隨著小型化的趨勢(shì)日漸增強(qiáng)，新的封裝方法和集成電路互連方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)。今天，“片上系統(tǒng)”是指在同一個(gè)封裝內(nèi)組裝兩個(gè)集成電路的封裝方法。這種新的封裝方法滿足了所有的單片集成電路解決方案無(wú)法滿足的應(yīng)用要求，特別是那些功率要求不斷提高而專用的熱設(shè)計(jì)的成本不能提高的交流-直流變流器、大功率系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)。
　　封裝上系統(tǒng)VIPER53 特性
　　VIPer53是新一代高度集成的離線開(kāi)關(guān)集成電路，采用ST的縱向智能功率專利技術(shù)（VIPower），具有很高的集成度，內(nèi)置一個(gè)采用多重漏極網(wǎng)格工藝（MD-Mesh）的功率場(chǎng)效應(yīng)MOS晶體管，目標(biāo)應(yīng)用包括機(jī)頂盒、DVD視盤機(jī)、錄像機(jī)的電源變換器以及電視、PC機(jī)和旅行適配器內(nèi)的輔助電源。系統(tǒng)的控制部分和功率場(chǎng)效應(yīng)MOS晶體管都裝在同一個(gè)封裝內(nèi)。現(xiàn)有的封裝包括DIP-8雙列直接插入封裝和PowerSO-10鈕扣型封裝

　　圖1描述了控制部分和功率場(chǎng)效應(yīng)MOS晶體管

　　MD-Mesh 技術(shù)綜合了一個(gè)新的縱向漏極結(jié)構(gòu)和ST的“網(wǎng)格覆蓋”橫向布局。MDmesh 采用一個(gè)縱向P型帶結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)由一個(gè)可以降低普通輕摻雜漏極電阻的分割陣列組成。
　　控制部分采用高壓M0-3 VIPower制造工藝，這個(gè)智能工藝允許控制電路的設(shè)計(jì)具有保護(hù)功能，采用單一封裝框架，組裝過(guò)程變得十分簡(jiǎn)便。
　　VIPer53 的優(yōu)點(diǎn)首先是在無(wú)負(fù)載條件下將能耗降低到近乎零，使電源制造商可以達(dá)到新的更加嚴(yán)格的生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，如“節(jié)能之星計(jì)劃”；其次，因?yàn)橥☉B(tài)電阻RDS(on),低，在25℃ 時(shí)只為1歐姆，功率變換效率明顯提高，而且無(wú)需使用散熱器，從而避免了制造成本的增加。
　　典型情況下，DIP-8封裝版VIPer53輸出功率為30W ，PowerSO-10版的輸出功率40W ，電壓范圍85 Vac ～ 265 Vac。
　　這個(gè)器件包括了組成一次側(cè)開(kāi)關(guān)電路所需的全部模塊：控制部分包括啟動(dòng)變換器的高壓電流源、脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器和各種保護(hù)功能，如過(guò)壓保護(hù)、熱關(guān)機(jī)、逐周限流和新的負(fù)載保護(hù)，同時(shí)功率場(chǎng)效應(yīng)MOS晶體管的最小擊穿電壓為620V ，通態(tài)電阻RDS(on) 在25℃時(shí)為1歐姆。
