隨著小型化的趨勢日漸增強，新的封裝方法和集成電路互連方法被開發(fā)出來。今天，“片上系統(tǒng)”是指在同一個封裝內(nèi)組裝兩個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)置一個采用多重漏極網(wǎng)格工藝（MD-Mesh）的功率場效應(yīng)MOS晶體管，目標應(yīng)用包括機頂盒、DVD視盤機、錄像機的電源變換器以及電視、PC機和旅行適配器內(nèi)的輔助電源。系統(tǒng)的控制部分和功率場效應(yīng)MOS晶體管都裝在同一個封裝內(nèi)?，F(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效應(yīng)MOS晶體管

　　MD-Mesh 技術(shù)綜合了一個新的縱向漏極結(jié)構(gòu)和ST的“網(wǎng)格覆蓋”橫向布局。MDmesh 采用一個縱向P型帶結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)由一個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，這個智能工藝允許控制電路的設(shè)計具有保護功能，采用單一封裝框架，組裝過程變得十分簡便。
　　VIPer53 的優(yōu)點首先是在無負載條件下將能耗降低到近乎零，使電源制造商可以達到新的更加嚴格的生態(tài)標準，如“節(jié)能之星計劃”；其次，因為通態(tài)電阻RDS(on),低，在25℃ 時只為1歐姆，功率變換效率明顯提高，而且無需使用散熱器，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。
　　這個器件包括了組成一次側(cè)開關(guān)電路所需的全部模塊：控制部分包括啟動變換器的高壓電流源、脈寬調(diào)制驅(qū)動器和各種保護功能，如過壓保護、熱關(guān)機、逐周限流和新的負載保護，同時功率場效應(yīng)MOS晶體管的最小擊穿電壓為620V ，通態(tài)電阻RDS(on) 在25℃時為1歐姆。
　　通過連接OSC引腳的電阻-電容網(wǎng)絡(luò)（RC），可以從外部設(shè)置開關(guān)的頻率，最高可以設(shè)定到300 kHz，當變換器接通時，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，并向一個連接VDD 引腳的外部電容器充電。當VDD電壓達到VDDon閾壓時，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，器件開始開關(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Comp引腳實現(xiàn)系統(tǒng)功能。電流式控制是指比較流經(jīng)Mdmesh功率場效應(yīng)MOS晶體管和反饋變壓器的電流與調(diào)節(jié)回路的輸出電壓產(chǎn)生的反饋信號，然后，通過對比結(jié)果確定MDmesh 場效應(yīng)MOS晶體管的導通時間。
　　VIPer53 實現(xiàn)的新的重要特性是通過TOVL 引腳實現(xiàn)的過負載時延。如果Comp引腳電壓超過4.35V (典型值);，過負載保護就會啟動，連接TOVL引腳的外部電容器開始充電，同時場效應(yīng)MOS晶體管開始不斷地開關(guān)操作。在這個期間，漏極電流限制在1.6A。如果過負載維持不變，TOVL電容器達到 VOVLth閾壓，場效應(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，當達到VDDoff 閾壓時，內(nèi)部高壓電流源接通：一個新的周期開始。如果過負載或短路繼續(xù)存在，器件進入無休止的重啟序列，如圖2所示。延時是電容充電時間。TOVL 引腳上的電容值的選擇導致了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間) 必須大于變換器的啟動時間tss。這是輔助繞組無法向電容和器件輸送充足電能的時間。
　　為經(jīng)濟型機頂盒供電
　　機頂盒(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。這類消費電子產(chǎn)品通常放在電視機上，與電視和錄像機的信號處理電路相互連接。機頂盒體現(xiàn)了信息與娛樂之間的最佳結(jié)合，通過一臺電視和一條電纜或電話線，機頂盒可以提供家庭上網(wǎng)、交互信息、視頻流和電子編程

　　機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)。單板電源在無負載條件下必須具備很小的待機功耗，而且排放的熱量無需某一類型的有效通風 。

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

　　這個電源解決方案是按照表1所列的規(guī)格設(shè)計的，開關(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 標準。在斷續(xù)導通模式下，當輸入電壓最小時，目標效率高于70%，最大負載系數(shù)達到47% 。
　　在最低電壓即3.3V時進行調(diào)節(jié)操作，交叉調(diào)節(jié)是通過一個簡單的電路和優(yōu)化的變壓耦合來實現(xiàn)的。除使用一個電壓調(diào)節(jié)器提供5V電壓的7V輸出外，所有輸出都直接連接負載。
　　輸入電磁干擾（EMI）濾波器由一個同時用于差分模和共模輻射的π形濾波器組成。為了降低待機功耗，我們使用一個Transil箝位取代了功耗較高的標準電阻-電容-二極管（RCD）箝位電路。
　　在啟動、檢測和無負載方面，VIPer53DIP 進一步簡化了電源設(shè)計，并提高了電源的整體效率，簡化了電路。除需要一個簡單的輔助電路的3.3V和7V輸出外，對于每個輸出，短路保護都具有打嗝模式，此外，為提高短路特性，還使用一個先進的關(guān)斷時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NTC（負溫度系數(shù)）電阻器，以限制在電源啟動時體電容內(nèi)的涌流。
　　根據(jù)數(shù)據(jù)表所給的電路圖，開關(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，從而降低了等效開關(guān)頻率，改進了待機和小負載條件。這個功能在最新一代VIPer53 上得到了進一步開發(fā)，根據(jù)COMP 引腳電壓，器件可以提供一個雙值消隱時間，即電壓是0.5V或 1V，消隱時間為150ns 或400ns，并具有防振蕩的滯后功能。
　　通過2.5V 輸出上的一個TL431 和一個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，輸出電壓檢測功能被兩個電阻器拆分，如圖3所示。事實上，這個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，無負載時功耗很低，滿負載時效率高于70% 。圖4和圖5分別給出了在無負載和滿負載條件下110Vac 和 220Vac 時漏極電壓VDS。圖6給出了分別在110Vac 和 220Vac 時的啟動瞬間電壓。因為內(nèi)部電流發(fā)生器供給2mA的恒流，所以啟動時間與輸入電壓無關(guān)，只與VDD 電容器有關(guān)。
　　通過在高壓輸出使用繞組耦合，在2.5V和5V 輸出使用使用一個輔助電路（圖3中的Q1和Q3），可以為任何輸出提供短路保護。
　　在第一種情況中，電源以打嗝模式工作；在第二種情況中，通過光耦合器驅(qū)動COMP引腳來限制輸出功率。
　　圖7描述了22V輸出在 Vin="110Vac" 和Vin=220Vac短路時的漏極和VDD 電壓。在這兩種情況中，因為電源只工作幾毫秒，所以功耗很有限。

　　電磁干擾（EMI）測量是按照EN55022 B 類標準進行的，測量使用了一個50W 的LISN 和一個頻譜分析儀。圖8和圖9分別描述了在全負載條件下115Vac 和 230Vac 標稱輸入電壓時的測量結(jié)果。盡管使用了峰值檢波器，但是輻射級的測量結(jié)果卻低于平均極限，順利通過了預合格測試。