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隨著電子設(shè)備的功能越來越多，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，為其供電的電源系統(tǒng)也變得越來越復(fù)雜，而對于沒有專門電源團隊的原始設(shè)備制造商（OEM）而言，電源設(shè)計充滿了設(shè)計和商業(yè)挑戰(zhàn)。
關(guān)于電源
廣義上講，電源是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置，如水力、風(fēng)力、海潮、水壩水壓差、太陽能等可再生能源以及煤炭、石油等產(chǎn)生的電力來源。常見的電源是 380V 工業(yè)用電和民用的 110V-220V AC 電力，另外還有電池、充電寶、電源適配器等類型的 DC 電源。
任何電子產(chǎn)品都需要有電源，確切說是先用變壓器把 AC 電源電壓降到所需的低電壓，然后由整流器把 AC 電壓變成單一方向的 DC 電壓；當(dāng)然還需要濾波和隔離，以防止頻率較高的電磁干擾電流通過，同時保證人身安全。
按照使用性質(zhì)，電源有可分為獨立電源、開關(guān)電源、定制電源、模塊化（可配置）電源、充電電源等。
為什么需要模塊化、可配置？
通常，我們有許多方法為給定電子設(shè)計提供所需的所有 DC 電源軌電壓。例如使用一個現(xiàn)成的電源轉(zhuǎn)換器就可以為電子系統(tǒng)提供一個與危險高壓線路隔離的 DC 電壓，再通過內(nèi)部 DC-DC 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生額外的電壓軌。
DC-DC 轉(zhuǎn)換器是分立元件組成的產(chǎn)品或預(yù)先設(shè)計的模塊，可以直接安裝在 PCB 或機箱內(nèi)的某個地方。這樣，就可以用一個現(xiàn)成的電源連接多路輸出的轉(zhuǎn)換器。在一些情況下，設(shè)計者可以選擇使用多個電源轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生部分或全部所需的系統(tǒng)電壓。當(dāng)這些選項難以實施，或不能充分滿足設(shè)計要求時，設(shè)計者可以尋求定制電源設(shè)計。
但是，對于醫(yī)療設(shè)備（外科機器人、成像設(shè)備和激光設(shè)備）及工業(yè)自動化設(shè)備，如果從頭開始設(shè)計定制電源，就會影響產(chǎn)品上市，使設(shè)備造價更高，還會因合規(guī)性和追求高功率密度而浪費寶貴的時間和資源。這時，模塊化可配置電源可能是一種可行的選擇。
Vicor 公司副總裁、功率元件總裁 Claudio Tuozzolo 表示，高性能模塊化電源系統(tǒng)可實現(xiàn)比基礎(chǔ)定制設(shè)計更高的靈活性和可擴展性。電源行業(yè)在配電架構(gòu)、轉(zhuǎn)換拓?fù)浜?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%B0%81%E8%A3%85%E6%8A%80%E6%9C%AF/">封裝技術(shù)方面的不斷進(jìn)步正在提升系統(tǒng)效率和密度，實現(xiàn)從墻式插座到負(fù)載點的電源轉(zhuǎn)換和管理。
利用模塊化方案實現(xiàn)從墻式插座到負(fù)載點的電源轉(zhuǎn)換
何為模塊化可配置電源？
其實，模塊化可配置電源也是一種定制電源，只不過是電源廠商根據(jù)規(guī)?；袌鲂枨蟮念A(yù)測而生產(chǎn)的“積木”塊。通常，模塊化電源轉(zhuǎn)換器由一個連接市電的 AC 前端和一些獨立的 DC 模塊組成。前端有 EMC 濾波、功率因數(shù)校正和隔離變壓器。功率從前端傳輸?shù)矫總€ DC 模塊，再由這些模塊處理功率并提供所需的穩(wěn)壓 DC 輸出。
