中心議題：

• 世界電源市場的分布
• 模塊開關電源設計中的挑戰

解決方案：

• 提高模塊開關電源係統的工作可靠性
• 降低模塊開關電源係統的造價
• 更高的功率密度

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，它可以用於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，其可以提高電源係統的工作可靠性、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製造
、封裝，高頻功率變換、數字化控製、全諧振高頻軟開關
、同步整流、智能化控製、電磁兼容、功率因數校正、電源保護控製
、並聯均流控製

、脈寬調製等技術。

隨(sui)著(zhe)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)藝(yi)和(he)封(feng)裝(zhuang)技(ji)術(shu)的(de)改(gai)進(jin)，高(gao)頻(pin)軟(ruan)開(kai)關(guan)技(ji)術(shu)的(de)大(da)量(liang)應(ying)用(yong)，模(mo)塊(kuai)電(dian)源(yuan)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)越(yue)做(zuo)越(yue)高(gao)，模(mo)塊(kuai)電(dian)源(yuan)的(de)功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)效(xiao)率(lv)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，體(ti)積(ji)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)，出(chu)現(xian)了(le)芯(xin)片(pian)級(ji)的(de)模(mo)塊(kuai)電(dian)源(yuan)。

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家台灣企業，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於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強企業中沒有台灣企業和中國大陸企業參與；

③從全球的角度而言台灣企業（如Lite-On，Panjit，TaiwanSemi
，DCComponents）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）。
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2提高模塊開關電源係統的工作可靠性

3降低模塊開關電源係統的造價

4更高的功率密度

提ti高gao模mo塊kuai開kai關guan電dian源yuan產chan品pin的de功gong率lv密mi度du，可ke以yi從cong以yi下xia三san個ge方fang麵mian入ru手shou。一yi是shi采cai用yong先xian進jin的de電dian路lu拓tuo撲pu和he功gong率lv變bian換huan技ji術shu
，提ti高gao模mo塊kuai開kai關guan電dian源yuan產chan品pin的de工gong作zuo效xiao率lv，降jiang低di模mo塊kuai開kai關guan電dian源yuan產chan品pin的de損sun耗hao
；二是減小模塊開關電源產品的各部件體積並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更快的控製環路響應等

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模塊開關電源由於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範圍廣，可廣泛應用於電信、自動控製
、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。

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
、溫度係數
、輸出紋波與噪聲、輸入反射紋波電流
、輸入共模噪聲電流、輸出電壓調節範圍、保護特性及工作效率等。
當今模塊開關電源設計麵臨的挑戰

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更為複雜的電源管理需求

①電源的排序/跟蹤；
②輸出電壓範圍；
③電源的監控；
④電源係統的故障監測、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

大功率模塊開關電源的損耗主要有高頻開關損耗、高頻變壓器損耗、整流損耗和線路傳導損耗4部bu分fen。而er在zai低di電dian壓ya大da電dian流liu輸shu出chu的de應ying用yong場chang合he，整zheng流liu損sun耗hao和he線xian路lu傳chuan導dao損sun耗hao占zhan有you較jiao大da的de比bi重zhong，輸shu出chu電dian壓ya越yue低di
，輸shu出chu電dian流liu越yue大da，則ze整zheng流liu損sun耗hao和he線xian路lu傳chuan導dao損sun耗hao占zhan模mo塊kuai開kai關guan電dian源yuan總zong損sun耗hao的de比bi重zhong越yue大da。

(2）整流二極管的損耗與同步整流

在zai傳chuan統tong的de整zheng流liu中zhong采cai用yong二er極ji管guan整zheng流liu
，而er在zai低di電dian壓ya輸shu出chu條tiao件jian下xia一yi般ban采cai用yong肖xiao特te基ji二er極ji管guan整zheng流liu

