当前主流模块电源技术及发展
模块电源广泛应用于通信领域，如交换设备、接入设备、移动通信、微波通信、光传输、路由器，同时也大量用于汽车电子、航空航天等场景。采用模块搭建电源系统，具备设计周期短、可靠性高、系统易于升级等特点，因此模块电源的应用越来越广泛。尤其近年来，伴随数据业务高速发展以及分布式供电系统持续推广，模块电源的增速已经超过一次电源。随着半导体工艺、封装技术以及高频软开关技术的大量运用，模块电源的功率密度不断提升，转换效率持续提高，应用也愈发简便。
模块电源的发展趋势
1999‑2004 年，全球模块电源市场规模预计从 30 亿美元增长至 50 亿美元，数据通信成为主要市场增长点；其中 5V 输出产品占比由 1999 年的 30% 下降至 2004 年的 11%。模块电源值得关注的几大发展趋势如下：
- 高功率密度、低压输出（低于3.3V）、快速动态响应的市场需求推动模块电源技术迭代。
- 非隔离 DC-DC 变换器（含VRM）增速高于隔离型产品。
- 分布式供电发展速度快于集中式供电，但集中式供电系统仍会长期存在。
- 标准化设计 DC-DC 变换器占比持续提升。
- 模块电源设计日趋标准化，控制电路逐步采用数字控制方案。
模块电源关键技术
目前国内市场主流模块电源供应商有 VICOR、ASTEC、LAMBDA、ERICSSON、POWER‑ONE。为实现高功率密度，早期电路采用准谐振、多谐振技术，但该技术器件应力高，且为调频控制，不利于磁性器件优化；后续演进为高频软开关与同步整流技术。依靠零电压、零电流开关，器件开关损耗大幅降低。同时得益于器件性能进步，模块开关频率大幅提升，普通 PWM 架构可达 500kHz 以上，磁性器件体积显著缩小，功率密度得以提高。
电路拓扑发展趋势
DC-DC 变换器电路拓扑主要发展趋势如下：
高频化：为减小开关变换器体积、提升功率密度、改善动态响应，小功率 DC-DC 变换器开关频率将从当前 200‑500kHz 提升至 1MHz 以上。但高频化也带来新问题：开关损耗与无源器件损耗增大、高频寄生效应、高频 EMI 电磁干扰等。
软开关：为提升效率，各类软开关技术得到应用，包含无源无损（吸收网络）软开关、有源软开关，例如 ZVS/ZCS 谐振、准谐振、恒频零开关技术等，以此降低开关损耗与开关应力，实现高效率与高频化。例如美国 VICOR 研发的 DC-DC 高频软开关变换器，输出规格 48/600W，效率 90%，功率密度 120W/in³。日本 LAMBDA采用有源钳位 ZVS‑PWM 正‑反激复合变换加同步整流技术，使 DC-DC 变换模块效率达到 90%。
低压输出：现代微处理器 VRM 电压低至 1.1‑1.8V，便携式电子设备 DC-DC 变换器输出电压可达 1.2V。其特点为负载变化幅度大，多数工况低于待机模式，长期轻载运行。这就对DC-DC变换器提出几点要求：
a）全负载变化区间保持高效率；
b）输出电压低（CMOS电路损耗与电压平方成正比，供电电压越低，电路损耗越小）；
c）高功率密度。该类模块多采用芯片级集成封装形式。
模块电源技术发展方向
降低热阻、提升散热能力：为改善散热、提高功率密度，中大功率模块电源普遍采用多层 PCB 堆叠封装技术；上层控制电路使用普通印制板，下层功率电路选用导热性能优异的板材。早期中大功率模块电源采用陶瓷基板改善散热，之后演进为直接覆铜技术 DCB（Direct Copper Bond），以满足大功率需求。但陶瓷基板质地脆，不易安装散热器，功率上限受限。后续发展出绝缘金属基板 IMS（Insulated Metal Substrate）直接蚀刻线路；最常用的为铝基板，在铝散热基底上涂布绝缘高分子层，再覆铜，蚀刻后功率器件直接焊接在铜层上。为规避芯片直接贴装IMS带来的热失配问题，也可采用铝板作为基底；控制电路与功率器件分别焊接在四层以上 FR‑4 多层印制板（多层板同时用作变压器绕组），再将焊接功率器件的一面通过导热胶贴合固定在成型铝板上完成封装。不少模块电源会采用灌封压实工艺，获得更好的导热、防潮、抗冲击性能。灌封材料最常用有机硅树脂，也可使用聚氨酯橡胶、环氧树脂；后两者绝缘性能优良、机械强度高、导热表现好，是近年模块电源重要发展方向，也是提升模块功率密度的核心技术。
