摘要

IC TOP253PN 是 Power Integrations 公司设计的先进集成开关器件，主要用于配电网络 (PDN)。TOP253PN 以其高效率和多功能应用在电源行业中脱颖而出。它支持各种元件尺寸和形状，可适用于各种电子系统。该器件具有可靠的电源系统控制、高效的能源管理和电气异常保护等重要功能，是现代电子电源的理想解决方案。集成开关技术的历史可追溯到 20 世纪 70 年代中期，其主要创新产品包括 Silicon General 公司的 SG1524 调节脉宽调制器（PWM）集成电路。Bob Mammano 的这一关键开发简化了开关电源的复杂性，为广泛的商业应用铺平了道路。随后，其他半导体公司也取得了类似的进展，进一步确立了混合模式集成电路在业界的重要地位。TOP253PN 的显著特点包括能够在非连续导通模式 (DCM) 和连续导通模式 (CCM) 下工作，为能量存储和能效管理提供了灵活性。它解决了栅极驱动要求中的米勒效应，即使在较低的栅极电压下也能确保高效运行。此外，该器件符合 SELV/FELV 法规的安全电压范围，并具有强大的隔离功能，可保护电子负载免受高压暴露。尽管具有诸多优势，但 TOP253PN 也有其局限性，例如在 DCM 应用中需要较大的变压器，以及需要额外的外部元件才能实现最佳运行。尽管如此，其高效率、峰值功率输出和先进的功能集使其成为电源管理 IC 市场上极具竞争力的选择。Power Integrations 致力于提供定制解决方案和可持续产品，这进一步增强了 TOP253PN 在从汽车电子到以太网供电 (PoE) 系统等各个行业的吸引力。

历史

与线性电源相比，开关电源不仅复杂，而且成本较高，因此最初很难在商业应用中得到推广。这种情况一直持续到 1976 年左右，当时的技术进步开始改变格局

.Bob Mammano 拥有设计军用开关的经验，他在这一转变中发挥了关键作用。他的目标是将多种功能集成到单个控制芯片中，从而简化开关电源的复杂性。由此，Silicon General 公司发明了 SG1524 调节脉宽调制器 (PWM) 集成电路，成为电源行业的一个重要里程碑。SG1524 是第一款集成了所有必要电路的器件，可产生频率可调、脉宽调制、180 度缺相的控制脉冲，用于驱动开关稳压电源中的功率晶体管。它的问世使更多的设计人员更容易尝试制作开关电源，尽管这仍然需要相当高水平的专业知识。这一创新很快被其他半导体公司的类似产品所效仿。摩托罗拉半导体公司发布了 MC3420，德州仪器公司推出了 TL494，其特点是改进了振荡器设计，使其更容易与附加控制器或系统时钟同步。Signetics 和 Ferranti 等其他公司也推出了各自版本的 PWM 集成电路。在这些发展之前，开关电源主要用于军事应用，并未被广泛商业采用。然而，开关电源的优势，如内部损耗低、体积小、重量轻和成本具有竞争力等，开始得到认可，从而被更广泛地接受。1977 年，Abraham Pressman 出版了一本著名的教科书，强调了开关稳压器对电源行业的革命性影响。SG1524 的意义不仅仅在于它是首款单芯片 PWM 集成电路。它是早期的混合模式集成电路之一，将模拟功能、基准、误差放大器和运算放大器与用于 PWM 的数字电路结合在一个芯片上。这种组合在当时是史无前例的，为今天常见的混合模式器件奠定了基础。

 

