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差模电感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 降低功率电感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,尤其在高频电感器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低电压插件电感、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
大功率模块开关电源的损耗主要有高频开关损耗、高频变压器损耗、整流损耗和线路传导损耗4部分。而在低电压大电流输出的应用场合,整流损耗和线路传导损耗占有较大的比重,输出电压越低,输出电流越大,则整流损耗和线路传导损耗占模块开关电源总损耗的比重越大。
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