模塊電源作為技術比較成熟的產品，目前全球的市場增長平緩。然而，由于設備生產、物料采購向中國大陸地區的轉移以及中國通信設備廠商的國際市場策略的推進，中國在全球模塊電源市場上可謂一支獨秀，近年來增長一直保持兩位數以上。業界人士認為，在未來幾年內可以預期15%以上的增長速度。
但另一方面，模塊電源市場的總容量有限。據預計，就DC-DC模塊電源市場而言，中國市場的容量在2~3億美元，國內外模塊電源廠家之間的競爭也同樣日趨激烈。為了滿足客戶持續降價的需求，領先的公司通過管理優化縮短研發周期、生產過程優化提高直通率、貼近客戶設計、提高產品技術含量等措施搶占市場，并通過軟硬件投入加強生產和檢測的自動化，強化可靠性設計、電磁兼容和無鉛化技術保障。“靠簡單模仿的中小規模的模塊電源廠家隨著客戶在可靠性、電磁兼容性、無鉛化等方面的要求越來越高而價格越來越低的壓力下，將無法保證大客戶的需求，不會有多大的發展空間。”北京新雷能公司研發副總經理王士明表示。
模塊電源同時也面臨來自半導體公司的競爭，TI、凌特和IR公司都推出了自己的微型模塊化電源產品。對于當前很多電路板空間和散熱條件受限的系統，如AdvancedTCA或CompactPCI平臺的嵌入式系統來說，這些微型模塊化產品的小尺寸和高效率特點受到系統設計工程師的關注。“來自半導體公司的競爭壓力并不大，他們的產品多數功率在10A以下。”上海英聯系統公司技術總監喬宗標表示。而王士民認為：“模塊電源對系統的可靠性影響較大，模塊電源的生產需要經過多道調試、篩選和測試程序，客戶將電源設計到單板的方式不方便進行針對電源的專項可靠性篩選，不容易發現潛在故障。”
傳統市場的“甜蜜”不再
系統廠商正在面臨越來越大的成本壓力，而這種壓力將部分地轉嫁到模塊電源，模塊電源廠商正越來越深刻地體會到這種壓力。“現在通信廠商為了降低成本，常常一年或半年就開一次招標會，客戶的價格壓力越來越大。”SynQor中國區經理孫永驊表示。“而另一方面，盡管我們一年的開架模塊電源出貨量在170萬到190萬片，但是相對于系統廠商的器件采購量而言，我們對上游器件供應商并沒有大批量的價格優勢。” 孫永驊道出了目前通信電源模塊廠商面臨的“尷尬”價格現狀。
事實上，這樣的問題已經成為所有模塊電源共同面臨的問題，特別是國外模塊電源公司，相對幾年前的高利潤，通信模塊電源市場的“甜蜜”不再，而中國本土的模塊電源廠商也開始蠶食這些市場。王士明表示：“隨著模塊電源技術的成熟和國內外模塊電源廠家相互滲透，中國國內模塊電源的設計差異化越來越小，市場競爭日趨激烈。國內企業由于本地服務和價格優勢，市場占有率越來越大。國外廠商的市場被壓縮到小批量/多品種的中高端市場。”中國本土模塊電源公司也不可避免地受到價格競爭的壓力。王士明表示，新雷能公司模塊電源產品價格在2005年下降近20%，為應對中低端模塊電源價格下降帶來的沖擊，他們加強了對高利潤的高端開放式多層板電源、大功率高功率密度鋁基板電源的開發。
一些公司開始尋求新的高利潤市場空間，包括開發一些細分市場(如軍工、醫療、工業等)和高附加值的產品(如高可靠性、高性能產品)。“例如，我們現在開始做醫療電源，這些市場準入門檻高，可以獲得更高的利潤。” 孫永驊說。一些公司也瞄準了本地新興模塊電源市場，“由于國家政策支持本土技術的發展，中國本土模塊電源公司在鐵路和軍工領域有更多機會。”王士明表示。此外，除了傳統的通信模塊電源市場，基于IP的增值應用設備和新興的無線通信技術的模塊電源也受到一些公司的關注，如可視電話應用、以太網供電設備、WiMAX等。
滿足“三高”要求的設計挑戰
