開關電源模塊的廣泛應用促使市場競爭激烈
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【家電配件下午茶帶您看行業】網友朋友們，大家好，現在是2011年09月23日家電配件3點下午茶時間，今天您可以了解開關電源相關的行業信息，以下是詳細內容：
開關電源以其高效節能、體積小、重量輕等優點在MTD2002工業領域獲得了廣泛的應用，已成為工業領域重要的基礎產品。目前大陸工業開關電源模塊市場的主要企業多數是在20世紀90年代進入大陸市場，同時在設立工業開關電源模塊生產工廠的外資品牌數量也逐漸增多，MTD2002市場競爭激烈。
目前行業內對工業開關電源模塊范圍的界定并不一致，因此，行業企業對工業開關電源市場的認識也不盡相同。近期，在北京捷孚聯合咨詢有限公司(JFUnited)推出的《2009年大陸工業開關電源市場調查報告》中，該報告研究的“工業開關電源”指輸出功率小于1,500W(包含1,500W)，包括MTD2002單路和多路輸出電壓，用于機械、電力、軌道交通、冶金、石化、汽車、水泥、煤炭等工業領域(不包括通訊、醫療、LED、商用計算機、樓宇等領域)的開關電源產品(不包括模塊電源)。在上述定義的基礎上，捷孚聯合(JFUnited)從開關電源市場的現狀、應用行業的需求等兩個方面的對大陸工業開關電源市場做了相應的研究分析。
2008年開始工業開關電源模塊市場增長減緩，2009年增速預計不足7%，市場前景短時間內較為迷茫，但后勁較足。
2008年工業開關電源市場規模約為11.8億元人民幣。在2008年下半年之前，工業開關電源主要競爭廠商多數企業的銷售增速較快，對工業開關電源市場的發展持樂觀態度。但從2008年第三季度開始，受金融危機等大環境的影響，多數企業的增速放緩，部分企業出現負增長，大陸工業開關電源市場增長有較大的波動。2007-2008年工業開關電源市場增長為12.7%，較2007年的增速出現較大的回落。受此影響，工業開關電源市場的主要供應商認為金融環境的變化對開關電源市場發展影響較大，對市場前景的預期也傾向于保守，2009年的整體市場增長預期有大幅下降，不足7%;而2010年之后工業開關電源的發展趨勢更是難以預計。
雖然金融危機對工業開關電源模塊市場造成了比較大的影響，但下游應用企業產業升級、新興行業需求的帶動以及國家政策的扶持等因素對大陸電源市場的發展起了積極的推動作用。因此，隨著金融危機的緩解，大陸工業開關電源市場還會呈現較快的發展態勢。
工業開關電源市場集中度高，明緯、西門子成為市場競爭的焦點
工業開關電源模塊市場集中度較高，行業前10家企業所占市場份額高達76.1%。其中，市場份額最高的兩家企業分別是明緯和西門子。明緯、西門子分別作為目前大陸工業開關電源市場中平板開關電源、導軌開關電源領域的代表性企業，成為工業開關電源企業競爭的核心。而其它主要企業除了與上述兩家企業形成競爭外，也會因為企業業務組合、產品應用領域等因素在一些特定的場合形成激烈的競爭關系，如電力領域(德創、宇峰、三基等)、PLC配套領域(西門子、惠朋、歐辰、穆爾等)、工業開關電源定制業務領域(朝陽、永明等)、日資企業之間(科索、TDK蘭達)等均有各自的競爭特點。
捷孚聯合(JFUnited)將工業開關電源模塊市場根據各企業的市場份額及產品檔次分成5個競爭陣營：
第一陣營：目前只有明緯一家，MTD2002產品定位于中低端市場，大陸開關電源的市場份額超過21.4%;明緯2007-2008增速較低，市場份額有所縮小。
第二陣營：主要包括西門子、菲尼克斯和朝陽，產品主要定位于高端市場，3家企業占大陸開關電源整體市場的24.2%。其中，西門子、菲尼克斯是自動化領域的領先企業，電源產品與其自動化產品連帶銷售的優勢比較明顯;朝陽以定制業務為主，在軌道交通領域有比較高的市場占有率。雖然朝陽2007-2008增長速度有所降低，但西門子和菲尼克斯的增速要高于行業整體增速，因此2007-2008該陣營市場份額變化不大。
