模块电源职业商场现状调研及出资远景剖析

来源：欧宝体育网页版           发布日期：2022-12-22 16:09:48     |     浏览次数：125

　　模块电源： 首要起调理输出电压，维护输入电路等效果 ，现在商场 分为DC-DC 和 AC-DC 两类，其间 DC-DC 模块电源占有90% 以上的商场份额。作为新一代电源产品，其下流运用首要会集在新能源轿车，通讯电源，以及军工范畴。

　　电源产品首要包含开关电源，不间断电源( U PS 电源)，逆变器，线性电源，变频器以及模块电源等。 ****年我国电源商场规划达3288亿元，五年其间开关电源商场规划达1832亿元(占比56%变频器商场规划达304亿元(占比 9 %)，逆变器商场规划达134 亿元(占比 4% )，UPS电源商场规划达 104 亿元(占比3%)， 模块电源商场规划达103亿元(占比3%)。从商场规划占比来看，开关电源变频器 ，逆变器是现在商场干流电源产品，三者占比达 67.65 %%，其间开关电源在小功率方面现已全面代替线性电源。从成长性来看，逆变器 成长性最佳、*****-*****年C AGR达18%。

　　跟着电⼦⾏业技能的前进，电源模块现已不能简略的罗列它有⼏种了，分类的⽅式都有许多种类。不管怎么分，挑选适宜⾃⾝的才是最好的。从不同应⽤上来看，⼤致可分为以下⼏种。

　　DC-DC模块电源首要分为微功率电源模块(0.1W~3W)、⼩功率电源模块(1W~30W)、中功率电源模块

　　AC-DC电源模块按输⼊规划分为惯例输⼊(85~265VAC)、三相四线VAC)、及其它沟通电压输⼊。

　　AC-DC电源模块分为稳压输出和可调输出俩种，DC-DC电源模块分为⾮稳压输出、稳压输出、可调输出。

　　⼀般电源模块是指将一切功用关闭在⼀个模块化产品中，体积⼩、可靠性⾼、使⽤⽅便。不只便于替换，一起还具有防

　　电源模块尽管种类许多，但大都是采⽤开关电源规划，首要的⽬的仍是为了减轻分量和减⼩体积。与一般电源的作⽤差

　　模块电源广泛用于交流设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通讯范畴和轿车电子、航空航天等。由于选用模块组成电源体系具有规划周期短、可靠性高、体系升级简略等特色，模块电源的运用越来越广泛。特别近几年由于数据业务的飞速开展和分布式供电体系的不断推行，模块电源的增幅现已超出了一次电源。跟着半导体工艺、封装技能和高频软开关的很多运用，模块电源功率密度越来越大，转化功率越来越高，运用也越来越简略。