　　通過(guò)連接OSC引腳的電阻-電容網(wǎng)絡(luò)（RC），可以從外部設(shè)置開(kāi)關(guān)的頻率，最高可以設(shè)定到300 kHz，當(dāng)變換器接通時(shí)，位于漏極引腳和VDD引腳之間的內(nèi)部高壓電流源為器件供電，并向一個(gè)連接VDD 引腳的外部電容器充電。當(dāng)VDD電壓達(dá)到VDDon閾壓時(shí)，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，器件開(kāi)始開(kāi)關(guān)操作，變壓器輔助繞組給器件供電。
　　反饋控制系統(tǒng)屬于電流式控制，通過(guò)Comp引腳實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。電流式控制是指比較流經(jīng)Mdmesh功率場(chǎng)效應(yīng)MOS晶體管和反饋?zhàn)儔浩鞯碾娏髋c調(diào)節(jié)回路的輸出電壓產(chǎn)生的反饋信號(hào)，然后，通過(guò)對(duì)比結(jié)果確定MDmesh 場(chǎng)效應(yīng)MOS晶體管的導(dǎo)通時(shí)間。
　　VIPer53 實(shí)現(xiàn)的新的重要特性是通過(guò)TOVL 引腳實(shí)現(xiàn)的過(guò)負(fù)載時(shí)延。如果Comp引腳電壓超過(guò)4.35V (典型值);，過(guò)負(fù)載保護(hù)就會(huì)啟動(dòng)，連接TOVL引腳的外部電容器開(kāi)始充電，同時(shí)場(chǎng)效應(yīng)MOS晶體管開(kāi)始不斷地開(kāi)關(guān)操作。在這個(gè)期間，漏極電流限制在1.6A。如果過(guò)負(fù)載維持不變，TOVL電容器達(dá)到 VOVLth閾壓，場(chǎng)效應(yīng)MOS晶體管關(guān)斷，并停止向變換器輸出傳送能量。在這種條件下，VDD 電壓下降，當(dāng)達(dá)到VDDoff 閾壓時(shí)，內(nèi)部高壓電流源接通：一個(gè)新的周期開(kāi)始。如果過(guò)負(fù)載或短路繼續(xù)存在，器件進(jìn)入無(wú)休止的重啟序列，如圖2所示。延時(shí)是電容充電時(shí)間。TOVL 引腳上的電容值的選擇導(dǎo)致了VDD 引腳上的電容值的選擇。特別是，tOVL (TOVL引腳上的電容充電時(shí)間) 必須大于變換器的啟動(dòng)時(shí)間tss。這是輔助繞組無(wú)法向電容和器件輸送充足電能的時(shí)間。
　　為經(jīng)濟(jì)型機(jī)頂盒供電
　　機(jī)頂盒(STB)通常用于連接衛(wèi)星和有線電視供應(yīng)商，并能夠支持電子游戲。這類消費(fèi)電子產(chǎn)品通常放在電視機(jī)上，與電視和錄像機(jī)的信號(hào)處理電路相互連接。機(jī)頂盒體現(xiàn)了信息與娛樂(lè)之間的最佳結(jié)合，通過(guò)一臺(tái)電視和一條電纜或電話線，機(jī)頂盒可以提供家庭上網(wǎng)、交互信息、視頻流和電子編程

