在大多数行业中，模块化因其使用方便、价格合理、性能优化等特点得到了市场的普遍认可，电源行业亦是如此。从工业时代的砖式电源开始，模块化电源因其标准化、易于维护而得到广泛普及。

随着半导体技术的进步，芯片封装式的功率模块已经司空见惯，并逐渐受到市场的青睐。二次电源模块（传统DC-DC）市场预计将从2020年的2亿美元增长到2024年的10亿美元。需求增长的主要来源将包括5G通信基础设施、AI数据中心、计算中心等大型信息技术设施。

几大功率芯片厂商都在关注功率模块这一新兴市场。今天我们要介绍的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，通过模块化压缩客户硬件开发周期，降低重复迭代的成本在PCB设计中。由此造成研发资源的浪费。

Roy以真实的客户开发周期为例。在传统的分立电源设计中，芯片和无源元件的计算和选择过程需要2-12周的时间。之后，需要进行原理图、布局设计、背板调试和验证。需要1-3周。开箱即用的电源模块可将开发周期缩短高达70%，从18 周缩短至5 周。

此外，与分立解决方案相比，电源模块还具有体积小、散热高的特点。例如，MPS的电源模块采用3D堆叠方式对电感和IC进行三维封装，可以减少平铺面积，为客户节省PCB空间。而且IC还可以通过电感等方式进行散热，从而降低温升，提高系统性能和效率。

第三，电源模块具有更好的EMI性能，可以针对客户应用优化引脚布局和电力传输路径。

电源模块的未来挑战

电源模块的诸多优势也是未来发展的挑战。

首先，需要进一步减小尺寸并进一步提高功率密度。例如，部分OAM单元的处理器功耗已达到600W规格，未来将超过1kW甚至2kW。同时，在高功率下，还需要保持高转换效率和小尺寸。

其次是散热带来的挑战。例如，5G基础设施中的电源模块需要适应恶劣的室外环境、无风扇冷却和重负载环境。

三是供电渠道更加丰富。随着板上元件越来越多，它们所需的电压轨也变得越来越复杂，需要更严格的通电和断电时序，以及更严格的EMI。

第四，Roy还提到需要一种更通用的电源模块，可以考虑不同的电压轨和不同的输出功率，而不会因灵活性而增加冗余成本。

最后是智能化的需求，包括智能负载分配、智能保护、智能检测等能够提升设计体验的功能。

MPS的回应

为了满足快速增长的电源模块需求，MPS推出了百余种不同特性的电源模块。通过匹配不同的特性创新，MPS可以满足电源模块的个性化需求。

MPS双输出系列电源模块MPM54522和54322系列，输入电压范围为2.85V至16V，输出电压范围为0.4V至3.8V，支持并联多路输出，并支持两相自动交错并联，从而减少纹波。该产品支持远程采样精准控制、快速负载响应，并灵活配置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和ASIC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是业界最小的20A负载封装模块，尺寸仅为8mmx8mmx2.9mm。如此高功率密度的原因在于MPS创新的封装方法。将晶圆嵌入基板中，然后将电感器安装在基板的表面上。热量通过玻璃纤维和导热胶体在电感和IC之间传递。

另一款MPM82504E在封装中添加了金属，其导热率比塑料填充更高。

MPS独特的垂直包装技术

Roy还提到了光模块中的电源管理。光模块对电源噪声非常敏感，因此光模块单元的电源需要分成多路分别向接收端、发送端和内部逻辑控制电路供电，并通过以下方式提高噪声抑制：隔离。但在实际设计中，光模块的尺寸和高频布线压缩了电源布线空间，因此很多情况下光模块供应商只能牺牲尺寸和成本，或者牺牲性能。 MPS推出具有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，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布局以减少铜的天线效应；多路集成设计，可实现电源内部电磁干扰的实时补偿；基板设计基于功率平衡流和通孔布线。流量方面，优化磁场分布，抑制电磁辐射；采用开关频率调整、抖频等丰富技术从不同角度优化EMI。 MPM3596就是这样一款符合Class-5辐射标准的电源模块。

未来更好的路线图

MPS公开功率模块发展路径

如今，MPS可以涵盖从6V到75V的广泛电源模块产品，以及汽车级产品。

“MPS电源模块未来的研发思路，除了高电压、大电流、高功率密度的不变方向外，我们将更加注重电源模块数字化功能和智能化功能的发展。”罗伊说道。