开关电源芯片范文

开关电源芯片篇1

开关电源是卫星数字接收机的重要组成部分，也是卫星数字接收机故障率最高的部位。从开关电源的结构来说，数字机的开关电源主要由输入电路、主变换电路、取样稳压电路和输出电路等组成，不同类型开关电源差别最大的则为主变换电路，也常按主变换电路的不同对开关电源进行分类。近年来，一些新型电源管理芯片的广泛应用使电源电路更加简捷，稳定性更高，但常遇到生产厂家在电源管理芯片上不标注具体型号、标注型号不完整，或标注的型号与实际不符，甚至将电源管理芯片表面标注型号刻意擦除等情况，以至于无法辨别具体是哪类芯片，这给电源维修带来了很大的不便。笔者在日常维修中将一类8脚双列直插式(8DIP)封装及类似封装的电源管理芯片资料收集整理，图1-6分别为PBI DVR-1 000、帝霸201H、东仕IDS-2000F、卓异ZY-2250F、长虹DVB-S5600、Glomax 5066数字机开关电源主变换电路原理图，附表列出了几类电源管理芯片的引脚功能，限于接触到数字机种类较少的原因，收集整理的这类电源芯片资料并不是很全面，仅供维修人员参考。

8脚双列直插式(8DIP)封装及类似封装的电源管理芯片主要有UC3842(UC3844)、TDA4605、DH321、DM311、TEAl523、P1014AP10、DM0265R、DH0265R、DM0365R、DL0165R等，在维修过程中，如遇未标明芯片具体型号，无法确定属于哪类电源管理芯片时，可按以下方法进行判断。首先，根据外形特征判别。尽管这类电源管理芯片外型封装形式相同或相似，因内部电路构成的不同使电源芯片外部有区别于其他类别的明显特征。例如：P1014APl0芯片无⑥脚，UC3842(UC 3844)、TDA4605系列因内部未集成开关管，外部多连接一只开关管。其次，根据电源芯片引脚功能和对应外连电路区分。每类电源管理芯片内部电路是一定的，对应的各引脚功能也是确定的，因此不同电源管理芯片各引脚外接的电路也是有差别的，掌握每类电源管理芯片引脚外接电路的共同特征，在检修时，可把故障机电源管理芯片电路与收集整理的电路相对照并加以识别。例如：每类电源管理芯片都有电源端、接地端、反馈输入端等，有的芯片有启动端直接或通过启动电路与300V电源连接，有的则无启动端，即使芯片共有的电源端、接地端、反馈输入等功能端也会因芯片的不同而使对应的引脚不同，根据芯片各功能端对应的外部电路主要特征就很容易判断是哪类芯片了。值得注意的是有些电源管理芯片功能是相同的，能够直接互换，如：DH321、DM0265R、DH0265R、DM0365R、DL0165R功能相同，只是功率余量不同，维修时可用功率大的代换功率小的原电源芯片。也有的电源芯片各引脚外接电路相同，但芯片引脚功能却不同，此类芯片一般并不能直接代换。

开关电源芯片篇2

关键词：单片开关电源快速设计

TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(Uimin=85V)

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805

PO/W

图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

供了依据。

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。

图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

η/％(Uimin=195V)

图5宽范围输入时K与Uimin′的关系

图6固定输入时K与Uimin′的关系

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

（2）对其他参数的影响

当Uimin的规定值发生变化时，TOPSwitch－II的占空比亦随之改变，进而影响光耦合器中的LED工作电流IF、光敏三极管发射极电流IE也产生变化。此时应根据表2对IF、IE进行重新调整。

开关电源芯片篇3

关键词：计算机；主板；芯片组；供电电路

主板中南北桥芯片组需要的电压主要有3～5种，包括3.3V电压、2.5V电压、1.8V电压、1.5V电压等。由于芯片组需要的工作电压较多，因此主板一般都设计有专门的南北桥供电电路为南北桥芯片组供电，3.3V由开关电源直接提供，其它电压需要转换后提供。

南北桥的供电电路方式和内存的供电电路基本相同，主要包括由开关电源组成的供电电路和由调压电路组成的供电电路两种类型。

1.调压电路组成的芯片组供电电路分析

调压电路组成的芯片组供电电路主要包括3.3V供电电路、2.5V供电电路。1.8V供电电路、1.5V供电电路等。

（1）2.5V供电电路

2.5V供电电压可以通过由运算放大器和场效应管组成的调压电路得到，也可以通过多端稳压器稳压后得到，如图1所示为由多端稳压器组成的2.5V供电电路。

图1  由多端稳压器组成的2.5V供电电路

图中U30为多端稳压器MfC5255，它共有5个引脚，其中IN引脚为电压输入脚：0UT引脚为输出端，一般输出的电压经过滤波后，输送到芯片组。EN引脚为输出控制端，连接到南桥芯片，当电脑开机后南桥向此引脚发出高电平控制信号，接着多端稳压器开始工作，3.3V电压从输入端进入后，经过内部控制电路处理后，输出2.5V供电电压。如果南桥输出的控制信号为低电平，则关闭多端稳压器。在有些主板中，多端稳压器产生的2.5V供电由芯片组和内存共用。

（2）1.8V供电电路

1.8V供电电压一般是3.3V电压通过三端稳压器转换后得到，如图2所示为LTl117组成的1.8V供电电路。

图2  由三端稳压器组成的1.8V供电电路

图中，U40三端稳压器LTl117，它的VIN引脚为电压输入端，V0UT引脚为电压输出端，ADJ端为调节端，此端口通过电阻R725和R726组成反馈回路，实时侦测输出端的电压，以保证输出的电压保持稳定。三极管Q31和Q32组成的电路为电流放大电路，它可以将输出的电流扩大到800mA以上。此供电电路开始工作时，3.3V电压经过滤波电容C720和C721滤波后进入三端稳压器的输入端，经过三端稳压器处理后．从输出端输出电压。此输出电压经过R725和R726组成的反馈电路调节后，输出1.8V电压。同时三极管Q31和Q32组成的电流放大电路将输出电流增大，然后再经过滤波电容滤波后输出北桥芯片需要的1.8V工作电压。

（3）1.5V供电电路

1.5V供电电压一般可以通过稳压器稳压后得到，也可以通过由运算放大器和场效应管组成的调压电路得到。如图3所示为由运算放大器和场效应管组成的1.5V供电电路。

图中TL431为精密稳压器，为供电电路提供2.5V基准电压。LM358为双运算放大器，LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，能够分别独立地输出标准1.5V～3.3V内存电压。

图3  由运算放大器和声效应管组成的1.5V供电电路

2.芯片组供电电路故障检修及测试

由于南弱桥芯片供电电路分为开关电源组成的供电电路和由调压电路组成的供电电路，因此针对不同的供电电路要采用不同的检修方法。

故障主要是由于电路中的场效应管损坏，或为场效应管供电的电容损坏，或与场效应管相连的低通滤波系统中的电容或电源管理芯片的故障造成的。易损坏元器件主要有电源管理芯片、场效应管、滤波电容、限流电阻等。

场效应管损坏，将导致CPU主供电没有电压输出，造成不能开机，所以在维修时首先检查场效应管是否正常。判断场效应管好坏的方法为：将数字万用表拨到二极管挡，然后先将场效应管的三只引脚短接，接着用两只表笔分别接触场效应管三只引脚中的两只，测量三组数据。如果其中两组数据为1，另一组数据在300Ω～800Ω之间，说明场效应管正常：如果其中有一组数据为0，则场效应管被击穿。

电源管理芯片损坏后，其输出端无电压信号输出，将无法控制场效应管工作，无法供电。判断电源管理芯片好坏的方法为：首先测量芯片的供电脚(5V或12V)有无电压，如有，接着测量电源管理芯片的输出脚和DG信号脚有无电压信号，如果无电压信号，则电源管理芯片损坏。

滤波电容损坏可能导致无法正常提供供电或主板工作不稳定。判断电容好坏的方法为：测量前观察电容有无鼓包或烧坏，接着将万用表调到欧姆挡的“20k”挡，然后用万用表的两只表笔，分别与电容器的两端相接(红表笔接电容器的正极，黑表笔接电容器的负极)。如果显示值从”000”开始逐渐增加，最后显示溢出符号“1”，表明电容器正常：如果万用表始终显示“000“，则说明电容器内部短路；如果始终显示“1“则可能电容器内部极间开路。

损坏的硬件按芯片规格更换，同时要测量电路中保险电阻等，确保整个电路正常。

3.总结

主板的供电电路是主板重要的单元电路，其中芯片组供电电路是将ATX电源输出电压进行转换处理后，满足芯片组的正常工作需要，芯片组的供电故障是主板常见故障，正确分析故障现象是进行检测维修，为指导计算机芯片级维修的主板维修有重要意义。

 参考文献：

[1]张军. 主板维修[J]. 北京科海电子出版社,2011

[2]陈姗姗. 计算机硬件维护与故障分析[J]. 《电脑学习》,2009,(02).