模塊化電源制造商通常會提供一些不同的模塊，這些模塊可以插入 DC 插槽，每個模塊覆蓋不同的輸出電壓范圍，其各自輸出電壓可調(diào)性非常寬泛，以實現(xiàn)最大的通用性。
模塊化可配置電源優(yōu)勢何在？
首先是功能：模塊化可配置電源具有明顯的多功能性和應(yīng)用靈活性。同一組模塊可以調(diào)整和 / 或排列實現(xiàn)各種 I-V（電流 - 電壓）特性。例如，當(dāng)配置為單輸出時，一個通用 600W 模塊化電源應(yīng)該能夠在 120A 時提供 5VDC，在 5A 時提供 120VDC，或者在此范圍實現(xiàn)任意 I-V 排列組合。
在靈活性方面，同一個平臺可以重新配置，以提供幾個不同的電壓軌。如果每個模塊都是隔離的，那么就在負(fù)電壓可用性方面實現(xiàn)了更大的靈活性。與許多不可配置的多輸出電源轉(zhuǎn)換器不同，設(shè)計良好的模塊化方案的每個輸出模塊都有自己的反饋回路，可以獨立調(diào)節(jié)，因此不存在維持交叉調(diào)節(jié)的最小電流，一條電壓軌上的擾動不會傳播到其他軌。此外，模塊化電源還有助于實現(xiàn)模塊化系統(tǒng)設(shè)計。
其次是成本：現(xiàn)在，電子設(shè)備的功能越來越密集，成本越來越受限，在設(shè)計過程中必須及早考慮系統(tǒng)功率要求及電源的物理空間。傳統(tǒng)電源有一些固有的缺點，如 NRE（一次性工程成本）和代理商費用高；需要 MOQ（最小訂購量）和冗長的開發(fā)、認(rèn)證周期。模塊化可配置電源已通過各種機構(gòu)認(rèn)證，即買即用，可降低機構(gòu)測試成本，縮短監(jiān)管審查流程，加快產(chǎn)品上市。雖然其單位成本稍高，但通常是合理的，特別是一些小批量應(yīng)用，模塊化可配置電源的成本優(yōu)勢更為明顯。
第三是開發(fā)難度：電源的開發(fā)會因為設(shè)備功能的變化而受到影響，已開發(fā)的電源轉(zhuǎn)換器可能因為功能的增減而功率不夠或利用率不足。使用模塊化解決方案可以使電源轉(zhuǎn)換器在整個開發(fā)周期中適應(yīng)設(shè)計，而不必更改機械設(shè)計、電源供應(yīng)商或合規(guī)性考慮事項。如果子電路電壓發(fā)生變化，設(shè)計者只需調(diào)整模塊的設(shè)定值。如果最終產(chǎn)品需要比估計更多的電量，設(shè)計者可以增加另一個模塊，反之亦然。
第四是功率密度：模塊化電源可以優(yōu)化整個電源系統(tǒng)的總轉(zhuǎn)換效率，散熱量更少，實現(xiàn)更小的產(chǎn)品尺寸，因此，比非模塊化解決方案獲得更高的功率密度。此外，由于一次側(cè)功能是以單個連接市電的電源實現(xiàn)的，比多個連接市電的電源的功率密度更高。
第五是合規(guī)性：電源轉(zhuǎn)換器是危險的高壓電源和 SELV（安全低壓）電路之間的安全屏障，需經(jīng)安全機構(gòu)的嚴(yán)格審查。許多合規(guī)性項目可能受到電源轉(zhuǎn)換設(shè)計的嚴(yán)重影響。此外，更高的能源效率需要采用開關(guān)模式 AC-DC 和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，從電磁兼容角度看，電源應(yīng)該是電子產(chǎn)品中噪聲最大的部件之一。與現(xiàn)成轉(zhuǎn)換器或是自主設(shè)計的配電系統(tǒng)相比，模塊化方案經(jīng)過專門設(shè)計和測試，符合嚴(yán)格的安全和 EMC 要求，因此設(shè)計良好的模塊化電源減少了整個電源系統(tǒng)的輻射，確保其本身不會直接導(dǎo)致不合規(guī)。即使出現(xiàn)系統(tǒng)級不合規(guī)，OEM 只找一家供應(yīng)商即可解決問題。
怎樣選擇模塊化可配置電源？
Claudio Tuozzolo 表示，用戶對提高性能和功能的需求在不斷增長，他們需要減少電源系統(tǒng)面積并降低功耗，同時還要面對縮短設(shè)計時間和使用更少資源的挑戰(zhàn)。因此，需要克服傳統(tǒng)的、分立式、基于組件的電源系統(tǒng)設(shè)計的局限性，轉(zhuǎn)向先進(jìn)的解決方案——可擴展、高效的 DC-DC 轉(zhuǎn)換。
