【導讀】依靠簡單的經驗法則來評估電源模塊密度的關鍵因素是遠遠不夠的，例如電源解決方案開關頻率與整體尺寸和密度成反比；與驅動係統密度的負載相比，功率密度往往以不同的速率變化；因此合理的做法是將子係統和相關器件分開分析。先進的封裝和3D電源封裝® (3DPP®) 技術可讓電源模塊密度匹配其服務的相應係統
、應用和負載。

功率與體積密度

眾所皆知電源解決方案是最關鍵的因素
，因為它影響著整體係統尺寸
、體積效率、係統物料清單成本和功率密度。通常這些會被分解為係統的通用品質因數 (FOM)，例如尺寸、重量和功率（又名 SWaP）
，跟成本指標相結合時也可稱為 SWaP-C 。功(gong)率(lv)密(mi)度(du)通(tong)常(chang)是(shi)總(zong)可(ke)用(yong)功(gong)率(lv)與(yu)整(zheng)體(ti)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)體(ti)積(ji)的(de)函(han)數(shu)，這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)器(qi)件(jian)尺(chi)寸(cun)往(wang)往(wang)與(yu)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)呈(cheng)反(fan)比(bi)。功(gong)率(lv)密(mi)度(du)指(zhi)標(biao)更(geng)進(jin)一(yi)步(bu)與(yu)整(zheng)體(ti)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)質(zhi)量(liang)相(xiang)結(jie)合(he)，這(zhe)在(zai)非(fei)連(lian)接(jie)應(ying)用(yong)中(zhong)可(ke)能(neng)是(shi)一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)的(de) FOM，正如以下內容中以多個角度探討的那樣。

jianggonglvmiduyutijimiduqufenkailaishizhongyaode

，yinweicongdianyuanjiejuefangandekuangjiakeyikanchugonglvmidudetexing，yinweijiejuefanganshizhenggexitongtijideyigeziji。yibanlaishuogonglvmiduhuiyizhishangsheng，ertijimiduhuisuizhezhuyaoxitongfuzaichicunsuoxiaoerjiangdi，huotishengtamendegongnengxingrangtamenmeiyidaidounengyixiangtongdetijizuogengduodegongzuo
，zheyudianyuanjiejuefangandequshibujinxiangtong。yejieshitucaiquguoyujiandanqiezaogaodezhibiao，lirumeiwameiyuanjiage（$/W）來讓這些趨勢差異標準化，除非是比較高度相似的電源否則這幾乎是沒有意義的。

就如審視任何電源解決方案和評估他們的技術影響和財務貢獻一樣，不能止步於一階分析。功耗和能源效率通常會是一場「打地鼠」遊戲，優化一個子係統可能會導致其他方麵的性能下降；因此采取這種方法時，有效的係統級影響保持不變或甚至更糟。舉典型的例子來說，當寬帶隙電源開關（例如氮化镓或碳化矽）的功率密度增加時，電源係統的體積會變小（即使功率處理能力有提高），因為開關頻率提升之後可以減少使用一些功率器件。然而，它也可能因此需要更大（並且可能更昂貴）的熱緩解方案來處理更小空間中更密集的功耗
，甚至可能需要用到液體冷卻。它通常是「可有可無」的「小」功能
，但會對解決方案的大小或成本產生不成比例的影響。例如
，連接器（尤其是盲插型連接器）和風扇可能是 SWaP-C 分析中所有 FOM 的重要貢獻者
，因為它們可以很大
，另外機電器件也是最大限度提高係統質量和可靠性的瓶頸。

電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)擴(kuo)展(zhan)速(su)度(du)不(bu)會(hui)跟(gen)我(wo)們(men)在(zai)負(fu)載(zai)端(duan)觀(guan)察(cha)到(dao)的(de)相(xiang)同(tong)，例(li)如(ru)推(tui)動(dong)負(fu)載(zai)端(duan)的(de)摩(mo)爾(er)定(ding)律(lv)和(he)微(wei)機(ji)電(dian)係(xi)統(tong)設(she)備(bei)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)由(you)於(yu)近(jin)一(yi)年(nian)的(de)製(zhi)程(cheng)節(jie)點(dian)的(de)改(gai)進(jin)，係(xi)統(tong)路(lu)線(xian)圖(tu)無(wu)法(fa)規(gui)劃(hua)出(chu)讓(rang)電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)尺(chi)寸(cun)以(yi)指(zhi)數(shu)級(ji)減(jian)小(xiao)的(de)方(fang)法(fa)（或功率密度呈指數級增長）。也就是說，電源解決方案可以以自己的方式滿足不斷增長的負載需求

