直流模塊電源的發(fā)展趨勢(shì)
在通訊領(lǐng)域中，直流-直流模塊電源廣泛應(yīng)用于交換、傳輸、接入、無(wú)線、數(shù)據(jù)等通訊以及監(jiān)控設(shè)備。如何敏捷推出高質(zhì)量、高可靠性、低成本的模塊電源以進(jìn)步產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，是每一個(gè)業(yè)界人士都關(guān)注的課題。以下將從多個(gè)側(cè)面淺析直流-直流模塊電源的發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)熱點(diǎn)題目進(jìn)行探究。
一、直流-直流模塊電源的發(fā)展趨勢(shì)
為了知足市場(chǎng)對(duì)電源性能賡續(xù)進(jìn)步的要求，直流-直流模塊電源開始向高服從、高功率密度、低壓大電流、低噪音、優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)特征以及寬輸入范圍等方向發(fā)展，薄型化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化并以積木的體例進(jìn)行組合的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到了日益廣泛的應(yīng)用。下面就其重點(diǎn)加以分析。
（1）高服從、高功率密度
現(xiàn)在通訊產(chǎn)品日趨小型化，要求模塊電源減小體積、進(jìn)步功率密度，而進(jìn)步服從是與之相輔相成的。目前的新型轉(zhuǎn)換及封裝技術(shù)可使電源的功率密度達(dá)到188W/in3，比傳統(tǒng)的電源功率密度增大不止一倍，服從可超過(guò) 90％。之所以能達(dá)到這些指標(biāo)，應(yīng)歸功于微電子技術(shù)的發(fā)展使大量高性能的新型器件涌現(xiàn)出來(lái)，從而使損耗降低。較典型的是高性能的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFETs)，其在同步整流器中庖代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的二極管，使壓降由0.4V降到0.2V； 功率MOSFET制造商正在開發(fā)導(dǎo)通電阻越來(lái)越小的器件，其導(dǎo)通電阻已由180 mΩ降到18 mΩ；高度的硅晶片集成使元件數(shù)目削減2/3以上，結(jié)構(gòu)緊密、相對(duì)于分立元件的布局減小了雜散電感和連線電阻。高服從可使功耗相對(duì)削減，工作溫度降低，所需的輸入功率削減，也進(jìn)步了功率密度。
（2）低壓大電流
隨著微處理器工作電壓的降落，模塊電源輸出電壓亦從曩昔的5V降到了如今的3.3V甚至1.8V，業(yè)界展望，電源輸出電壓還將降到1.0V以下。與此同時(shí)，集成電路所需的電流增長(zhǎng)，要求電源提供較大的負(fù)載輸出能力。對(duì)于1V/100A的模塊電源，有用負(fù)載相稱于0.01Ω美標(biāo)閘閥，傳統(tǒng)技術(shù)難以勝任如此高難度的設(shè)計(jì)要求。在10mΩ負(fù)載的情況下，通往負(fù)載路徑上的每mΩ電阻都會(huì)使服從降落10%，印制電路板的導(dǎo)線電阻、電感器的串聯(lián)電阻、MOSFET的導(dǎo)通電阻及MOSFET的管芯接線等對(duì)服從都有影響。
新技術(shù)的發(fā)展能把對(duì)電路團(tuán)體布局至關(guān)緊張的功率半導(dǎo)體和無(wú)源元件集成在一路，構(gòu)成功能完美的基本模塊，降低了通往負(fù)載路徑上的電阻，從而降低了功耗并縮小了尺寸。行使基本模塊組合起來(lái)的多相設(shè)計(jì)技術(shù)漸漸得到推廣。因?yàn)槊肯噍敵鲭娏鳒p小，可以采用較小的功率MOSFET和較小的電感器和電容器，如許也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
市場(chǎng)上已出現(xiàn)的基本功率模塊封裝只有11mm×11mm大小，開關(guān)頻率1MHz，級(jí)聯(lián)多個(gè)模塊和相干元件，可獲得大于100A的工作電流，與其它采用分立式元件的電路相比，其服從進(jìn)步了6%，功率損耗降低25％，器件尺寸縮小50%左右。
（3）行使軟件設(shè)計(jì)電源