模塊電源需求持續向高功率密度、高效率和高電流低電壓方向發展。在技術實現上，目前隔離模塊的設計主要還是采用單端反激、單端正激、正反激組合、推挽、橋式變換等傳統的電路拓撲，非隔離模塊采用BUCK、BOOST等。為了提高效率可以結合各種軟開關技術，包括無源無損軟開關技術、有源軟開關技術，如ZVS／ZCS諧振、準諧振；恒頻零開關技術；零電壓、零電流轉換技術及同步整流技術；為了提高輸出電流采用多相變換。如何組合、優化這些技術來實現高功率密度和高效率是模塊電源設計的主要挑戰。以DC-DC模塊電源來說，當前已經可以實現100W的1/8磚模塊電源，要進一步在1/16磚產品上實現100W的功率以拓展產品應用領域，必須進一步提高效率。系統設備通常留給模塊電源的空間十分有限，有些系統是封閉式腔體，散熱是必須首先需要考慮的問題，提高電源效率、降低熱損耗關系到模塊電源乃至整個系統的可靠工作。
“電源的開關頻率選擇必須很小心，高開關頻率意味著更高的開關損耗，另外外部元件選擇、布局布線須合理考慮。”對于模塊電源的熱設計喬宗標提出了自己的建議。“變壓器的結構設計優化減小漏感對降低功率損耗很關鍵，而前端PFC的電感優化設計也能有效降低功耗。” 無錫聯美蘭達電子有限公司技術研發部經理黃勤珽表示，在該公司的HWS系列電源中采用類似的優化設計技術。此外，變壓器磁芯材料的選擇和元器件的小型化都是必須考慮的問題。而模塊電源廠商還必須權衡高性能元件帶來的性能優勢和價格之間的折中。
在AC-DC電源模塊方面，傳統的變換結構是交流經PFC前端電路變換到380V直流，再經DC-DC變換到所需的電壓，如48V。“如何通過一階變換直接得到48V電壓是一個研究的方向。”黃勤珽認為。電盛蘭達(Densei-Lambda)公司已經在開始這方面的研發，并已經獲得一定成功。“得到的效率和功率因素還不錯，但是響應速度、紋波還有待改進，輸出保留時間問題還需要解決。”黃勤珽表示。
隨著RoHS標準執行日期臨近，最近一些國際領先的模塊電源公司在推出新產品時，都強調其產品滿足RoHS標準。而該標準對于并沒有多少基礎的國內模塊電源公司來說更具挑戰性，須要對工藝、材料和元件采購進行重新審視，同時對價格、產品可靠性保證和驗證帶來新的要求。
數字模塊電源即將走出實驗室
此外，數字電源技術的發展正在推動模塊電源的數字化發展趨勢，一些國際領先的模塊電源廠商正在加強此類技術和產品的研發。“對于數字電源技術，當前我們考慮以下三種方案：低價格、功能少的低成本DC-DC方案；全數字化、功能齊備的方案；在目前產品上比較快實現的數字化產品方案，用微處理器優化電源設計。”黃勤珽道出了電盛蘭達對于數字電源技術的發展策略。實際上，對于一些國際領先的模塊電源公司來說，數字化電源已經列入了他們的高端產品名錄中。SynQor公司已經推出了采用Microchip公司dsPIC數字信號處理芯片的數字化電源模塊產品。“采用DSP實現模塊電源的控制可以簡化設計，方便產品的升級和修改，只需通過修改代碼就可以實現。” SynQor公司應用工程師賀懷謙表示。
而全數字化的電源模塊絕大部分還停留在實驗室階段。對于數字電源的發展趨勢，大多數公司都持肯定的態度，但對于實際投入卻更多地表示出一種觀望的心態。孫永驊表示：“大系統設備公司對于采用新技術比較謹慎，目前真正Design-in和Design-win的公司多是一些中小公司。”而喬宗標認為，數字技術在電源模塊的干擾和熱環境下如何可靠工作還有待時間驗證。王士明則更多地關注到標準的問題：“數字電源標準的不統一也是擺在模塊電源廠商面前的一個難題。”
電盛蘭達在數字電源領域走得比較早，該公司曾成功推出了第一款數字DC-DC模塊產品，該電源的輸出電壓可數字化控制，可通過軟件設置輸出電壓和過電壓檢測值、輸出電壓的上升和下降時間。“數字電源最初將以對電壓和電流精度要求高的應用為切入點，如機器人、工廠自動化設備、大型LCD和PDP顯示器等。”黃勤珽表示。事實上，這類應用不僅對性能要求高，其本身的高價格對成本也不敏感，可以克服數字電源模塊初期的高成本問題。對于數字模塊電源，業界人士普遍認為有望在未來3到5年內將進入批量應用。
