中心議題：

• 模塊電源的應用過程

解決方案：

• 用先進的電路拓撲和功率變換技術
• 降低模塊開關電源產品的損耗
• 改進模塊開關電源產品的熱設計

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

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。

①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）。

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。
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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4bufen。erzaididianyadadianliushuchudeyingyongchanghe，zhengliusunhaohexianluchuandaosunhaozhanyoujiaodadebizhong

，shuchudianyayuedi，shuchudianliuyueda
，zezhengliusunhaohexianluchuandaosunhaozhanmokuaikaiguandianyuanzongsunhaodebizhongyueda。

(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(da)0.5～0.6V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)。

(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500kHzzuoyouhuogenggao

，putongcixincailiaodesunhaohenda

，cixinhenrongyiguoreercibaohe，yizhiwufazhengchanggongzuo，suoyizaimokuaikaiguandianyuanzhongbixuxuanyongcitexingyouliangdegaopincixincailiao。
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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。

同(tong)時(shi)，模(mo)塊(kuai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)繞(rao)組(zu)的(de)設(she)計(ji)也(ye)很(hen)重(zhong)要(yao)，高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)繞(rao)組(zu)不(bu)僅(jin)對(dui)銅(tong)損(sun)有(you)影(ying)響(xiang)
，而(er)且(qie)關(guan)係(xi)到(dao)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)繞(rao)組(zu)間(jian)的(de)耦(ou)合(he)
，對(dui)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)鐵(tie)損(sun)也(ye)有(you)影(ying)響(xiang)
，高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)設(she)計(ji)和(he)製(zhi)作(zuo)對(dui)模(mo)塊(kuai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)有(you)很(hen)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)。

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；