www.vpsct.cn Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 8 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 7.3 特点描述 电压超过过流保护阈值电压，GATE 立即停止输出高电平。另外， 7.3.1 启动与供电 VPC218X 的高压电源引脚 VIN 到低压电源引脚 VDD 是一 若连续 214 个周期检测到 VPC2188 和 VPC2187 的电流采样引脚 个低压差线性稳压器 LDO，它是由 UVP 引脚的电压使能的，当 CS 电压分别超过 500mV 和 156mV，则认为开关电源的负载超 UVP 的电压大于 0.9V 使能开通 LDO，当 UVP 的电压小于 0.6V 出了设定功率范围，进入休眠状态，休眠时间 400mS 结束后重 时关闭 LDO，关闭后芯片的耗电极低，为 nA 级别的 MOS 管漏 新恢复工作。 电流。VIN 引脚处有 118V ESD 管钳位，避免 LDO 过压损坏。 短路保护功能：检测到 COM 引脚（COM 作为环路反馈时） 对于 VIN 引脚电压可能存在短暂超过钳位电压的情况（例如输入 或 EA 输出电压（FB 引脚作为环路反馈时）较高，产生开环保护 浪涌电压），建议在芯片外围串联一个电阻来提高可靠性。LDO 有效信 号 OLP ，此时 过流比较器 开始工作， 若 VPC2188 和 在 VDD 产生的稳定输出电压是 8.7V，可提供的电流超过 20mA， VPC2187 的电流采样引脚 CS 电压分别超过 800mV 和 250mV， 在 VDD 电压超过 8.7V 时，LDO 自关闭。芯片内部 VIN 与 VDD 则进入休眠状态，休眠时间 400mS 结束后重新恢复工作。 之间串联了防倒灌肖特基二极管，在 VDD 电压大于 VIN 时避免 电流从 VDD 经过 LDO 的 PMOS 管的寄生体二极管倒灌至 VIN。 在外置功率 MOS 管开通时，经常在 CS 引脚处产生一个瞬 态噪声电压，为了避免该噪声电压误触发比较器的翻转，芯片内 VDD 引 脚 具 有 电 压 钳 位 和 过 压 保 护 功 能 ， 钳 位 电 压 是 部设定了 95nS 的前沿消隐时间，在此时间内禁止 CS 放大电压 18.6V，当钳位吸收的电流超过 6.6mA 时触发过压保护，芯片进 传至 PWM 比较器。若在实际应用中，CS 引脚出现较大时间宽 入休眠状态。所以在反激开关电源的应用中，可以采用变压器辅 度的噪声，建议在外围增加 RC 滤波， 并且连接在 CS 引脚和 GND 助绕组整流后给 VDD 供电，一方面可以提高效率，另一方面可 之间的滤波电容越靠近芯片 CS 引脚越好。 以通过 VDD 过压保护来实现开关电源的输出过压保护功能，因 7.3.3 多种电压反馈方式的模式选择 为变压器辅助绕组与副边输出绕组的电压成比例。 由于 VPC218X 既可以应用于光耦隔离传输的次级侧反馈方 式（SSR），也可以应用于变压器绕组初级侧反馈方式（PSR）， 7.3.2 电流采样、过流保护、短路保护 VPC218X 将电流采样 CS 引脚的电压信号通过比例差分放 还可以应用于电阻分压直接采样方式，前一种反馈方式的闭环需 大器进行放大，VPC2188 和 VPC2187 的比例放大系数分别是 从 COM 脚引入，后两种反馈方式的闭环需从 FB 引脚感应开关 2.5 和 8，放大后的电压作为过流保护比较器 OCP 和短路保护比 电源的输出电压。所以需要根据芯片外围的连接方式来选择与之 较器 SCP 的输入信号，由于这两个比较器的基准电压分别为 相适应的工作模式，这种模式选择在上电启动或者退出保护重新 1.25V 和 2.00V，那么折算到 CS 引脚后就可以得到过流保护阈 恢复工作的前 12 个开关周期完成。若选择 COM 脚作为反馈引 值电压和短路保护阈值电压。VPC2188 的过流保护阈值电压和 脚，则 COM 引脚的电压作为 PWM 比较的占空比调制电压；若 短路保护阈值电压分别是 500mV 和 800mV。VPC2187 的过流 选择 FB 脚作为反馈引脚，则 EA 的输出电压 VEA 作为 PWM 比 保护阈值电压和短路保护阈值电压分别是 156mV 和 250mV。 较的占空比调制电压。