[3]欧阳胜高. 主板维修之各类接口参数资料[G]. 上海工业出版社, 2010

开关电源芯片篇4

关键词 电源时序；周期可调；信号级联

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0106-02

随着电子技术及制造工艺的不断发展，越来越多架构复杂、性能强大的芯片如处理器、FPGA

等被成功研发并得以广泛应用，功能齐全的方案芯片给我们的设计带来很多的便利，各种新颖的产品层出不穷。但因芯片的架构日益复杂及功能模块的增加，导致芯片的供电变得复杂，芯片的供电由过去的单一电源规格供电演变成今天的多电源规格且还有较为严格的电源时序控制要求，这些要求不仅表现在先后顺序还有时间间隔。日常设计中经常使用的ARM处理器或FPGA，电源规格基本上有3-4类，如核心电压、DDR控制器电压、IO电压及高速产品接口的工作电压。这些电压各不相同，在实际的设计中需配置不同的电源模块（LDO或DC-DC，视功耗而定）。当电源时序不满足主控芯片的要求时可能还会导致主控芯片无法正常工作。

所谓的电源时序，简单地说就是系统上电时各电压规格上电的先后顺序及时间间隔，过程示意如图1所示。VCC_IN为系统输入电源，该电源稳定有效之后经过t1、t2及t3延时，不同的时间点控制不同的电源模块生成系统正常工作所需的VDD1、VDD2及VDD3。

实现电源时序控制的方案有很多，有基于分立器件搭建的电路，也有专用的IC，还有用CPLD编程实现。分立器件搭建的方案成本最低，但可靠性也最低，基于CPLD的方案时间调整范围较宽且配置最灵活，但成本最高且开发最麻烦。综合考虑可靠性及成本，本文着重介绍基于专用IC即LM3881搭建的硬件电路方案。

1 设计方案

1.1 LM3881特性说明

LM3881是National Semiconductor（现已被TI收购）研发的电源时序控制器，该器件封装小，但功能灵活，单芯片可控制三路电源模块的启停。芯片的典型应用如图2所示。图中，INV信号控制FLAG[1..3]信号的有效电平状态。有些电源芯片的启停信号（即EN）是高电平有效，但也有些芯片的启停信号是低电平有效，通过将INV引脚上拉或下拉从而正确设置输出信号FLAG[3..1]的有效电平。芯片内部集成有时钟发生电路，目的是为控制信号按规定延时有序生效提供时间基准，该功能电路为RC型需外接电容电路才能正常工作。实际设计中，TADJ管脚不能悬空必须外接容值合适的电容器。在TADJ引脚放置不同规格的电容可修改Tclk值（见图3），从而实现时间间隔的调整（见图4）。

从图4可看出，LM3881在EN信号有效9个时钟周期后（即TD1）FLAG1开始输出有效控制电平（该电平通过INV设置），之后分别经过TD2与TD3延时后FLAG2与FLAG3输出有效控制电平，从而实现信号的有序输出。芯片内部集成的时钟发生器能有效实现控制信号有效状态的按序输出且所需器件成本极少，集成度很高，适用场合广泛。

1.2 硬件电路设计

1.2.1 单芯片应用

单芯片设计适用于系统电源规格不多于3种的情况，实际设计原理图如图5所示。根据前述内容芯片内部的时钟周期即Tclk值可通过在外部接入不同容值的电容器进行调整，出于方便调整时间考虑设计时间调整电路单元。该单元以4个不同容值的电容器为基础，通过不同数量及容值电容器的并联接入，实现时间调整。TADJ引脚通过跳线与四个不同容值的电容相连，通过短接不同的跳线帽即能实现不同电容器的接入。时间周期T与电容值之间的关系大致为：120us/nF（如10nF电容，对应的时间延迟为1.2 ms），按此关系计算，时间调整电路能实现的延时最小为5.64 ms，最大可达194 ms，涵盖范围宽但时间调整非线性关系。对于时间间隔已经确定的应用，可通过时间周期T与电容值之间的换算关系计算出固定的电容值，无需电容

并联。

1.2.2 多芯片级联应用

当电源规格多于3种时，单芯片设计已经不能满足要求。可通过将多片LM3881进行级联实现控制，级联规模视实际应用需求而定。图6所示的设计图是两片LM3881级联，可实现5路电源的启停控制。多芯片级联的原理及工作过程与单芯片应用相同，所不同的是LM3881自身启停信号（EN）的控制顺序。多片级联时，最前级芯片的启停信号直接经电阻上拉至VCC_IN，剩余芯片的启停信号分别来源自上一级的FLAG3输出信号，通过这种信号串接，完成多片LM3881的有序启动，目的是使各芯片按序输出有效的控制电平，最终实现多路电源的有序

启动。

2 结束语

专用的电源管理芯片有很多，但LM3881凭借其封装小、设置灵活优势得以被广泛应用，使用该芯片构建的电路无需太多器件即可完成工作。该芯片不具备电压监视功能，但一般的设计中均会设计基于复位芯片构建的看门狗电路，该部分电路可实现电压监视功能。在硬件设计中，基于LM3881构建的电源有序启停控制电路加上看门狗电路形成系统的电源管理及复位模块，该方案工作可靠，功能齐备且极具成本优势，具有较高的推广价值。

参考文献

[1]LM3881 datasheet.National Semiconductor.

[2]洪琳.电源时序管理和电源电压监控管理芯片[J].今日电子，2005（9）.

作者简介

开关电源芯片篇5

首先检查是否设置了贵宾功能，如果是，非贵宾用户打入是没有铃声的。如果不是这种情况，可暂时将C1、C2电容短路，如果此时长响铃，则为C1、C2电容引脚虚焊或其内部开路。如果仍无声，再用万用表测Z5两端有无27V电压。无电压或电压低，应检查R43、R76、1D5～1D8是否存在虚焊、开路，Z5、C44以及IC6是否存在漏电短路，常见是Z5击穿短路。电压正常，再测IC6芯片第8脚有无12V左右的输出电压。无电压一般是IC6芯片本身不良。有电压，应检查C45、SW4、R65、R26、Q16、T1是否存在虚焊或不良，Q22是否如果是SP2喇叭不良，则同时存在免提受话、自动报时、自动报号和留言播放无声故障。

⒉铃声变调

一般是C44干涸，Z5不规则漏电，R63、C46变值，R103、C47漏电或变值，以及输入电路或振铃电路的印刷板漏电。

⒊外线呼入只有一声铃

这种情况多为SA1、Q2、Q3、1D1～1D4存在漏电，以及输入电路的印刷线存在绝缘不良。

⒋不能双音频拨号

首先检查IC1微处理芯片第22脚、第21脚之间电压，正常应为3.6V左右。如果电压低，应检查供电电路。电压正常，检查按键时，IC1微处理芯片第22脚、第21脚之间电压是否有变化。如果不变化，重点检查X1、C15、C16是否存在不良。如果变化，应检查C22、R35、R36、Q19是否存在不良，否则应检查IC1微处理芯片本身。

⒌手柄不能送话

如果免提送话正常，应检查弹簧手柄绳有无暗断，C32、R75、R38是否存在虚焊变值，MIC1、C27是否存在不良。如果免提也不能送话，应检查R53～R60是否存在虚焊变值，Q11、Q20、D20是否存在不良。

⒍手柄不能受话

如果免提受话正常，应检查弹簧手柄绳有无暗断，RE受话器是否不良。如果免提也不能受话，应检查R52、C37、R51、C35、R44～R48、R37、R106是否存在虚焊开路，C36是否存在漏电，Q10、Q9是否存在不良，否则应检查IC1芯片第9脚输出的静音控制信号是否正常，正常时在通话状态应为高电平，D18隔离二极管是否存在漏电。

