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電源模塊的設計及發展趨勢

鉅大LARGE  |  點擊量:41次  |  2020年08月29日  

摘要
電源模塊是開關電源的一個發展趨勢,隨著電源技術的發展,使開關電源實現模塊化成為可能。電源在系統設計中非常重要,因為電源如果不好就會導致電子設備系統的不穩定。下面來探討下電源模塊的設計,及對未來發展趨勢

電源模塊是開關電源的一個發展趨勢,隨著電源技術的發展,使開關電源實現模塊化成為可能。電源在系統設計中非常重要,因為電源假如不好就會導致電子設備系統的不穩定。下面來探討下電源模塊的設計,及對未來發展趨勢進行簡要分析。


近年來,電源模塊的需求持續向高功率密度、高效率和高電流低電壓方向發展。隔離模塊的設計重要還是采用單端反激、單端正激、正反激組合、推挽、橋式變換等傳統的電路拓撲,非隔離模塊采用BUCK、BOOST等。有關高效率方面,為了提高效率可以結合各種軟開關技術,包括無源無損軟開關技術、有源軟開關技術,如ZVS/ZCS諧振、準諧振、恒頻零開關技術、零電壓、零電流轉換技術及同步整流技術等。有關大電流方面,為了提高輸出電流可采用多相變換。


除了在研發新元件、新技術之外,關于如何組合及優化現有的這些技術,從而實現高功率密度和高效率也是模塊電源設計的重要挑戰。以磚電源模塊為例,當前主流是1/8磚電源模塊,要進一步在1/16磚電源模塊產品上進一步優化,必須進一步提高效率。


還有就是電源產品從1/8磚到1/16磚的改變不僅僅是一個體積的問題,一個產品的改變是涉及很多方面的。高功率密度對研發、生產工藝、質量保證等提出了更高的要求,如何在減小產品體積的同時,又可以保持大功率輸出是一個難度很大的挑戰。


目前電源模塊已經做到很小型化了,但是能不能做到更小,這是對工藝和系統設計的極大挑戰。在一些系統設計里,對模塊高度是有限制的,傳統的電源模塊顯然不能滿足要求。因此,把產品做薄,讓每個參數都有一款薄型的電源出現也是一個重大挑戰。


在大電流方面,過去因為產品太小,而電流太大,這是難以實現的。但是隨著技術的發展,很多廠家都推出了大電流產品,并且體積也越來越小。在EMI方面,因為電子設備應用廣泛,干擾日漸嚴重,為了減小系統的噪音和干擾,高EMI是必須要提高的。


在提升效率節能降耗方面,從一個電路上來講,有兩方面的損耗需考慮,一個是MOS管開關損耗,一個是電感作為儲能器件有電池轉換的效率,這兩部分的損耗讓你沒辦法逾越傳統電源上的弊端,效率很難做到94%以上。因為你的MOS管不是理想開關,電感也不是理想電感,一定會有損耗出現。未來,產品尺寸外形、效率、EMI是電源發展面對的首要挑戰。


隨著電子設備向著小型化發展,通常留給模塊電源的空間十分有限,甚至有些系統是封閉式的。因此,散熱成為了首先要考慮的問題。提高電源效率、降低熱損耗關系到電源模塊穩定運行,影響到整個系統的可靠工作。


在鐵路、醫療、軍工等領域,需求越來越大,因為涉及到公共交通、人身安全等問題,首先考慮是模塊的高可靠性、工作安全性等要求。電源模塊必須在劇烈震動或惡劣的環境下仍然能夠長期正常工作,不容許有任何出錯。這對國內電源模塊廠家的技術開發及生產工藝是一個挑戰,不管是開發還是生產線都要非??煽?。


電源的排序與跟蹤技術,在傳統上設計師一直是建設單獨板載電路來處理電壓排序問題,使用了很多組件和占用了很大的空間?,F在一些電源制造商已經將這技術集成在芯片或模塊內,以使系統設計人員更易于完成設計。


伴隨著半導體工藝技術的不斷進步,pCB板上的芯片和元器件功能更高、運行速度更快、體積更小,驅使電源管理IC供應更低更精準的電壓、更大的電流、更嚴格的電壓反饋精度、更高的效率性能。另一方面,電源管理IC應用領域不斷擴張和深入,實現更優異的控制功能、更智能的控制環路、更快速的動態響應特性、更簡化的外圍布局設計。所以簡化設計,數字化、模塊化、智能化電源IC是必然的發展趨勢。


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