但另一方面，模塊電源市場的總容量有限。據預計，就DC-DC模塊電源市場而言，中國市場的容量在2~3億美元，國內外模塊電源廠家之間的競爭也同樣日趨激烈。為了滿足客戶持續降價的需求，領先的公司通過管理優化縮短研發周期、生產過程優化提高直通率、貼近客戶設計、提高產品技術含量等措施搶占市場，并通過軟硬件投入加強生產和檢測的自動化，強化可靠性設計、電磁兼容和無鉛化技術保障。“靠簡單模仿的中小規模的模塊電源廠家隨著客戶在可靠性、電磁兼容性、無鉛化等方面的要求越來越高而價格越來越低的壓力下，將無法保證大客戶的需求，不會有多大的發展空間。”北京新雷能公司研發副總經理王士明表示。
模塊電源同時也面臨來自半導體公司的競爭，TI、凌特和IR公司都推出了自己的微型模塊化電源產品。對于當前很多電路板空間和散熱條件受限的系統，如AdvancedTCA或CompactPCI平臺的嵌入式系統來說，這些微型模塊化產品的小尺寸和高效率特點受到系統設計工程師的關注。“來自半導體公司的競爭壓力并不大，他們的產品多數功率在10A以下。”上海英聯系統公司技術總監喬宗標表示。而王士民認為：“模塊電源對系統的可靠性影響較大，模塊電源的生產需要經過多道調試、篩選和測試程序，客戶將電源設計到單板的方式不方便進行針對電源的專項可靠性篩選，不容易發現潛在故障。”
傳統市場的“甜蜜”不再
系統廠商正在面臨越來越大的成本壓力，而這種壓力將部分地轉嫁到模塊電源，模塊電源廠商正越來越深刻地體會到這種壓力。“現在通信廠商為了降低成本，常常一年或半年就開一次招標會，客戶的價格壓力越來越大。”SynQor中國區經理孫永驊表示。“而另一方面，盡管我們一年的開架模塊電源出貨量在170萬到190萬片，但是相對于系統廠商的器件采購量而言，我們對上游器件供應商并沒有大批量的價格優勢。” 孫永驊道出了目前通信電源模塊廠商面臨的“尷尬”價格現狀。
事實上，這樣的問題已經成為所有模塊電源共同面臨的問題，特別是國外模塊電源公司，相對幾年前的高利潤，通信模塊電源市場的“甜蜜”不再，而中國本土的模塊電源廠商也開始蠶食這些市場。王士明表示：“隨著模塊電源技術的成熟和國內外模塊電源廠家相互滲透，中國國內模塊電源的設計差異化越來越小，市場競爭日趨激烈。國內企業由于本地服務和價格優勢，市場占有率越來越大。國外廠商的市場被壓縮到小批量/多品種的中高端市場。”中國本土模塊電源公司也不可避免地受到價格競爭的壓力。王士明表示，新雷能公司模塊電源產品價格在2005年下降近20%，為應對中低端模塊電源價格下降帶來的沖擊，他們加強了對高利潤的高端開放式多層板電源、大功率高功率密度鋁基板電源的開發。
一些公司開始尋求新的高利潤市場空間，包括開發一些細分市場(如軍工、醫療、工業等)和高附加值的產品(如高可靠性、高性能產品)。“例如，我們現在開始做醫療電源，這些市場準入門檻高，可以獲得更高的利潤。” 孫永驊說。一些公司也瞄準了本地新興模塊電源市場，“由于國家政策支持本土技術的發展，中國本土模塊電源公司在鐵路和軍工領域有更多機會。”王士明表示。此外，除了傳統的通信模塊電源市場，基于IP的增值應用設備和新興的無線通信技術的模塊電源也受到一些公司的關注，如可視電話應用、以太網供電設備、WiMAX等。
模塊電源需求持續向高功率密度、高效率和高電流低電壓方向發展。在技術實現上，目前隔離模塊的設計主要還是采用單端反激、單端正激、正反激組合、推挽、橋式變換等傳統的電路拓撲，非隔離模塊采用BUCK、BOOST等。為了提高效率可以結合各種軟開關技術，包括無源無損軟開關技術、有源軟開關技術，如ZVS／ZCS諧振、準諧振；恒頻零開關技術；零電壓、零電流轉換技術及同步整流技術；為了提高輸出電流采用多相變換。如何組合、優化這些技術來實現高功率密度和高效率是模塊電源設計的主要挑戰。以DC-DC模塊電源來說，當前已經可以實現100W的1/8磚模塊電源，要進一步在1/16磚產品上實現100W的功率以拓展產品應用領域，必須進一步提高效率。系統設備通常留給模塊電源的空間十分有限，有些系統是封閉式腔體，散熱是必須首先需要考慮的問題，提高電源效率、降低熱損耗關系到模塊電源乃至整個系統的可靠工作。
