AN3286
Application note
EVLVIPER25L-10WSB: 5 V/10 W, quasi-resonant isolated flyback
Introduction
This document describes a 5 V - 2 A SMPS using VIPer25, a current-mode offline converter,
specifically designed to build quasi-resonant flyback converters. Quasi-resonant operation,
in conjunction with other features of the device (very low quiescent currents; valley skipping
operation at light load; burst mode operation at very low or disconnected load) helps to
reach very good requirements both in terms of efficiency and in terms of consumption from
the mains at light load, allowing to meet the most modern SMPS standards.
The other features of the device are: 800 V avalanche rugged power section, limiting current
with adjustable set point, onboard soft-start, safe auto-restart after a fault condition, and
feed-forward correction.
The available protections are: adjustable and accurate overvoltage protection, thermal
shutdown with hysteresis, and delayed overload protection.
Figure 1.
Demonstration board image
August 2011
Doc ID 17998 Rev 1
1/42
www.st.com
Contents
AN3286
Contents
1
Adapter features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1
1.2
Circuit description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2
Testing the board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
Typical board waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Regulation precision and output voltage ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Burst mode and output voltage ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Light load performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Overload protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2
nd
OCP protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Voltage feed-forward function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Output overvoltage protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Brownout protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
EMI measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Board layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3
Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Appendix A Test equipment and measurement of efficiency and light load
performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
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AN3286
List of tables
List of tables
Table 1.
Table 2.
Table 3.
Table 4.
Table 5.
Table 6.
Table 7.
Table 8.
Table 9.
Table 10.
Table 11.
Table 12.
Table 13.
Table 14.
Table 15.
Table 16.
Table 17.
Table 18.
Table 19.
Electrical specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bill of material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1338.0019 transformer characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Transformer pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Output voltage and V
DD
line-load regulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Output voltage ripple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Burst mode related output voltage ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Active mode efficiencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Line voltage averaged efficiency vs. load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energy efficiency criteria for standard models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energy efficiency criteria for low voltage models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
No load input power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energy consumption criteria for no load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Light load performance P
OUT
= 25 mW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Light load performance. P
OUT
= 50 mW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Converter efficiency when the input power is 1 W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I
OUT_OLP
and I
OUT_REST
values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
......
......
......
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......
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......
......
......
......
......
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......
......
......
......
......
......
......
.....6
.....8
.....9
. . . . 10
. . . . 14
. . . . 14
. . . . 17
. . . . 17
. . . . 19
. . . . 19
. . . . 20
. . . . 20
. . . . 21
. . . . 22
. . . . 22
. . . . 22
. . . . 23
. . . . 29
. . . . 41
Doc ID 17998 Rev 1
3/42
List of figures
AN3286
List of figures
Figure 1.
Figure 2.
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Figure 9.
Figure 10.
Figure 11.
Figure 12.
Figure 13.
Figure 14.
Figure 15.
Figure 16.
Figure 17.
Figure 18.
Figure 19.
Figure 20.
Figure 21.
Figure 22.
Figure 23.
Figure 24.
Figure 25.
Figure 26.
Figure 27.
Figure 28.
Figure 29.
Figure 30.
Figure 31.
Figure 32.
Figure 33.
Figure 34.
Figure 35.
Figure 36.
Figure 37.
Figure 38.
Figure 39.
Figure 40.
Figure 41.
Figure 42.
Figure 43.
Figure 44.
Figure 45.
Figure 46.
Figure 47.
Figure 48.
Demonstration board image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Application schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Transformer size and pin diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Transformer size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Drain current and voltage at max. load 115 V
AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Drain current and voltage at max. load 230 V
AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Drain current and voltage at max. load 90 V
AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Drain current and voltage at max. load 265 V
AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Drain current and voltage at 230 V
AC
0.7 A (valley skip.). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Drain current and voltage at 115 V
AC
0.6 A (uneven cycles) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Switching frequency vs. transformer input power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Output voltage ripple at 115 V
AC
- full load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Output voltage ripple at 230 V
AC
- full load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Output voltage ripple at 115 V
AC
- no load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
V
FBbm
, V
FBbmhys
at 115 V
AC
- no load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Output voltage ripple at 115 V
AC
- 50 mA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Output voltage ripple at 230 V
AC
- 50 mA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Efficiency vs. V
IN_AC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Efficiency vs. load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Active mode efficiency vs. V
IN_AC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Input voltage averaged efficiency vs. load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
ENERGY STAR efficiency criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Input power vs. input voltage for no load and light load conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Converter efficiency when the input power is 1 W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
OLP: output short and protection tripping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
OLP: output short and protection tripping - zoom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
OLP: steady-state (auto-restart mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
OLP: steady-state (auto-restart mode) - zoom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
OLP: short removal and restart. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
OLP: short removal and restart - zoom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2
nd
OCP protection tripping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Operating with secondary winding shorted - restart mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Operating with secondary winding shorted - restart mode – zoom1. . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Operating with secondary winding shorted - restart mode – zoom2. . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Implementing input voltage feed-forward function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
I
OUT_OLP
and I
OUT_REST
vs. V
IN_AC
diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Output overvoltage protection at 115 V
AC
0.2 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Output overvoltage protection at 115 V
AC
0.2 A - zoom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Auto-restart mode of the overvoltage protection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Auto-restart mode of the overvoltage protection - zoom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Brownout function block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Input voltage steps from 60 V
DC
to 100 V
DC
- no turn-on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Input voltage steps from 60 V
DC
to 115 V
DC
- turn-on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Input voltage steps from 115 V
DC
to 88 V
DC
- no turn-off. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Input voltage steps from 115 V
DC
to 80 V
DC
- turn-off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Quasi-peak measurement at 230 V
AC
- full load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Average measurement at 230 V
AC
- full load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Complete layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
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Doc ID 17998 Rev 1
京公网安备 11010802033920号
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