⒎免提不能送话

这种情况重点检查C39、R62是否存在虚焊、开路，C19、C43、C31是否存在漏电， MIC2送话器本身是否存在不良。

⒏不能免提受话

首先检查SW2叉簧开关是否接触不良，Z4两端有无6V左右电压。无电压一般是SW2、Z4存在不良，C30漏电。电压正常，应检查R42、C28、C53是否存在虚焊、开路，否则应检查Q8、Q12、Q13是否存在不良。

⒐不能液晶显示

首先检查B1电池电压是否低，电池簧片有无锈蚀或接触不良。若正常，一般是X2晶体、C55、C56存在不良，导电贴纸脱胶、液晶屏破碎漏气。

⒑主人不能留言

首先检查C39、R99、C73、R96、C78是否存在虚焊或开路，IC4（ISD5116）存储器芯片第24脚是否存在虚焊，Q17和IC4（ISD5116）存储器芯片是否存在不良。

⒒不能双方通话录音

重点检查R94、C71 、R7、C77、C32、R75、R99、C73、R96、C78是否存在虚焊开路，Q4、Q17是否存在不良，IC4（ISD5116）存储器芯片第23脚、第24脚是否存在虚焊，否则应检查IC4存储器芯片本身。

12.市话外线不能留言

这种情况重点检查R94、C71、R7、C77是否存在虚焊，Q4是否存在不良，以及IC1微处理芯片、IC4存储器芯片是否存在不良。

13.不能主人留言播放

首先检查IC1微处理芯片第32脚输出的高电平是否正常，如果正常，重点检查R100、C76、R21、Q23、C74、R101、R108是否存在虚焊开路，Q5、Q18、Q23、IC1微处理芯片、IC4存储器芯片是否存在不良。

14.数字录音电路不工作

这种情况重点检查电源整流器有无6V直流电压输出（空载在10V左右），若无，一般是整流器内部变压器的初级开路或电源输出插头线不良。若有，应检查DC 6V插座有无接触不良，引脚是否存在虚焊。D5、R8、R88、D20、D22是否存在虚焊，C8、C9、Z2、Z6、C64是否存在漏电。若上述检查正常，用示波器观察IC1芯片第18脚、第19脚有无32.768kHz时钟信号波形，IC1芯片第20脚、第21脚有无3.58MHz时钟信号波形。无波形，一般是X1、X2晶体本身不良。有波形，一般是IC1芯片存在不良。

15.FSK不能来电显示

这种情况重点检查IC1微处理芯片第48脚是否存在虚焊，相关印刷线是否存在暗断，否则应检查IC1微处理芯片本身。

16.DTMF不能来电显示

这种情况重点检查IC1微处理芯片第47脚是否存在虚焊，相关印刷线是否存在暗断，否则应检查IC1微处理芯片本身。

17.FSK/DTMF不能来电显示

这种情况重点检查Z7、R30是否存在虚焊、开路，IC1微处理芯片第12脚是否存在虚焊，相关印刷线是否存在暗断，否则应检查IC1微处理芯片本身。

18.来电不能自动报号

这种情况重点检查IC1微处理芯片第15脚、IC2芯片第4脚是否存在虚焊，相关印刷线是否存在暗断，否则应检查IC1微处理芯片、IC2语言芯片本身。

19.来电不能自动报时

这种情况重点检查IC1微处理芯片第14脚、IC2芯片第5脚是否存在虚焊，相关印刷线是否存在暗断，否则应检查IC1微处理芯片、IC2语言芯片本身。

开关电源芯片篇6

关键词：LED灯、散热、模块、标准。

一、引论

LED照明由于其节电、环保、长寿命，而被公认为下一带照明技术。但是，LED有70％之多的电能转化为热能，必须散热。虽然LED发光技术已有飞跃发展，有每瓦发光达200lm的报道，但LED散热却是LED照明中非常头痛的问题，成了LED照明灯普及发展道路上的拦路虎。

阻碍LED照明应用普及的最大问题是LED灯价格高，虽然上游的LED晶片厂商瓜分绝大部分利润，有大幅度降价空间，但要实现整个社会资源有效配置到LED照明整个产业链中，有效降低造价，LED照明灯的模块标准化是必经之路。LED照明灯模块标准化的阻碍就是散热问题的存在。

人类对传热的研究已有上百年的历史，传热学及技术已是非常之成熟，就像似成熟的果子，掉到地上被树叶遮盖，不被现在的人们看见，以致当电子行业，主要是计算机中的CPU发热量突然大增时，人们没有去拨开地面上的树叶，捡起那些熟透的果子，将人类成熟的传热知识移植到电子行业内。而是另起炉灶，创造出不少新名词：“主动散热”、“被动散热”、热沉”等听起来不知是什么意思，英文“Sink”在传热学及技术中也是非常罕见的名词。

从传热学和技术来谈，LED散热并非复杂，只涉及到传热学中非常小的部分――导热传热和对流传热(主要是空气自然对流传热)，其中导热传热就可利用现成的传热计算机软件，得到非常准确的解，比如分析LED封装芯片内的温度分布(传热过程)；分析从LED芯片到散热肋片的内部温度分布。但是应特别注意，对于对流传热，凡涉及到空气流动，必须通过大量的实验研究，而用计算机软件计算，只有学术上的意义，没有实际工程意义，因为误差太大。

导致LED散热简单问题被复杂化的原因有：知识断层，拥有成熟的传热知识的人员参于到LED散热研究的甚少，缺乏专业的LED散热研究机构，给行业内明确正确的指导思想。目前行业内从业的专业散热技术人员，许多是从计算机散热方面转过来的，自然地将那方面常用的技术以及商业行为带过来，比如，热管技术，被大量应用到大功率LED照明灯(比如路灯)中，给那些原来为计算机芯片散热器服务的热管厂商创造了新的商机。甚至还有提出采用回流式热管。

如果说LED灯散热采用一般热管像似杀鸡用了杀猪刀，那么采用回流式热管就像似杀鸡举起了宰牛刀。台湾有一家公司发明有《液态沉浸散热技术》，这种缺乏基本对流传热知识的发明，竟还获得国际发明展金奖。这些受汽车水箱启发的发明创造者，并不清楚汽车发动机为什么采用水(液)冷技术的原因，水在散热过程所起的作用。

二、模块的科学划分

图1、2分别为东芝与夏普推出的LED照明灯，将LED芯片、散热片以及驱动电源合为一体，采用现白炽灯一样的安装接口，这样的设计虽便于普通民众安装，替换现白炽灯泡，但造价高，还有一致命的缺陷――散热不可靠。

将图1、2所示的LED灯，横置、竖立或倒立，三种姿态情况下的散热效果都不一样，如果加有灯罩，其散热效果与灯罩的形状、大小密切相关，如果灯罩封闭，或内外空气流通性差，其散热效果将恶化，损毁是必然。因而这类LED灯，将不是LED照明发展方向。另外，图1、2所示散热片本身的结构形式并不理想，散热成本也不低。

球形白炽灯泡，直管式日光灯是由于此形状便于生产制造，而被采用。历史的积淀使得人们一提到照明灯，马上想到球形灯泡和直灯管。人们使用灯，目的是需要光明。LED是新型光源，因而LED照明灯的设计，应该从LED光源的特性出发，建立起新的模式。

图3示出了本文提出的LED照明灯模块划分，将散热片以及驱动电源划归为灯具中的部件，由LED芯、导热芯以及灯芯罩组成的灯芯，可便捷地从散热片(灯具)拆下和按装上，将被设计制造成系列独立的标准部件。

灯芯与散热片的热连接(热传导)非常关键。图3示出了解决该问题有效而又简单的技术方案：采用圆锥柱接触传热面。园锥柱和圆锥孔，加工容易，精度易保证，加工成本低。采用圆锥柱作为接触传热面的显著优点是保证导热芯和散热片两接触面之间的接触压力足够大：只要小的轴向力，就可得到被放大数倍的接触压力，因而灯芯和散热片之间传热热阻得到有效控制，即两者之间的热传导问题得到解决。以下计算例子进一步说明了这一点：

例如，导热芯中间直径中=20mm，高h=15mm，与散热片的锥孔面平均间隙=0.03mm,采用普通导热膏γ=1.0W／m・K，灯芯功率为Q=12w，可计算得出导热芯与散热片根的平均温度差：

t=Q・／γ・D・n・h=0.38℃，不到0.4℃。

图3中示出，灯芯与散热片(灯具)的机械连接采用螺扣，电的连接采用同心接插头式，普通操作者，不需任何工具，就可方便地将灯芯正确安装到位。图3所示结构非常简单，加工制造容易，造价也就低。