对于不同反馈方式，芯片引脚的连接方式 过流保护功能：VPC218X 是逐周期过流保护模式，一旦 CS 如下： 反馈方式 COM 引脚 FB 引脚 光耦反馈 SSR 接光耦 无要求 绕组反馈 PSR 无要求 辅助绕组电阻分压端 电阻分压直接采样 接 GND，此时 FB 既能采样辅助绕组电压，也可采样直流电压 开关电源输出的电阻分压端 For more information@www.vpsct.cn Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 9 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 7.3.4 PWM 比较器与斜坡补偿 PWM 比较器将电流采样电压跟占空比调制电压进行比较， 来调制 GATE 输出高电平的占空比。COM 脚电压和 EA 输出电 压经过模式选择后产生与外围连接方式对应的占空比调制电压， 该电压减去 0.75V 以后再按照 12:5 的比例分压，作为 PWM 比 较器的正输入比较电压；CS 端口的电压经过比例差分放大器放 大， 在叠加斜坡补偿电压后作为 PWM 比较器的负输入比较电压。 在 EA 输出电压被选为占空比调制电压时，PWM 会限定 PWM 比较器的正输入电压最小值 VPMW(MIN)=250mV，那么折算到 CS 端口，VPC2188 和 VPC2187 的最小峰值电流对应的阈值电压分 别 VCS(MIN)=100mV 和 31mV；在 COM 脚电压被选为占空比调 制电压时，不会限定 PWM 比较器的正输入电压，从而理论上最 小导通时间可以接近零，实际上主要由前沿消隐时间和功率 图 7.3.2 开关频率和峰值电流调制随 VCOM 的变化曲线 VPC218X 具有模拟降频功能，随着负载减轻到一定程度开 关频率逐渐减小，可提高轻负载的效率。在极轻负载时针对不同 的反馈方式采用不同频率策略来减小空载功耗：因 PSR 反馈的固 有特点不允许进入间歇工作模式，所以限定了最小工作频率 5.2kHz，需要在开关电源输出端添加假负载来消耗最小输出功 MOS 管的关断延时决定。 VPC218X 允许输出的最大占空比为 80%，为避免占空比超 过 50%时发生次谐波振荡，内部集成了斜坡补偿功能。利用振荡 器的斜坡电压产生斜坡电流，在电流采样比例放大器输出端与 PWM 比较器输入端之间串联的斜坡补偿电阻上叠加斜坡电压。 率；SSR 反馈可以进入间歇工作模式，若不想要此模式，可在外 围添加前馈补偿或者从 VDD 取电流使 CS 引脚的电压抬高来消 除，另外只要芯片 GATE 输出驱动脉宽，频率≥22kHz。 7.3.6 输入欠压保护电压和回差电压设定 为了尽量避免斜坡补偿影响低压输入的带载能力，占空比大于 35%才产生斜坡补偿，小于 35%不会叠加斜坡补偿电压，最大占 空比到达最大值 80%时斜坡补偿电阻上的压差为 250mV。 7.3.5 振荡器频率设定与模拟降频功能 振荡器可通过 RT 引脚外围电阻 RT 来编程，RT 引脚处的基 准电压为 2V，它在电阻 RT 上产生的基准电流与内部张弛振荡器 图 7.3.3 的充放电流成比例，频率设定公式是： = 6600 ( ( ) ) UVP 引脚用于设置开关电源的欠压锁定门限，可通过选取合 适的分压电阻实现精准的欠压保护工作点与电压回差。同时，此 引脚也可直接用作 ON/OFF 控制，可关闭芯片内部的低压差线 性稳压器，关闭后芯片的功耗仅为 MOS 管的漏电流，大小在 nA 级别。 当 UVP 引脚电压从高往下降到 2V 时，输入欠压比较器产生 输入欠压控制信号，该信号持续 10uS（若有间断，重新计时） 后才进入保护状态，撤销保护需要持续 15uS，这两个滤波时间 避免干扰信号误触发欠压保护，若实际应用中需要更大的滤波时 图 7.3.1 开关频率和峰值电流调制随 VEA 的变化曲线 For more information@www.vpsct.cn 间，可在 UVP 并联电容到 GND。进入保护状态后将在 UVP 引 Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 10 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 脚产生额外的下拉电流，此电流的大小为 4.4uA，它与芯片外部 关电源设计在 DCM 工作状态下；在 CCM 模式下，由于 ISRS 的 的上拉电阻 RUVP2 产生设定的电压回差。UVP 具有钳位功能，引 影响，随着负载的增加输出电压降低。 脚电压超过 4.0V（3V 加 PM1 管驱动电压）时开始钳位吸收上 拉电阻的电流，它的输入特性曲线见图 7 所示。 