，從而跟上負載尺寸和性能進步的腳步。

功能集在功率密度中發揮著巨大作用

請看此電源上圖，其機箱蓋已卸下。這個盒子的大部份的空間看起來是被實際的電源器件占用
，還是被連接器、接線、風扇甚至散熱器和外殼（加上空白空間）zhanyongne？youshihou，rangrengandaojingyadeshidianyuanchuanshuxitongduizhengtidianyuanjiejuefangandetijideyingxiangfeichangxiao，youzengjialemiduzuidahuadekenengxing。yincizhejiushiweishenmexiang $/W 這樣的指標不適合做為任何電源的評估項目，因為它不是在幾乎相同的基礎上做的（例如，電源的功能幾乎完全相同，唯一主要的區別是電源係統器件的額定功率）。

對安全認證的需求以及為了能夠應付高壓輸入（例如更多 2D 和 3D 的間距要求）和惡劣的操作環境，解決方案的密度會受到極大的影響。更嚴格的電磁兼容性 (EMC) 或(huo)衝(chong)擊(ji)和(he)振(zhen)動(dong)水(shui)平(ping)必(bi)須(xu)被(bei)滿(man)足(zu)
，例(li)如(ru)需(xu)要(yao)網(wang)絡(luo)設(she)備(bei)構(gou)建(jian)係(xi)統(tong)認(ren)證(zheng)的(de)應(ying)用(yong)，體(ti)積(ji)會(hui)被(bei)較(jiao)大(da)的(de)過(guo)濾(lv)器(qi)器(qi)件(jian)所(suo)占(zhan)用(yong)
，同(tong)時(shi)增(zeng)強(qiang)的(de)機(ji)械(xie)支(zhi)撐(cheng)用(yong)來(lai)固(gu)定(ding)較(jiao)大(da)重(zhong)量(liang)的(de)器(qi)件(jian)。這(zhe)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)一(yi)些(xie)粘(zhan)合(he)劑(ji)或(huo)密(mi)封(feng)劑(ji)（液體矽橡膠在室溫下固化
，通常會使用「室溫硫化矽橡膠」(RTV)）、捆紮，甚至完全灌封（將溶液完全浸入環氧樹脂或聚合材料中促進熱傳遞

，實現電氣絕緣且避免器件暴露在外部環境中）。這些較大的器件和針對安全認證、熱和環境的支持材料經過改善都會增加解決方案的總重量，因此也會增加密度指標。

考kao慮lv到dao綜zong合he質zhi量liang和he電dian源yuan解jie決jue方fang案an要yao承cheng受shou的de加jia速su壽shou命ming測ce試shi，除chu了le功gong能neng性xing的de電dian氣qi平ping台tai測ce試shi以yi外wai，還hai應ying在zai設she計ji階jie段duan就jiu要yao考kao慮lv這zhe些xie測ce試shi設she定ding和he合he格ge要yao求qiu以yi及ji它ta們men如ru何he影ying響xiang測ce試shi計ji劃hua。如ru果guo是shi進jin行xing一yi項xiang長chang期qi且qie昂ang貴gui的de驗yan證zheng測ce試shi（以金錢和規劃時間來看），雖(sui)然(ran)目(mu)標(biao)是(shi)要(yao)確(que)保(bao)一(yi)次(ci)通(tong)過(guo)
，但(dan)如(ru)果(guo)是(shi)更(geng)大(da)或(huo)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)設(she)計(ji)的(de)話(hua)就(jiu)可(ke)能(neng)會(hui)更(geng)頻(pin)繁(fan)遭(zao)受(shou)失(shi)敗(bai)而(er)受(shou)到(dao)阻(zu)礙(ai)
，而(er)故(gu)障(zhang)分(fen)析(xi)時(shi)要(yao)有(you)盡(jin)職(zhi)調(tiao)查(zha)器(qi)件(jian)和(he)部(bu)件(jian)的(de)能(neng)力(li)，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)采(cai)取(qu)適(shi)當(dang)的(de)矯(jiao)正(zheng)措(cuo)施(shi)。

