模块电源与应用

模块电源
模块电源是可以直接安装在印刷电路板上使用的电源模块，它可以用于数字或模拟负载的供电应用场合。

电源模块化是开关电源的发展趋势，其可以提高电源系统的工作可靠性、可用性、使用方便性，缩短电源的维修和维护时间，得到了越来越广泛的应用。

而与模块电源相关的技术包括集成电路的制造、封装，高频功率变换、数字化控制、全谐振高频软开关、同步整流、智能化控制、电磁兼容、功率因数校正、电源保护控制、并联均流控制、脉宽调制等技术。

随着半导体工艺和封装技术的改进，高频软开关技术的大量应用，模块电源的功率密度越做越高，模块电源的功率变换效率也越来越高，体积越来越小，出现了芯片级的模块电源。

世界电源市场的分布
1按品牌划分
据2007年在美国举办的APEC（应用功率电子会议）会议给出的有关数据指出，全球电源市场按品牌划分如图1所示（资料来源：2007APEC会议IMS调研机构给出的有关数据（2005年全球电源市场按品牌所占的市场份额%划分））。

图1 按品牌世界电源市场的划分

① 有6家台湾企业，2家日本企业（含TDK-Lambda），2家美国企业，1家欧洲企业名列前位；

② 第15大电源企业的年收入约为200M$；

③ 目前中国大陆还没有年收入大于50M$的电源企业。

2 按功率半导体器件市场分布划分
全球功率半导体器件市场分布(资料来源：2007-APEC-IMS)（2005年全球的市场分布（分立元件+模块）%）如图2所示。

图2 全球功率半导体器件市场分布

①由图2可以看出有4家美国厂商名列前位；

②20强企业中没有台湾企业和中国大陆企业参与；

③从全球的角度而言台湾企业（如Lite-On，Panjit，Taiwan Semi，DC Components）的规模还是偏小；

④目前中国大陆企业的规模还是偏小。

模块开关电源设计中的挑战
1提高开关电源的工作效率

① 降低功率开关管的开关损耗；

② 最大限度地降低磁性元器件的功率损耗（例如，开关变压器的磁芯损耗、近场效应损耗、线圈损耗和涡流损耗等）。

2提高模块开关电源系统的工作可靠性

3降低模块开关电源系统的造价

4更高的功率密度
提高模块开关电源产品的功率密度，可以从以下三个方面入手。一是采用先进的电路拓扑和功率变换技术，提高模块开关电源产品的工作效率，降低模块开关电源产品的损耗；二是减小模块开关电源产品的各部件体积并采用紧凑型工艺结构；三是改进模块开关电源产品的热设计，使在高功率密度条件下模块开关电源产品能很好的散热。

5更快的控制环路响应等
模块开关电源的优点和主要技术指标

1模块开关电源主要有以下优点
①使用灵活、简单和方便；

②缩短了电源的开发周期；

③模块开关电源由于采用全自动化生产和高科技生产技术，因此模块开关电源的品质稳定、工作可靠；

④模块开关电源的应用范围广，可广泛应用于电信、自动控制、仪器仪表、发电配电、家用电器、冶金矿山、机车、舰船、军工兵器、航空航天和科学实验等领域，尤其在高可靠和高技术领域模块开关电源发挥着的重要作用。

2 模块开关电源的常用技术指标
模块开关电源常用技术指标有最大输出功率、输出电压精度、源电压效应、负载效应、温度系数、输出纹波与噪声、输入反射纹波电流、输入共模噪声电流、输出电压调节范围、保护特性及工作效率等。

当今模块开关电源设计面临的挑战

1功率密度和模块开关电源的散热

2低电压、大电流输出

3更为复杂的电源管理需求

①电源的排序/跟踪；
②输出电压范围；
③电源的监控；
④电源系统的故障监测、响应和保护等。

导致模块开关电源工作效率低的主要因素
模块开关电源的损耗