【MIE 隔离电源模块活动第一站】痛点讨论 | 你理想中的电源模块是怎样的?

总结的非常到位! :smiling_face_with_three_hearts:

高效率带来低功耗,低功耗改善扇热能力。环环相扣,还要保障安全,在故障下能降低故障损失。

电源模块的具体考量主要以下几点:

  1. 在维持高转化率的前提下,电源输入输出范围尽可能宽,降低供应链物料管控压力
  2. 稳定性要好,各种场景下都不能出现失效的情况
  3. 工作温度范围越宽越好,以适应不同地区使用
  4. 在同等指标情况下,封装越小,发热量越小越好
  5. 最好具备各种保护功能,如过压保护,欠压保护等
  6. 纹波要小,对外辐射也要尽可能小

平时在项目中需要经常用了电源模块:
1、性价比,一些对价格敏感的客户,使得选型就比较难。
2、周围器件的复杂度。如果模块需要用的周围器件多,会增加设计难度,成本也相应增加。
3、模块的发热量,如果发热量大,那需要考虑到散热以及功耗。
4、效率问题,在一些电池供电的应用场景里面,对于转换效率要求,很难选到合格的模块。
5、升降压的问题,有些电池供电的场景需要尽最大压榨电池,所以需要可以升降压的模块,选型往往是最痛的。

理想中的电源当然是要避免现在使用中的问题:
1:可以输出恒定的电压值,不受外界的影响,例如:负载的变化,可以认为是内阻理论无限大的情况,当然这也实现不了的。
2:输出功率可调节:理想的电源可以提供无线大的功率,满足外部负载的变化,而不会会因为外部负载突然增大损坏电源本身。
3:电压输出稳定,,没有任何噪声,纹波、电源性能高。
4:相应迅速:没有任何的延迟和过度的过程。
5:时间的推移没有引起内部元器件额老化

高效能转换:

采用先进的电源转换技术(如同步整流、软开关技术等),显著降低能量损失,提高转换效率至90%以上,甚至接近95%。

减少能源消耗和热量产生,有助于节能减排和延长设备寿命。

高度稳定性与可靠性:

精密的滤波电路设计、高性能稳压器以及先进的反馈控制机制,确保输出电压的精确稳定。

集成多重保护电路(如过压保护、过流保护、过热保护等),在异常情况下迅速响应,保护电源模块及负载设备。

智能化控制:

集成先进的微控制器或DSP,实现动态调整输出电压、电流,以及根据负载情况优化工作模式。

通过通信接口实现远程监控与控制,提升系统的智能化水平和可维护性。

紧凑化与模块化设计:

高度集成的封装技术和模块化设计理念,实现体积的小型化和轻量化,便于系统集成和空间优化。

提高系统的灵活性和可扩展性,降低设计难度和成本。

下面个人觉得的问题点

技术创新与持续迭代:

引入SiC、GaN等新型功率半导体材料,提升电源模块的效率和功率密度。

密切关注技术动态,积极引入新技术以提升产品性能。

散热设计的精细化:

结合具体应用场景进行精细化设计,优化内部布局和散热路径。

采用先进的散热材料和技术,降低温升,提高系统稳定性。

模块化与标准化:

模块化设计提高兼容性和可配置性,降低设计成本和生产周期。

推动标准化工作,促进供应链稳定,降低对单一供应商的依赖。

智能化与数字化:

集成智能监控和管理功能,实现远程监控、故障预警和自动调整。

数字化技术帮助优化控制策略,提升系统性能。

成本与供应链管理的平衡:

在追求高性能的同时,关注成本和供应链管理的平衡。

建立多元化的供应链体系,降低风险。

先考虑是模块的高可靠性、工作安全性等要求。电源模块必须在剧烈震动或恶劣的环境下仍然能够长期正常工作,不容许有任何出错。提高电源效率、降低热损耗关系到电源模块稳定运行,影响到整个系统的可靠工作。

在深入探讨理想电源模块时,可以将侧重点转向其如何精准解决现代电子系统面临的特定挑战,并如何通过创新设计实现性能的飞跃。

精准匹配动态负载需求,随着科技的进步,电子系统变得越来越复杂,负载需求也呈现出高度动态化的特点。传统电源模块往往难以快速响应这些变化,导致系统性能下降或不稳定。理想电源模块通过集成先进的数字控制技术和高速反馈回路,能够实时监测并预测负载需求的变化。结合智能算法,电源模块能够迅速调整输出电压和电流,确保在任何负载条件下都能提供稳定、精确的电源供应。这种能力对于高性能计算、快速充电以及工业自动化等领域尤为重要。

