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低压、分布式和表面贴装化是dc dc模块新的发展方向

  计算机及现代通信市场的发展对模块化dc dc电源模块有进行一步的需求。由于新型逻辑电路技术不断向前发展,运算速度越来越快,造成工作电压不断下降。相对应的DC/DC电源模块也走向低压化。设备低压化再加上网络技术的发展,使得分布式供电越来越多,为减小分布式供电过程中的铜损,必须以高压、低电流供电,于是分布式供电将呈逐渐增长趋势。

  "中国是亚洲第二大板上DC/DC电源模块市场,估计1999年市场总额达1亿2千4百万美元。在今后5年间,年增长率将达15%,增长主要是在电信部门。"Lucent公司的Kevin Stewart认为。

  

dc dc电源模块图片


  中国电源模块市场迅猛发展的原因在于:为满足通信服务的增长要求而不断建设新电信网络,另一方面是新的通信技术迅速进入市场,通信技术在不断更新换代。我国通信电源的年需求量约为240?250KVA,市场规模在20亿元以上。一位专门从事电源行业市场调查公司的微技术顾问Mohan Mankikar则更为乐观,他认为:"1999年全世界电源行业的总销售额将达到195亿美元。今后四年,全球市场对高密度、模块化DC/DC转换器的需求会翻一翻。"

  "目前AC/DC、DC/DC转换器的研发趋势是:低电压产品增多、向高密度发展、转换效率越来越高、小功率转换器表面贴装化。"Artesyn Technologies战略市场总监Marshall Miles博士说。

  "小功率DC/DC模块的发展趋势是低压、高效、管脚标准化和表面贴装化。"爱立信公司能源系统部技术经理马国伟博士认为,"目前逻辑电路的工作速度越来越快,工作电压越来越低。同时DC/DC模块又往大功率方向发展。"爱立信公司不仅有150W的DC/DC模块,还有300W的DC/DC模块。马国伟博士说:"高效、大功率已成了通信电源的新的发展方向。"SynQor公司的Olson先生也认为:"DC/DC通信电源在向高效、无散热片、模块化和标准管脚方向发展。"

  Frost & Sullivan公司的电源分析家Matthew Saltz说:"计算机和通信行业要求DC/DC开关电源供应商开发体积更小、效率更高和可靠性更好的产品。现在,电源产品不仅变得更可靠,在功能上也变得更加'智能化'"。

  

DC/DC模块电源


  隔离型dcdc模块市场大于非隔离型电源

  据Darnell公司的分析,目前隔离型DC/DC模块的市场比非隔离型DC/DC模块市场大得多。隔离型DC/DC模块可直接焊在电路板上。可用传统插件方式或表面安装方式连接。同时系统结构的变化也改变了大功率和小功率隔离型DC/DC模块的比重。为此,一些新的电源制造商可能脱颖而出,而另一些落后的原"霸主"可能会被淘汰出局。

  非隔离型DC/DC模块(另一种形式的稳压模块)的增长速率比传统、隔离型DC/DC模块大。新技术的发展会把稳压模块的生产成本降低1/2或1/4。集线器、路由器和其它通信设备也开始使用非隔离型DC/DC模块,在将来,非隔离型DC/DC模块在无处理器设备中的应用将超过在有处理器设备中的应用。如果非隔离型DC/DC模块对隔离型DC/DC模块有优势,则应用范围会更广。

  网络用电源模块低压化

  AC/DC、DC/DC电源模块低压化是新逻辑电路工作电压不断下降的一种要求,CPU、DSP、ASIC、PLD等工作电压趋低化使得系统的供电方式发生了根本性的变化,用传统的集中供电方式,会造成低压、大电流供电系统的铜损激增,只有通过高压、小电流的分布式供电方式才能满足现代网络的要求。

  据Darnell Group公司的调查报告:自从1995年开始,3.3V微处理器和存储器IC销售量超过了5V产品。1997-2004年间,全世界DC/DC模块市场的年增长率将达9.2%,但是低电压DC/DC模块的年增长率将达35.5%。1998年底低压DC/DC模块的销售量达到5V产品的水平,这其间除了低电压DC/DC模块预期的增长外,还有一个原因是新的IC技术将要求不同的模块工作特点。尽管5V数字IC允许电压有0.5V的电压波动,但新的低压设备对电压波动、噪声、dI/dt的要求更高。

