沒有專門電源團隊的OEM為什么應考慮模塊化可配置電源？

隨著電子設備的功能越來越多，結構越來越復雜，為其供電的電源系統(tǒng)也變得越來越復雜，而對于沒有專門電源團隊的原始設備制造商（OEM）而言，電源設計充滿了設計和商業(yè)挑戰(zhàn)。

關于電源

廣義上講，電源是將其他形式的能量轉換成電能的裝置，如水力、風力、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，電源有可分為獨立電源、開關電源、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計提供所需的所有 DC 電源軌電壓。例如使用一個現成的電源轉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，再通過內部 DC-DC 轉換器產生額外的電壓軌。

DC-DC 轉換器是分立元件組成的產品或預先設計的模塊，可以直接安裝在 PCB 或機箱內的某個地方。這樣，就可以用一個現成的電源連接多路輸出的轉換器。在一些情況下，設計者可以選擇使用多個電源轉換器來產生部分或全部所需的系統(tǒng)電壓。當這些選項難以實施，或不能充分滿足設計要求時，設計者可以尋求定制電源設計。

但是，對于醫(yī)療設備（外科機器人、成像設備和激光設備）及工業(yè)自動化設備，如果從頭開始設計定制電源，就會影響產品上市，使設備造價更高，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)可實現比基礎定制設計更高的靈活性和可擴展性。電源行業(yè)在配電架構、轉換拓撲和封裝技術方面的不斷進步正在提升系統(tǒng)效率和密度，實現從墻式插座到負載點的電源轉換和管理。

利用模塊化方案實現從墻式插座到負載點的電源轉換

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規(guī)?；袌鲂枨蟮念A測而生產的“積木”塊。通常，模塊化電源轉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、功率因數校正和隔離變壓器。功率從前端傳輸到每個 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性非常寬泛，以實現最大的通用性。

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用靈活性。同一組模塊可以調整和 / 或排列實現各種 I-V（電流 - 電壓）特性。例如，當配置為單輸出時，一個通用 600W 模塊化電源應該能夠在 120A 時提供 5VDC，在 5A 時提供 120VDC，或者在此范圍實現任意 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，那么就在負電壓可用性方面實現了更大的靈活性。與許多不可配置的多輸出電源轉換器不同，設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，可以獨立調節(jié)，因此不存在維持交叉調節(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模塊化系統(tǒng)設計。

其次是成本：現在，電子設備的功能越來越密集，成本越來越受限，在設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)、認證周期。模塊化可配置電源已通過各種機構認證，即買即用，可降低機構測試成本，縮短監(jiān)管審查流程，加快產品上市。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)會因為設備功能的變化而受到影響，已開發(fā)的電源轉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換器在整個開發(fā)周期中適應設計，而不必更改機械設計、電源供應商或合規(guī)性考慮事項。如果子電路電壓發(fā)生變化，設計者只需調整模塊的設定值。如果最終產品需要比估計更多的電量，設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)的總轉換效率，散熱量更少，實現更小的產品尺寸，因此，比非模塊化解決方案獲得更高的功率密度。此外，由于一次側功能是以單個連接市電的電源實現的，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，需經安全機構的嚴格審查。許多合規(guī)性項目可能受到電源轉換設計的嚴重影響。此外，更高的能源效率需要采用開關模式 AC-DC 和 DC-DC 轉換器，從電磁兼容角度看，電源應該是電子產品中噪聲最大的部件之一。與現成轉換器或是自主設計的配電系統(tǒng)相比，模塊化方案經過專門設計和測試，符合嚴格的安全和 EMC 要求，因此設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致不合規(guī)。即使出現系統(tǒng)級不合規(guī)，OEM 只找一家供應商即可解決問題。

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)設計的局限性，轉向先進的解決方案——可擴展、高效的 DC-DC 轉換。