图3中的灯芯罩的作用：1、保护LED芯；2、便于操作者安装；3、二次光学，设计制造出不同光输灯罩，比如聚光型或散光型，满足不同场所及应用。

模块划分的科学之处：

(一)散热稳定可靠

按标准散热功率来划分不同规格的灯芯，比如：6W、10W、15W、20W，对应着不同规格的标准接口。灯具将按其标准散热量划分，其接口与其标准散热量的灯芯接口相对应。灯具涉及到装饰，则就千姿百态，但其标准散热量必须达到规定的值即可。由于每种灯具有其相应的固定安装形式，其散热性能也就稳定，因而不用担心用户安装时，改变其散热性能，即散热稳定可靠。

(二)容易制定出灯具和灯芯的散热和导热热阻的检测标准以及实验操作规程

灯具只要实验测定出相对标准的导热芯的散热性能曲线，就可计算出散热热阻；灯芯只要实验测定出，LED结点温度与标准散热片上的温度差，计算出灯芯的导热热阻即可。

(三)容易实现模块标准化，灯芯的通用标准化的实现也就近在直尺。

通过制定统一的灯芯与散热片(灯具)的机械和电的接口标准，以及电源标准，就可形成相互独立的专业化部件制造商，构建出完善的现代化工业产品产业链，将显著降低价格，LED照明灯普及将近在眼前。

关于电源标准：

本文认为应选用恒流驱动，灯芯中LED芯片采用串联式(局部有并联)，如图4所示，每个LED芯片(或并联组)设有旁路保护元件，该元件的作用，一旦所配的LED芯片损坏，成开路状态，则由于电压过高(比如两倍于LED最高电压)，该元件击穿，形成永久性短路，使得不因一两个LED芯片损坏，而使整个灯芯报废。采用恒流驱动电源的优点还有：

(一)更容易实现统一标准的电源。

比如规定标准统一的恒流电流定为350mA。芯片的额定电流与LED芯片中的晶片面积有关，也就容易调整设计出满足统一额定电流标准的晶片，另外，还可以通过局部芯片并联，比如两三颗LED芯片并联，达到统一额定电流(如350mA)。

(二)驱动电路简单、元器件少、成本低，电源效率高。

由于工作电流低(350mA)，开关功率管BG的开关损耗也就小，则电源效率高；可将开关功率管BG都集成到驱动IC中(如图4中虚线所示)，并且额定功率范围大。输出功率越大(LED芯串联越多)，电源的输出工作电压也高，因而开关功率管BG承受的开关电压就越小，开关损耗也就越小，电源的效率也就更高。

三、自然对流散热原理及优化

散热过程最终是热量传到空气中，由空气流动(对流)将热量带走，散热片的辐射传热所占的分量非常低，因而不于考虑。传热过程应满足如下方程：

热量平衡方程，空气流动带走的热量(即散热量)

Q=Cp・M・(T2-T1)(1)

Cp――空气的比热，为定值。

M――空气流量。

(T2-T1)――散热片出口处空气温度T2与进口处空气温度T1的温差，出口处空气温度T2最高不超过散热片的壁面温度TW，即(T2-T1)有最大可能的数值。

从公式(1)可以分析得出，最有效提高散热量的方向是提高空气流量。

自然对流传热过程中，驱动空气流动的动力是：空气受热温度升高，比重下降而产生的浮力F：

F=∫Vg(P0-pa)dV=∫Vgp0(1-T0／Ta)dv(2)

g――重力加速度。

p――空气密度。

V_散热器的体积。

T0――环境大气温度。

Ta――散热器内的空气温度。

空气流经散热片，散热片产生的阻力：

f=1／2∫a・g・p・u2・ds(3)

S――空气流经的表面积，即散热片的散热面积。

a――流动阻力系数，与散热片的结构，空气流动形式密切相关。

U――空气在散热片内的流动速度，流速u越高空气流量M也就越大。

对流传热方程，Q=∫h(Tw-Ta)ds(4)

h――对流传热系数。

(Tw-Ta)――散热片壁面温度Tw与散热片内的空气温度Ta的差值，散热片的温度TW受LED芯片结点温度的限制。

以上四个公式约束着自然对流散热过程，浮力F应等于流动阻力f再加空气动量增加(p0u2)(在下一节中有较详细的阐述)。降低流动阻力，，意味着空气流速u2增加(即流量M增加)，以及浮力F要求下降。从公式(1)可以看出，流量M增加，有利于散热量Q的提高，浮力F要求下降，从公式(2)可以分析得出，散热片中的空气温度Ta可降低，又从公式(4)可以看出：有利散热量Q的提高，这说明降低流动阻力，从各方面来讲，都对散热量Q提高有利。

降低流动阻力系数a，能有效降低流动阻力。当散热片的肋片，上下竖立设置，空气由下向上直接穿过散热片时，低温空气直接进入散热肋片，由公式(4)，有利于对流传热；空气的流动方向与浮力方向一致，阻力最小。因而散热片应设计成上下贯通的结构，避免空气弯曲流动，涡流出现。依据公式(3)，流动阻力与空气在散热片中的流速的平方成正比，因而降低流速能有效降低流动阻力。增大空气在散热片中的流通面积，既能不减小空气流量M，又能降低流速。

太阳花式结构散热片，如图5所示，LED芯片将集中在中心导热柱截面上，不仅发热源(LED芯片)离散热肋片根距离近，则导热柱内导热热阻小，而且LED芯片集中，所占的截面积小，即空气的有效流通面积大，因而有利于流动阻力减小。这说明：太阳花式结构的散热片，是LED灯散热的最佳结构。从制造方面讲，采用铝挤出工艺，制造出太阳花铝型材，再裁切就成了散热片，可制造出各种外形的散热片，生产效率高，工序少，造价也就低。

由公式(2)分析：如果散热器的体积V一定，所占空间尺寸一定，散热器中的空气温度T a提高，有利于提高浮力F，但从公式(4)得出，却不利于散热肋片与空气的对流传热(即散热)。从公式(4)中分析，通过增加散热肋片数量(即肋片密度)，来提高散热面积S，有利于提高散热量，但从公式(3)分析，却相应地提高了流动阻力f。

以上分析说明：在自然对流传热中，通过增加散热肋片密度(减小肋片之间的间隙)来增加散热面积，以达到提高散热量的目的，但存在着相反、矛盾的因素，因而散热量提高有限，甚至有可能得到降低散热量的相反结果。

可得出结论：当散热片所占空间尺寸一定时，存在一最大自然对流散热量，相对应就有着最佳肋片结构(肋片密度)，最大散热量与散热片的流通截面积成正比。本文作者经过大量的实验证实了该结论，并总结有最佳肋片密度的计算经验公式，可以计算出优化的LED灯散热片。

四、自然对流散热强化提高

在散热片的上方设置对流罩，如图6、7所示，利用烟囱的抽吸原理，提高空气流经散热片的流量，来达到散热量的强化提高。

对流罩产生的抽吸力(即浮力)，可以通过理论计算来分析，如图8所示，采用控制体积法来分析，根据控制体内动量平衡原理，可以推导出：F=∫gP0(1-T0／Ta)dV=P2B+f(5)

此说明：抽吸力在增加空气的动量(p2u22)同时，还要克服流动阻力f。空气动量增加，意味着空气流量增加，由公式(1)可得，有利散热量提高。抽吸力与对流罩内的体积V成正比，提高对流罩内的空气温度，有助于提高抽吸力。进一步的分析还可得出：要有高的抽吸力，散热片应尽可能设置在对流罩最低端，散热片要紧奏。

根据以上得出的结论，对流罩的抽吸力与对流罩内的体积V成正比，因而对于某些情况下，比如由于装饰需要，灯具的高度尺寸有限制，可以通过增加截面积尺寸，达到同等的体积，同

