模块电源技术的发展与应用

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模块电源技术的发展与应用

来源: | 作者:pmoaf1d4f | 发布时间: 2017-04-27 | 5470 次浏览 | 分享到:

引言：模块电源广泛用于交换设备、移动通讯、微波通讯、接入设备、以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。由于采用模块组建电源系统具有设计周期短、可靠性高、系统升级容易等特点，模块电源的应用越来越广泛。尤其近几年由于数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广，模块电源的增幅已经超出了一次电源。随着半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用，模块电源功率密度越来越大，转换效率越来越高，应用也越来越简单。
模块电源发展趋势：
　　1999到2004年块电源全球市场预测为由30亿美元增加到50亿美元，主要的市场增长点为数据通讯，其中5V输出所占的比例从30%(1999)下降到11%(2004年)。模块电源的发展以下几个动向值得注意：
　　1)高功率密度、低压输出(低于3.3V)、快速动态响应的需求推动模块电源的发展。
　　2)非隔离式DC-DC变换器(包括VRM)比隔离式增长速度更快。
　　3)标准设计的DC-DC变换器所占的比重将增大。
　　4)分布式电源比集中式电源发展快，但集中式供电系统仍将存在。
　　5)模块电源的设计日趋标准化，控制电路倾向于采用数字控制方式。
模块电源关键技术
　　目前国内市场使用模块电源的主要供应商为COSEL、VICOR、ARCH、P-DUKE、LAMBDA、ERICCSON以及POWER-ONE，国内最大的通信设备供应商-华为也拥有自己的模块电源，以往华为的模块电源基本都使用在自己的产品上，从不对外销售，随着华为电源模块产品的逐渐成熟，华为模块电源也即将对外销售，钜微电源技术（深圳）有限公司将成为华为模块电源的首家代理商，协助华为迅速推广及占领国内通信电源模块市场。为实现高功率密度，在电路上，早期采用准谐振和多谐振技术，但这一技术器件应力高，且为调频控制，不利于磁性器件的优化。后来这一技术发展为高频软开关和同步整流。由于采用零电压和零电流开关，大大降低了器件的开关损耗，同时由于器件的发展，使模块的开关频率大为提高，一般PWM可达500kHz以上。大大降低了磁性器件的体积，提高了功率密度。
模块电源工艺发展方向
　　降低热阻，改善散热——为改善散热和提高功率密度，中大功率模块电源大都采用多块印制板叠合封装技术，控制电路采用普通印制板置于顶层，而功率电路采用导热性能优良的板材置于底层。早期的中大功率模块电源采用陶瓷基板改善散热，这种技术为适应大功率的需要，发展成为直接键合铜技术(Direct Copper Bond，DCB)，但因为陶瓷基板易碎，在基板上安装散热器困难，功率等级不能做得很大。后来这一技术发展为用绝缘金属基板(Insutalted Mental Substrate，IMS)直接蚀刻线路。最为常见的基板为铝基板，它在铝散热板上直接敷绝缘聚合物，再在聚合物上敷铜，经蚀刻后，功率器件直接焊接在铜上。为了避免直接在IMS上贴片造成热失配，还可以直接采用铝板作为衬底，控制电路和功率器件分别焊于多层(大于四层，做变压器绕阻)FR-4印制板上，然后把焊有功率器件的一面通过导热胶粘接在已成型的铝板上固定封装。不少模块电源为了更利于导热、防潮、抗震，进行了压缩密封。最常用的密封材料是硅树脂，但也有采用聚氨酯橡胶或环氧树脂材料。后两种方式绝缘性能好，机械强度高，导热性能好，成为近年来模块电源的发展趋势之一，是提高模块功率密度的关键技术。