規格

IC TOP253PN 是一款先进的集成开关器件，专为配电网络 (PDN) 而设计。它提供多种元件尺寸和形状选择，可用于各种产品，最大限度地发挥其工作能力

.该集成电路可确保在使用经制造商审核的准确 CAD 数据时实现高效开发。对于栅极驱动要求，该器件解决了米勒效应问题，该效应是漏极-源极电容导致的高电压开关时的主要速度限制。集成电路中的 MOSFET 在栅极至源极电压介于 2.0V 和 3.0V 之间时开始导通，在 7.0V 至 8.0V 时完全导通。该集成电路中使用的现代逻辑电平和低阈值电压 MOSFET 可在较低的栅极电压下完全导通。此外，该集成电路设计在 SELV/FELV 法规规定的安全电压范围内工作，该法规认为低于 60V 的输入电压本质上对触摸是安全的。尽管如此，隔离对于功能安全性和可靠性仍然至关重要，以保护电源电子负载免受高压暴露并防止接地回路。IC TOP253PN 可在断续导通模式 (DCM) 和连续导通模式 (CCM) 下工作。在 DCM 模式下，通过电感器的电流可降至零，尤其是在轻负载或使用无源整流二极管代替同步整流时。相反，在 CCM 模式中，整流器使用有源开关，允许电流反向流动，除非同步开关被命令关闭，否则电流将继续流动。这种灵活的传导模式在管理能量存储和效率方面具有显著优势。

 

特徵

TOP253PN 集成离线开关专为满足各种电子系统的功率控制需求而设计。该器件提供各种元件尺寸和形状，几乎适用于任何需要其工作能力的产品。

.关键设计参数包括引脚连接和物理结构考虑因素，这对设计布局决策至关重要。在采用这种先进的集成开关器件时，准确的 CAD 数据和经过制造商审核的信息对于最高效的开发流程至关重要。TOP253PN 的突出特点之一是能够确保可靠的电源系统控制。这包括对配电的调节和控制，以及对故障和其他突发事件的保护。该设备特别适用于配电网络 (PDN)，可执行必要的监控和开关功能，确保组件和负载获得所需的电力。只要设计人员充分理解和利用 TOP253PN 数据表，TOP253PN 的先进功能集就会使其成为许多电子电源的合适选择。除了核心功能外，TOP253PN 还具有很高的效率，这在小型化趋势和需要更小 PCB 尺寸的情况下是至关重要的，因为这将带来散热方面的挑战。该器件必须在提供更高功率的同时占用更小的面积，因此非常适合传感器和致动器应用，这些应用通常以 24V 标称直流电压总线工作，但关键设备的电压可高达 60V。这些应用的常用输出电压为 3.3V 和 5V，电流范围从小型传感器的 10mA 到运动控制、CNC 和 PLC 应用的数十安培。另一个关键特性是该器件能够提供隔离，这有利于防止接地回路，并保护脆弱的电子负载免受高压暴露。电源电子负载通常是微控制器，需要针对浪涌和反向电流、过压和欠压等应力提供保护。TOP253PN 包括保护电路，可防止这些潜在的损坏源。

 

引脚配置

TOP253PN 的引脚配置对于各种电源传输网络 (PDN) 的有效设计和实施至关重要。该器件用途广泛，几乎适用于任何可利用其工作能力的产品。

.了解并正确使用引脚配置是优化集成开关性能和可靠性的关键。

 

引脚布局

TOP253PN 的引脚布局采用标准双列直插式封装 (DIP)，行间距为 0.300 英寸，符合 JEDEC 规格 MS-001-AB

.从顶部看，引脚位置从引脚 1 开始，逆时针方向延伸至引脚 8。值得注意的是，引脚 3 被省略，省略引线位置的封装体最小金属间距为 0.137 英寸（3.48 毫米）。精确的尺寸对确保正确安装和性能至关重要：

 

• 在封装体处测量的引线宽度：0.008 英寸至 0.015 英寸（0.20 毫米至 0.
• 整体包装宽度：0.300 英寸至 0.390 英寸（7.62 毫米至 9.62 毫米）。
• 包装高度：0.125 英寸至 0.145 英寸（3.18 毫米至 3.18 毫米）。
• 引脚间距：0.300 英寸（7.62 毫米）BSC（基本间距配置）。

V 引脚注意事项

TOP253PN 的 V 引脚以极低的电流工作，以降低空载输入功率，这就需要对布局进行仔细考虑，以避免噪声耦合。

.连接到 V 引脚的线路和元件应与携带开关电流的线路（如漏极、钳位网络、偏置绕组回流或其他转换器的电源线路）隔离。此外，如果使用线路感应功能，感应电阻器必须放置在距离 V 引脚 10 毫米以内的位置，以尽量减小 V 引脚节点面积。

 

多功能引脚配置

TOP253PN 支持各种多功能引脚配置，提高了设计灵活性

.