80%作为变压器消磁阶段末端的判断条件，采样器会发出信号锁 输入欠压保护门限与恢复电压可通过以下公式计算： ( +) = ( −) = 2.0 ⋅ ( 1 + 2.0 ⋅ ( 1 + 2) 1 7.3.7 软启动 + 4.4 ⋅ 存差分放大器 EA 的输出电压，因为 EA 的输出电压设计了延时， 2 在 FB 突然下降的短时间内不会变化太多，所以此时锁定的电压 实际是 FB 电压突变前的。在功率管关断后变压器消磁的初始阶 段，由于变压器漏感与电容的谐振也会导致 FB 电压有较大幅度 2) 1 不管是 DCM 还是 CCM 工作状态，都以 FB 电压突然下降 的波动，为避免误采样，采样器设计了采样延时 TD(SAMP)，在此 时间内采样器是不工作的，在它的工作时间 TSAMP 内应控制这种 软启动的作用是在开关电源启机时，输出电压和变压器励磁 谐振峰峰值在 FB 平台电压的 80%（约 400mV）以内，折算到 电流逐渐达到它的初始稳态值，这样可以减低启动应力和输入冲 辅助绕组端的电压需考虑电阻分压比例。TD(SAMP)是跟外围频率编 击电流。COM 反馈时，内部产生 28uA 的电流源从 SS 引脚流出， 程电阻 RT 相关联，特性曲线如图 12 所示，在 RT=22kΩ时， 它给外置的软启动电容 CSS 充电，CSS 电压的上升速度控制着 TD(SAMP)=252nS 。 注 意 尽 量 不 要 在 FB 引 脚 并 联 滤 波 电 容 到 COM 脚电压的上升快慢，从而控制占空比逐渐展开的速度，通 GND，这样会使 FB 电压波形失真，影响开关电源输出电压精度， 过设计外置软启动电容的大小，可以设定软启动时间；FB 反馈 特别是在数百 kHz 的高频 PSR 应用中，由于轻负载时消磁时间 时，软启动时间是芯片内部固定的 3mS。 很短，示波器探头的寄生电容也可能影响 FB 引脚波形而导致输 7.3.8 FB 引脚 PSR 反馈电压采样 出电压变化。综合考虑 FB 引脚电压波形的质量和采样电阻的功 VPC218X 可以通过变压器辅助绕组来感应开关电源的输出 耗，建议 RFB1 的取值在 2.5kΩ~6kΩ，典型值取 4kΩ。 电压，将辅助绕组的采样电阻连接到 FB 引脚，在变压器消磁阶 段 采 样 电 压 作 为 EA 的 输 入 负 信 号 ， 与 输 入 正 的 基 准 电 压 VREF(REG)=2V 差分放大产生占空比调制电压 VEA ，调制开关电源 的占空比，如图 7.3.4 所示，图 7.3.4 中辅助绕组的电压波形如 图 7.3.5 所示，环路稳定后 FB 端口的采样电压等于 EA 的基准电 压 2V。可计算出： = 从而， + = ∙ + 1+ 1 ∙ 2 ∙ ∙2 − 1+ 1 2 + =2 ， ， 图 7.3.4 NS 和 NA 分别是变压器的副边输出绕组和原边辅助绕组的匝 数，RFB2 和 RFB1 是辅助绕组的采样电阻，VF 是输出二极管的结压 降，IS 是变压器副边输出电流，RS 是变压器副边输出回路电阻的 总和。从公式可以看出，ISRS 对开关电源输出的负载调整率有影 响，应该尽量避免。为此，VPC218X 在消磁阶段的末端采样 FB 引脚电压，此时副边消磁电流 IS 最小。在 DCM 模式时 IS=0，输 出电压不再受 ISRS 的影响，所以若想输出电压精度高，尽量将开 For more information@www.vpsct.cn 图 7.3.5 Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 11 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 7.4 工作模式 7.4.3 工作于输出过载、输出短路、开环状态 7.4.1 工作于反馈端口选择与软启动状态 如图 7.4.1 所示，在芯片上电启机或者撤销保护重启机时， 开关电源输出负载超出设计值、输出短路、例如虚焊或器件 损坏等导致环路处于开路状态是经常遇到的异常状态，VPC218X 在前 12 个开关周期（t1~t2）进行反馈端口模式选择，之后进入 针对这些异常情况设计了全面的保护控制，时序如图 7.4.2 所示。 软启动阶段（t2~t3）。在模式选择阶段 COM 脚电压大小约为 这三种异常状态都会导致占空比调制电压 VCOM 或 VEA 的电压过 3.2V，此电压仅用于端口检测，不会导致 CS 峰值电流大，在此 高，超出开环保护值 4.6V（若 VDD 电压小于 5.4V 时，此值为 阶段内部限制了 PWM 比较阈值。若 COM 与光耦连接，此电压 VDD-0.8V）时，芯片开始计时（若异常情况从软启动阶段就存在， 会持续 12 个周期，若选择 FB 端口作为 PSR 反馈，模式选择结 那么从第一个脉宽开始计时），这种占空比调制电压过压状态连 束，此电压仅持续 2 个周期。