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浅谈电源模块发展的开发设计要点
2017-4-8 9:57:38      点击:

      模块电源的薄型化、模块化、标准化并以积木的体例进行组合的电路拓扑结构得到了日益广泛的应用。如何敏捷推出高品质、高可靠性、低成本的模块电源以进步产品竞争力,还需要我们持续不断的在电路、物料、生产工艺等多方面的提升突破。

  在咱们国家有模块电源研发生产公司大概有上百家甚至几百家,主要是以小型企业和私营企业为主,整体来说竞争力不是很大,行业集中较低,在电源市场能够排名进入前10的开关电源厂家市场的占有率也是不到60%的,而且大多数的都是我们熟知的国际品牌,国内的品牌较少。特别是在中低端的模块电源市场来看,这个行业基本表现的是完全的竞争现状。在高端的电源市场,受对应的技术、工艺等方面的制约,市场集中度很高,市场的份额也就被领先的国际品牌公司所占据。作为中国企业,要想中低端市场保持有力竞争,或进军高端市场与国际品牌刮分市场份额,是每一个业界人士都关注的课题。以下将从多个侧面浅析DC-DC模块电源的发展趋势,并对热点题目进行探究。

  l 产品思路的变革

  如今国内市场的竞争,不再完全是产品品质性能的竞争,已开始向产品价格竞争优势的转变,则电路设计、物料选型、生产工艺等多方面的不断创新突破就要放在首要位置,寻求更简洁、更新颖、成本更低的方案,如果还是墨守成规,紧随竞争对手其后,那只会利润越来越低,最终被淘汰出局。且在新形势社会下,已不再完全是大鱼吃小鱼,更多是快鱼吃慢鱼的形态了,如果你发现一个新市场不去快速抢占,则很快被对手抢占先机让你变得非常被动,甚至无法渗入直接放弃;如果你发现一个新电路而不去申请保护,很快你就要面临重新设计方案或花费高额使用权而烦恼。

  l 电路的创新设计

  电源模块的电路方案已越趋于成熟,针对不同的电源模块性能需求,所选的电路方案也已基本固定成型,要使产品鹤立鸡群,就必须得在设计电路上要舍得投入研究突破,如无损电路、软开关、新式电路等,像有一种新式变换器“开关电容变换器”,省去了磁芯变压器,产品的体积就可以设计得非常小。或者说,在不失产品性能的前提下,电路还要化繁为简,降低产品成本,优化电路参数,提升性能和可靠性。都说产品的品质是设计出来的,产品的生产工艺设计一定要考虑可生产性,更要满足可自动化生产,尽量避免人工的参入,一切人参入的工序都是质量无法保证,成本高昂。

  图1 降压型的开关电容变换器拓扑

  l 电子物料的革新使用

  当今社会科技的发展是日新月异,电子元器件的更新换代的时间越来越短,时刻有一些高技术、小型化、低功耗、高集成低成本的物料踊跃市场,让电源模块产品可以设计得更高功率密度、更高性能品质,成本亦能更低。例如,当前片式阻容元件的主流产品的尺寸是0603型、0402型,正朝着外形尺寸更小的0201型和01005型方向发展,像106K贴片陶瓷电容已做到0805封装;SO-8封装IC的引线绑定工艺改成套装工艺技术,可设计成TSOT23-8更小封装,功耗低散热好,功率密度反而提升了2倍以上;和碳化硅二极管(SiC)的极短正向恢复和反向恢复时间、缺少正向恢复和反向恢复电荷特性,使得物料更小封装尺寸,效率更高,产品设计更加紧凑。

  以及隔离反激式DCDC模块电源设计所用的PWM控制芯片,国内企业基本还是采用2843或3843等非常成熟普遍的系列芯片,然而这些芯片的功能已远远跟不上模块电源的发展需求,功能齐全、高功率密度、低成本、高电磁兼容性能是模块电源的必然发展趋势。所以一些二度集成和封装等新技术就油然而生,将一些外围功能电路全集成在芯片中,甚至包含主功率器件,如斜率补偿、欠压保护、短路保护、远程控制和开关管等,构成功能完美、外围器件极少和成本极低的集成芯片或模块,或是直接购置裸芯片,经组装成功能模块后封装,焊接于印制板上,然后键合。这也是当下的研究热点,国内主流企业和国际品牌,还有一些IC公司都已投入大量的人力和财力往这个方向去设计开发物料。像在小功率方面,现在很多IC公司(如TI)涉足电源行业,他们致力于将小功率电源封装成IC,然后自己生产、销售模块电源,成本则可以做得非常低,这将会给电源企业非常大的冲击,到时不得不低声下气的找IC公司合作,这也许是模块电源的发展趋势吧。


  l 电磁兼容与认证要求

  目前国际上已建立了完美的电磁兼容标准与认证系统,国际产品的电磁兼容和安规认证都有严格的设计要求通过,并作为重要关键性能要求,而我国产品还没开始对此重视,趋于电磁兼容性能的测试和安规认证的巨额成本,小企业无法承受,中企业的不舍投入,或者说产品国内客户端的无明确要求推动,导致我国产品始终无法与国际产品媲美,无法销售国外市场,因为电磁兼容标准与认证是国外市场的门槛。还好,我国也逐批宣布了必要通过电磁兼容认证的产品目录,为民族工业参与国际化的竞争打下了基础,也将推动着模块电源企业对电磁兼容标准与认证的重视和建设。