 

• 线路欠压 (UV) 检测，防止关断故障
• 线路过压 (OV) 关断功能可延长线路浪涌限值
• 输出过压保护 (OVP)，具有可编程闭锁/非闭锁关机和快速交流复位功能
• 精确的可编程电流限制
• 远程开/关和设备复位功能。这些功能使 TOP253PN 能够适应广泛的应用，为设计人员提供了满足不同终端产品特定要求的灵活性。

應用領域

TOP253PN 集成电路 (IC) 可用于各种需要精确电源管理和控制的应用中。其主要用途之一是制造为特定任务或产品设计的定制专用集成电路。这样可以根据特定应用的要求优化性能

.在汽车电子领域，TOP253PN IC 发挥着至关重要的作用。汽车系统高度联网，具有不同的架构类型，而该集成电路参与了将实时操作集成到汽车以太网系统中的时间敏感型联网。此外，它还有助于管理汽车车身电子模块的电源需求，这些模块可控制灯、LED、电磁阀和电机等各种负载。这些智能电源开关取代了机械继电器，从而降低了机械噪音，提高了系统可靠性。该集成电路在以太网供电（PoE）系统中也非常重要。根据 IEEE 802.3af 标准，TOP253PN 可集成为供电设备 (PSE) 的一部分，通过现有的以太网布线向受电设备 (PD) 输送电力，然后由这些设备接收并有效利用电力。在显示技术方面，特别是在汽车应用中，TOP253PN 可作为薄膜晶体管 (TFT) 液晶显示器 (LCD) 高集成度电源的一部分。它采用多种直流-直流转换器技术，可满足这些显示器所需的各种电压要求。此外，TOP253PN IC 还能提供精确的电压偏移、时间延迟和斜率，从而支持稳健的电源管理。这对于需要同步上电和断电顺序的应用至关重要，可确保连接的系统稳定可靠地运行。

 

设计与开发

集成电路 TOP253PN 的设计和开发涉及几个关键的考虑因素，以确保最佳性能和效率。与设计和生产软件相关的许可、实施、定制和培训费用往往相当高，这可能对市场增长构成挑战

.有效使用设计和生产工具需要专业技能，这就要求对设计师和生产团队进行广泛培训。培训期可能会降低产量，增加培训费用，从而给市场拓展带来更多挑战。在设计阶段，必须考虑元件的尺寸和形状选项，以便在几乎任何产品中都能使用该器件的操作功能。引脚连接也是设计布局决策的关键，因为它们会影响器件与系统的整体集成。为实现高效开发，确保准确且经过制造商审核的 CAD 数据和信息非常重要。只要正确使用 CAD 模型和数据表，TOP253PN 可能是 PDN 设计的最佳解决方案。例如，Ultra Librarian 可以将所有采购信息和 CAD 信息汇集到一个地方，使设计过程更加顺畅。TOP253PN 的数据表是设计人员的重要资源，为有效的电源管理 IC 设计提供了重要信息。尽管存在挑战，但这些障碍也为创新提供了机遇。越来越多的公司开始投资研发，以创造更高效、更多功能的电源管理解决方案。对可持续能源的日益重视和对低功耗设备的需求推动了创新集成电路技术的发展，为市场增长开辟了新的途径。

 

优势

能源效率

TOP253PN 集成开关的主要优势之一是其节能设计。Power Integrations 的产品（包括 TOP253PN）旨在满足对高能效解决方案日益增长的需求，帮助减少碳排放和保护环境。

.通过有效管理功耗、电压调节和电流，TOP253PN 可以减少能源浪费、延长电池寿命并降低能源成本，因此对消费者和企业都很有吸引力。

 

灵活性和多功能性

TOP253PN 用途广泛，可用于各种应用。它的设计允许在元件尺寸和形状上有多种选择，因此几乎可以将其集成到任何需要其工作能力的产品中。

.此外，TOP253PN 先进的功能集（包括可靠的电力系统控制能力）使其适用于各种应用，如电子电源中的配电网络 (PDN)。

 