而選擇模塊化電源組件的系統(tǒng)工程師通過組合模塊，可以設(shè)計出一個完整的電源系統(tǒng)，解決空間和效率方面的難題，并幾乎消除了傳統(tǒng)或定制設(shè)計方法經(jīng)常出現(xiàn)的最后一刻意外和延遲的可能性。
TT Electronics 產(chǎn)品管理與工程副總裁 Barry Peters 指出，事實上，一些 OEM 沒有專門的電源團隊，電源廠商可能會說服他們使用多個現(xiàn)成的電源，為其設(shè)備內(nèi)的不同子系統(tǒng)供電。這種方法會使每個電源的泄漏電流總和超標(biāo)。許多現(xiàn)成的 AC-DC 轉(zhuǎn)換器只適合作為系統(tǒng)中唯一的主電源，泄漏電流裕度不足以連接更多附加單元。
在選擇模塊化可配置電源時，從型號即可看出電源的功能，例如 XXX+要比型號 XXX 功能多，XXX- 的價格更實惠。根據(jù)所需功能，可以對模塊化電源轉(zhuǎn)換器的數(shù)量進(jìn)行增減。通常，占了大部分成本的 AC 前端可以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟性，而不同產(chǎn)品版本的機械設(shè)計可以因使用同一個 AC 前端而簡化。
市場上有許多模塊化可配置電源方案，其中許多產(chǎn)品還提供針對每個模塊 I-V 特性的遠(yuǎn)程可編程性，以及遙感特性和獨立的抑制信號。一些模塊化轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)場可配置方面提供了更多的通用性和便利性，這意味著 OEM 可以自行插拔這些模塊。
選擇模塊化可配置電源的方法很簡單，在廠商的官網(wǎng)通常都有“產(chǎn)品快速查找工具”或“在線電源配置器”，可根據(jù)用戶需要的電源功率、輸出電壓和電流、軌數(shù)等參數(shù)顯示一種選擇的模型，并從數(shù)千種 DC-DC、AC-DC 產(chǎn)品、上萬種可配置的電源組合中自動優(yōu)化最合適的模塊，配置器就會生成最經(jīng)濟高效的解決方案來滿足用戶需求，并且提供各種可供選擇的信號、泄漏電流和待機電壓，以及供用戶下單的短代碼；有的還可以通過反向器件查找快速找到器件信息。
在線電源配置很簡單
我們來看看一些典型的模塊化可配置電源。
·TT Electronics 的模塊化可配置產(chǎn)品有密封式、開放式、U-Channel 等幾種。
NEVO+1200S 可配置電源是同類產(chǎn)品中最小、完全配置后重量僅為 1.2kg 的 6 英寸 x 6 英寸 x 1.61 英寸封裝，可提供高達(dá) 1200W 功率，是尺寸、重量、低待機功耗和一次側(cè)抑制是關(guān)鍵因素的高要求工業(yè)應(yīng)用的電源解決方案。
模塊化可配置電源已有各種認(rèn)證
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每個配置單元由一個輸入模塊和多達(dá) 8 個輸出模塊組成，可以實現(xiàn)任何輸出組合，以創(chuàng)建最多 16 個獨立輸出的電源解決方案。其標(biāo)準(zhǔn)功能包括智能風(fēng)扇控制、寬輸出電壓調(diào)節(jié)能力和一次側(cè)遠(yuǎn)程開 / 關(guān)，待機功耗小于 3W。該系列具有完整的 IEC/UL60950 安全認(rèn)證，符合 EN61000 抗擾度、EN55022-B EMC 標(biāo)準(zhǔn)。
·TDK 的 QM 系列 AC-DC 電源是首款額定值為 1200W 至 1500W，符合醫(yī)療 MoPP 絕緣等級的模塊化系列產(chǎn)品，與市場上相應(yīng)功率級別的電源相比，其噪聲更低。QM 系列經(jīng)過醫(yī)療和工業(yè)安全認(rèn)證，適合包括 BF 級醫(yī)療設(shè)備、測試和測量、廣播、通信及可再生能源在內(nèi)的各種應(yīng)用。
