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電源模塊設計的開發要點詳解

分類:
行業新聞
作者:
北京穩固得
來源:
北京穩固得
2018/05/16 10:30
評論:

  模塊電源的薄型化、模塊化、標準化并以積木的體例進行組合的電路拓撲結構得到了日益廣泛的應用。如何敏捷推出高品質、高可靠性、低成本的模塊電源以進步產品競爭力,還需要我們持續不斷的在電路、物料、生產工藝等多方面的提升突破。

  在咱們國家有模塊電源研發生產公司大概有上百家甚至幾百家,主要是以小型企業和私營企業為主,整體來說競爭力不是很大,行業集中較低,在電源市場能夠排名進入前10的開關電源廠家市場的占有率也是不到60%的,而且大多數的都是我們熟知的國際品牌,國內的品牌較少。特別是在中低端的模塊電源市場來看,這個行業基本表現的是完全的競爭現狀。在高端的電源市場,受對應的技術、工藝等方面的制約,市場集中度很高,市場的份額也就被領先的國際品牌公司所占據。作為中國企業,要想中低端市場保持有力競爭,或進軍高端市場與國際品牌刮分市場份額,是每一個業界人士都關注的課題。以下將從多個側面淺析DC-DC模塊電源的發展趨勢,并對熱點題目進行探究。

  產品思路的變革

  如今國內市場的競爭,不再完全是產品品質性能的競爭,已開始向產品價格競爭優勢的轉變,則電路設計、物料選型、生產工藝等多方面的不斷創新突破就要放在首要位置,尋求更簡潔、更新穎、成本更低的方案,如果還是墨守成規,緊隨競爭對手其后,那只會利潤越來越低,最終被淘汰出局。且在新形勢社會下,已不再完全是大魚吃小魚,更多是快魚吃慢魚的形態了,如果你發現一個新市場不去快速搶占,則很快被對手搶占先機讓你變得非常被動,甚至無法滲入直接放棄;如果你發現一個新電路而不去申請保護,很快你就要面臨重新設計方案或花費高額使用權而煩惱。

  電路的創新設計

  電源模塊的電路方案已越趨于成熟,針對不同的電源模塊性能需求,所選的電路方案也已基本固定成型,要使產品鶴立雞群,就必須得在設計電路上要舍得投入研究突破,如無損電路、軟開關、新式電路等,像有一種新式變換器“開關電容變換器”,省去了磁芯變壓器,產品的體積就可以設計得非常小。或者說,在不失產品性能的前提下,電路還要化繁為簡,降低產品成本,優化電路參數,提升性能和可靠性。都說產品的品質是設計出來的,產品的生產工藝設計一定要考慮可生產性,更要滿足可自動化生產,盡量避免人工的參入,一切人參入的工序都是質量無法保證,成本高昂。

圖1 降壓型的開關電容變換器拓撲

  電子物料的革新使用

  當今社會科技的發展是日新月異,電子元器件的更新換代的時間越來越短,時刻有一些高技術、小型化、低功耗、高集成低成本的物料踴躍市場,讓電源模塊產品可以設計得更高功率密度、更高性能品質,成本亦能更低。例如,當前片式阻容元件的主流產品的尺寸是0603型、0402型,正朝著外形尺寸更小的0201型和01005型方向發展,像106K貼片陶瓷電容已做到0805封裝;SO-8封裝IC的引線綁定工藝改成套裝工藝技術,可設計成TSOT23-8更小封裝,功耗低散熱好,功率密度反而提升了2倍以上;和碳化硅二極管(SiC)的極短正向恢復和反向恢復時間、缺少正向恢復和反向恢復電荷特性,使得物料更小封裝尺寸,效率更高,產品設計更加緊湊。

  以及隔離反激式DCDC模塊電源設計所用的PWM控制芯片,國內企業基本還是采用2843或3843等非常成熟普遍的系列芯片,然而這些芯片的功能已遠遠跟不上模塊電源的發展需求,功能齊全、高功率密度、低成本、高電磁兼容性能是模塊電源的必然發展趨勢。所以一些二度集成和封裝等新技術就油然而生,將一些外圍功能電路全集成在芯片中,甚至包含主功率器件,如斜率補償、欠壓保護、短路保護、遠程控制和開關管等,構成功能完美、外圍器件極少和成本極低的集成芯片或模塊,或是直接購置裸芯片,經組裝成功能模塊后封裝,焊接于印制板上,然后鍵合。這也是當下的研究熱點,國內主流企業和國際品牌,還有一些IC公司都已投入大量的人力和財力往這個方向去設計開發物料。像在小功率方面,現在很多IC公司(如TI)涉足電源行業,他們致力于將小功率電源封裝成IC,然后自己生產、銷售模塊電源,成本則可以做得非常低,這將會給電源企業非常大的沖擊,到時不得不低聲下氣的找IC公司合作,這也許是模塊電源的發展趨勢吧。

  電磁兼容與認證要求

  目前國際上已建立了完美的電磁兼容標準與認證系統,國際產品的電磁兼容和安規認證都有嚴格的設計要求通過,并作為重要關鍵性能要求,而我國產品還沒開始對此重視,趨于電磁兼容性能的測試和安規認證的巨額成本,小企業無法承受,中企業的不舍投入,或者說產品國內客戶端的無明確要求推動,導致我國產品始終無法與國際產品媲美,無法銷售國外市場,因為電磁兼容標準與認證是國外市場的門檻。還好,我國也逐批宣布了必要通過電磁兼容認證的產品目錄,為民族工業參與國際化的競爭打下了基礎,也將推動著模塊電源企業對電磁兼容標準與認證的重視和建設。

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