  目前用电器的工作电压已从5V下降至3.3V,到2002年还将下降到2V。现在的工程技术人员所需要的是体积更小、效率更高、可靠性更好的DC/DC转换器。Synqor公司将其DC/DC模块PowerQor中的肖特基二极管换成了MOSFET同步整流管,把3.3V/30A产品的效率提高到90%以上,而产生的热量却是通常的一半,无需使用散热片。

  现在5V的壁垒已经打破,未来向低电压DC/DC模块过渡的速度会加快。随着下一代微处理器的推出,未来两年2.5V的低电压DC/DC模块会相当普及。实际上下一代微处理器将是双电压工作,1.5V为存储器总线供电,而2.5V为逻辑电路供电。再过几年,电压进一步降低,分别为0.9V/1.5V。在1999-2004年间,输出电压为5V的模块市场占有量将从30%下降到11%。

  新的电子设备将首先采用大功率密度、低电压的DC/DC模块。隔离型DC/DC模块将在非传统的应用中,如计算机领域获得广泛应用。尽管隔离型DC/DC模块主要用于传统的电信应用,计算机和通信的融合以及计算机根本技术的改进将使计算机领域更多采用隔离型DC/DC模块。计算机应用与传统电信系统的要求不同,所以计算机和电信领域隔离型DC/DC电源模块的设计会有所变化。

  "低压DC/DC产品在增多。"Artesyn Technologies战略市场总监Marshall Miles说,"随着新产品的不断推出,微处理器、DSP、ASIC和存储器的工作电压在不断降低。微处理器已经领导了低压潮流,下一代处理器正开始从1.8V向0.9V过渡。许多器件的工作电压开始向2.5V转移,而大多数存储器件现在的工作电压是3.3V。另外大量的逻辑器件的工作电压是5V。这趋势表明不仅各种用电器的工作电压在降低,而且对于器件正常工作所需的电压值种类也比以前增多。"

  Lucent公司的Austin系列主要用于为无线基础设施、Internet电话服务器和数字Modem等的处理单元供电,其厚度仅5.5mm重量不到5克,是一种表面贴装型电源模块,并可根据DSP的要求而改变电压,为工作站和服务器的微处理器和闪存提供精确电压的Austin系列DC/DC电源模块在3.3?5V输入和1.5?3.3V输出时最大输出电流为5A。Titania系列电源模块是一种为计算机块,其体积只有过去电源模块的1/3,其输入电压5?12V,输出1.3?3.5V,电流16A,输出电压可编程。

  日本理光公司的RH5RH、RH5RI、RN5RK DC/DC系列产品,其输出电压为2.5V-6.0V可选。这几个系列器件的不同点在于RH5RH为PWM调制,RH5RI,RN5RK为VFM调制,RN5RK则提供一个使能端脚(CE),可以开发者更有效的节省能源。RV5VH是具有正、负双输出的升压型DC/DC,具备一个负性输出。

  

管脚标准化电源模块


  分布式供电

  高档网络和通信计算设备通常要求使用分布式电源。2.5V的CPU、DSP、ASIC和PLD也将逐步下降到1.0V。到2002年,电子电路的工作电压将从传统的5V下降到1.5V,而负载电流则相应提高(几安培以上)。这些低电压大电流的通信设备要求电压精确、低噪声直流电源,以中央供电的方式满足这类大电流、低电压是相当困难的,而且铜损相当大。于是就要求以分布式供电方式来解决问题,即以高电压(48V)小电流送电。DC/DC模块置于负载中,以DC/DC的形式为用电器提供所需的低压。