　　模块电源关键技能现在国内商场运用模块电源的首要供货商为VICOR、ASTEC、LAMBDA、ERICCSON以及POWER-ONE。为完结高功率密度，在电路上，前期选用准谐振和多谐振技能，但这一技能器材应力高，且为调频操控，不利于磁性器材的优化。后来这一技能开展为高频软开关和同步整流。由于选用零电压和零电流开关，大大降低了器材的开关损耗，一起由于器材的开展，使模块的开关频率大为前进，一般PWM可达500kHz以上。大大降低了磁性器材的体积，前进了功率密度。电路拓扑开展趋势DC-DC改换器电路拓扑的首要开展趋势如下：高频化：为缩小开关改换器的体积，前进其功率密度，并改进动态呼应，小功率DC-DC改换器开关频率将由现在的200～500kHz前进到1MHz以上，但高频化又会发生新的问题，如：开关损耗以及无源元件的损耗增大，高频寄生参数以及高频EMI的问题等。软开关：为前进功率选用各种软开关技能，包含无源无损(吸收网络)软开关技能，有源软开关技能，如：ZVS/ZCS谐振、准谐振、恒频零开关技能等，减小开关损耗以及开关应力，以完结高功率的高频化。如美国VICOR公司开发的DC-DC高频软开关改换器，48/600W输出，功率为90%，功率密度120W/in3，日本LAMBDA公司选用有源箝位ZVS-PWM 正反激组合改换以及同步整流技能，可使DC-DC改换模块的功率达90%。低压输出：例如现代微处理器的VRM电压将为1.1～1.8V，便携式电子设备的DC-DC改换器输出电压为1.2V，特色是负载改变大，大都情况下作业低于备用方法，长时间轻载运转。要求DC-DC改换器具有如下特征：a)负载改变的整个规划内功率高。b)输出电压低(CMOS电路的损耗与电压的平方成正比，供电电压低，则电路损耗小)。c)功率密度高。这种模块选用集成芯片的封装方法。模块电源工艺开展方向降低热阻，改进散热——为改进散热和前进功率密度，中大功率模块电源大都选用多块印制板叠合封装技能，操控电路选用一般印制板置于顶层，而功率电路选用导热功能优秀的板材置于底层。前期的中大功率模块电源选用陶瓷基板改进散热，这种技能为习惯大功率的需求，开展成为直接键合铜技能(Direct Copper Bond, DCB)，但由于陶瓷基板易碎，在基板上装置散热器困难，功率等级不能做得很大。后来这一技能开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，功率器材直接焊接在铜上。为了防止直接在IMS上贴片形成热失配，还能够直接选用铝板作为衬底，操控电路和功率器材别离焊于多层(大于四层，做变压器绕阻)FR-4印制板上，然后把焊有功率器材的一面经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，进行了紧缩密封。最常用的密封资料是硅树脂，但也有选用聚氨酯橡胶或环氧树脂资料。后两种方法绝缘功能好，机械强度高，导热功能好，成为近年来模块电源的开展趋势之一，是前进模块功率密度的关键技能。二次集成和封装技能——为前进功率密度，近年开发的模块电源无一例外选用外表贴装技能。由于模块电源的发热量严峻，选用外表贴装技能必定要注意贴片器材和基板之间的热匹配，为了简化这些问题，最近出现了MLP(Multilayer Polymer)片状电容，它的温度膨胀系数和铜、环氧树脂填充剂以及FR4 PCB板都很挨近(如表2所示)，不易出现象钽电容和磁片电容那样因温度改变过快而引起电容失效的问题。别的为进一步减小体积，二次集成技能开展也很快，它是直接置办裸芯片，经拼装成功用模块后封装，焊接于印制板上，然后键合。这一方法功率密度更高，寄生参数更小，由于选用相同资料的基片，不同器材的热匹配更好，前进了模块电源的抗冷热冲击才能。李泽元教授领导的CPES在工艺上正在研讨IPEM(Integrated Power Electronics Module)，它是一种三维的封装结构，首要针对功率电路，代替线键合技能。扁平变压器和磁集成技能——磁性元件往往是电源中体积最大、最高的器材，减小磁性元件的体积就前进了功率密度。在中大功率模块电源中，为满意规范高度的要求，大部分的专业生产厂家自己定做磁芯。而现有的磁性供货商只要飞利浦能够供给通用的扁平磁芯，且这种变压器的绕组制造也存在必定难度。选用这种磁芯能够进一步减小体积，缩短引线长度，减小寄生参数。CPES一直在研讨一种磁集成技能，福州大学的陈为教授3年前在CPES研讨了磁集成技能，他们做的一个样机是半桥电路，输出整流选用倍流整流技能，并且输出端的两个电感跟主变压器集成在一个铁芯里，最终到达的功率密度为300W/in3。倍流整流技能适用于输出电流大，对di/dt要求高的场合，比如在完结VRM的电路中就常常用这种整流电路。