增强系统鲁棒性与可靠性,在恶劣的工作环境中,如高温、高湿、电磁干扰等,电源模块容易受到损害,从而影响整个系统的运行。理想电源模块在设计时充分考虑了这些因素,采用了高品质的元器件、优化的散热解决方案以及增强的电磁兼容性设计。此外,多重保护机制(如过压、过流、过温保护)的集成,进一步提升了电源模块的自我保护能力。即使在极端条件下,也能确保电源模块的稳定运行,从而增强了整个系统的鲁棒性和可靠性。

提升能源效率与绿色节能,随着全球能源危机的加剧和环保意识的提高,如何降低能源消耗、减少碳排放成为电子系统设计的重要考量。理想电源模块通过采用高效的电源转换技术(如同步整流、软开关技术等)和优化的电路布局,实现了极高的能源转换效率。同时,智能的待机模式和负载适应性调整功能,进一步降低了非工作状态下的能耗。这些设计不仅有助于降低系统整体的运营成本,还符合绿色节能的环保理念。

简化系统集成与调试,在复杂的电子系统中,电源模块往往需要与多个其他组件进行交互和集成。这一过程往往耗时费力,且容易出错。理想电源模块提供了丰富的接口和通信协议(如I2C、SPI、CAN等),便于与其他组件进行无缝连接和数据交换。此外,模块化的设计使得系统集成变得更加灵活和方便。同时,许多理想电源模块还配备了强大的调试和监控功能,能够实时显示电源状态、负载情况以及故障信息,大大简化了系统的调试和维护工作。

电源设计和使用中的痛点
功率密度与体积:
随着电子设备的不断发展,对电源模块的功率密度和体积提出了越来越高的要求。特别是在便携式设备、无人机等空间受限的应用场景中,如何在有限的体积内实现更高的功率输出成为一大难题。
散热问题:
电源模块在工作过程中会产生大量热量,如果散热不良,会导致模块温度升高,进而影响其性能和寿命。在5G基站、数据中心等高温、高湿环境下,对电源模块的散热能力提出了更高要求。传统的风扇散热方式可能无法满足需求,需要更高效的散热方案,如液冷散热、热管散热等。
转换效率与能耗:
提高电源模块的转换效率、降低能耗是业界关注的焦点。在复杂的电子系统中,电源模块的转换效率直接影响整个系统的能耗和成本。
电磁兼容性与稳定性:
电源模块需要与其他电子元器件和设备共同工作,因此电磁兼容性和稳定性成为不可忽视的问题。电源模块在工作过程中可能会产生电磁干扰(EMI),影响其他设备的正常运行;同时,其他设备也可能对电源模块产生干扰,导致其性能下降或故障。
定制化需求:
随着电子设备的多样化和个性化发展,对电源模块的定制化需求也越来越高。不同的应用场景和电子设备对电源模块的电压、电流、功率等参数有不同的要求,因此需要提供定制化的电源模块解决方案。然而,定制化需求往往意味着更高的设计和制造成本。
测试和验证复杂性:
随着电源模块功能的不断增加和复杂性的提高,测试和验证工作也变得越来越复杂和耗时。如何提高测试和验证的效率和准确性成为电源模块企业需要解决的重要问题之一。

理想中的电源模块
高功率密度与小型化:
理想中的电源模块应具备高功率密度和小型化的特点,以满足便携式设备、无人机等空间受限应用场景的需求。
高效散热系统:
配备高效的散热系统,如液冷散热、热管散热等,以确保电源模块在高温、高湿等恶劣环境下仍能稳定运行。
高转换效率与低能耗:
转换效率高、能耗低,能够显著降低整个电子系统的运行成本和能耗。
优异的电磁兼容性:
具备良好的电磁兼容性,能够减少对其他设备的干扰,同时抵抗来自其他设备的干扰,确保系统的稳定运行。
高度定制化:
能够根据不同应用场景和电子设备的需求提供高度定制化的电源模块解决方案,满足客户的多样化需求。
智能化与远程监控:
具备智能化和远程监控功能,能够实时监测电源模块的运行状态、故障预警和远程管理,提高系统的可靠性和可维护性。
长寿命与可靠性:
理想中的电源模块应具备长寿命和高可靠性的特点,能够在各种恶劣环境下长期稳定运行,减少维护和更换成本。
综上所述,理想中的电源模块需要在功率密度、散热、转换效率、电磁兼容性、定制化需求、测试和验证以及智能化等方面进行全面优化和提升,以满足未来电子设备和系统对电源模块的高要求。

