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被廣泛用于各種設備的插墻式適配器和內部電源。電源設計工程師長(cháng)期以來(lái)都在設法降低開(kāi)關(guān)電源的設計成本、提高電源效率，并使設計能滿(mǎn)足最小空間的要求。實(shí)現這樣的開(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POWER Integrations最新的集成TOPSwitch-HX的離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)IC采用新的eSIP封裝后，便可設計出極具成本和性能優(yōu)勢的132kHz反激式轉換器電源。

使用eSIP封裝設計的電路板完全可與采用傳統TO-220封裝設計的電路板相媲美。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)對超薄LCD顯示器、平板電視和機頂盒等電子產(chǎn)品的要求。

圖1：eSIP封裝在更小的體積里提供與TO-220封裝相當的性能。

eSIP的引腳布局允許其自行標記，這樣當將元件插入PCB的時(shí)候，無(wú)需隔離片即可實(shí)現校正元件高度。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標準的沖擊和振動(dòng)測試要求。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。

TOPSwitch-HX是一種離線(xiàn)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)壓故障保護電路、過(guò)熱關(guān)斷保護及其它控制電路(圖2)。

圖2：TOPSwitch-HX的典型反激式應用。

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的成本。TOPSwitch-HX電源采用多模式控制機制，可以在不同的開(kāi)關(guān)模式之間平滑切換，能在任何負載模式下實(shí)現最優(yōu)效率。這種多模式控制特性使基于TOPSwitch-HX的電源設計能滿(mǎn)足能源之星2.0和EU COC等所有在執行和被提議的能效標準。

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是一項突破性技術(shù)，它們允許電源制造商以更低的成本，全面滿(mǎn)足日益嚴格的EMI要求和能效標準。

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EMI。配合采用這兩個(gè)技術(shù)以及POWER Integrations公司獨特的低成本的變壓器EMI屏蔽技術(shù)，使得EMI濾波器元件的數量和尺寸都大為減少。MOSFET采用橫向擴散技術(shù)構建，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700V。這使得可在變壓器中使用較高的匝數比，這樣對給定DC輸出而言，次級電壓得以降低，從而降低整流器二極管的功耗和成本。

成本顯著(zhù)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的設計相比，使用在132kHz系統中的扼流圈(圖3中的L1)和變壓器(T1)的體積可以更加小，能節省30％的變壓器成本。高頻率設計還可以減少輸出紋波，從而減小所需輸出電容的大小和數量，從而進(jìn)一步降低輸出級成本。TOPSwitch-HX的嚴格公差和內置輸入過(guò)壓保護特性，再加上開(kāi)關(guān)MOSFET的700V擊穿電壓，允許在不會(huì )降低電路設計可靠性的情況下省去輸入電涌保護電路(通常為MOV)。