简化设计流程

在设计中使用 TOP253PN 可以简化开发流程。有了准确的、经过制造商审核的 CAD 数据和信息，使用 TOP253PN 进行电源系统的设计和开发将变得更加高效

.这不仅节省了时间，还确保了设计过程符合可靠性和安全性的最高标准。

 

高效率和峰值功率输出

TOP253PN 集成离线切换器旨在提供高效率和显著的峰值功率。例如，集成了 TOP253PN 的电路可在满载时实现 82% 的标称效率，同时提供 20 W 的连续功率和 80 W 的峰值功率。

.这种高效率和峰值功率能力对于需要短时大功率而又不影响整体系统效率的应用来说至关重要。

 

客户支持和定制

Power Integrations 与客户密切合作，提供满足特定需求的定制解决方案。这种合作方式可确保客户在设计中优化 TOP253PN 的性能和集成度，从而生产出更好、更可持续的产品。

.公司对可持续产品和服务的承诺进一步增强了 TOP253PN 在全球市场的吸引力。

 

局限性

尽管集成电路 TOP253PN 具有很多优点，但它也面临着一些限制，这些限制影响了它在各个领域的性能和应用。其中一个重要限制与相同功率输出所需的变压器和电感器的物理尺寸有关。在断续导通模式（DCM）中，电感必须小得多，以便电流在下一个周期开始前降至零。电感值越小，电感电流的有效值和峰值就越高。因此，变压器必须更大，以适应更大的磁通波动，并有效控制铜和磁芯损耗。

.在空间有限的应用中，尺寸的增大可能会造成限制。此外，集成电路还需要一些外部元件才能有效运行，并防止各种电气异常。例如，肖特基二极管和串联电阻对于保护可控硅引脚免受可能损坏控制器的负瞬态电压影响至关重要。这些额外的元件增加了整个系统的成本和复杂性。此外，监管集成电路是确保系统电源在指定电压和时间窗口内运行不可或缺的部分，也会导致成本增加。这些成本不仅包括器件本身，还包括热管理、微控制器开销、用于安装和布线的印刷电路板面积，以及抑制瞬态电压所需的额外保护元件（如电容器）。另一个限制与处理过压条件有关。在线路浪涌期间，集成电路的过压功能会抑制开关，从而将高压耐受能力扩展到 700V。不过，这需要一个精心设计的缓冲电路来限制最大漏极电压，并管理变压器漏感中存储的能量。缓冲电路元件增加了设计的复杂性和成本。最后，该集成电路的典型最大占空比值为 78%，在某些条件下可降至 40%。这一限制可能会影响需要更高占空比的应用的性能。此外，超出电源电流的 CONTROL 引脚电流由并联稳压器管理，成为脉宽调制器的反馈电流，可能会给保持系统的精确控制和稳定性带来设计挑战。

 

与同类集成电路的比较

TOP253PN 集成电路凭借其先进的功能和高效率脱颖而出，在与其他电源管理集成电路 (PMIC) 的竞争中脱颖而出。与标准栅极驱动器集成电路不同，后者主要侧重于驱动电源应用中的功率 MOSFET

此外，TOP253PN 还提供集成度更高的解决方案，功能更强。这使它成为存在多种内部电压和外部电源的复杂电子系统配电的理想选择。与集成了单个电源相关功能的典型 PMIC 相比，TOP253PN 支持更高的集成度，从而提高了整体设计效率，缩小了解决方案的尺寸，并增强了散热性能。此外，TOP253PN 的设计还体现了 "智能功率 "器件的发展趋势，即在同一芯片上集成智能、模拟和功率功能。这种集成有助于整合半导体技术，在同一器件上实现模拟和数字功能，而这种功能在较简单的栅极驱动器集成电路中并不常见。此外，TOP253PN 在元件尺寸和形状方面的多功能性使其能够应用于多种产品，适合各种应用。与物理设计限制较多的其他 PMIC 相比，这种适应性是一个显著优势。消费电子、汽车、工业自动化和可再生能源领域的发展推动了对电源管理集成电路需求的增长，这凸显了 TOP253PN 功能的重要性。它在为重要电子元件供电方面发挥着关键作用，是电子设备电源管理不断发展的关键元件。