等的抽吸力。在产品设计时，可以利用某些灯具的灯罩、简灯上的灯筒、路灯上的外壳作为对流罩，既有装饰作用，又有强化提高散热量的作用。

对流罩竖立设置时，对流罩的抽吸作用最有效，散热片采用太阳花式，LED芯只能朝上或朝下，如图6、7所示。要解决灯光平射问题，可采用如图9、10所示LED灯，对流罩采用透明材料制成，此时对流罩就是灯罩，LED芯朝上，对流罩内设置有反射镜，从LED芯发出的朝上的光线，经反射镜反射成平射，如果反射镜的反射角可调，就可调动光线的平射角。对于隧道灯，或类似的照明灯，就可采用图9、10所示的结构。

五、路灯设计

图11(a)为本文设计的路灯，采用10个太阳花式散热片拼装结构，每灯芯(光模组)通过一颗螺栓固定在每个散热片上，路灯外壳分为上盖和下壳，上盖可便捷打开，设立有独立的电源室。

特点：

(一)最大散热优化设计。

散热片结构尺寸经优化设计，利用外壳(上盖)作为对流罩，强化提高散热量，完全可以确保铝基板温度与环境空气温度之差不超过30℃。有效控制和降低LED芯片结点温度。

(二)模块标准化，每个灯芯可现场便捷地拆装维护。

如图11(b)所示，打开上盖，松开灯芯上的导线与电源室内接线端的连接，松开固定螺钉，就可将灯芯(光模组)拆下，只用螺丝刀，就可现场完成灯芯的拆装维护工作，解决了LED路灯的维护问题。

(三)配光容易，IP级防水防尘，结构简单可靠。

每组灯芯+散热片都是独立的，因而可调整每个灯芯的灯光照射角，实现所需路面照度，即配光容易；防水防尘在灯芯中完成，只要铝基板与灯芯罩以及导线的密封要好即可，采用密封胶可完成，结构简单可靠，如图11(c)所示。

(四)独立的电源室，保证电源可靠。

有了独立的电源室，电源的环境不受LED灯发热的影响，环境温度低，有外壳的保护，防水，电源可设计成开放式，电源中的元件工作温度低，特别有利于电解电容的寿命，保证电源可靠。

(五)造价低，尺寸小，重量轻，

散热量最大优化设计+强化散热，大大地减了路灯尺寸大小、重量、成本，120W路灯可减到不到两公斤，外形尺寸仅为460×244×160(单位：毫米)，每瓦散热用铝不到4克；

(六)流线形造型，美观大方。六、实验结果分析比较

图12是某厂现标称为20W的LED筒灯的散热片的照片，外形直径为φ86mm，高65mm，是采用铝挤出工艺制造的散热片型材，经多种机械加工工序才完成，净重250克，散热面S为0.1。图13中的实验曲线B为该散热片的散热特性实验结果，纵坐标Q为散热功率，单位为w，实验采用电热片加热，从电功率仪读出发热量；横坐标T为散热片上的导热板(与铝基板相贴)的温度Tw(设置有5个电热偶)与环境空气温度T0的差。图13中的曲线C为该散热片加设有冲孔的网罩的实验结果，孔网的规格为φ6mm(孔径)×2mm(孔间隙)，加设网罩，增加了空气的流动阻力，因而散热性能有明显下降。

图14为本文技术设计的20W的LED筒灯的样品照片，采用太阳花式铝材散热片，结构尺寸经优化计算设计，采用了高为120mm的对流罩，散热片外径为φ88mm，重为80克，图15是设计图。

图13中的实验曲线A为本文技术设计的散热片散热特性实验曲线，与曲线B比较可以看出，当AT(Tw-To)为30℃时，本文技术设计的散热片的散热量是现所示产品的1.5倍，可以计算得出，表面对流传热系数h提高了两倍，折算成每瓦散热用铝材为3.6克／瓦。如果按LED灯实际发热量为17.5W计算，采用本文技术设计的散热片，温度可降低10℃之多。本文技术设计的散热片成本也就是2元人民币多点(按25元／Kg挤铝型材计算)，而现所示产品，要加30％之多的切削耗量，以及烦琐的机械切削工序，生产效率非常低，费用要达到近20元／件。

表1列出了20W筒灯现产品实际照明情况下的散热特性，与本文技术样品的比较，图14为本文技术样品照片，图15为本专利技术设计图，所用的LED芯片为CreeXlampXP-E，现产品采用了10颗，本文改进一也用10颗，本文改进二用9颗，都采用串联。

总功率――采用功率计实测出的数据，包括了驱动电源的损耗。

Tw-Led芯片所焊在铝基板的温度，现产品是采用6根热电偶，贴在铝基板表面所测温度的平均值，本专利改进则采用了两根热电偶，在铝基板侧钻有①1.2mm，深4mm的孔，两热电偶插入孔中测得的温度平均值。

从表1可以看出，采用本文技术设计的LED灯产品，温度降低了9℃。

图16(a)是某厂现标称为60W的LED筒灯，外径为φ185mm，高为130mm，其散热片采用热管加肋片结构，图16(b)示出了其拆除冲孔网罩的内部结构。

图17为采用本专利设计的散热片的56W的LED筒灯样品照片，外型尺寸与图16(a)所示的筒灯一样，只是图16(b)所示散热片换成本专利设计的散热片，并且取消了灯筒侧壁上的通孔。本专利设计的散热片由7个等六边形太阳花式散热片拼装而成，散热片总共用铝重为285克。

表2列出了60W筒灯现产品在实际照明情况下的散热特性，与本专利技术样品的比较。所用的LED芯片为CreeXlampXP-E，现产品采用了30颗，本专利样品采用了28颗，共有7个灯芯，每个灯芯配由4颗LED芯片，分别装在7个太阳花散热片上。

现产品(如图16(b)所示)，采用热管，结构复杂，生产工序多，生产效率低，其造价需要140多元／件。而本专利设计的散热器，铝材重为285克，按25元／Kg计算，也就是7.5元／件，现图16所示产品的二十分之一。从表2可以得出，虽本专利设计少了4W致少6.6％，但温度降低了近4℃，大致降低15％。

开关电源芯片篇7

关键词：微电子；封装技术；封装发展趋势；

作者简介：张力元(1990-)，男，昆明人，硕士生，研究方向：可再生能源材料与制备。

0引言

21世纪微电子技术的高速发展，随之带动的是一系列产业的发展。信息、能源、通讯各类新兴产业的发展离不开微电子技术。而微电子封装技术是微电子技术中最关键和核心的技术。微电子封装体(Package)和芯片(Chip或die)通过封装工艺(Packaging)组合成一个微电子器件(Device)，通常封装为芯片(或管芯)提供电通路、散热通路、机械支撑、环境防护等，所以微电子封装是微电器件的2个基本组成部分之一，器件的许多可靠性性能都是由封装的性能决定的[3]。致力于发展微电子封装技术的人们把目光投在以下4个方面：(1)极低的成本。(2)薄、轻、便捷。(3)极高的性能。(4)各种不同的功能包括各类不同的半导体芯片[1]。

1微电子封装技术的发展历程

微电子封装技术的发展经历了3个阶段：

第一阶段是20世纪70年代中期，由双直列封装技术(DIP)为代表的针脚插入型转变为四边引线扁平封装型(QPF)，与DIP相比，QFP的封装尺寸大大减小，具有操作方便、可靠性高、适用于SMT表面安装技术在PCB上安装布线，由于封装外形尺寸小，寄生参数减小，特别适合高频应用[2]。

第二阶段是20世纪90年代中期，以球栅阵列端子BGA型封装为标志，随后又出现了各种封装体积更小的芯片尺寸封装(CSP)。与QPF相比，BGA引线短，散热好、电噪小且其封装面积更小、引脚数量更多、适合大规模生产。

第三阶段是本世纪初，由于多芯片系统封装SIP出现，将封装引入了一个全新的时代。

2微电子封装的主流技术

目前的主流技术集中在BGA、CSP以及小节距的QPF等封装技术上，并向埋置型三维封装、有源基板型三维封装、叠层型三维封装即三维封装和系统封装的方向发展。

2.1BGA\CSP封装

球栅阵列封装BGA在GPU、主板芯片组等大规模集成电路封装有广泛应用。它的I/O引线以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，引线间距大，引线长度短，这样BGA消除了精细间距器件中由于引线而引起的共面度和翘曲的问题[4]。BGA技术包括很多种类如陶瓷封装BGA(CBGA)、塑料封装BGA(PBGA)以及MicroBGA(μBGA)。BGA具有下述优点：