密度驅動的電源解決方案之SWaP改進機會

驅動 SWaP 指標的最大貢獻者也最有機會改進相關 FOM。這些主要貢獻者是過濾器器件、機ji電dian組zu件jian以yi及ji支zhi撐cheng這zhe些xie較jiao大da或huo易yi鬆song動dong器qi件jian的de重zhong量liang所suo需xu的de任ren何he事shi物wu。識shi別bie這zhe些xie因yin素su，然ran後hou將jiang器qi件jian以yi及ji其qi對dui係xi統tong設she計ji的de貢gong獻xian隔ge離li出chu來lai
，以yi讓rang設she計ji人ren員yuan將jiang整zheng體ti優you化hua的de目mu標biao集ji中zhong在zai子zi任ren務wu和he驗yan證zheng測ce試shi上shang。

計算和選擇濾波器器件以滿足 EMC yaoqiutongchangshishouyaoguanzhudexiangmu。dadianrongqiyijichicungengdamidugenggaodecixingqijiantongchangshizuikuihuoshou。ranerlingrenjingyadeshi，xunqiuyouhuadeshihoutamenwangwangshoudaojiaoshaodeguanzhu，yinweixuduoshejishiduilvboqishejibutaimanyi。suiranlvboqishejishihenzhuguandeerqiezaigengfuzadejiejuefanganzhongkenengshiyimenyishu
，danzhiyaoshejirenyuanyudianyuanshejihuoyanzhengyoudianguanlian，womenyeqiangliejianyiyaoyoulvboqishejiheyouhuadejibenpeixun。zaiguolvqiqijiande FOM（更好的性能往往是更大、更重的器件）和可接受的產品符合性（通常是指輻射水平）之間存在關鍵的權衡。

注意：在(zai)特(te)定(ding)頻(pin)率(lv)處(chu)理(li)，不(bu)需(xu)要(yao)能(neng)量(liang)的(de)最(zui)佳(jia)方(fang)法(fa)是(shi)緩(huan)解(jie)。換(huan)句(ju)話(hua)說(shuo)，嚐(chang)試(shi)先(xian)優(you)化(hua)設(she)計(ji)以(yi)消(xiao)除(chu)或(huo)減(jian)少(shao)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)，然(ran)後(hou)再(zai)將(jiang)注(zhu)意(yi)力(li)放(fang)在(zai)濾(lv)波(bo)上(shang)以(yi)捕(bu)捉(zhuo)和(he)處(chu)理(li)這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)。舉(ju)例(li)來(lai)說(shuo)
，功(gong)率(lv)驅(qu)動(dong)器(qi)或(huo)控(kong)製(zhi)器(qi)支(zhi)持(chi)擴(kuo)頻(pin)時(shi)鍾(zhong)來(lai)幫(bang)助(zhu)能(neng)量(liang)分(fen)散(san)到(dao)更(geng)寬(kuan)的(de)頻(pin)譜(pu)中(zhong)
，如(ru)此(ci)就(jiu)能(neng)減(jian)少(shao)對(dui)大(da)型(xing)濾(lv)波(bo)的(de)需(xu)求(qiu)。

fenjiedianyuanzixitongyeshiyizhongtigaomidudehaofangfa。zaitaolunjichengnengtigaomiduzhibiaoshi

