电源模块的出现，将嵌入式工程师从繁重的电源设计工作中解脱出来。但电源模块的种类繁多，我们在日常电路设计中该如何考虑选型呢?

在日趋激烈的市场竞争中，产品的快速设计与开发无疑已经成为领先致胜、快速占领商机的必要条件。在项目经理的“鞭策”和项目周期越来越短的普遍情况下，模块化开发，平台化开发，方案引用式开发模式已经被越来越多的系统设计人员和硬件工程师接受使用。

图1 模块化设计产物——模块化手机

任何一个电子产品的开发，都逃不开电源的设计。如果将产品比作人，那么电源就好比一个人的心脏，心脏的健康与否，关乎到人的生死存亡。同样，电源的设计优劣，轻则影响整个产品的性能，重则影响整个项目的成败。而电源设计，又以其专业程度高，调试周期长，故障排查难等特点，让“攻城狮”们深恶痛绝。

在此等大背景下，模块电源应运而生，为“攻城狮”们带来了福音。其中DC/DC电源模块又以其体积小巧、性能优异、使用方便、综合成本低等显著特点，在通信、网络、工控、铁路等领域得到广泛的应用。

那么，在型号繁多，参数各不相同，品牌众多的电源模块中，怎样筛选出既合适，性价比又高的DC/DC电源模块呢?一般标准选型方法大家都比较熟悉，这次我们讲点不一样的，讲讲嵌入式系统设计时DC/DC电源模块选型时比较容易纠结的几个问题。

一、隔离or非隔离?

“这部分电路到底需不需要隔离?”这基本上是每一个嵌入式系统工程师都会思考的问题。

从隔离的目的来说，可以将隔离分为安全隔离和噪声隔离两大类。由于嵌入式系统的应用广泛性，在硬件设计中，经常会遇到多电压供电，数模混合，高速低速信号同板等复杂的情况，处理稍有不慎，就会引入干扰，轻则降低产品性能，重则干扰通信甚至引起系统重启、瘫痪等。此时，隔离就显得尤为重要，在嵌入式系统的设计中，一般都会选择使用隔离电源模块对PCB不同区块进行隔离供电，从最大限度上减少噪声干扰，提高系统稳定性。

图2 致远电子3W宽压隔离电源模块

另外，在含有工业总线的嵌入式系统中，常常会面临浪涌、电弧干扰、雷击等恶劣环境，因此需要将总线部分和嵌入式系统部分进行安全隔离。隔离不仅能消除接地环路的干扰，还能阻隔外界恶劣环境因素影响通过总线进入核心系统，保证核心系统安全的作用。

二、性能VS 成本?

“性能”和“成本”是一对相爱相杀的冤家，让多少工程师面临两难的选择，多少辛辛苦苦做的方案，由于成本问题不得不放弃。是为了性能不顾成本?还是为了成本牺牲性能?怎样平衡性能和成本，这是在产品设计中亘古不变的话题。

图3 性能和成本之争

对于同样输入输出电压的DC/DC电源模块来说，输出功率和工作温度范围是影响其成本的主要因素。电子器件工作温度范围一般分为：商业级(0~70℃)、工业级(-40~85℃)、车规级(-40~105℃)、军品级(-55~125℃)等。由于温度等级不同，对材料和制造工艺的要求不同，模块成本就相差很大了。

如果在体积(封装形式)一定的条件下实际使用功率已经接近模块额定功率，那么模块标称的温度范围就必须严格满足实际使用需求甚至略有余量。如果由于成本考虑选择了较小温度范围的产品，实际使用温度已经逼近模块极限温度的情况，怎么办呢?这时可以采用降额使用的办法，即选择功率或封装更大一些的产品，这样“大马拉小车”，温升低，能够从一定程度上缓解这一矛盾。

总之要么选择宽温度范围的产品，功率利用更充分，封装也更小一些，但价格较高;要么选择一般温度范围产品，价格低一些，功率余量和封装形式就得大一些。到底怎样选择，就需要根据实际的情况，综合考虑了。

三、功率余量留多少?10%、20%、还是30%?

