AN2929
Application note
Wide range [90 V - 265 V] input, 5 V - 12 W output VIPER27LN
demonstration board with improved standby performance
Introduction
In consumer applications such as LCD or plasma TVs, some models of DVD recorders, set-
top boxes with hard disk, as well as desktop computers, the power supply often includes two
modules: the main power supply that provides most of the power and is off when the
application is in standby mode and the auxiliary power supply that provides energy for
specific peripherals such as USB ports, remote receivers, and modems.
The auxiliary power supply is also on when the application is in standby mode and it is often
required that its input power be as low as possible. The demonstration board presented in
this application note meets the specification of a wide range of auxiliary power supplies for
these applications and is optimized for very low standby consumption, helping to meet the
most stringent energy-saving requirements.
Figure 1.
VIPER27LN demonstration board
April 2011
Doc ID 15333 Rev 2
1/32
www.st.com
Contents
AN2929
Contents
1
Board description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1
1.2
1.3
Electrical specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Schematic and bill of material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2
Testing the board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
Typical board waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Precision of the regulation and output voltage ripple . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Light-load performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Overload protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Secondary winding short-circuit protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Output overvoltage protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Brownout protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
EMI measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3
4
5
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2/32
Doc ID 15333 Rev 2
AN2929
List of figures
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.
VIPER27LN demonstration board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Transformer size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Transformer size and pin diagram [inches (mm)] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Drain current and voltage at full load 115 V
AC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Drain current and voltage at full load 230 V
AC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Drain current and voltage at full load 90 V
AC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Drain current and voltage at full load 265 V
AC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Output voltage ripple 115 V
INAC
full load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Output voltage ripple 230 V
INAC
full load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Output voltage ripple 115 V
INAC
at no load (burst mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Output voltage ripple 230 V
INAC
50 mA at no load (burst mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Efficiency vs. V
IN
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Efficiency vs. load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Active mode efficiency vs. V
IN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Input voltage averaged efficiency vs. load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
ENERGY STAR
®
efficiency criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Input power vs. input voltage for different loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Average switching frequency vs. input voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Output power vs. input voltage with input power of 1 W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Output short-circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Operation with output shorted. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2
nd
OCP tripping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Operating with secondary winding shorted - restart mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
OVP circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
OVP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Jumper J7 setting, brownout disabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Jumper J7 setting, brownout enabled . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Brownout protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Input AC voltage steps from 90 V
AC
to 75 V
AC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Input voltage steps from 90 V
AC
to 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
115 V
AC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
230 V
AC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Doc ID 15333 Rev 2
3/32
List of tables
AN2929
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.
Electrical specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Bill of material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Transformer characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Output voltage and V
DD
line-load regulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Output voltage ripple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Burst mode related output voltage ripple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Active mode efficiencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Line voltage averaged efficiency vs. load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Energy efficiency criteria for standard models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Energy efficiency criteria for low-voltage models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
No-load input power (no brownout) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Energy consumption criteria for no load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Low-load performance P
OUT
= 25 mW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Low-load performance P
OUT
= 50 mW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Output power when the input power is 1 W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Input and output load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4/32
Doc ID 15333 Rev 2
AN2929
Board description
1
1.1
Board description
Electrical specifications
The electrical specifications of the VIPER27LN demonstration board are listed in
Table 1.
Table 1.
Symbol
V
IN
V
OUT
I
OUT
Δ
VOUT_LF
Δ
VOUT_HF
T
A
Electrical specifications
Parameter
Input voltage range
Output voltage
Max output current
Precision of output regulation
High-frequency output voltage ripple
Max ambient operating temperature
Value
[90V
RMS
; 265V
RMS
]
5
2.4
±5%
50
60
mV
°C
Unit
V
V
A
1.2
Schematic and bill of material
The schematic of the board is shown in
Figure 2. Table 2
gives the list of components (bill of
material).
Figure 2.
Schematic
Doc ID 15333 Rev 2
5/32
京公网安备 11010802033920号
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