从MPS产品规划看电源模块为什么越来越受欢迎？

在绝大部分行业中，模块化由于其方便使用，价格合理，性能优化等特点，已经得到了市场的普遍认可，电源行业也是如此。从工业时代的砖式电源开始，模块电源就因为其标准化，易维护的特点而广为流行。

随着半导体工艺的进步，如今芯片封装样式的电源模块也已经屡见不鲜，并且逐步获得市场的更多青睐。二次电源模块（传统DC-DC）的市场，预计将从2020年的2亿美元，增长至2024年的10亿美元。其中需求增长主要来源将包括5G通信基础设施，AI数据中心，计算中心等大型IT设施。

几大电源类芯片厂商，都在关注电源模块这一新兴发展的市场。我们今天要介绍的MPS就是其中之一。

为什么要使用电源模块

MPS电源模块产品线经理Roy Tu表示，MPS开发电源模块的初衷，是为客户提供更简单、更易用、更可靠的产品，透过模块化方式压缩客户硬件开发周期，减少PCB设计中反复迭代而造成的研发资源浪费。 

Roy以真实的客户开发周期为例，传统的分立电源设计中，芯片及被动元件的计算和选型过程需要2-12周的时间，之后的原理图、layout设计、回板调试与验证等都需要1-3周时间。而开箱即用的电源模块可以减少多达70%的开发周期，从18周减少到5周。 

此外，电源模块相比于分立方案，其还具有小体积，高散热等特点。比如MPS的电源模块中，采用了3D堆叠方法，将电感和IC立体封装，这样可以减少平铺面积，并未客户节约PCB占版面积。而且IC还可以通过电感等散热，从而降低了温升，提高了系统性能和效率。

第三，则是电源模块具有更好的EMI性能，可针对客户应用，最佳化管脚布局，优化功率传输路径。

电源模块的未来挑战

电源模块的诸多优势，同时也是未来发展的挑战。

首先，需要尺寸进一步减少，功率密度进一步提高。比如某些OAM单元，其处理器功耗已达600W规格，未来将突破1kW甚至2kW。同时在高功率下，还需要保持高转换效率及小尺寸等特点。

其次，是散热带来的挑战。比如5G基础设施中的电源模块，需要适应严苛的室外环境，无风扇散热，大负载等环境中。

第三，是更多的供电通道。随着板载元件越来越多，其需要的电压轨也越来越复杂，并且需要更严格的开关机时序，以及更严苛的EMI。

第四，Roy还提到了需要有更加通用的电源模块，一方面可以兼顾不同的电压轨以及不同的输出功率，另外也不会因为灵活性而增加冗余成本。

最后，则是智能化的需求，包括智能分配负载，智能保护，智能检测等等可以改善设计体验的功能。

MPS的应对之道

为了满足电源模块的快速增长需求，MPS一共推出了百余种各具特色的电源模块，通过搭配不同的特色创新，从而应对电源模块的个性化要求。

MPS双路输出系列的电源模块MPM54522 和 54322 家族，输入电压范围从 2.85V 到 16V，输出电压范围从 0.4V 到 3.8V，支持并联多路输出，且支持双相自动交错并联，从而减少纹波。产品支持远端采样的精度控制，快速负载响应，并且灵活配置了数字接口和模式选择功能。

这种灵活的工作方式，使其非常适合FPGA、ASIC供电电源，应用于包括电信基础设施、加速卡、光模块、自动化等领域。

MPM54524是业界 20A 负载的最小封装模块，尺寸仅有8mmx8mmx2.9mm，其做到如此高功率密度的原因，在于MPS创新的封装方式。晶圆被嵌入在基板中，然后电感贴装在基板表面，电感和IC之间通过玻璃纤维和导热的胶体进行传热。

另外一款MPM82504E则是在封装中加入了金属，相比塑料填充而言，导热性能更高。

MPS特有的垂直封装技术

Roy还提到了光模块中的电源管理，光模块中对于电源噪声非常敏感，因此为光模块单元供电需要分成几路，分别给接收端、发射端以及内部逻辑控制电路供电，通过隔离提高噪声抑制。但实际设计中，光模块的尺寸和高频布线压缩了电源布线空间，因此很多时候光模块供应商只能牺牲尺寸和成本，或是牺牲性能。MPS推出具备智能负载分配功能的电源模块MPM54313，具有三路输出降压电源模块，每路输出电流3A，独立供电，可满足光模块的需求。

针对EMI缓解，MPS推出了一系列创新技术，包括3D布局，减少覆铜的天线效应；多路集成化设计可在电源内部实现电磁干扰实时补偿；基板设计则是在功率平衡流动和过孔通流方面优化磁场分布，约束电磁辐射；开关频率调节以及抖频等丰富技术，从不同角度优化EMI。MPM3596就是这么一颗满足Class-5辐射标准的电源模块。

未来更完善的路线图

MPS公开电源模块发展路径

如今，MPS可以覆盖从6V到75V广泛的电源模块产品，以及包括车规级产品。

“MPS电源模块未来的研发思路，除了高压、大电流、高功率密度这些不变的方向之外，我们会更注重电源模块的数字功能和智能化功能这两点着力发展的特性。”Roy说道。