，肖xiao特te基ji二er極ji管guan和he其qi他ta整zheng流liu二er極ji管guan相xiang比bi具ju有you開kai關guan速su度du快kuai
，正zheng向xiang電dian壓ya降jiang低di的de優you點dian，但dan是shi肖xiao特te基ji二er極ji管guan的de正zheng向xiang電dian壓ya降jiang和he整zheng流liu輸shu出chu電dian流liu的de大da小xiao有you關guan，整zheng流liu輸shu出chu電dian流liu越yue大da則ze正zheng向xiang電dian壓ya降jiang越yue大da
，有you可ke能neng高gao達da0.5～0.6V或更大，並且肖特基二極管的反向漏電流較大。

而同步整流技術利用導通電阻小，低耐電壓的場效應管（MOSFET）來代替普通整流二極管。由於同步整流MOSFET具有導通電阻低（一般隻有幾mΩ）
、阻斷時漏電流小、開(kai)關(guan)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)高(gao)的(de)特(te)點(dian)，可(ke)以(yi)極(ji)大(da)的(de)減(jian)小(xiao)電(dian)源(yuan)整(zheng)流(liu)部(bu)分(fen)的(de)功(gong)耗(hao)，使(shi)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)明(ming)顯(xian)得(de)到(dao)提(ti)高(gao)，但(dan)是(shi)在(zai)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)中(zhong)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)的(de)實(shi)現(xian)要(yao)比(bi)二(er)極(ji)管(guan)整(zheng)流(liu)要(yao)複(fu)雜(za)些(xie)。在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)低(di)電(dian)壓(ya)大(da)電(dian)流(liu)輸(shu)出(chu)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)，同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)技(ji)術(shu)有(you)著(zhe)很(hen)好(hao)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。
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(3）磁性元器件的損耗

變壓器損耗也是模塊開關電源損耗的重要部分
，變壓器損耗主要有鐵損和銅損。鐵損是指由由變壓器的材料
、形狀、工藝結構等有關因素而引起的高頻損耗，銅損是指由變壓器繞組線路而引起的傳導損耗，為了減小變壓器的鐵損，應選擇高頻特性好、高頻損耗小、磁芯結構形狀合理、結構緊湊的磁芯材料。

同時為了減小模塊開關電源的體積，應盡力提高模塊開關電源的開關工作頻率
，如要提高到500kHz左(zuo)右(you)或(huo)更(geng)高(gao)，普(pu)通(tong)磁(ci)芯(xin)材(cai)料(liao)的(de)損(sun)耗(hao)很(hen)大(da)，磁(ci)芯(xin)很(hen)容(rong)易(yi)過(guo)熱(re)而(er)磁(ci)飽(bao)和(he)，以(yi)至(zhi)無(wu)法(fa)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，所(suo)以(yi)在(zai)模(mo)塊(kuai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)必(bi)須(xu)選(xuan)用(yong)磁(ci)特(te)性(xing)優(you)良(liang)的(de)高(gao)頻(pin)磁(ci)芯(xin)材(cai)料(liao)。

磁ci性xing元yuan器qi件jian的de尺chi寸cun大da小xiao和he開kai關guan工gong作zuo頻pin率lv有you密mi切qie關guan係xi
，在zai磁ci性xing元yuan器qi件jian允yun許xu的de工gong作zuo頻pin率lv範fan圍wei內nei，磁ci性xing元yuan器qi件jian的de尺chi寸cun和he開kai關guan工gong作zuo頻pin率lv成cheng反fan比bi，要yao想xiang減jian小xiao模mo塊kuai開kai關guan電dian源yuan高gao頻pin開kai關guan變bian壓ya器qi和he電dian感gan等deng磁ci性xing元yuan器qi件jian的de體ti積ji，需xu提ti高gao開kai關guan工gong作zuo頻pin率lv。

tongshi，mokuaikaiguandianyuanzhonggaopinkaiguanbianyaqiraozudeshejiyehenzhongyao
，gaopinkaiguanbianyaqideraozubujinduitongsunyouyingxiang，erqieguanxidaogaopinkaiguanbianyaqiraozujiandeouhe，duigaopinkaiguanbianyaqidetiesunyeyouyingxiang，gaopinkaiguanbianyaqideshejihezhizuoduimokuaikaiguandianyuandegongzuoxingnengyouhendadeyingxiang。
模塊開關電源的發展趨勢
模塊開關電源的以下幾個發展動向值得注意。