(1)I/O引线间距大(如1.0mm，1.27mm)，可容纳的I/O数目大，如1.27mm间距的BGA在25mm边长的面积上可容纳350个I/O，而0.5mm间距的QFP在40mm边长的面积上只容纳304个I/O。

(2)封装可靠性高，不会损坏引脚，焊点缺陷率低，焊点牢固[5]。

(3)管脚水平面同一性较QFP容易保证，因为焊锡球在溶化以后可以自动补偿芯片与PCB之间的平面误差，而且其引脚牢固运转方便。

(4)回流焊时，焊点之间的张力产生良好的自对准效果，允许有50%的贴片精度误差，避免了传统封装引线变形的损失，大大提高了组装成品率。

(5)有较好的电特性，由于引线短，减小了引脚延迟，并且导线的自感和导线间的互感很低，频率特性好。

(6)能与原有的SMT贴装工艺和设备兼容，原有的丝印机、贴片机和回流焊设备都可使用，兼容性好，便于统一标准。

(7)焊球引出形式同样适用于多芯片组件和系统封装。

为了追求对电路组件更小型化、更多功能、更高可靠性的要求，CSP作为BGA同时代的产品应运而生。CSP与BGA结构基本一样，只是锡球直径和球中心距缩小了，更薄了，这样在相同封装尺寸时可有更多的I/O数，使组装密度进一步提高，可以说CSP是缩小了的BGA。美国JEDEC给出的CSP定义为：LSI芯片封装面积小于或等于LSI芯片面积120%。但是近几年来封装界的权威人士均把CSP定义为焊球节距小于1mm的封装，而大于1mm的就看做是BGA。

CSP除了具有BGA的优点以外，其更精细的封装还有很多独特的优点，其特殊的代表是WLCSP。通常，CSP都是将圆片切割成单个芯片后再实施后道封装的，而WLCSP则不同，它的全部或大部分工艺步骤是在已完成前工序的硅圆片上完成的，最后将圆片直接切割成分离的独立器件。所以这种封装也称作圆片级封装(WLP)。这样，它还具有独特的优点：

(1)封装加工效率高，可以多个圆片同时加工。

(2)具有倒装芯片封装的优点，即轻、薄、短、小。

(3)与前工序相比，只是增加了引脚重新布线和凸点制作2个工序，其余全部是传统工艺。

(4)减少了传统封装中的多次测试。因此世界上各大型封装公司纷纷投人这类WLCSP的研究、开发和生产。WLCSP的不足是目前引脚数较低，还没有标准化和成本较高[6]。

2.23D封装

SIP有多种定义和解释，其中一说是多芯片堆叠的3D封装内系统集成，在芯片的正方向堆叠2片以上互连的裸芯片的封装。SIP是强调封装内包含了某种系统的功能封装，3D封装仅强调在芯片方向上的多芯片堆叠，如今3D封装已从芯片堆叠发展到封装堆叠，扩大了3D封装的内涵[7]。

3D封装的形式有很多种，主要可分为填埋型、有源基板型和叠层型等3类。填埋型三维立体封装出现上世纪80年代，它是将元器件填埋在基板多层布线内或填埋、制作在基板内部，它不但能灵活方便地制作成填埋型，而且还可以作为IC芯片后布线互连技术，使填埋的压焊点与多层布线互连起来。这就可以大大减少焊接点，提高电子部件封装的可靠性。有源基板型是用硅圆片集技术，做基板时先采用一般半导体IC，制作方法作一次元器件集成化，形成有源基板，然后再实施多层布线，顶层再安装各种其他IC芯片或元器件，实现3D封装。叠层型三维立体封装是将LSI、VLSI、2D-MCM，甚至WSI或者已封装的器件，无间隙的层层叠装互连而成。这类叠层型是应用最为广泛的一种，其工艺技术不但应用了许多成熟的组装互连技术，还发展了垂直互连技术，使叠层型封装成为发展势头最迅猛发展速度最快的3D封装。但有源基板型3D封装却是人们一直力求实现的封装。

伴随着手机的大量使用，手机的功能越来越强大，既要实现轻、薄、小又要功能强大，这其中离不开的就是叠层型的3D封装。目前有许多种基于堆叠方法的3D封装，主要包括：硅片与硅片的堆叠(W2W)、芯片与硅片的堆叠(D2W)以及芯片与芯片的堆叠(D2D)。归纳起来其主要堆叠方式可以通过2种方法实现：封装内的裸片堆叠和封装堆叠，封装堆叠又可分为封装内的封装堆叠和封装间的封装堆叠。

裸片堆叠的封装主要有2种，一是MCP，二是SC-SP。MCP涵盖SCSP，SCSP是MCP的延伸。SCSP的芯片尺寸比MCP有更严格的规定，通常MCP是多个存储器芯片的堆叠，而SCSP是多个存储器和逻辑器件芯片的堆叠。裸片堆叠的关键技术是：

(1)圆片的减薄技术，目前一般综合采用研磨、深反应离子刻蚀法和化学机械抛光法等工艺，通常减薄到小于50μm，为确保电路的性能和芯片的可靠性，业内人士认为晶圆减薄的极限为20μm左右。

(2)低弧度键合技术。因为芯片厚度小于150μm，所以键合弧度必须小于这个值。目前采用的25μm金丝的正常键合弧高为125μm，而用反向引线键合优化工艺可以达到75μm以下的弧高。与此同时，反向引线键合工艺增加一个打弯工艺以保证不同键合层的间隙。

(3)悬梁上的引线键合技术。必须优化悬梁上的引线键合技术，因为悬梁越长，键合时芯片变形越大。

(4)圆片凸点制作技术。

(5)键合引线无摆动模塑技术。裸片堆叠封装的主要缺点就是堆叠中一层集成电路出问题，所有堆叠裸片都将报废，但毫无疑问裸片堆叠能够获得更为紧凑的芯片体积和更为低廉的成本。例如AMKOR公司采用了裸片叠层的封装比采用单芯片封装节约了30%的成本[8]。

封装堆叠又称封装内的封装堆叠，它有2种形式：一是PIP。PIP是一种在BAP(基础装配封装)上部堆叠经过完全测试的内部堆叠模块，以形成单CSP解决方案的3D封装。二是POP。它是一种板安装过程中的3D封装，在其内部，经过完整测试的封装如单芯片FBGA(窄节距网格焊球阵列)或堆叠芯片FBGA被堆叠到另外一片单芯片FBGA(典型的存储器芯片)或堆叠芯片FBGA(典型的基带或模拟芯片)的上部。封装堆叠的优点是：

(1)能堆叠来自不同供应商的混合集成电路技术的芯片，允许在堆叠之前进行预烧和检测。

(2)封装堆叠包括翻转一个已经检测过的封装，并堆叠到一个基底封装上面，后续的互连可以采用线焊工艺。

2.3SIP系统封装

系统级封装(systeminpackage，SIP)是指将不同种类的元件，通过不同种技术，混载于同一封装体内，由此构成系统集成封装形式。我们经常混淆2个概念系统封装SIP和系统级芯片SOC。迄今为止，在IC芯片领域，SOC系统级芯片是最高级的芯片；在IC封装领域，SIP系统级封装是最高级的封装。SIP涵盖SOC，SOC简化SIPSOC，与SIP是极为相似的，两者均希望将一个包含逻辑组件、内存组件，甚至包含被动组件的系统，整合在一个单位中。然而就发展的方向来说，两者却是大大的不同：SOC是站在设计的角度出发，目的在于将一个系统所需的组件整合到一块芯片上，而SIP则是由封装的立场出发，将不同功能的芯片整合于一个电子构造体中。

SIP系统级封装不仅是一种封装，它代表的是一种先进的系统化设计的思想，它是研究人员创意的平台，它所涉及到芯片、系统、材料、封装等诸多层面问题，涵盖十分广泛，是一个较宽泛的指称，所以从不同角度研究和理解SIP的内涵是十分必要的，这里列举了当前的一部分SIP技术的内涵概念：

(1)SIP通过各功能芯片的裸管芯及分立元器件在同一衬底的集成，实现整个系统功能，是一种可实现系统级芯片集成的半导体技术。

(2)SIP是指将多芯片及无源元件(或无源集成元件)形成的系统功能集中于一个单一封装体内，构成一个类似的系统器件。

(3)当SOC的特征尺寸更小以后，将模拟、射频和数字功能整合到一起的难度随之增大，有一种可选择的解决方案是将多个不同的裸芯片封装成一体，从而产生了系统级封装(SIP)。

