电源芯片模块化（模块化可配置电源）

小君 2023-09-18 05:47:23 85

电源芯片模块化（模块化可配置电源）但是，对于医疗设备（外科机器人、成像设备和激光设备）及工业自动化设备，如果从头开始设计定制电源，就会影响产品上市，使设备造价更高，还会因合规性和追求高功率密度而浪费宝贵的时间和资源。这时，模块化可配置电源可能是一种可行的选择。DC-DC转换器是分立元件组成的产品或预先设计的模块，可以直接安装在PCB或机箱内的某个地方。这样，就可以用一个现成的电源连接多路输出的转换器。在一些情况下，设计者可以选择使用多个电源转换器来产生部分或全部所需的系统电压。当这些选项难以实施，或不能充分满足设计要求时，设计者可以寻求定制电源设计。按照使用性质，电源有可分为独立电源、开关电源、定制电源、模块化（可配置）电源、充电电源等。为什么需要模块化、可配置？通常，我们有许多方法为给定电子设计提供所需的所有DC电源轨电压。例如使用一个现成的电源转换器就可以为电子系统提供一个与危险高压线路隔离的DC电压，再通过内部DC-

随着电子设备的功能越来越多，结构越来越复杂，为其供电的电源系统也变得越来越复杂，而对于没有专门电源团队的原始设备制造商（OEM）而言，电源设计充满了设计和商业挑战。

关于电源

广义上讲，电源是将其他形式的能量转换成电能的装置，如水力、风力、海潮、水坝水压差、太阳能等可再生能源以及煤炭、石油等产生的电力来源。常见的电源是380V工业用电和民用的110V-220V AC电力，另外还有电池、充电宝、电源适配器等类型的DC电源。

任何电子产品都需要有电源，确切说是先用变压器把AC电源电压降到所需的低电压，然后由整流器把AC电压变成单一方向的DC电压；当然还需要滤波和隔离，以防止频率较高的电磁干扰电流通过，同时保证人身安全。

按照使用性质，电源有可分为独立电源、开关电源、定制电源、模块化（可配置）电源、充电电源等。

为什么需要模块化、可配置？

通常，我们有许多方法为给定电子设计提供所需的所有DC电源轨电压。例如使用一个现成的电源转换器就可以为电子系统提供一个与危险高压线路隔离的DC电压，再通过内部DC-DC转换器产生额外的电压轨。

DC-DC转换器是分立元件组成的产品或预先设计的模块，可以直接安装在PCB或机箱内的某个地方。这样，就可以用一个现成的电源连接多路输出的转换器。在一些情况下，设计者可以选择使用多个电源转换器来产生部分或全部所需的系统电压。当这些选项难以实施，或不能充分满足设计要求时，设计者可以寻求定制电源设计。

但是，对于医疗设备（外科机器人、成像设备和激光设备）及工业自动化设备，如果从头开始设计定制电源，就会影响产品上市，使设备造价更高，还会因合规性和追求高功率密度而浪费宝贵的时间和资源。这时，模块化可配置电源可能是一种可行的选择。

电源芯片模块化（模块化可配置电源）(1)

利用模块化方案实现从墙式插座到负载点的电源转换

其实，模块化可配置电源也是一种定制电源，只不过是电源厂商根据规模化市场需求的预测而生产的“积木”块。通常，模块化电源转换器由一个连接市电的AC前端和一些独立的DC模块组成。前端有EMC滤波、功率因数校正和隔离变压器。功率从前端传输到每个DC模块，再由这些模块处理功率并提供所需的稳压DC输出。

模块化电源制造商通常会提供一些不同的模块，这些模块可以插入DC插槽，每个模块覆盖不同的输出电压范围，其各自输出电压可调性非常宽泛，以实现最大的通用性。

模块化可配置电源优势何在？

功能

模块化可配置电源具有明显的多功能性和应用灵活性。同一组模块可以调整和/或排列实现各种I-V（电流-电压）特性。例如，当配置为单输出时，一个通用600W模块化电源应该能够在120A时提供5VDC，在5A时提供120VDC，或者在此范围实现任意I-V排列组合。

在灵活性方面，同一个平台可以重新配置，以提供几个不同的电压轨。如果每个模块都是隔离的，那么就在负电压可用性方面实现了更大的灵活性。与许多不可配置的多输出电源转换器不同，设计良好的模块化方案的每个输出模块都有自己的反馈回路，可以独立调节，因此不存在维持交叉调节的最小电流，一条电压轨上的扰动不会传播到其他轨。此外，模块化电源还有助于实现模块化系统设计。