在當(dāng)今的通訊體系中，直流電壓的品種賡續(xù)增長(zhǎng)，在5V、 3.3V、2.7 V 甚至 1.8V、1.0V以下，功率密度和集成度的進(jìn)步亦增長(zhǎng)了設(shè)計(jì)難度，傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)與驗(yàn)證已無(wú)法適應(yīng)快速轉(zhuǎn)變的市場(chǎng)需求，于是，電源輔助設(shè)計(jì)軟件應(yīng)運(yùn)而生了。這些軟件可引導(dǎo)元器件選擇，并提供材料清單、電路仿真及熱分析，縮短了電源設(shè)計(jì)的周期，進(jìn)步了電源的性能。輔助設(shè)計(jì)軟件可使用多種參數(shù)定制電源，包括輸入及輸出電壓范圍、最大輸出電流等，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行器件選擇，它包含完備的變壓器設(shè)計(jì)，使用多種拓?fù)浞椒▉?lái)綜合電路google關(guān)鍵詞排名，按成本或服從進(jìn)行優(yōu)化，并輸出元件清單。
軟件的另一個(gè)功能是通過(guò)仿真的方法評(píng)估模塊電源的性能。它可以周全分析電源在穩(wěn)固狀況下的性能，可表現(xiàn)要探測(cè)的任何節(jié)點(diǎn)處的波形，并用正確的方法來(lái)計(jì)算服從。另外熱分析可根據(jù)線路板定位、邊緣溫度和氣流的方向及速度等環(huán)境參數(shù)給出一幅用不同顏色標(biāo)記的曲線圖，從而幫助設(shè)計(jì)人員掌握整個(gè)線路板在穩(wěn)固狀況條件下的熱量分布情況。
二、對(duì)熱點(diǎn)題目的探究
當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)模塊電源的性能提出了更高要求，如何順應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的潮流，業(yè)界必要考慮的不僅僅是設(shè)計(jì)與生產(chǎn)技術(shù)的提高，下面就普遍關(guān)心的熱點(diǎn)題目進(jìn)行探究。
（1）散熱
熱性能是影響模塊電源壽命的緊張因素，應(yīng)引起充足的正視?？疾祀娫吹臒嵝阅?，必須通過(guò)測(cè)量電源的關(guān)鍵性發(fā)熱元器件來(lái)驗(yàn)證冷卻服從，而不能僅僅只是測(cè)量環(huán)境溫度。使用天然冷卻時(shí)，應(yīng)該確保模塊電源的頂部和底部有充足的通氣孔河南人事考試網(wǎng)，以形成冷卻空氣流，增長(zhǎng)散熱片并在空氣中垂直排列可增大散熱面積和結(jié)果。在使用風(fēng)扇時(shí)，氣流可迫使空氣冷卻，極大地減小熱阻抗，還應(yīng)使氣流平行于散熱片外觀流動(dòng)，對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)方形的模塊電源，氣流順其長(zhǎng)邊吹，而散熱片平行于短邊，如許散熱結(jié)果最好。
（2）電磁兼容
目前國(guó)際上已建立了完美的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證系統(tǒng)，我國(guó)也逐批宣布了必要通過(guò)電磁兼容認(rèn)證的產(chǎn)品目錄，為民族工業(yè)參與國(guó)際化的競(jìng)爭(zhēng)打下了基礎(chǔ)。國(guó)際無(wú)線電干擾分外委員會(huì)（CISPR）是國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）部屬的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化組織，CISPR22《信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線電干擾限值和測(cè)量方法》規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備在0.15到1000MHz頻段內(nèi)的電磁干擾限值。信息產(chǎn)業(yè)部根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制訂了YD/T983-1998《通訊電源設(shè)備電磁兼容性限值及測(cè)量方法》。以上標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了模塊電源的電磁兼容測(cè)試內(nèi)容和方法。