  低电压和模块化新系统基本上要求分布式电源系统。分布式供电具有节能、高效经济、维护方便、可靠性高的优点,适用于低损耗、超高速集成电路的低电压(3.3V、2.2V、1.2V)供电要求。虽然分布式电源的发展速度会比中央供电的市场更大,但是中央供电方式并不会因此而退出市场,至少在几年内,中央代电方式还将占据市场的主流。在"用电器"上进行电源变换不应理解成为分布式电源。虽然分布式供电方式在增长,但也并不是大发展,也并不意味着中央供电方式在减少。从经济的角度上看,人们将愿意继续使用中央供电方式,是技术而不是技术在推动电源市场。

  分布式电源市场是定制产品仍享有市场的原因之一。尽管我们希望标准化产品将逐步占领市场,但是,由于分布式电源结构的存在,计算机市场仍将采用定制的电源。

  随着6?位微处理器在2000和2001进入市场,DC/DC转换技术还将发生变化。除了非隔离型DC/DC模块外,DC/DC模块非标准化设计将减少。今后,稳压模块不仅为处理器供电,还将为存储器、I/O和主板上的其它元件供电。

  PowerQor系列DC/DC模块主要用于分布式供电系统。分布式系统可减少铜损、提高负载的瞬态性能、独立性和模块的升级途径。此外还可以大大降低中央供电系统的费用。随着负载电压不断降低到1.5V甚至更低,新的高级通信和EDP系统将大量使用分布式供电系统。

  当混合电信/数据网络应用对可靠性和可用性的要求特别高时,分布式电源结构应发挥作用了。分布式电源的变换过程有两步:首先,前端的AC/DC把AC转换成简单的DC,一般是24V或48V,然后分送到整个系统的DC/DC电源模块(转换器),作为二级电源再转换成实际负载所需的低电压(15、12、5、3.3、2.5、1.8、1.5V),分布式电源结构鼓励使用更多标准化、现成的DC/DC转换器,无需设计专门系统,可快速检测系统和大大缩短上市时间。

  在通信系统中,为适应电源供电系统需求,电源功率不大时采用集中供电方式,消耗大功率时则采用分布式供电方式。分布式电源的最新发展状况是量增价跌。

  Powercube的TD系列DC/DC模块的48V输出系列有30W、50W、75W、100W、150W、250W和300W多种。Powercube声称,其TD系列DC/DC模块与Lucent公司的JC/JW和FC/FW电源模块在管脚、功能和贴装方面完全兼容。

  电源模块表面贴装化

  AC/DC、DC/DC电源模块高效、低压的走势衍生了电源模块表面贴装化的要求。板上DC/DC电源模块市场比非板上DC/DC电源模块市场大,板上DC/DC电源模块以传统焊接或表面装贴方式应用。由于系统技术和电源系统结构的变化,市场对大、小功率DC/DC电源模块的量也将发生相应的变化。市场需求现在正转向功率密度大,电压低的DC/DC模块。Artesyn公司今年三月推出的SXA10是种能提供10W功率的表面贴装DC/DC电源。而今年七月,Lambda Electronics Inc.已经推出30W的表面贴装DC/DC电源,这些表面安装的DC/DC模块可实现远距离开关,输入电压有24V和48V,适用于无线/蜂窝和局端电信设备供电。而30W的则可广泛用于宽带传送、网络和开关应用、工业控制和LAN/WAN设备。

  电源监控智能化

  AC/DC、DC/DC电源模块的管理呈现两种状态:一种是采用微处理器对模块进行管理,而另一种则采用专用IC进行管理。如中兴通讯电源系统部部长李祥忠先生说:"中兴的AC/DC电源利用拔号、专线或辅助业务通道,采用386EX作主控制器,对电源进行遥控、遥测、遥信和遥调。"Lucent公司的电源模块也不采用专用芯片组,而是采用微处理器进行管理,其优势是可根据客户的要求通过软件来提高对电源模块的控制能力。

  电源监控IC不仅完成对电源的监测,还起着保护整机电路或提示警告的功能。RICOH公司的RX5VL.RX5VT,R3111N系列IC具有监测电源电压的功能,监测电压范围以0.9V-6.0V可选,RN5VD则是一种可通过外接电容来改变延迟时间的电源监测IC。爱立信公司的PKN 4000 I系列DC/DC电源模块具有很宽的系统控制范围,可远距离或在机房内进行开/关控制、有报警信号、复位和输出电压调整。