“设计余量”，一个让人又爱又恨的指标。余量设计的本质是预防意外，它虽然与品质无关，但余量设计不足，会存在质量问题的隐患，余量设计过大，又会造成成本的升高。

由于嵌入式系统应用的广泛性，负载也具有多样性，有的是阻性负载，有的是感性或容性负载，有的负载较稳定，有的负载波动较大，有的甚至还会有空载、或满载、或瞬间负载变大、或瞬间负载跌落的情况发生，这给确定电源模块的功率等级造成一定的难度。

图4 嵌入式开发应用广泛

一般情况下，负载电流的大小是决定功率的关键因素，为考虑到嵌入式系统设计的稳定性和抗意外能力，建议根据实际情况，最小预留20%的设计余量，既实际使用中最大功率不超过电源模块额定功率的80%，在这个功率范围内电源模块各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠。如果余量太大，造成资源浪费，如果余量太小则不利于温升和可靠性。

对于波动较大的负载，设计应当满足峰值电流不超过电源模块最大承受范围的基本原则，再根据负载波动的频率，适当的加大设计余量的方法，尽量提高可靠性。

四、隔离电压越大越好?

隔离电压，是隔离型DC/DC电源模块的一个重要指标，一般分1000VDC、1500VDC、2000VDC、3000VDC、6000VDC等规格，是指在一定时间内(通常是1秒)电源模块所能承受的、施加在输入端和输出端之间的最高电压。隔离电压等级越高，电源模块内部的保护器件和设计工艺要求就越高，从根本上讲，就是成本越高。那么怎样选择合适的隔离电压呢?

电源模块的隔离电压，需要根据应用场合来选择。一般场合使用对电源模块隔离电压要求不是很高，但是更高的隔离电压可以保证模块电源具有更小的漏电流，更高的安全性和可靠性，并且EMC特性也更好一些，加之嵌入式系统核心器件集成度高，封装小，相对比较脆弱，因此一般应用业界，普遍的隔离电压水平为1500VDC或以上。但在一些特殊的行业，比如医疗，户外通信基站，高压电力等，对电源模块的隔离度要求则更高。

在科技高速发展的当下，产品快速开发已经成为常态化，嵌入式系统强大的处理能力，弱化了硬件设计，将大量的工作交给了软件。标准化的硬件平台，标准的接口，丰富的驱动，使产品快速成型推向市场成为可能。在越来越紧凑的项目周期下，越来越多的嵌入式系统设计工程师已经强烈的认识到：正确合理地选用DC/DC电源模块，不但可以省去电源设计、调试方面的麻烦，而且可以提高整体系统的可靠性和设计水平，更重要的是，缩短了整个产品的研发周期。

电源模块发展的开发设计要点

模块电源的薄型化、模块化、标准化并以积木的体例进行组合的电路拓扑结构得到了日益广泛的应用。如何敏捷推出高品质、高可靠性、低成本的模块电源以进步产品竞争力，还需要我们持续不断的在电路、物料、生产工艺等多方面的提升突破。

在咱们国家有模块电源研发生产公司大概有上百家甚至几百家，主要是以小型企业和私营企业为主，整体来说竞争力不是很大，行业集中较低，在电源市场能够排名进入前10的开关电源厂家市场的占有率也是不到60%的，而且大多数的都是我们熟知的国际品牌，国内的品牌较少。特别是在中低端的模块电源市场来看，这个行业基本表现的是完全的竞争现状。在高端的电源市场，受对应的技术、工艺等方面的制约，市场集中度很高，市场的份额也就被领先的国际品牌公司所占据。作为中国企业，要想中低端市场保持有力竞争，或进军高端市场与国际品牌刮分市场份额，是每一个业界人士都关注的课题。以下将从多个侧面浅析DC-DC模块电源的发展趋势，并对热点题目进行探究。

