模塊電源與應用

模塊電源
模塊電源是可以直接安裝在印刷電路板上使用的電源模塊，它可以用于數字或模擬負載的供電應用場合。

電源模塊化是開關電源的發展趨勢，其可以提高電源系統的工作可靠性、可用性、使用方便性，縮短電源的維修和維護時間，得到了越來越廣泛的應用。

而與模塊電源相關的技術包括集成電路的制造、封裝，高頻功率變換、數字化控制、全諧振高頻軟開關、同步整流、智能化控制、電磁兼容、功率因數校正、電源保護控制、并聯均流控制、脈寬調制等技術。

隨著半導體工藝和封裝技術的改進，高頻軟開關技術的大量應用，模塊電源的功率密度越做越高，模塊電源的功率變換效率也越來越高，體積越來越小，出現了芯片級的模塊電源。

世界電源市場的分布
1按品牌劃分
據2007年在美國舉辦的APEC（應用功率電子會議）會議給出的有關數據指出，全球電源市場按品牌劃分如圖1所示（資料來源：2007APEC會議IMS調研機構給出的有關數據（2005年全球電源市場按品牌所占的市場份額%劃分））。

圖1 按品牌世界電源市場的劃分

① 有6家臺灣企業，2家日本企業（含TDK-Lambda），2家美國企業，1家歐洲企業名列前位；

② 第15大電源企業的年收入約為200M$；

③ 目前中國大陸還沒有年收入大于50M$的電源企業。

2 按功率半導體器件市場分布劃分
全球功率半導體器件市場分布(資料來源：2007-APEC-IMS)（2005年全球的市場分布（分立元件+模塊）%）如圖2所示。

圖2 全球功率半導體器件市場分布

①由圖2可以看出有4家美國廠商名列前位；

②20強企業中沒有臺灣企業和中國大陸企業參與；

③從全球的角度而言臺灣企業（如Lite-On，Panjit，Taiwan Semi，DC Components）的規模還是偏小；

④目前中國大陸企業的規模還是偏小。

模塊開關電源設計中的挑戰
1提高開關電源的工作效率

① 降低功率開關管的開關損耗；

② 最大限度地降低磁性元器件的功率損耗（例如，開關變壓器的磁芯損耗、近場效應損耗、線圈損耗和渦流損耗等）。

2提高模塊開關電源系統的工作可靠性

3降低模塊開關電源系統的造價

4更高的功率密度
提高模塊開關電源產品的功率密度，可以從以下三個方面入手。一是采用先進的電路拓撲和功率變換技術，提高模塊開關電源產品的工作效率，降低模塊開關電源產品的損耗；二是減小模塊開關電源產品的各部件體積并采用緊湊型工藝結構；三是改進模塊開關電源產品的熱設計，使在高功率密度條件下模塊開關電源產品能很好的散熱。

5更快的控制環路響應等
模塊開關電源的優點和主要技術指標

1模塊開關電源主要有以下優點
①使用靈活、簡單和方便；

②縮短了電源的開發周期；

③模塊開關電源由于采用全自動化生產和高科技生產技術，因此模塊開關電源的品質穩定、工作可靠；

④模塊開關電源的應用范圍廣，可廣泛應用于電信、自動控制、儀器儀表、發電配電、家用電器、冶金礦山、機車、艦船、軍工兵器、航空航天和科學實驗等領域，尤其在高可靠和高技術領域模塊開關電源發揮著的重要作用。

2 模塊開關電源的常用技術指標
模塊開關電源常用技術指標有最大輸出功率、輸出電壓精度、源電壓效應、負載效應、溫度系數、輸出紋波與噪聲、輸入反射紋波電流、輸入共模噪聲電流、輸出電壓調節范圍、保護特性及工作效率等。

當今模塊開關電源設計面臨的挑戰

1功率密度和模塊開關電源的散熱

2低電壓、大電流輸出

3更為復雜的電源管理需求

①電源的排序/跟蹤；
②輸出電壓范圍；
③電源的監控；
④電源系統的故障監測、響應和保護等。

導致模塊開關電源工作效率低的主要因素
模塊開關電源的損耗