第三陣營：主要包括LAMBDA、德創、歐姆龍、衡孚和創聯，MTD2002產品主要定位于中端至低端市場，5家企業占大陸開關電源整體市場的29.8%。其中，LAMBDA為全球開關電源最大的生產廠家之一，市場知名度較高，衡孚在大陸工業開關電源低端市場有較大的知名度，德創長期專注于電力自動化領域，在電力領域市場占有率較高。2007-2008第三陣營市場份額變化不大。
第四陣營：產品主要定位于高端及中高端市場，該陣營多數企業為外資品牌，行業主要8家企業占大陸開關電源整體市場的9.3%;2007-2008第四陣營大部分企業的增長速度要高于整體市場增速，因此該陣營市場份額有所增長。
第五陣營：產品主要定位于中端至低端市場，行業主要10家企業占大陸開關電源整體市場的10.2%。2007-2008第五陣營大部分企業的增長速度低于整體市場增速，甚至零增長或負增長，因此該陣營市場份額有所減小。近一兩年來，工業開關電源模塊市場新進入企業數量有限，并且客戶更換MTD2002品牌程度較低，2007-2008年多數主要競爭企業的市場份額的變化也比較小，預計未來幾年內，大陸工業開關電源市場競爭格局不會出現明顯變化。
工業開關電源市場需求兩極化明顯，高端產品和低端產品需求量均較大，而中端產品需求較低。
目前工業開關電源市場中，高端產品約占整個市場份額的24.9%，低端產品約占整個市場份額的37.3%，而中高端、中端、中低端等產品的各自市場份額均比較低。造成這種現象的原因是大陸工業開關電源應用領域的需求特點。如電力、軌道交通、石化、冶金等領域對高端工業開關電源的需求較大，而機械領域的大部分企業主要采購低端工業開關電源。中端產品目前的需求領域主要是一些中小型的電廠、電力設備、重型機械、少部分的石化設備等。
捷孚聯合(JFUnited)的調查報告數據顯示，大陸市場工業開關電源市場主要是外資品牌為主，市場份額超過60%;其中，高端市場以德資品牌為主，中高端、中端市場中日資品牌的市場占有率比較高，日資品牌在這兩類市場的占有率均超過相應市場容量的50%。大陸品牌主要分布在中低端和低端市場，部分企業因為應用行業的特點在高端、中高端有一定的占有率，如朝陽、德創、宇峰等。
從具體品牌上看，西門子、朝陽、菲尼克斯在高端市場處于壟斷地位，三家企業占高端市場近90%的市場份額;LAMBDA、德創在中端市場影響力比較大;明緯主要定位在中低端和低端市場，在這兩個市場中占有較高的市場份額。
平板式開關電源模塊占市場主導地位，但導軌式開關電源將成為未來市場競爭的關鍵產品
平板式工業開關電源主要應用于OEM配套，在工程項目中的應用比重相對較小;而導軌式工業開關電源主要應用于工程項目，但在煙草機械、陶瓷機械、重型機械、機床等機械細分領域中有較大比例的應用。
目前在大陸工業開關電源細分產品結構中，平板式工業開關電源仍然占據主導地位，約占整個市場的64.5%。
2007-2008年工業開關電源市場平均增長速度為12.7%。MTD2002市場增速較快(超過25%)的企業其主要產品類型以導軌式開關電源為主，如菲尼克斯、魏德米勒、普爾世等;市場增速相對較慢(25%以下)的企業則主要以平板式開關電源為主。捷孚聯合(JFUnited)認為導軌式工業開關電源將成為未來市場競爭的關鍵產品。
從工業開關電源模塊的輸出回路和輸出電壓來看，單路輸出的工業開關電源約占市場的77.1%，而單路輸出工業開關電源中又以24V占絕大多數。目前大陸工業開關電源市場已經比較成熟，2007-2008年大陸工業開關電源市場主要競爭企業(單家企業)的單路、多路比例以及24V電源的比例均比較穩定，變化趨勢在較小的時間跨度內表現不明顯;整體市場單路、多路比例以及24V電源的比例變化主要來自各主要企業的增速差異。