(4)SIP为一个封装内集成了各种完成系统功能的电路芯片，是缩小芯片线宽之外的另一种提高集成度的方法，而与之相比可大大降低成本和节省时间。

(5)SIP实际上是多芯片封装(MCP)或芯片尺寸封装(CSP)的演进，可称其为层叠式MCP、堆叠式CSP，特别是CSP因其生产成本低，将成为最优的集成无源元件技术，但SIP强调的是该封装内要包含某种系统的功能[9]。

SIP的技术要素是封装载体和组装工艺，它与传统封装结构不同之处是与系统集成有关的2个步骤：系统模块的划分与设计，实现系统组合的载体。传统封装中的载体(即基板)只能起互连作用，而SIP的载体包括电路单元，属于系统的组成部分。

模块的划分指从电子设备中分离出一块功能模块，既利于后续整机集成又便于SIP封装。以蓝牙模块为例，其核心是一块基带处理器，它的一端与系统CPU接口，另一端与物理层硬件接口(调制解调、发送与接收、天线等)[10]。

组合的载体包括高密度多层封装基板和多层薄膜技术等先进技术。而在芯片组装方面，板上芯片(COB)和片上芯片(COC)是目前的主流技术。COB是针对器件与有机基板或陶瓷基板间的互连技术。现有的技术包括引线键合和倒装芯片。COC是一种在单封装体中堆叠多芯片的结构，即叠层芯片封装技术。

SIP技术现在广泛应用于3个方面：一是在RF/无线电方面。例如全部功能的单芯片或多芯片SIP将RF基带功能线路及快闪式存储器芯片都封装在一个模块内。二是在传感器方面。以硅为基础的传感器技术发展迅速，应用范围广泛。三是在网络和计算机技术方面。

3微电子封装技术未来发展面临的问题与挑战

毫无疑问，3D封装和SIP系统封装是当前以至于以后很长一段时间内微电子封装技术的发展方向。

目前3D封装技术的发展面临的难题：一是制造过程中实时工艺过程的实时检测问题。因为这一问题如果解决不了，那么就会出现高损耗，只有控制了每一道生产工艺，才能有效地保证产品的质量，从而达到有效地降低废品率[11]。二是超薄硅圆片技术。面对更薄的硅圆片，在夹持和处理过程中如何避免它的变形及脆裂，以及后续评价检测内的各种处理技术，都有待进一步研究。三是高密度互连的散热问题。目前，基于微流体通道的液体冷却被证明是显著降低3DICs温度的有效方法。但在封装密度不断增加的前提下，微流体通道的分布需要与电气通路和信号传输通路统筹分布，如何在成功制作出更小微流体通道的同时保证系统整体性能的要求，是研究者们需要考虑的问题[12]。但是，我们仍需看到3D封装在高密度互连趋势下的巨大潜力。3D封装在未来的消费电子产品领域(特别是手机、掌上电脑)、机器人领域、生物医学领域等将扮演重要的角色。

微晶片的减薄化是SIP增长面对的重要技术挑战。现在用于生产200mm和300mm微晶片的焊接设备可处理厚度为50μm的晶片，因此允许更密集地堆叠芯片。如果更薄，对于自动设备来说将产生问题：晶片变得过于脆弱，因此更加易碎。此外，从微晶片到微晶片的电子“穿孔”效应将损毁芯片的性能[9]。但是我们应该看到SIP巨大的市场前景，AlliedBusinessIntelligence统计，仅RF蜂窝市场的销售额就从2003年的18亿美元飙升至2007年的27.5亿美元。由堆叠BGA封装以及有源和无源组件构成的近十亿SIP于2003年上市，包括功率放大器、天线转换开关、发送器和前端模块。而近几年来SIP大发展更是迅速，德国银行、瑞士信贷第一波士顿和美国著名的研究组织“商业情报联盟”的联合调研表明，RF、数字、蓝牙、电源和汽车应用等市场已经被SIP技术占领[10]。在我国SIP技术也有很好的发展，如江苏长电科技股份有限公司开发的整体U盘的SIP封装技术，SIP系统级封装的U盘是一个USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，与传统U盘相比，有着轻薄短小、容量大且可靠性高的特点[13]。未来，我们也将看到更多SIP技术的产品出现在我们周围。

4结语

开关电源芯片篇8

【关键词】LED筒灯；驱动电源电路；反激式；BP3105

1.引言

在全球能源日益短缺、环保要求不断提高的情况下，LED灯具正逐渐成为当下及未来照明市场的发展方向。LED照明具有光效高、易控制、寿命长、节能环保等显著优势，是人类继白炽灯、荧光灯之后新的照明革命。目前LED灯具已广泛应用于室内、室外、景观照明，在室内照明LED灯具中使用较普遍的是筒灯、射灯、平板灯、球泡灯。随着LED技术的迅猛发展，LED在照明市场被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场，LED灯具也将是取代白炽灯、荧光灯的最大潜力商品。

2.LED筒灯市场分析

筒灯是在工程建设中用量最大的室内工程灯具，它广泛用于在商场、宾馆、写字楼和家庭装修中，它是一种点光源灯具，通常是嵌入在天花上作为空间照明使用。筒灯的光源主要是节能灯、LED两大类。相比较而言，LED除了价格较贵外，其他主要性能都明显高于节能灯，例如光效方面：螺旋节能灯为60lm/W、2010白光LED为120lm/W；寿命方面：螺旋节能灯

筒灯根据安装方式主要分为嵌入式和明装式，其中嵌入式占据近95%的市场；根据灯杯尺寸主要可分为2.5、3、4英寸（民用）和3、4、5、6、8、10英寸（工程），其中4英寸使用最多；根据结构可分为自带控制装置式（即一体式）和控制装置分离式，其中一体式LED筒灯市场很少见。

3.LED筒灯设计方案

结合市场分析和成本控制，本设计任务确定为一款4英寸一体式LED筒灯。主要光电性能符合国家《LED筒灯节能认证技术规范》CQC3128-2010。

3.1 LED筒灯技术参数

功率：一般市场常见4英寸筒灯匹配紧凑型节能灯功率为9-15W左右，根据工程常规通用换算公式LED1W=节能灯1.5-2W，确定本设计输出功率为10W。

功率因数≥0.8，电源效率≥80%，初始发光效率≥80lm/W。

3.2 LED筒灯总体结构设计

LED筒灯由以下几部分组件构成，总体结构图如图1所示。

（1）外壳：由反光杯和散热器构成。散热器选用散热良好的车铝型材构成，选用常见的太阳花形式。散热器底部通过导热硅脂在外侧与反光杯底部紧密连接，反光杯底部内侧与LED光源的铝基板通过导热硅脂紧密相连。

（2）灯罩：选用亚克力导光板，其具有超薄、亮度高、导光均匀、节能环保、无暗区灯特点，配合多颗均匀散布的小功率LED灯珠，使灯具发光更加均匀，没有光斑。

（3）LED光源：由铝基板（MCPCB，35μm铜层及1.5mm铝合金）和30个标称0.32W的LED灯珠组成，避免了使用少量大功率灯珠带来的发光不均匀的弊病。选用30颗首尔STW8Q14BLED灯珠组成10串3并的结构。STW8Q14BLED典型光电参数：色温2600-7000K，光通量30.5lm（2600-3700k），32lm（3700-7000k），正向电压降VLED=3.2V，正向电流ILED=110mA，结温RJC=18℃。LED的散热垫与PCB的敷铜层采用回流焊焊在一起。

（4）驱动电源：因为单个LED工作电压为低电压，且工作电压范围很窄，通常不能直接供电，否则极易损坏。本设计选用恒流驱动，可以避免LED灯珠正向电压变化所导致的工作电流变化，从而提高LED发光的光视效能和稳定度，延缓光衰。所以采用恒流驱动芯片，电源沿用常用的单开关反激式电路。驱动电路板设计成环形，外装塑料外壳，与灯具外壳固定相连，散热器从其中间穿过，构成一体式结构。