成本

现在，电子设备的功能越来越密集，成本越来越受限，在设计过程中必须及早考虑系统功率要求及电源的物理空间。传统电源有一些固有的缺点，如NRE（一次性工程成本）和代理商费用高；需要MOQ（最小订购量）和冗长的开发、认证周期。模块化可配置电源已通过各种机构认证，即买即用，可降低机构测试成本，缩短监管审查流程，加快产品上市。虽然其单位成本稍高，但通常是合理的，特别是一些小批量应用，模块化可配置电源的成本优势更为明显。

开发难度

电源的开发会因为设备功能的变化而受到影响，已开发的电源转换器可能因为功能的增减而功率不够或利用率不足。使用模块化解决方案可以使电源转换器在整个开发周期中适应设计，而不必更改机械设计、电源供应商或合规性考虑事项。如果子电路电压发生变化，设计者只需调整模块的设定值。如果最终产品需要比估计更多的电量，设计者可以增加另一个模块，反之亦然。

功率密度

模块化电源可以优化整个电源系统的总转换效率，散热量更少，实现更小的产品尺寸，因此，比非模块化解决方案获得更高的功率密度。此外，由于一次侧功能是以单个连接市电的电源实现的，比多个连接市电的电源的功率密度更高。

合规与否

电源转换器是危险的高压电源和SELV（安全低压）电路之间的安全屏障，需经安全机构的严格审查。许多合规性项目可能受到电源转换设计的严重影响。此外，更高的能源效率需要采用开关模式AC-DC和DC-DC转换器，从电磁兼容角度看，电源应该是电子产品中噪声最大的部件之一。与现成转换器或是自主设计的配电系统相比，模块化方案经过专门设计和测试，符合严格的安全和EMC要求，因此设计良好的模块化电源减少了整个电源系统的辐射，确保其本身不会直接导致不合规。即使出现系统级不合规，OEM只找一家供应商即可解决问题。

怎样选择模块化可配置电源？

电源芯片模块化（模块化可配置电源）(2)

图源 | GE

Claudio Tuozzolo表示，用户对提高性能和功能的需求在不断增长，他们需要减少电源系统面积并降低功耗，同时还要面对缩短设计时间和使用更少资源的挑战。因此，需要克服传统的、分立式、基于组件的电源系统设计的局限性，转向先进的解决方案——可扩展、高效的DC-DC转换。

而选择模块化电源组件的系统工程师通过组合模块，可以设计出一个完整的电源系统，解决空间和效率方面的难题，并几乎消除了传统或定制设计方法经常出现的最后一刻意外和延迟的可能性。

TT Electronics产品管理与工程副总裁Barry Peters指出，事实上，一些OEM没有专门的电源团队，电源厂商可能会说服他们使用多个现成的电源，为其设备内的不同子系统供电。这种方法会使每个电源的泄漏电流总和超标。许多现成的AC-DC转换器只适合作为系统中唯一的主电源，泄漏电流裕度不足以连接更多附加单元。

在选择模块化可配置电源时，从型号即可看出电源的功能，例如XXX 要比型号XXX功能多，XXX-的价格更实惠。根据所需功能，可以对模块化电源转换器的数量进行增减。通常，占了大部分成本的AC前端可以实现规模经济性，而不同产品版本的机械设计可以因使用同一个AC前端而简化。

市场上有许多模块化可配置电源方案，其中许多产品还提供针对每个模块I-V特性的远程可编程性，以及遥感特性和独立的抑制信号。一些模块化转换器在现场可配置方面提供了更多的通用性和便利性，这意味着OEM可以自行插拔这些模块。

选择模块化可配置电源的方法很简单，在厂商的官网通常都有“产品快速查找工具”或“在线电源配置器”，可根据用户需要的电源功率、输出电压和电流、轨数等参数显示一种选择的模型，并从数千种DC-DC、AC-DC产品、上万种可配置的电源组合中自动优化最合适的模块，配置器就会生成最经济高效的解决方案来满足用户需求，并且提供各种可供选择的信号、泄漏电流和待机电压，以及供用户下单的短代码；有的还可以通过反向器件查找快速找到器件信息。

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