機械、電力是大陸工業開關電源的重點應用行業，機床、重型機械以及電力、軌道交通領域對開關電源的需求依舊較大;不同MTD2002細分領域的競爭格局差異較大。工業開關電源的應用十分廣泛，主要是用在設備配套(OEM)和工程項目上。OEM主要包括各種機械設備(以機床、紡織機械、電梯、食品包裝機械、塑料機械、重工機械、煙草機械、陶瓷機械等設備為主)、電力設備、鐵路及地鐵機車、石化冶金設備等，工程項目則主要是電力工程、軌道交通工程、石化工程、冶金工程、汽車生產線和水處理等。機械、電力兩個行業工業開關電源的用量約占大陸工業開關電源市場總需求量的3/4。其中，機械領域對工業開關電源需求量最大的是機床行業，年市場容量超過2億元;食品包裝機械、重型機械、紡織機械對工業開關電源的需求量依次遞減，陶瓷機械和煙草機械對工業開關電源的需求量相對較低。
從發展潛力上看，食品包裝機械、重工機械發展速度相對較快，是工業開關電源企業應該重點關注的行業;電梯行業受金融危機的影響，加上自身設計理念的變化，增速要低于包裝、重工等行業。而電力、軌道交通、冶金、石化等行業中，軌道交通和電力保持了較快的增長速度，MTD2002冶金領域的增速在10%以下，而石化行業則表現出了負增長的趨勢。綜合分析各應用領域的需求容量及發展潛力，機械中的機床、重型機械以及電力、軌道交通領域，都是工業開關電源企業未來關注的重點行業。
捷孚聯合(JFUnited)報告指出，在不同的細分應用領域，大陸工業開關電源模塊企業也表現出來不同的競爭力：明緯在機械領域、德創在電力領域、朝陽在軌道交通領域、西門子在石化及冶金領域分別出于領先位置。在機械領域，排名前五的企業又有各自明顯的優勢細分領域：明緯主要優勢集中在塑機和紡織機械領域;西門子主要優勢集中在煙草機械和重工機械領域;創聯主要優勢集中于機床領域;衡孚主要優勢集中于激光機械和電梯行業;歐姆龍主要優勢集中在包裝行業。
電力領域品牌較為分散，排名領先的企業市場占有率均在20%以下。在電力設備領域，配套應用的品牌主要以德創、宇峰、三基等企業為代表。在電力工程領域，代表性企業主要有明緯、LAMBDA、朝陽、衡孚、菲尼克斯等;其中，菲尼克斯、LAMBDA、朝陽工業開關電源主要應用于大型電廠及變電站項目，明緯、衡孚工業開關電源主要應用于中小型電廠及電網項目。
在冶金設備領域中，MTD2002配套的品牌主要以科索、電盛蘭達、朝陽為主，這類企業重點開發行業內的冶金研究所及系統集成商客戶，將其工業開關電源產品配套冶金設備進入冶金行業。冶金行業生產線一般多為高溫環境，對于配套應用工業開關電源模塊的性能指標要求較高，配套的工業開關電源主要以中高端品牌為主。
在鐵路及地鐵機車上配套應用的工業開關電源要求有較高的抗振性，防塵性等性能，所需產品輸出電壓及功率規格較雜，且大多以定制產品為主。朝陽作為大陸定制類為主的企業，憑借較為優越的產品性能和豐富的產品線，在機車領域處于領先優勢。軌道交通工程對于配套的工業開關電源要求相對機車領域較低，涉及品牌以中低品牌為主，其中以明緯為主，其工業開關電源產品廣泛應用于公路隧道工程、鐵路和地鐵地面系統工程。
石化設備一般為大型設備，種類繁多，配套使用工業開關電源模塊的設備也較為分散，相對應用規模較低，工業開關電源模塊主要配套應用于生產線自動化控制項目。石化生產線由于涉及的危險場合較多，對于工業開關電源模塊要求較高，配套應用的工業開關電源主要以西門子、朝陽、菲尼克斯等中高端品牌為主，涉及品牌較少，行業集中程度較高。
目前，除MTD2002軌道交通領域朝陽占有明顯的主導地位之外，MTD2002其它的領域競爭均比較激烈。
1 前言