，fenlidianyuanjiejuefangandezuofasihuyoudianweifanzhijiao，danshiruoshitujiangtaiduogongnengsairuyigejiejuefanganshiyoukenenghuidadaoshouyidijiandian。tebieshikaolvdaodianyuanshejisuoyoudeguanjiandianhebianliang，youshicaiqu「分治法」可ke能neng更geng有you意yi義yi。比bi如ru係xi統tong電dian源yuan軌gui在zai輸shu入ru端duan需xu要yao寬kuan範fan圍wei，在zai輸shu出chu端duan需xu要yao隔ge離li或huo嚴yan格ge調tiao節jie
，獨du立li解jie決jue方fang案an可ke能neng最zui為wei合he適shi，一yi個ge針zhen對dui輸shu入ru比bi例li進jin行xing優you化hua，而er另ling一yi個ge則ze針zhen對dui調tiao節jie或huo隔ge離li。另ling一yi個ge常chang見jian的de例li子zi是shi將jiang大da型xing單dan相xiang轉zhuan換huan器qi改gai為wei較jiao小xiao的de多duo相xiang轉zhuan換huan器qi，由you於yu每mei個ge轉zhuan換huan器qi處chu理li的de功gong率lv較jiao小xiao所suo以yi能neng夠gou使shi用yong更geng小xiao的de器qi件jian、降低電和熱應力，甚至有機會提高開關頻率以進一步改進器件的 FOM。

無論是優化濾波、單個器件，還是最有效的分解解決方案，肯定有各種方法幫助設計人員實現這些目標
，同時也利用最先進的技術 (SOTA) 尤其是商用現成 (COTS) 的解決方案。3D電源封裝® (3DPP®) 領域的重大進步，尤其是對低壓 DC/DC 電源轉換器而言，這是最佳的選擇。先進的封裝技術促進了電源轉換和電源管理解決方案，能夠利用上麵列出的許多 SOTA 技術並將它們集合到高密度集成器件中。特別是濾波器器件，以平麵磁體、模具封裝和多芯片模塊的形式異構集成到電源模塊之中。3DPP®能讓這些最好的技術為 SWaP 優化做出貢獻，同時享有使用 COTS 解決方案的好處。

結論

電源解決方案不受摩爾定律定義，尤其是在考慮主導著 SWaP-C zhibiaodechunengshebeideshihou

，erzhibiaoyouquedinglegonglvmiduhezhengtixitongmidudeguanjiandian。fengzhuangwangwangshiyigefeichangdadequdongli
，tanenggoubangzhudianyuanjiejuefangan（特別是模塊和其他現成產品）跟上負載端密度的進步。

僅僅為了改善指標（如 W/m3）erzhuiqiugonglvmidukenenghuidailaihengaodedaijia
，bansuizhexuduoxiangmuzhijiandequanheng
，congzengjiachengbenhekaifashijiandaojiangdixiaolvhekekaoxing。zhongyaodeshijiangsuoxugongnengdailaidezhenzhengyingxiangduibitaduichengben、空間和效率（當然還有項目進度）的影響
，然後評估在當前的應用上執行是否合理。

話雖如此，也有談過如何通過先進封裝提高密度以及利用 3DPP®技術和自動化製程來改善 SWaP-C 指標，因此事情都不是絕對的。增加設計複雜性的風險在於通常會導致製造產量下降（或增加返工從而降低生產速度並增加成本）

，danzidonghuadefengzhuangzhichenghuoxunenggoushixiangengyangekongzhiliuchengdegaodujichengjiejuefangan
，congertigaokekaoxingbingtuidongdianyuanmokuaimidu。yuelaiyueduoshiyongpingmiancitijiushiyigehenhaodelizi。

zengjiagonglvmiduwangwanghuigeirehuanjiecuoshidailaigengduotiaozhan。yueduodereliangbeikunzaiyuexiaodekongjianzhong，jiuyuenanyiyouxiaodijiangreliangsankaibingchuandaodaozhouweihuanjing。ruowufayouxiaodijiangreliangchuandichuqushi，qijianhuichuxiangengdadewenshengjinerdaozhikekaoxingxiajiang。yincihenzhongyaodeshiyaokaolvdianyuanshejiduixitongdezhengtiyingxiang，yiquebaozhuiqiudianyuanmokuaimidushibuhuixishengqitade SWaP-C 目標。特別是預測溫度和質量相關的產品壽命時，密度會影響保修分析和支持費用。

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