　　機(jī)頂盒不斷增加的功能要求輸入線路提供更大的功率，以供給所有必要的電路，考慮到空間和冷卻限制因素，提高電源效率成為首要任務(wù)。單板電源在無(wú)負(fù)載條件下必須具備很小的待機(jī)功耗，而且排放的熱量無(wú)需某一類型的有效通風(fēng) 。

　　這里介紹一個(gè)用于新的機(jī)頂盒的經(jīng)濟(jì)型電源的設(shè)計(jì)。這個(gè)變換器采用二次隔離輸出調(diào)節(jié)的逆向配置，使用一個(gè)DIP-8封裝的VIPower VIPer53，提供4個(gè)隔離輸出。這個(gè)電源適用于這種消費(fèi)應(yīng)用要求的通用輸入范圍。這個(gè)電源的設(shè)計(jì)適用于寬范圍輸入電壓：85～265Vac； 27W 輸出功率，4個(gè)輸出。

　　這個(gè)電源解決方案是按照表1所列的規(guī)格設(shè)計(jì)的，開(kāi)關(guān)頻率的選擇考 慮到了變壓器尺寸和電磁干擾特性需要滿足EN55022 標(biāo)準(zhǔn)。在斷續(xù)導(dǎo)通模式下，當(dāng)輸入電壓最小時(shí)，目標(biāo)效率高于70%，最大負(fù)載系數(shù)達(dá)到47% 。
　　在最低電壓即3.3V時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)操作，交叉調(diào)節(jié)是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的電路和優(yōu)化的變壓耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。除使用一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器提供5V電壓的7V輸出外，所有輸出都直接連接負(fù)載。
　　輸入電磁干擾（EMI）濾波器由一個(gè)同時(shí)用于差分模和共模輻射的π形濾波器組成。為了降低待機(jī)功耗，我們使用一個(gè)Transil箝位取代了功耗較高的標(biāo)準(zhǔn)電阻-電容-二極管（RCD）箝位電路。
　　在啟動(dòng)、檢測(cè)和無(wú)負(fù)載方面，VIPer53DIP 進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)，并提高了電源的整體效率，簡(jiǎn)化了電路。除需要一個(gè)簡(jiǎn)單的輔助電路的3.3V和7V輸出外，對(duì)于每個(gè)輸出，短路保護(hù)都具有打嗝模式，此外，為提高短路特性，還使用一個(gè)先進(jìn)的關(guān)斷時(shí)可以屏蔽峰值電壓的消隱電路(圖3中的Q1, C9, R5)。輸入部分還配備了一個(gè)NTC（負(fù)溫度系數(shù)）電阻器，以限制在電源啟動(dòng)時(shí)體電容內(nèi)的涌流。
　　根據(jù)數(shù)據(jù)表所給的電路圖，開(kāi)關(guān)頻率由 R2和C4設(shè)定，C5是連接VDD 引腳的VIPer電源的電容。
　　內(nèi)置突發(fā)模式電路支持周期跳躍，從而降低了等效開(kāi)關(guān)頻率，改進(jìn)了待機(jī)和小負(fù)載條件。這個(gè)功能在最新一代VIPer53 上得到了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，根據(jù)COMP 引腳電壓，器件可以提供一個(gè)雙值消隱時(shí)間，即電壓是0.5V或 1V，消隱時(shí)間為150ns 或400ns，并具有防振蕩的滯后功能。
　　通過(guò)2.5V 輸出上的一個(gè)TL431 和一個(gè)光耦合器提供電壓反饋，光耦合器集電極上的電壓可以確定VIPer 器件的峰值漏極電流。反饋比較電路跨接在TL431陰極和參考引腳上。為提高5V輸出的調(diào)節(jié)功能，輸出電壓檢測(cè)功能被兩個(gè)電阻器拆分，如圖3所示。事實(shí)上，這個(gè)輸出通常連接電壓敏感電路如微處理器和其它低壓邏輯器件。
　　性能測(cè)試結(jié)果
　　本節(jié)介紹了電源在電壓調(diào)節(jié)、功耗和波形方面的性能。
　　隨著輸入電壓的變化，變換器的電壓調(diào)節(jié)性能十分優(yōu)異，無(wú)負(fù)載時(shí)功耗很低，滿負(fù)載時(shí)效率高于70% 。圖4和圖5分別給出了在無(wú)負(fù)載和滿負(fù)載條件下110Vac 和 220Vac 時(shí)漏極電壓VDS。圖6給出了分別在110Vac 和 220Vac 時(shí)的啟動(dòng)瞬間電壓。因?yàn)閮?nèi)部電流發(fā)生器供給2mA的恒流，所以啟動(dòng)時(shí)間與輸入電壓無(wú)關(guān)，只與VDD 電容器有關(guān)。
　　通過(guò)在高壓輸出使用繞組耦合，在2.5V和5V 輸出使用使用一個(gè)輔助電路（圖3中的Q1和Q3），可以為任何輸出提供短路保護(hù)。
　　在第一種情況中，電源以打嗝模式工作；在第二種情況中，通過(guò)光耦合器驅(qū)動(dòng)COMP引腳來(lái)限制輸出功率。
　　圖7描述了22V輸出在 Vin="110Vac" 和Vin=220Vac短路時(shí)的漏極和VDD 電壓。在這兩種情況中，因?yàn)殡娫粗还ぷ鲙缀撩?，所以功耗很有限?/p>

　　電磁干擾（EMI）測(cè)量是按照EN55022 B 類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，測(cè)量使用了一個(gè)50W 的LISN 和一個(gè)頻譜分析儀。圖8和圖9分別描述了在全負(fù)載條件下115Vac 和 230Vac 標(biāo)稱輸入電壓時(shí)的測(cè)量結(jié)果。盡管使用了峰值檢波器，但是輻射級(jí)的測(cè)量結(jié)果卻低于平均極限，順利通過(guò)了預(yù)合格測(cè)試。