模塊化可配置電源非常通用
QM 系列效率高達(dá) 91%，可減少內(nèi)部熱損耗，從而支持使用低速冷卻風(fēng)扇，因此在室溫條件下噪聲僅為 44.3dBA，在 50℃條件下噪聲僅為 45.3dBA，可提升患者及用戶體驗。與采用傳統(tǒng)高速風(fēng)扇的電源相比，該系列電源可減少灰塵和污染物進(jìn)入，從而實現(xiàn)更高的可靠性。
·Artesyn Embedded Power（雅特生科技）的 12kW 電源模塊支持 iHP 數(shù)字可配置大功率電源系統(tǒng)，可以取代 4 個獨立式模塊，大幅降低所需成本。新的 3 插槽 50V/12kW 電源模塊可以少用一個插槽，騰出來作為插入其他輸出模塊之用，而且所需成本也大幅減少。
用戶可利用其一系列標(biāo)準(zhǔn)電源模塊組建可配置的智能型大功率電源系統(tǒng)，并根據(jù)個別應(yīng)用的實際需要自行設(shè)定獨特的輸出配置，以滿足特殊要求。
自行配置遠(yuǎn)程電源模塊節(jié)省使用支出
該模塊適用于配備一個較大功率輸出和另外多個輸出的設(shè)備，不同的輸出組合可利用現(xiàn)有由 0.12V 至 300V 的 iHP 模塊自行配置，輸出功率的配置有數(shù)之不盡的組合方式可供選擇。
iHP 系列除了適用于多種醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)設(shè)備，許多園藝農(nóng)圃的照明系統(tǒng)也采用其作為遠(yuǎn)程電源，為整個農(nóng)圃的 LED 照明系統(tǒng)供電。這樣就無需分別采用多個獨立式 LED 驅(qū)動器，不但有助于節(jié)省安裝費，還可減少電費支出。
·Vicor（懷格）的 MegaPAC? 系列用戶和現(xiàn)場可配置電源系列集成了 DC-DC 轉(zhuǎn)換器和附件組件，具有廣泛的輸入 / 輸出、功率水平選擇，甚至定制電源的優(yōu)點，它由標(biāo)準(zhǔn)和模塊化積木組裝而成，因此不需要 NRE 即可快速交付。
MegaPAC DC-DC 轉(zhuǎn)換器允許用戶立即配置高效電源。雖然尺寸很小（6.0 x 11.7 x 3.4 英寸），但它可提供高達(dá) 1600W 的輸出功率和多達(dá) 16 個隔離輸出。通過選擇和插入多達(dá) 8 個滑入式輸出組件即可配置一個完整的電源，這些組件稱為 ConverterPAC?，其包含一個或兩個 Vicor DC-DC 轉(zhuǎn)換器，可提供多種輸出和功率水平。最終可以用標(biāo)準(zhǔn)和模塊化的構(gòu)建塊組裝成一個提供定制電源優(yōu)勢的電源。
完全用戶配置并輕松升級的“定制電源”
整個 MegaPAC 電源系列完全由用戶配置，如果輸出要求發(fā)生變化，需要更大的功率或不同的輸出電壓，也很容易升級：只需松開一個螺絲，將 ConverterPAC 更換為另一個所需電壓額定值的加長 ConverterPAC。為了增加靈活性，相同長度的轉(zhuǎn)換器可并聯(lián)連接以增加輸出功率（升壓轉(zhuǎn)換器），或串聯(lián)以獲得更高的電壓（總輸出電壓不超過 400V）。
這樣來總結(jié)
對于沒有專門電源團隊的 OEM，要贏得設(shè)計優(yōu)勢，可以考慮模塊化可配置電源。這樣就能在可預(yù)測的組件和系統(tǒng)功能和可靠性、快速設(shè)計周期、簡單的系統(tǒng)可（重新）配置性和可擴展性，同時在實現(xiàn)系統(tǒng)運行效率、功率密度和經(jīng)濟性等方面領(lǐng)先一步。
值得一提的是，目前國內(nèi)的許多電源模塊廠商也都推出了模塊化可配置電源，在性價比方面不比國外產(chǎn)品遜色，而且不同廠家專注不同領(lǐng)域，如通信、工業(yè)、軍工、電動汽車等電源細(xì)分市場，用戶可以根據(jù)自己的需要和成本考量采購不同的電源。
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