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电源模块设计面临的挑战及未来的发展趋势

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2021-01-08 浏览:-

电源模块设计面临的挑战及未来的发展趋势

电源模块

电源模块是开关电源的一个发展趋势,随着电源技术的发展,使开关电源实现模块化成为可能。电源在系统设计中非常重要,因为电源如果不好就会导致电子设备系统的不稳定。下面来探讨下电源模块的设计,及对未来发展趋势进行简要分析。

近年来,电源模块的需求持续向高功率密度、高效率和高电流低电压方向发展。隔离模块的设计主要还是采用单端反激、单端正激、正反激组合、推挽、桥式变换等传统的电路拓扑,非隔离模块采用BUCK、BOOST等。关于高效率方面,为了提高效率可以结合各种软开关技术,包括无源无损软开关技术、有源软开关技术,如ZVS/ZCS谐振、准谐振、恒频零开关技术、零电压、零电流转换技术及同步整流技术等。关于大电流方面,为了提高输出电流可采用多相变换。

除了在研发新元件、新技术之外,对于如何组合及优化现有的这些技术,从而实现高功率密度和高效率也是模块电源设计的主要挑战。以砖电源模块为例,当前主流是1/8砖电源模块,要进一步在1/16砖电源模块产品上进一步优化,必须进一步提高效率。

还有就是电源产品从1/8砖到1/16砖的改变不仅仅是一个体积的问题,一个产品的改变是涉及很多方面的。高功率密度对研发、生产工艺、质量保证等提出了更高的要求,如何在减小产品体积的同时,又可以保持大功率输出是一个难度很大的挑战。

目前电源模块已经做到很小型化了,但是能不能做到更小,这是对工艺和系统设计的极大挑战。在一些系统设计里,对模块高度是有限制的,传统的电源模块显然不能满足要求。因此,把产品做薄,让每个参数都有一款薄型的电源出现也是一个重大挑战。

在大电流方面,过去因为产品太小,而电流太大,这是难以实现的。但是随着技术的发展,很多厂家都推出了大电流产品,并且体积也越来越小。在EMI方面,因为电子设备应用广泛,干扰日渐严重,为了减小系统的噪音和干扰,高EMI是必须要提高的。

在提升效率节能降耗方面,从一个电路上来讲,有两方面的损耗需考虑,一个是MOS管开关损耗,一个是电感作为储能器件有电池转换的效率,这两部分的损耗让你没办法逾越传统电源上的弊端,效率很难做到94%以上。因为你的MOS管不是理想开关,电感也不是理想电感,一定会有损耗产生。未来,产品尺寸外形、效率、EMI是电源发展面临的首要挑战。

随着电子设备向着小型化发展,通常留给模块电源的空间十分有限,甚至有些系统是封闭式的。因此,散热成为了首先需要考虑的问题。提高电源效率、降低热损耗关系到电源模块稳定运行,影响到整个系统的可靠工作。

在铁路、医疗、军工等领域,需求越来越大,因为涉及到公共交通、人身安全等问题,首先考虑是模块的高可靠性、工作安全性等要求。电源模块必须在剧烈震动或恶劣的环境下仍然能够长期正常工作,不容许有任何出错。这对国内电源模块厂家的技术开发及生产工艺是一个挑战,不管是开发还是生产线都要非常可靠。

电源的排序与跟踪技术,在传统上设计师一直是建设单独板载电路来处理电压排序问题,使用了很多组件和占用了很大的空间。现在一些电源制造商已经将这技术集成在芯片或模块内,以使系统设计人员更易于完成设计。

伴随着半导体工艺技术的不断进步,PCB板上的芯片和元器件功能更高、运行速度更快、体积更小,驱使电源管理IC提供更低更精准的电压、更大的电流、更严格的电压反馈精度、更高的效率性能。另一方面,电源管理IC应用领域不断扩张和深入,实现更优异的控制功能、更智能的控制环路、更快速的动态响应特性、更简化的外围布局设计。所以简化设计,数字化、模块化、智能化电源IC是必然的发展趋势。

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