l产品思路的变革

如今国内市场的竞争，不再完全是产品品质性能的竞争，已开始向产品价格竞争优势的转变，则电路设计、物料选型、生产工艺等多方面的不断创新突破就要放在首要位置，寻求更简洁、更新颖、成本更低的方案，如果还是墨守成规，紧随竞争对手其后，那只会利润越来越低，最终被淘汰出局。且在新形势社会下，已不再完全是大鱼吃小鱼，更多是快鱼吃慢鱼的形态了，如果你发现一个新市场不去快速抢占，则很快被对手抢占先机让你变得非常被动，甚至无法渗入直接放弃;如果你发现一个新电路而不去申请保护，很快你就要面临重新设计方案或花费高额使用权而烦恼。

l电路的创新设计

电源模块的电路方案已越趋于成熟，针对不同的电源模块性能需求，所选的电路方案也已基本固定成型，要使产品鹤立鸡群，就必须得在设计电路上要舍得投入研究突破，如无损电路、软开关、新式电路等，像有一种新式变换器“开关电容变换器”，省去了磁芯变压器，产品的体积就可以设计得非常小。或者说，在不失产品性能的前提下，电路还要化繁为简，降低产品成本，优化电路参数，提升性能和可靠性。都说产品的品质是设计出来的，产品的生产工艺设计一定要考虑可生产性，更要满足可自动化生产，尽量避免人工的参入，一切人参入的工序都是质量无法保证，成本高昂。

图1 降压型的开关电容变换器拓扑

l电子物料的革新使用

当今社会科技的发展是日新月异，电子元器件的更新换代的时间越来越短，时刻有一些高技术、小型化、低功耗、高集成低成本的物料踊跃市场，让电源模块产品可以设计得更高功率密度、更高性能品质，成本亦能更低。例如，当前片式阻容元件的主流产品的尺寸是0603型、0402型，正朝着外形尺寸更小的0201型和01005型方向发展，像106K贴片陶瓷电容已做到0805封装;SO-8封装IC的引线绑定工艺改成套装工艺技术，可设计成TSOT23-8更小封装，功耗低散热好，功率密度反而提升了2倍以上;和碳化硅二极管(SiC)的极短正向恢复和反向恢复时间、缺少正向恢复和反向恢复电荷特性，使得物料更小封装尺寸，效率更高，产品设计更加紧凑。

以及隔离反激式DCDC模块电源设计所用的PWM控制芯片，国内企业基本还是采用2843或3843等非常成熟普遍的系列芯片，然而这些芯片的功能已远远跟不上模块电源的发展需求，功能齐全、高功率密度、低成本、高电磁兼容性能是模块电源的必然发展趋势。所以一些二度集成和封装等新技术就油然而生，将一些外围功能电路全集成在芯片中，甚至包含主功率器件，如斜率补偿、欠压保护、短路保护、远程控制和开关管等，构成功能完美、外围器件极少和成本极低的集成芯片或模块，或是直接购置裸芯片，经组装成功能模块后封装，焊接于印制板上，然后键合。这也是当下的研究热点，国内主流企业和国际品牌，还有一些IC公司都已投入大量的人力和财力往这个方向去设计开发物料。像在小功率方面，现在很多IC公司(如TI)涉足电源行业，他们致力于将小功率电源封装成IC，然后自己生产、销售模块电源，成本则可以做得非常低，这将会给电源企业非常大的冲击，到时不得不低声下气的找IC公司合作，这也许是模块电源的发展趋势吧。

l电磁兼容与认证要求

目前国际上已建立了完美的电磁兼容标准与认证系统，国际产品的电磁兼容和安规认证都有严格的设计要求通过，并作为重要关键性能要求，而我国产品还没开始对此重视，趋于电磁兼容性能的测试和安规认证的巨额成本，小企业无法承受，中企业的不舍投入，或者说产品国内客户端的无明确要求推动，导致我国产品始终无法与国际产品媲美，无法销售国外市场，因为电磁兼容标准与认证是国外市场的门槛。还好，我国也逐批宣布了必要通过电磁兼容认证的产品目录，为民族工业参与国际化的竞争打下了基础，也将推动着模块电源企业对电磁兼容标准与认证的重视和建设。