  1. 高效率:能够以极高的转换效率将输入电压转换为所需的输出电压,减少能源浪费,降低系统整体的热量产生,从而延长设备寿命并减少运行成本。
  2. 宽输入电压范围:能够适应一定的输入电压范围,确保电源正常运行。
  3. 高精度与稳定性:输出电压和电流需保持极高的精度和稳定性,即使在负载变化或输入电压波动时也能快速响应并调整,有较高的动态响应。
  4. 小型化:随着电子设备向小型化、便携式方向发展,电源模块也应具备紧凑的尺寸和轻量化的设计,便于集成到各种设备中,减少整体系统的体积和重量。
  5. 高可靠性:具备过压保护、过流保护、短路保护、过热保护等多种保护功能,以及长寿命设计,确保在各种恶劣环境下都能稳定可靠地工作,减少故障率和维护成本。
  6. 低噪声与低电磁干扰(EMI):在运行过程中产生的噪声和电磁辐射应尽可能低,以避免对周围电子设备造成干扰,保证系统的整体性能。
  7. 智能管理:支持远程监控、智能调节、故障诊断与预警等功能,通过数字接口(如I2C、SPI、CAN等)与主控制器通信,实现电源管理的智能化和自动化。
  8. 易于安装与维护:提供标准化的接口和封装形式,便于快速安装和替换;有不同封装形式如分竖直和水平放置安装方式。
  9. 输出配置:通过配置能输出多路不同电压,电流。满足不同的使用场景。

个人比较注重这两点:
高效率:能有高转换效率,减少能量损耗,降低系统运行成本。
高功率密度:在有限的空间内提供高功率输出,满足高性能需求。

理想的电源模块是:质量可靠,输出稳定并且纹波小,电源转换效率高,体积小,经过了实际的EMC测试并且容易购买

电源模块痛点

  • 体积太大
  • 转换效率太低
  • 质量差,容易坏
  • 规格书信息太少
  • 输入电压范围太窄
  • 输出电压波动太大
  • 输出电压纹波太大
  • 安规认证不全
  • 购买不方便

理想电源模块

  • 体积小
  • 转换效率高
  • 质量可靠
  • 规格书和应用笔记等资料全
  • 宽电压输入
  • 输出电压稳定,波动小
  • 输出电压纹波小
  • 各安规认证全
  • 样品和批量购买方便

产品中用到电源模块的话主要是隔离的电源模块,比如在控制器输入端,RS485和CAN,还有编码器采用隔离电源模块。

理想的电源模块是:模块的体积小,效率高/温升低,模块输出电压精准稳定,采用闭环反馈(输出电压在不同的负载下都是稳定的)

首先,理想中的电源模块得是那种设计精巧、功能强大的类型。它应该能够灵活应对各种电源需求,无论是家庭使用还是工业应用,对于输入输出的电压范围,输入电压范围最好要宽一些,这样才能适应不同国家和地区的电压标准,比如100V到240V的宽范围输入,至于输出电压范围,它能够提供多种选择,比如常见的5V、12V、24V等,甚至能够支持可调电压输出,这样就能满足更多样化的用电需求了。
至于高精度与稳定性,高精度意味着电源模块的输出电压和电流都非常准确,不会有太大的波动或误差。这对于需要精确控制电压和电流的应用场景来说非常重要,比如科研实验、精密仪器等。而稳定性则是指电源模块在长时间运行过程中能够保持稳定的输出性能,不会出现电压下降、电流波动等问题。这对于需要长时间运行的设备来说也是至关重要的。

不错的文档内容,电源作为生活工作中不可缺少的部份,个人认为理想的电源模块应具备如下的优点:
1.首先,要设计简单,易于生产使用,这样为使用者提供了很多方便 。由于电源模块内部高集成度,用户选择电源模块使用时,只需要搭配少量其它的分立器件即可使用,大大提高了用户开发周期
2.高功率,高效率,高效率意味着可以最大限度提高利用率,降低了系统工作时的热量产生,达到延长使用寿命的作用,提高产品的稳定性。其中如何在凑型的空间里提高电源模块的功率是目前的一个挑战
3.相应的一些保护功能机制以及可靠的稳定性,稳定可靠的产品才受用户的欢迎,需考虑恶劣的环境时,可稳定的工作,以及使用寿命相关问题
4.成本优势,在产品稳定的前提下,产品优成本优势,广受使用者欢迎。
痛点个人认为如何在小体积的情况下,提高功率是目前的挑点,以及相关的散热情况。

