電源模塊設計面臨的挑戰及未來的發展趨勢

電源模塊是開關電源的一個發展趨勢，隨著電源技術的發展，使開關電源實現模塊化成為可能。電源在系統設計中非常重要，因為電源如果不好就會導致電子設備系統的不穩定。下面來探討下電源模塊的設計，及對未來發展趨勢進行簡要分析。

近年來，電源模塊的需求持續向高功率密度、高效率和高電流低電壓方向發展。隔離模塊的設計主要還是采用單端反激、單端正激、正反激組合、推挽、橋式變換等傳統的電路拓撲，非隔離模塊采用BUCK、BOOST等。關于高效率方面，為了提高效率可以結合各種軟開關技術，包括無源無損軟開關技術、有源軟開關技術，如ZVS/ZCS諧振、準諧振、恒頻零開關技術、零電壓、零電流轉換技術及同步整流技術等。關于大電流方面，為了提高輸出電流可采用多相變換。

除了在研發新元件、新技術之外，對于如何組合及優化現有的這些技術，從而實現高功率密度和高效率也是模塊電源設計的主要挑戰。以磚電源模塊為例，當前主流是1/8磚電源模塊，要進一步在1/16磚電源模塊產品上進一步優化，必須進一步提高效率。

還有就是電源產品從1/8磚到1/16磚的改變不僅僅是一個體積的問題，一個產品的改變是涉及很多方面的。高功率密度對研發、生產工藝、質量保證等提出了更高的要求，如何在減小產品體積的同時，又可以保持大功率輸出是一個難度很大的挑戰。

目前電源模塊已經做到很小型化了，但是能不能做到更小，這是對工藝和系統設計的極大挑戰。在一些系統設計里，對模塊高度是有限制的，傳統的電源模塊顯然不能滿足要求。因此，把產品做薄，讓每個參數都有一款薄型的電源出現也是一個重大挑戰。

在大電流方面，過去因為產品太小，而電流太大，這是難以實現的。但是隨著技術的發展，很多廠家都推出了大電流產品，并且體積也越來越小。在EMI方面，因為電子設備應用廣泛，干擾日漸嚴重，為了減小系統的噪音和干擾，高EMI是必須要提高的。

在提升效率節能降耗方面，從一個電路上來講，有兩方面的損耗需考慮，一個是MOS管開關損耗，一個是電感作為儲能器件有電池轉換的效率，這兩部分的損耗讓你沒辦法逾越傳統電源上的弊端，效率很難做到94%以上。因為你的MOS管不是理想開關，電感也不是理想電感，一定會有損耗產生。未來，產品尺寸外形、效率、EMI是電源發展面臨的首要挑戰。

隨著電子設備向著小型化發展，通常留給模塊電源的空間十分有限，甚至有些系統是封閉式的。因此，散熱成為了首先需要考慮的問題。提高電源效率、降低熱損耗關系到電源模塊穩定運行，影響到整個系統的可靠工作。

在鐵路、醫療、軍工等領域，需求越來越大，因為涉及到公共交通、人身安全等問題，首先考慮是模塊的高可靠性、工作安全性等要求。電源模塊必須在劇烈震動或惡劣的環境下仍然能夠長期正常工作，不容許有任何出錯。這對國內電源模塊廠家的技術開發及生產工藝是一個挑戰，不管是開發還是生產線都要非常可靠。

電源的排序與跟蹤技術，在傳統上設計師一直是建設單獨板載電路來處理電壓排序問題，使用了很多組件和占用了很大的空間。現在一些電源制造商已經將這技術集成在芯片或模塊內，以使系統設計人員更易于完成設計。

伴隨著半導體工藝技術的不斷進步，PCB板上的芯片和元器件功能更高、運行速度更快、體積更小，驅使電源管理IC提供更低更精準的電壓、更大的電流、更嚴格的電壓反饋精度、更高的效率性能。另一方面，電源管理IC應用領域不斷擴張和深入，實現更優異的控制功能、更智能的控制環路、更快速的動態響應特性、更簡化的外圍布局設計。所以簡化設計，數字化、模塊化、智能化電源IC是必然的發展趨勢。

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