　　国内商场常见模块电源品牌简介VICOR美国VICOR公司模块电路技能的中心是零电流开关，工艺上很多选用二次集成和定制器材，它使VICOR改换器作业频率超越1MHz，功率达90%以上，功率密度比一般改换器高10倍，可达每立方英寸120W。模块接通电源后把一个量子化的能量块从输入源输到一个由变压器初级线圈固有漏电感和电容元件构成的LC谐振电路。一起一个近似于半个正弦波的电流经过功率场效应管开关，电流为零时开关接通，经过半个正弦波后电流回来零时开关断开。VICOR模块选用这种零电流开关原理，减小了开关损耗，降低了传导和辐射噪声电平。为确保不同负载下体系的稳定性，VICOR模块选用变频技能盯梢负载电流的改变，以确保在任何情况下模块都作业在最佳状态下。NEMIC-LAMBDA、POWER-ONE和ASTEC、TYCO日本LAMBDA公司电源模块、美国POWER-ONE电源模块和ASTEC(雅达)归于PWM部分谐振零电压开关。在脉宽调制性恒频改换器线路的条件下，让功率场效应管在注册和关断的瞬间发生谐振，完结零电压开关，然后大大减小了开关损耗和辐射搅扰，使作业频率前进到200～500kHz，功率前进至80%～90%。由于频率根本稳定且不太高，对器材的要求也不是很严厉，线路不是很杂乱，因而本钱不是很高，相对全谐振型改换器而言，这种改换器价格较低，在计算机和通讯范畴到达了较佳的功能价格比。ERICSSON瑞典ERICSSON电源模块首要是低压输入模块，功率从5～200W。这种模块的特色是首要选用了推挽和半桥式脉宽调制场效应管线kHz。驱动和操控选用了专利电路。工艺上选用DCB和线键合技能，大大降低了寄生参数，降低了纹波，改进了散热。国产模块首要的供货商有新雷能、迪赛、24所等。其间新雷能与迪赛源出一处，所以这两家的产品大致相同，大部分模块选用贴片和插件混装工艺，前期研制的模块很多选用铝电解电容，灌封胶克己，本钱低，工艺和可靠性差。中兴模块电源中兴电源产品部从1999年年底开端进行模块电源的开发，现在现已完结和正在进行开发的模块共5大系列，31个种类，功率等级从1.5W到300W，输出电压从3.3V到48V。中兴模块电源的系列区分如下：G：通用系列模块电源，用于对本钱要求较高，在确保可靠性的基础上功能要求一般的场合。H：高效大功率密度系列，首要用于对体积和功率要求比较严厉的场合。D：首要用于对体积要求较高的场合。N：非阻隔系列，首要用于低压输出，快速动态相应的场合。R：铃流系列，用于给电话机振铃供电。中兴模块电源的研制是在仔细剖析了同类模块电源失效方法的基础上开发的，吸收了代替模块的研制经历。电路拓扑上，中兴DC/DC模块电源选用了专利技能的有源箝位ZVS改换技能，在主功率管注册和关断的瞬间使主功率管完结零电压开关，降低了开关损耗和辐射搅扰。低压模块选用同步整流，前进了改换的功率。工艺上，中大功率选用铝基板工艺，形成了一整套完好的专利工艺计划，大大降低了线路之间的耦合和由于膨胀系数不同形成的器材热损害。DC/AC铃流模块在低频换向瞬间完结了零电压转化，大大前进了模块的功率和可靠性。中兴模块电源首要具有以下几个特色：a、全SMT工艺，高可靠性。产品开发阶段严厉遵从可靠性规划原则，测验和中试转产阶段共进行4次可靠性试验。完结试生产后还要进行MTBF试验。一切模块根本可靠性目标20万小时均经过试验验证。规划可靠性目标超越200万小时。b、全负载规划正常作业，无需死负载。c、带容性负载才能强，一切模块经过各种试验条件下的带10000μF电容测验。

　　半导体集成、模块电源封装和电路拓扑的前进将模块电源带入了一个全新的范畴，模块电源正一步步向器材级开展。跟着模块电源集成化和一致性规划的推动，模块的运用也日趋规范化，运用电路越来越简略，选型也变得相对简略。各模块电源厂商现已开端进行器材和电路的整合来尽量降低本钱，前进竞争力。

　　近年来获益于下流通讯、航天、航空、军工、电力、铁路、新能源等职业的快速开展，我国模块电源商场需求出现稳步上升的态势。据统计，2019年我国模块电源销售额达85.9亿元，同比增加7.38%;到2021年我国模块电源商场销量规划到达105.2亿元，同比增加9.47%。

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