4.电路设计

4.1 BP3105芯片简介

BP3105是一款高精度的LED恒流控制芯片，适用于输入全电压范围的反激式隔离LED恒流电源。采用原边反馈模式，无需次级反馈电路，也无需补偿电路即可实现恒流，系统成本低。芯片内带有高精度的电流取样电路，使得LED输出电流精度达到±3%以内。BP3105采用小体积SOT23-5封装，管脚封装图见图2。其中GATE为外接NMOS管驱动端；CS为电流采样端，采样电阻RCS接在CS与GND之间；FB为辅助绕组的反馈端。BP3105具有多重保护功能，包括LED开路保护、LED短路保护、芯片过温保护、过压保护、欠压保护、FB短路保护等。当Vcc电压高于16V时，芯片关断外部功率管，芯片自动重启直到外部过压状态解除；Vcc内部自带19V钳位电路，以防止异常条件下芯片损坏。芯片内部热保护电路检测结温度。过热保护阈值设置在160℃，迟滞为30℃。当结温度超过阈值（160℃）时，将关断功率MOSFET，直到结温度下降30℃后，MOSFET才会重新使能。当输出出现LED短路或LED开路时，系统将自动进入低功耗模式，同时不断检测负载状态，直到故障解除。当故障解除后，系统自动恢复正常工作。

4.2 驱动电路设计

LED筒灯驱动电路见图3和图4。其中图3为输入EMI滤波电路和桥式整流电路，图4为基于BP3105芯片的恒流驱动电路。

图3中F1为保险丝，起过流保护作用；RV为压敏电阻，起过压保护作用；D1-D4为桥式整流电路。Ld1、Ld2、C1、C2组成EMI低通滤波器，Ld1=Ld2，C1=C2，用于共模方式的EMI抑制。共模电感Ld1、Ld2对称地绕在同一磁芯上，在正常工作电流范围之内，由于磁性材料产生的磁性互相补偿，从而能避免磁饱和，对共模干扰信号呈现高阻抗，而对差模信号和电源电流呈现低阻抗，这样就保证了对电源电流的衰减很小，而同时又抑制了电流噪声。EMI滤波器既抑制了来自电网的电磁干扰，同时对驱动电源自身产生的电磁干扰也起衰减作用，以保证电网不受污染。

图4中C1、C2、R2、D5-D7构成逐流滤波无源功率因数校正电路，C3作为直流端滤波电容。加入逐流电路后在每半周期内，将交流输入电压高于直流输出电压的时间拉长，图3中整流二极管D1-D4的导通角就可以增大达到120度以上，交流电源输入电流为零的死区时间则缩短，电流波形也更趋接近正弦波，减小了电流畸变因子，从而提高电路输入功率因数，由0.6变到0.9，同时降低输出直流电压，至少比桥式整流电容滤波电路的直流输出电压低15%。经过逐流电路后，由T1、Q1、D7、C6构成的反激式开关电源电路完成隔离输出和变压功能，控制芯片IC1实现反激式开关电源电路的开关控制功能。反激式开关电源电路具有电路结构简单、安全隔离、成本低的优点，特别适合小功率LED驱动电源的要求。D6、R6、C5构成反激式开关电源电路的吸收电路，在开关Q1关断后，吸收开关上的尖峰电压。

BP3105芯片仅需要25uA的启动电流，系统上电后启动电阻R5对电容C4进行充电，当电压达到芯片开启阈值14V时，芯片内部控制电路开始工作。系统启动后，其由辅助绕组对Vcc端进行供电。芯片逐周期检测变压器主级侧的峰值电流，CS端连接到内部的峰值电流比较器的输入端，与内部500mV阈值电压进行比较。当CS外部电压达到500mV时，功率管Q1关断，系统工作在电感电流断续模式。BP3105芯片通过FB来反馈输出电流的状态，FB的阈值电压设置在1V。R9、R10为反馈网络的检测电阻可以设置到300KΩ～750KΩ，同时利用分压可以进行线电压补偿。变压器T1主级侧峰值电流：Ip=500（mV）/RCS，实际为了便于调整阻值，RCS用两个电阻R3和R8并联。

4.3 变压器设计

根据BP3105芯片使用要求，系统工作在电感电流断续模式，最大占空比为Dmax=0.42，中心工作频率f=44KHz（在40KHz～48KHz之间便于通过EMI测试）。输入直流平均电压为200-280V，输出直流平均电压Uo=VLED*10=32V，输出直流平均电流Io=ILED*3=330mA。

（1）确定变比

假设工作在断续临界点，最大占空比情况下，根据伏秒积分为零的公式（1）可算出变比，取7。其中Np 是变压器初级的匝数，Ns 是变压器次级的匝数，TR为次级电流流通时间。

（1）

（2）确定初级电感量

根据次级电流公式（2）和磁势平衡公式（3），可以算出变压器原边峰值电流Ip=180mA。公式（4）为临界连续时原边电感量计算公式，其中电源效率取0.7，在断续工作状态下，电感取值应小于该计算值。根据实际实验结果，变压器初级电感量定为1.7mH。

（2）

（3）

（4）

（3）确定绕组匝数

根据输出功率10W选择变压器E19磁芯，4+3引脚骨架，变压器骨架尺寸见图5。铁芯材料选常用的PC40锰锌铁氧体，Bs=3000G，Br=95G，Ae=0.23cm2。根据公式（5）确定初级绕组匝数，其中ΔB=Bs-Br，余量系数F取0.6。最终选择N1初级绕组（4、5引脚）167匝，线径0.25；N3次级绕组（6、7引脚）24匝，线径0.15；N2反馈绕组（1、3引脚）66匝，线径0.35。绕组之间覆盖2层聚酯膜。

（5）

5.散热器设计

在热的传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。热阻越小，其导热性能越好。太阳花形散热器是LED筒灯广泛采用的一种散热形式。设Y为最优翅片长度，X为芯片功率，根据线性拟合公式Y=4.0333（X-12）+34.422nn，可以计算出最佳翅片长度为26.355mm。翅片厚度的增加，并不能有效增大翅片散热面积，相反却会造成散热器重量的增加，提高成本。但考虑到散热器翅片采用挤压工艺成型，对厚度有一定下限要求，在保证大于1mm前提下，尽量减薄以降低散热器的制造成本。根据计算经验，翅片间隔需要大于4mm，才能保证自然对流的顺利进行。本设计采用一体化结构，散热器放从环形驱动电源中间穿过，外形图见图6，总直径只能限制在70mm内，本设计中所用太阳花散热器翅片长20mm，厚1mm，数量36*2=72，翅片间隔3mm。

6.测试结果分析

使用远方电参数测试仪、积分球对整灯进行测试。

光电实际测试结果：功率因数=0.9，实际输出功率=10.2W，电源效率=80%，初始发光效率=82lm/W，全部符合设计要求。

温度测试结果：环境温度TA=25℃，LED散热垫的温度TC=70℃。LED工作状态：VLED=3.2V，正向电流ILED=110mA，极限工作结温TJmax=125℃。TJ=RJC（VLED×ILED）+TC=18℃/W（3.2V×110mA）+70℃=76.3℃

7.结论

文章结合LED照明发展现状，设计了一种基于BP3105恒流驱动芯片的小功率LED筒灯。本设计把控制电源设计成环形，与灯具外壳连接在一起形成整体，这种一体式的结构非常方便用户安装；利用多颗小功率LED灯珠构成灯盘，配合导光板，很好地实现了光源的均光性；利用逐流电路提高功率因数到0.9；利用恒流芯片构成的反激式开关电源结构简单，性能稳定，成本较低。经测试光效达82lm/W，灯具内部LED散热垫温度70℃，可以大大延展寿命。目前经过小批量试产的产品应用情况良好，验证了设计方案的可行性和正确性。

参考文献

[1]曹白杨.电子产品设计原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2]杨恒.LED照明驱动器设计步骤详解[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]刘胜利.高亮度的LED照明与开关电源供电[M].北京：中国电力出版社，2010.

[4]郭庆明，何云峰，王昌明，张爱军.单端反激式开关电源变压器[J].电子设计工程，2010（5）：165-168.

[5]周翠娟.节能灯具设计中的关键技术研究[D].上海：上海交通大学，2008.

[6]阎军，孙兴盛，王乜，王舒，毛火华，刘书田.半导体照明灯具典型散热结构分析与优化[J].固体力学学报，2010（12）：291-293.

[7]James Brodrick，李雪.LED筒灯的近期性能评估[J].中国照明电器，2008（12）：35，28.

[8]CQC3128-201.LED筒灯节能认证技术规范[S].北京：中国质量认证中心，2010.

基金项目：2011江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目“高效率LED筒灯的开发与工艺设计”。