在光耦反馈中，模式选择结束后进 续 214 个开关周期（若有间断，计数清零），则会触发休眠功能， 行软启动阶段，COM 脚的电压接收 SS 引脚的控制，随 SS 电压 休眠 400mS 后再次恢复工作。在 214 个周期内也可能因为 CS 电 逐渐上升，占空比逐渐展开。 压过高而触发 SCP 保护或 VDD 电压超过 18.6V 而触发过压保 护，提前进入休眠状态。所以，结合进入休眠状态前 GATE 输出 脉冲的时间长度、CS 电压、VDD 电压可判断开关电源处于何种 保护机制下，利于找出开关电源工作异常的具体原因。 图 7.4.1 7.4.2 正常工作状态 在 COM、CS、VDD、UVP 四个引脚电压未触发相应保护 逻辑的情况下，输出电压建立而形成环路反馈（图 7.4.1 中 t3 时 刻），此时软启动结束，进入正常的环路调节状态。根据开关电 图 7.4.2 源输出负载的不同，软启动结束 t3 时刻 VCOM/VEA 上升到不同的 高度后进入稳态，可能工作在振荡器的频率 FOSC，或处于模拟降 频状态，或处于间歇工作模式下（SSR 反馈）。 For more information@www.vpsct.cn Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 12 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 8 应用案例 8.1 应用信息 8.1.1 启动电路 如图 8.1.1 所示，图中标注的①、②、③、④的虚框对应 4 种不同的启动电路连接方式，各自适用于不同的输入电压范围。 第①种：直接将芯片的高压电源引脚 VIN 与开关电源的输入端连接，通过内部的高压 LDO 为 VDD 产生供电电源。根据 VPC218X 的 VIN 耐压，这种直接启动的方式适用于 100V 以内的应用； 第②种：在芯片的高压电源端口 VIN 与开关电源输入端之间串联一个电阻，防止短时出现的电压尖峰，串联的电阻一般取几百欧姆至 几千欧姆，根据开关电源在低限输入下 VDD 所需电流而定。 第③种：在外围搭建一个齐纳管钳位的稳压电路，这是常用的结构，可拓展 VPC218X 的高压输入范围。在没有高压电源端口的芯片 应用中，一般在该启动电路三极管发射极串联一个二极管后跟 VDD 连接，串联的二极管为了防止三极管发射极反向击穿。 由于 VPC218X 在 VIN 与 VDD 之间串联了防倒灌肖特基二极管，所以从 VIN 接入外搭的高压启动电路，可以节省该二极管。 第④种：VPC2187 的启动电压是 3.7V，可以满足低至 4V 输入的应用，若直接利用输入电压供电，由于驱动电压低，最好选择阈值 电压小于 1V 的功率管，避免开关电源工作后 VDD 电压下降而导致功率管导通不充分。若采用第④种启动方式，功率管漏极 RCD 吸收电路中的二极管阴极与 VPC2187 的高压电源输入端连接，在不选择低阈值功率 MOS 管的情况下实现低至 4.5V （考 虑到二极管压降不能到 4V，若再添加其它电路让 VDD 能够达到启动电压 3.7V，也可满足 4V 输入应用）输入的开关电源应 用，因为开关电源一旦工作，就有反射电压和漏感能量为芯片供电，具有升压作用。 图 8.1.1 For more information@www.vpsct.cn Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 13 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 8.2 典型应用 图 8.2.1 转换效率 vs 输出电流 For more information@www.vpsct.cn 图 8.2.2 输出电压 vs 输出电流 Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 14 VPC2187/8 电流模式 PWM 控制器 4-100VIN 超宽压启动 9 封装信息 MSOP10 10 订购信息 器件 封装形式 管脚数 包装方式 数量 VPC2187 MSOP10 10 卷带 5000 VPC2188 MSOP10 10 卷带 5000 丝印* VPC2187 XXXX VPC2188 XXXX MSL 等级 MSL-3 MSL-3 *丝印说明： VPC——公司代号 2187/8——产品型号 XXXX——产品追溯识别码 For more information@www.vpsct.cn Copyright©Jul. 2021,Very power Incorporated 15