①電磁干擾（EMI）。電磁干擾是指通過(guò)空間的電磁輻射傳播和通過(guò)旌旗燈號(hào)線、電源線傳導(dǎo)的電磁能量對(duì)環(huán)境所造成的污染。電磁干擾不能完全被消弭，但能使之降低到安全的等級(jí)。按照傳播的體例，電磁干擾被分成下列兩種類型：傳導(dǎo)型干擾和輻射型干擾。傳導(dǎo)型干擾是由體系產(chǎn)生進(jìn)入直流輸入線或旌旗燈號(hào)線的噪音。合理接地，對(duì)電源線、旌旗燈號(hào)線進(jìn)行濾波，可以削減電磁干擾的傳導(dǎo)。輻射型干擾以電磁波的體例直接傳播，可通過(guò)金屬屏蔽的方法削弱。
②電磁兼容（EMC）。電磁兼容是指電子設(shè)備和電源在肯定的電磁干擾環(huán)境下正?？煽抗ぷ鞯哪芰?，同時(shí)也是電子設(shè)備和電源限定自身產(chǎn)生電磁干擾和避免干擾四周其它電子設(shè)備的能力。進(jìn)步電磁兼容可從下列三個(gè)方面動(dòng)手：減小電磁干擾源的輻射；屏蔽電磁干擾的傳播途徑；進(jìn)步電子設(shè)備和電源的抗電磁干擾能力。
（3）模塊電源的可靠性
可靠性現(xiàn)已成為電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵課題，直接影響到體系制造商的最低成本。制造商必須考慮模塊電源在不同溫度、氣流、濕度、振動(dòng)條件下的性能。
模塊電源的功率密度高并不等于其可靠性高，影響模塊電源的可靠性的因素許多，例如體系中的氣流及其在模塊電源上流動(dòng)的方向，電源模塊的輸入電壓及負(fù)載要求，體系必要的供電及溫度轉(zhuǎn)變狀態(tài)等，其中溫度的影響是至關(guān)緊張的。模塊工作溫度每上升10℃，故障率就增大一倍。模塊應(yīng)具有在較高的溫度下工作的能力，才能保證體系安全可靠。另外，為了進(jìn)步模塊的可靠性，組件必須在其額定最高結(jié)溫 (Tjmax) 的70-80%下工作，半導(dǎo)體器件制造商致力于進(jìn)步器件的最高結(jié)溫，從而在工作條件不變的情況下使工作結(jié)溫保持在較低的相對(duì)水平上以進(jìn)步可靠性。目前Tjmax 一樣平常為 +150 oC 或 +175 oC，半導(dǎo)體器件的結(jié)溫應(yīng)該分別維持在低于+120 oC 和 +135 oC的水平。
（4）標(biāo)準(zhǔn)化工作
模塊電源產(chǎn)品走勢(shì)日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，并以積木式結(jié)構(gòu)組成分布式供電體系，封裝式模塊電源則以國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)半磚或磚式結(jié)構(gòu)為主。50W、75W、100W及150W為半磚式結(jié)構(gòu)，200W、250W、300W及400W為磚式結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)化的管腳對(duì)設(shè)計(jì)師和使用者都帶來(lái)了即插即用的便利，使設(shè)計(jì)師能夠方便地完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，利于電源升級(jí)。
如今，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電源產(chǎn)業(yè)的作用已越來(lái)越被正視，標(biāo)準(zhǔn)化可以縮短產(chǎn)品推向市場(chǎng)的周期并降低成本，但目前多數(shù)國(guó)內(nèi)企業(yè)采用本身的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，按照本身的測(cè)試規(guī)范測(cè)試，各個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也存在著技術(shù)指標(biāo)落后，測(cè)試方法可操作性差等題目，導(dǎo)致業(yè)界沒(méi)有同一、完美的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，為了推動(dòng)模塊電源的技術(shù)提高，提供國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量控制的依據(jù)，制訂科學(xué)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫。