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)或定制設計方法經常出現的最后一刻意外和延遲的可能性。

TT Electronics 產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成的電源，為其設備內的不同子系統(tǒng)供電。這種方法會使每個電源的泄漏電流總和超標。許多現成的 AC-DC 轉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。根據所需功能，可以對模塊化電源轉換器的數量進行增減。通常，占了大部分成本的 AC 前端可以實現規(guī)模經濟性，而不同產品版本的機械設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，其中許多產品還提供針對每個模塊 I-V 特性的遠程可編程性，以及遙感特性和獨立的抑制信號。一些模塊化轉換器在現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，在廠商的官網通常都有“產品快速查找工具”或“在線電源配置器”，可根據用戶需要的電源功率、輸出電壓和電流、軌數等參數顯示一種選擇的模型，并從數千種 DC-DC、AC-DC 產品、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 的模塊化可配置產品有密封式、開放式、U-Channel 等幾種。

NEVO+1200S 可配置電源是同類產品中最小、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 1200W 功率，是尺寸、重量、低待機功耗和一次側抑制是關鍵因素的高要求工業(yè)應用的電源解決方案。

模塊化可配置電源已有各種認證

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每個配置單元由一個輸入模塊和多達 8 個輸出模塊組成，可以實現任何輸出組合，以創(chuàng)建最多 16 個獨立輸出的電源解決方案。其標準功能包括智能風扇控制、寬輸出電壓調節(jié)能力和一次側遠程開 / 關，待機功耗小于 3W。該系列具有完整的 IEC/UL60950 安全認證，符合 EN61000 抗擾度、EN55022-B EMC 標準。

·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品，與市場上相應功率級別的電源相比，其噪聲更低。QM 系列經過醫(yī)療和工業(yè)安全認證，適合包括 BF 級醫(yī)療設備、測試和測量、廣播、通信及可再生能源在內的各種應用。

模塊化可配置電源非常通用

QM 系列效率高達 91%，可減少內部熱損耗，從而支持使用低速冷卻風扇，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)高速風扇的電源相比，該系列電源可減少灰塵和污染物進入，從而實現更高的可靠性。

·Artesyn Embedded Power（雅特生科技）的 12kW 電源模塊支持 iHP 數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準電源模塊組建可配置的智能型大功率電源系統(tǒng)，并根據個別應用的實際需要自行設定獨特的輸出配置，以滿足特殊要求。

自行配置遠程電源模塊節(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備，不同的輸出組合可利用現有由 0.12V 至 300V 的 iHP 模塊自行配置，輸出功率的配置有數之不盡的組合方式可供選擇。

iHP 系列除了適用于多種醫(yī)療設備和工業(yè)設備，許多園藝農圃的照明系統(tǒng)也采用其作為遠程電源，為整個農圃的 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? 系列用戶和現場可配置電源系列集成了 DC-DC 轉換器和附件組件，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，它由標準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 轉換器允許用戶立即配置高效電源。雖然尺寸很?。?.0 x 11.7 x 3.4 英寸），但它可提供高達 1600W 的輸出功率和多達 16 個隔離輸出。通過選擇和插入多達 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 轉換器，可提供多種輸出和功率水平。最終可以用標準和模塊化的構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，相同長度的轉換器可并聯連接以增加輸出功率（升壓轉換器），或串聯以獲得更高的電壓（總輸出電壓不超過 400V）。

這樣來總結

對于沒有專門電源團隊的 OEM，要贏得設計優(yōu)勢，可以考慮模塊化可配置電源。這樣就能在可預測的組件和系統(tǒng)功能和可靠性、快速設計周期、簡單的系統(tǒng)可（重新）配置性和可擴展性，同時在實現系統(tǒng)運行效率、功率密度和經濟性等方面領先一步。

值得一提的是，目前國內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品遜色，而且不同廠家專注不同領域，如通信、工業(yè)、軍工、電動汽車等電源細分市場，用戶可以根據自己的需要和成本考量采購不同的電源。
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