我是从事汽车电子ECU控制器硬件开发工作的硬件工程师,一个理想的电源模块,个人认为需要满足以下几个需求:
1.宽输入电压范围,以12V系统的汽车电子为例,其输入电压范围一般是9-16V,还会要求6V输入电压时,CAN总线要可靠工作,考虑到线压降,反接电路压降等因素,这就意味这电源模块的输入电压可能低至5.5V左右,所以电源模块需要保证输入电压在5.5V时提供可靠的5V输出。
2.低功耗模式下电流要小:主机厂对ECU控制器的整体功耗一般有着严格的要求,当ECU睡眠之后,电源模块是需要继续保持工作,以便MCU能从睡眠中唤醒,这就要求,ECU睡眠时电源模块能继续保持对外输出,同时功耗又要足够低才行。
3.EMC性能好,满足CISPR-22标准:提到电源,相信做硬件的最容易遇到的问题就是EMC了,特别是DCDC电源,由于工作在开关模式,如果电源模块自身EMC性能差,再遇上PCB的一些不合理布局,那EMC整改就特别让人头大了。
4.正常工作功耗要低:功耗包含开关损耗和导通损耗,总的功耗越高,那么电源的工作效率也越低,进而会导致电源模块发热严重,一般来说温度每升高10℃,元器件的失效率就会加倍,所以电源模块的功耗越高,发热也会越厉害,不仅影响转换效率,也影响电源模块的可靠性。
5.环路稳定性高,暂态响应能力强:当电源模块的输入电压或者负载电流突变时,输出电压就会产生超调或下冲,所以电源模块需要具有可靠的环路调节,避免由于零点,极点等因素导致的反馈环路调节不稳定。
6.保护机制要全面:欠压保护,过温保护,过流保护等机制要全面。
7.满足26262功能安全认证:目前由于整车EE架构的演变,很多ECU都要求相应功能满足ASLB或ASLD的要求,这也是未来的趋势,所以电源模块自身能满足ASLB或ASLD,那对于功能安全开发来说至关重要。

1.输出电压精度要高:在选用电源模块时不仅需要考虑电压值,也需要考虑电压的精度,因为电压精度高的话可以提高ADC采样精度,对于有采样需求的电路来说就比较适合。
2.具备多路输出电压,并且输出电压灵活可通过软件配置,输出电压值可供选择,比如5V、3.3V和1.5V等较为常用的典型值,这样硬件就能做到平台化,同时满足不同产品的需求。
3.输出电流能力强:设计电源时会分解成不同的供电线路模块,每路电源对稳压器输出的最大电流也不相同,所以在大电流应用中,电源模块的输出电流能力要强。
4.输入工作电压范围要广:输入电压不是一个定值,而是一个范围值,所以电源模块不仅在高输入电压时能可靠工作,在低输入电压时也要稳定输出才行。
5.静态电流低:一般来说输出电流的越大,电源模块的工作电流也会较大,在低功耗模式下,电源模块能在维持小电流输出的同时,自己的静态电流也不会太高,这样就能降低产品整体的静态电流了。
6.具有使能端口:这个也是基于静态电流要求,有些电源模块当产品进入低功耗模式时,不需要电源模块继续工作,那么就可以通过使能端口来控制电源模块工作与否。
7.看门狗电路:通常对于需要配置硬件看门狗电路的设计,如果电源模块自己集成了看门狗电路,这样节省掉单独的看门狗芯片,节省成本以及PCB的面积,同时还能把看门狗和电源模块结合实现一些MCU软件跑飞状态下的一些功能。
8.具备复位单元:当电源模块过压或者欠压时,如果电源模块能复位MCU,避免MCU工作在不稳定状态。
9.价格要低,毕竟硬件选型不能脱离价格,所以产品的价格也很重要。

理想的隔离电源模块是小尺寸的封装

理想的MIE隔离电源:第一点高精度,小体积高效率。第二:良好的初次级绝缘耐压要求。第三适应高温和低温环境。第四较小的输出纹波。第五,具有过流、过压、过温、过载保护,我们做电源所有的前期工作都是围绕着安全、可靠这四个字。