 

案例研究

电源管理集成电路（PMIC）在各行各业的应用和影响有目共睹，每个行业都有其独特的应用和优势。本节将深入探讨著名的案例研究，突出 PMIC 的多功能性和效率。

汽车行业

在汽车领域，PMIC 显著增强了车身电子模块的功能性和可靠性。这些模块现在经常采用智能电源开关来控制灯、LED、电磁阀和电机等负载，取代了传统的机械继电器。这一转变降低了机械噪音，缩小了模块尺寸，并提高了整体功能

.这些低成本、高效、安全、灵活、可靠、坚固和容错设备的开发，在吸取 12 V 系统经验教训的基础上，已扩展到满足卡车和公共汽车 24 V 系统的苛刻要求。

 

电源管理

PMIC 在电源管理中发挥着至关重要的作用，它能确保多个电源均衡分担负载。在使用单个负载分担电源的系统中，有必要使用外部控制器来防止任何单个电源承担大部分负载电流。例如，UC3902 控制器可调整并联电源的输出电压，以平衡它们的电流贡献，从而提高系统可靠性并减少热应力。

.此外，为数字逻辑电路（包括 FPGA、PLD、DSP 和微处理器）量身定制的开机配置文件可确保电源在不同工作状态下满足特定的电压和时序要求。

 

部署下一代 5G 网络

下一代 5G 网络的部署凸显了 PMIC 在电信领域的重要性。这些集成电路对于管理先进通信系统的复杂电源要求、确保能效以及支持 5G 技术的高速数据传输和连接需求至关重要。

.随着 5G 基础设施的不断扩展，PMIC 在优化功耗和保持系统稳定性方面的作用变得越来越重要。

 

消費性電子產品

在消费电子领域，由于手机、相机和掌上电脑等便携式设备的普及，PMIC 已成为不可或缺的设备。这些设备需要专门的电源管理解决方案，包括充电电路、保护集成电路、电池管理芯片和用于监控电池寿命的气压计。

.配电架构的发展，如中间总线架构（IBA），利用负载点（POL）转换器提供系统组件所需的各种电压和电流，展示了 PMIC 对现代电子需求的适应性。

制造商和供应情况

电源管理集成电路市场的主要参与者多种多样，促进了市场的增长和创新。市场上著名的制造商包括德州仪器公司（美国）、模拟器件公司（美国）、英飞凌科技公司（德国）、意法半导体公司（瑞士）、恩智浦半导体公司（荷兰）、瑞萨电子公司（日本）、安森美半导体公司（美国）、ROHM Co.(Ltd.（日本）、Power Integrations, Inc.（美国）、Dialog Semiconductor plc（英国）、Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation（日本）和 Microchip Technology Inc.）

.其中，Power Integrations, Inc. 因其专业设计和制造用于电源转换的高压集成电路而脱颖而出。Power Integrations 成立于 1988 年，总部位于加利福尼亚州圣何塞，提供包括集成电路、电容器和二极管在内的一系列电源转换解决方案。这些产品广泛应用于消费电子、照明、可再生能源和工业设备等领域。Power Integrations 以其在电源转换技术方面的专业知识而闻名，其创新产品已获得多项专利。公司致力于提供有助于减少碳排放和支持环境可持续发展的高能效解决方案。他们与客户密切合作，提供满足特定需求的定制解决方案，支持广泛的应用。其产品阵容包括 TOP253PN、TOP253EG、TOP253EN、TOP259YN、TOP259LN 等著名型号。这些元件对于各种电源管理应用至关重要，可通过全球众多分销商和供应商广泛供应。这些专用元件的供应确保了设计人员和工程师能够获得必要的工具来开发高效可靠的电源管理系统。除产品供应情况外，市场报告还详细分析了市场份额、最新发展、贸易法规、进出口动态以及本地化市场参与者的影响。这种全面的洞察力有助于了解竞争格局，发现新兴收入领域的增长机会。