“電源的開關頻率選擇必須很小心，高開關頻率意味著更高的開關損耗，另外外部元件選擇、布局布線須合理考慮。”對于模塊電源的熱設計喬宗標提出了自己的建議。“變壓器的結構設計優化減小漏感對降低功率損耗很關鍵，而前端PFC的電感優化設計也能有效降低功耗。” 無錫聯美蘭達電子有限公司技術研發部經理黃勤珽表示，在該公司的HWS系列電源中采用類似的優化設計技術。此外，變壓器磁芯材料的選擇和元器件的小型化都是必須考慮的問題。而模塊電源廠商還必須權衡高性能元件帶來的性能優勢和價格之間的折中。
在AC-DC電源模塊方面，傳統的變換結構是交流經PFC前端電路變換到380V直流，再經DC-DC變換到所需的電壓，如48V。“如何通過一階變換直接得到48V電壓是一個研究的方向。”黃勤珽認為。電盛蘭達(Densei-Lambda)公司已經在開始這方面的研發，并已經獲得一定成功。“得到的效率和功率因素還不錯，但是響應速度、紋波還有待改進，輸出保留時間問題還需要解決。”黃勤珽表示。
隨著RoHS標準執行日期臨近，最近一些國際領先的模塊電源公司在推出新產品時，都強調其產品滿足RoHS標準。而該標準對于并沒有多少基礎的國內模塊電源公司來說更具挑戰性，須要對工藝、材料和元件采購進行重新審視，同時對價格、產品可靠性保證和驗證帶來新的要求。
數字模塊電源即將走出實驗室
此外，數字電源技術的發展正在推動模塊電源的數字化發展趨勢，一些國際領先的模塊電源廠商正在加強此類技術和產品的研發。“對于數字電源技術，當前我們考慮以下三種方案：低價格、功能少的低成本DC-DC方案；全數字化、功能齊備的方案；在目前產品上比較快實現的數字化產品方案，用微處理器優化電源設計。”黃勤珽道出了電盛蘭達對于數字電源技術的發展策略。實際上，對于一些國際領先的模塊電源公司來說，數字化電源已經列入了他們的高端產品名錄中。SynQor公司已經推出了采用Microchip公司dsPIC數字信號處理芯片的數字化電源模塊產品。“采用DSP實現模塊電源的控制可以簡化設計，方便產品的升級和修改，只需通過修改代碼就可以實現。” SynQor公司應用工程師賀懷謙表示。
而全數字化的電源模塊絕大部分還停留在實驗室階段。對于數字電源的發展趨勢，大多數公司都持肯定的態度，但對于實際投入卻更多地表示出一種觀望的心態。孫永驊表示：“大系統設備公司對于采用新技術比較謹慎，目前真正Design-in和Design-win的公司多是一些中小公司。”而喬宗標認為，數字技術在電源模塊的干擾和熱環境下如何可靠工作還有待時間驗證。王士明則更多地關注到標準的問題：“數字電源標準的不統一也是擺在模塊電源廠商面前的一個難題。”
電盛蘭達在數字電源領域走得比較早，該公司曾成功推出了第一款數字DC-DC模塊產品，該電源的輸出電壓可數字化控制，可通過軟件設置輸出電壓和過電壓檢測值、輸出電壓的上升和下降時間。“數字電源最初將以對電壓和電流精度要求高的應用為切入點，如機器人、工廠自動化設備、大型LCD和PDP顯示器等。”黃勤珽表示。事實上，這類應用不僅對性能要求高，其本身的高價格對成本也不敏感，可以克服數字電源模塊初期的高成本問題。對于數字模塊電源，業界人士普遍認為有望在未來3到5年內將進入批量應用。
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來源：國際電子商情
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