采用eSIP功率封裝減小電源體積

開(kāi)關(guān)電源在全世界范圍內(nèi)被廣泛用于各種設(shè)備的插墻式適配器和內(nèi)部電源。電源設(shè)計(jì)工程師長(zhǎng)期以來(lái)都在設(shè)法降低開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)成本、提高電源效率，并使設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足最小空間的要求。實(shí)現(xiàn)這樣的開(kāi)關(guān)電源要求采用突破性新技術(shù)。POWER Integrations公司已成功開(kāi)發(fā)出一種名為eSIP的全新功率封裝。該封裝要比傳統(tǒng)的TO-220封裝小很多，是后者的替代方案。此外，eSIP封裝還特別適合高噪聲電源環(huán)境。比如，當(dāng)POWER Integrations最新的集成TOPSwitch-HX的離線式開(kāi)關(guān)IC采用新的eSIP封裝后，便可設(shè)計(jì)出極具成本和性能優(yōu)勢(shì)的132kHz反激式轉(zhuǎn)換器電源。

使用eSIP封裝設(shè)計(jì)的電路板完全可與采用傳統(tǒng)TO-220封裝設(shè)計(jì)的電路板相媲美。它們具有同樣低的熱阻抗，但eSIP封裝在PCB上的裝配高度不到10MM，僅為已有45年歷史的TO-220封裝高度的一半。此外，eSIP封裝的占位面積更小，所用的電路板面積也更小。如此小型的封裝可以滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)超薄LCD顯示器、平板電視和機(jī)頂盒等電子產(chǎn)品的要求。

圖1：eSIP封裝在更小的體積里提供與TO-220封裝相當(dāng)?shù)男阅堋?/P>

eSIP的引腳布局允許其自行標(biāo)記，這樣當(dāng)將元件插入PCB的時(shí)候，無(wú)需隔離片即可實(shí)現(xiàn)校正元件高度。簡(jiǎn)單的夾片提供了采用將器件與散熱片固定在一起的低成本方法。夾片能將eSIP與散熱片牢牢固定到位，可滿(mǎn)足IEC 60068標(biāo)準(zhǔn)的沖擊和振動(dòng)測(cè)試要求。附在eSIP封裝上的散熱片位于器件的源極，不需要絕緣墊片，因此不會(huì)干擾信號(hào)。

TOPSwitch-HX是一種離線式開(kāi)關(guān)，它在一個(gè)單芯片器件中集成了一個(gè)700V的大功率MOSFET、多模式控制器、集成式限流電路、欠壓和過(guò)壓故障保護(hù)電路、過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)及其它控制電路(圖2)。

圖2：TOPSwitch-HX的典型反激式應(yīng)用。

TOPSwitch-HX產(chǎn)品系列涵蓋6.5W到333W的功率范圍。它只需要少量的外部元件(圖3)，便可以大大降低以132kHz開(kāi)關(guān)頻率工作的電源系統(tǒng)的成本。TOPSwitch-HX電源采用多模式控制機(jī)制，可以在不同的開(kāi)關(guān)模式之間平滑切換，能在任何負(fù)載模式下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效率。這種多模式控制特性使基于TOPSwitch-HX的電源設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足能源之星2.0和EU COC等所有在執(zhí)行和被提議的能效標(biāo)準(zhǔn)。

圖3：采用以132kHz開(kāi)關(guān)頻率工作的TOPSwitch的40W低成本LCD顯示器電源電路。

eSIP封裝和TOPSwitch-HX是一項(xiàng)突破性技術(shù)，它們?cè)试S電源制造商以更低的成本，全面滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的EMI要求和能效標(biāo)準(zhǔn)。

頻率抖動(dòng)和經(jīng)過(guò)優(yōu)化的開(kāi)關(guān)技術(shù)被用來(lái)降低輻射EMI和傳導(dǎo)EMI。配合采用這兩個(gè)技術(shù)以及POWER Integrations公司獨(dú)特的低成本的變壓器EMI屏蔽技術(shù)，使得EMI濾波器元件的數(shù)量和尺寸都大為減少。MOSFET采用橫向擴(kuò)散技術(shù)構(gòu)建，具有非常低的寄生電容，這允許MOSFET工作在132kHz開(kāi)關(guān)頻率而不帶來(lái)高開(kāi)關(guān)損耗。該技術(shù)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是擊穿電壓高，高達(dá)700V。這使得可在變壓器中使用較高的匝數(shù)比，這樣對(duì)給定DC輸出而言，次級(jí)電壓得以降低，從而降低整流器二極管的功耗和成本。

成本顯著降低得益于TOPSwitch-HX、eSIP封裝以及132kHz的工作頻率。與工作頻率為65kHz的設(shè)計(jì)相比，使用在132kHz系統(tǒng)中的扼流圈(圖3中的L1)和變壓器(T1)的體積可以更加小，能節(jié)省30％的變壓器成本。高頻率設(shè)計(jì)還可以減少輸出紋波，從而減小所需輸出電容的大小和數(shù)量，從而進(jìn)一步降低輸出級(jí)成本。TOPSwitch-HX的嚴(yán)格公差和內(nèi)置輸入過(guò)壓保護(hù)特性，再加上開(kāi)關(guān)MOSFET的700V擊穿電壓，允許在不會(huì)降低電路設(shè)計(jì)可靠性的情況下省去輸入電涌保護(hù)電路(通常為MOV)。