●功率密度越來越高，低電壓（例如，輸出電壓低於3.3V或更低）、大電流輸出。同時模塊開關電源的瞬時負載動態響應特性要快；

●使用的高可靠性
，工作安全性要求越來越高；

●工作效率越來越高（例如美國能源之星的有關要求）；

美國能源之星對電源有載、空載工作模式下的工作效率和EcosConsulting製定的80Plus有關工作效率要求分別如表1、表2和表3所示。





可見對電源的工作效率要求越來越高。而要實現以上的有關技術要求，隻有在電路拓撲、性能更為優秀的元器件、封裝
、散熱
、有關控製集成電路的生產和電路加工製造技術等方麵進行改進。

●模塊開關電源的設計日趨標準化
，控製電路越來越多的采用數字控製方式；

●kaiguangongzuopinlvyuelaiyuegao，zheyangmokuaikaiguandianyuandedongtaixiangyingcainengkuai


，zheyeshijianxiaomokuaikaiguandianyuantijidezhongyaotujing。liru，xiaogonglvmokuaikaiguandianyuandekaiguangongzuopinlvyiyouxianzaide200～500kHz提高到1MHz以上，但是
，模塊開關電源的高頻化又會產生如開關損耗以及無源元器件的損耗增大

，高頻寄生參數以及高頻EMI等新問題。

開關電源一般的PWM開關控製方式均為硬開關，PWM硬開關過程中產生的dv/dt和di/dt都比較大，因而開關損耗大、衝擊大，功率開關管結溫高

、工作壽命短。而采用ZVS（零電壓開關）或ZCS（零電流開關）開kai關guan可ke以yi使shi功gong率lv開kai關guan的de過guo程cheng更geng為wei平ping滑hua，損sun耗hao和he衝chong擊ji更geng小xiao，因yin而er可ke以yi降jiang低di功gong率lv開kai關guan管guan的de結jie溫wen，極ji大da地di提ti高gao開kai關guan電dian源yuan的de工gong作zuo壽shou命ming。另ling外wai
，高gao頻pin開kai關guan本ben身shen也ye是shi模mo塊kuai開kai關guan電dian源yuan中zhong一yi個ge主zhu要yao的de噪zao聲sheng源yuan
，大da的dedv/dt和di/dt都會產生較大的噪聲，采用軟開關技術後
，大大減小了dv/dt和di/dt

，模塊開關電源本身也獲得了較好的電磁兼容性（EMC）。

為提高模塊開關電源功率密度
，軟開關和同步整流技術引起了廣泛的關注，業界先後提出了諧振變換器、準諧振變換器、零開關PWM變換器、零轉換PWM變換器等多種軟開關技術。零開關PWM變換器利用諧振實現換相，換相完畢後仍采用PWM工作方式


，從而既能克服硬開關PWM在開關過程中的缺陷，又能保留硬開關PWM變(bian)換(huan)器(qi)的(de)低(di)穩(wen)態(tai)損(sun)耗(hao)和(he)低(di)穩(wen)態(tai)應(ying)力(li)的(de)優(you)點(dian)，極(ji)大(da)的(de)降(jiang)低(di)了(le)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)管(guan)上(shang)的(de)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)。同(tong)時(shi)，由(you)於(yu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)發(fa)展(zhan)，使(shi)模(mo)塊(kuai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)開(kai)關(guan)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)大(da)為(wei)提(ti)高(gao)
，一(yi)般(ban)PWM開關技術也可以工作在500kHz以上，極大的降低了磁性元器件的體積
，提高了模塊開關電源的功率密度。