二次集成与封装技术：为提升功率密度，近年开发的模块电源全部采用表面贴装工艺。模块电源发热严重，表面贴装必须重视芯片器件与基板之间的热匹配。为简化该类问题，MLP 多层聚合物片式电容问世；其热膨胀系数与铜、环氧树脂填料、FR‑4 印制板高度接近，不会像钽电容、磁性片式电容那样，因温度剧烈变化容易出现电容失效。此外，为进一步缩减体积，二次集成技术也快速发展：直接采购裸芯片，组装为功能单元、完成封装，再焊接、贴合到印制电路板。该方案功率密度更高，寄生参数更小；基板材质统一，不同器件热匹配性更好，提升模块抗冷热冲击能力。李泽元教授领导的 CPES 研究机构开展 IPEM 集成电力电子模块相关技术研究，采用三维封装结构，主要面向功率电路，替代传统引线键合工艺。
平面变压器与磁集成技术：磁性元件往往是电源内部体积、高度最大的器件，减小磁性元件体积即可提升功率密度。中大功率模块电源为满足标准高度限制，多数厂商采用定制磁芯；现有磁件供应商中仅有飞利浦可提供通用平面磁芯，同时该类变压器绕组加工难度较高。使用平面磁芯可以进一步缩小体积、缩短引线长度、降低寄生参数。CPES 长期开展磁集成技术研究，福州大学陈为教授曾在 CPES 从事磁集成研究。其中一款原型样机采用半桥电路，输出整流采用倍流整流技术，输出侧两只电感与主变压器集成在同一副磁芯内，最终实现 300W/in³ 的功率密度。倍流整流适合输出电流大、di/dt 指标要求高的场合，VRM 电路中经常使用该整流拓扑。
国内外市场主流模块电源品牌简介
VICOR
美国 VICOR 模块电路的核心是零电流开关技术。产品大量采用二次集成与定制器件，使变换器工作频率突破 1MHz，效率 90% 以上；功率密度是普通变换器的 10倍，可达 120W/in³。模块上电后，量化能量块从输入源输送至由变压器原边漏感、电容构成的 LC 谐振回路，同时近似半正弦波的电流流过功率 MOS 管；开关管在电流为零时开通，在半正弦波结束、电流回归零点时关断。VICOR 模块依靠这套零电流开关原理降低开关损耗，减小传导与辐射噪声。为保障不同负载条件下系统稳定性，VICOR 模块采用变频技术跟踪负载电流变化，保证任意工况下模块处于最优工作状态。
NEMIC‑LAMBDA、POWER‑ONE、ASTEC、TYCO
日本 LAMBDA、美国 POWER‑ONE、ASTEC 的功率模块属于 PWM 部分谐振零电压开关架构。在脉宽调制定频变换器电路基础上，让功率 MOS 管在开通、关断瞬间发生谐振，实现零电压开关，大幅降低开关损耗与辐射干扰；工作频率提升至 200‑500kHz，效率达到 80%‑90%。因为频率基本恒定且数值不算极高，器件要求不苛刻，电路复杂度适中，成本可控。对比全谐振变换器，该方案价格更低，在计算机、通信领域实现了较好的性价比。
ERICSSON
瑞典爱立信功率模块以低压输入型号为主，功率范围 5‑200W；电路主要采用推挽、半桥 PWM 功率 MOS 架构，工作频率 300kHz，驱动与控制采用自有专利电路。工艺层面运用 DCB 直接覆铜、引线键合技术，大幅降低寄生参数、减小纹波，同时优化散热性能。
国内模块
主要供应商有金升阳、德励（Delus Power）、益弘泰、新雷能、迪赛、中电科24所等。
新雷能与迪赛技术同源，两家产品大体相近。多数模块采用贴片+插件混合装配工艺；早期开发模块大量使用铝电解电容与自制灌封胶，成本低，但工艺水平与可靠性一般。
中兴模块电源
中兴电源产品部于 1999 年末启动模块电源研发。目前已完成及在研模块共 5 大系列 31 个型号，功率覆盖 1.5W‑300W，输出电压 3.3V‑48V。中兴模块电源研发充分剖析同类模块失效模式，吸收对标模块的研发经验。