提高功率因數（ PF） 是用電設備節能的一個重要因數。隨著電力電子技術的發展， 高頻有源功率因數校正（ PFC） 技術已越來越廣泛地應用于各種電源。大屏幕彩電開關電源的功率在200~ 300W 之間， 原有彩電的開關電源均采用普通整流加濾波電路， 其諧波電流成分大， 功率因數值λ低， 一般為0. 65~ 0. 85。本文討論功率因數問題及其校正的基本原理，分析大屏幕彩電開關電源的功率因數，并給出校正電路的設計方案及試驗結果。為了提高大屏幕彩電的節電性能， 在設計中我們采用了高頻有源PFC 技術， 提高了PF 特性。
2 PF 問題及其校正的基本原理
2. 1 PF 的概念
用電設備的λ指交流輸入有功功率P 和輸入視在功率S的比值， 即：
可見， λ還可定義為失真因數與移相因數的乘積。對開關電源來說， cos φ一般接近于1,即相移不大， 而諧波電流嚴重， 失真因數小。
2. 2 PF 低的危害性
用電設備的PF 低， 易造成以下危害：①諧波電流嚴重污染電網， 而干擾其它用電設備；②輸入電流有效值大， 需增加電路和保護器件的規格；③供電容量增加， 加大了前級設備（ 如變壓器等） 的定額；④大大增加了中線負荷， 降低了安全性能。
2. 3 高頻有源PFC的基本原理
高頻有源PFC 是根據電網的電壓、電流及負載的變化產生PWM 信號， 控制高頻電子開關導通的， 可起調節電感L 的作用。改善電流波形， 利用乘法器控制PWM 信號， 可使電網的輸入電流基本為正弦波， 使λ接近于1（ 即大于0. 99） 。
圖1 示出PFC 的原理框圖
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3 大屏幕彩電開關電源的PF分析
現有的大屏幕彩電內用開關電源一般采用全橋不可控整流電路直接加電解電容濾波電路。
圖2 示出該電路形式
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圖中，V1 是單相整流橋；C1為吸收電容；R1 是保護壓敏電阻；R2是熱敏電阻；K為固態繼電器觸點。
R2 用以限制合閘電流， 當輸入濾波電解電容充滿電后， K 閉合， R2 斷接， 電路的交流輸入電壓、電流波形見圖3。由圖3 可見， 只有當網側電壓幅值高于電解電容電壓時， 電流才從電網中抽出， 因而電流諧波成分很大。計算出這種波形的λ很低， 一般在0. 65~ 0. 85 之間。
圖3 現有大屏幕彩電開關電源交流輸入電壓電流波形
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圖中，uiac為電網電壓波形；uidc 為經V1 整流出的波形；uci 為輸入濾波電解電容的電壓波形；i i 為輸入電流波形。
大屏幕彩電開關電源的輸入功率在300W 左右， 其中1/ 3 ~ 1/ 5 是無功功率， 若采用有源PFC 技術可使其λ≥0. 99, 即λ≈1, 這樣可節電60~ 100W, 是相當可觀的。
4 大屏幕彩電開關電源的高頻有源PFC
4. 1 設計方案
我們采用升壓式電路來設計大屏幕彩電開關電源的有源PFC 電路， 其控制電路采用平均電流控制方式， 芯片采用UC3854， 具體電路見圖4。它的工作原理是： 根據輸出電壓、輸出電流和負載電流， 由UC3854 產生控制脈沖， 控制開關管導通， 連續監控和調節L 中的電流，使之跟隨整流后的單向輸入正弦電壓， 并與其成正比； 此外， 為實現對輸出直流電壓的調整，利用乘法器并通過輸入交流電壓和輸出直流來調控正弦基準電流， 以完成正確的SPWM, 這也是實現PFC 的關鍵。
圖4 UC3854 構成PFC 電路的大屏幕彩電開關電源原理圖
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我們設計開關管的工作頻率為50kHz, Rt= 11. 2kΩ , C t= 2. 2nF, 輸入電壓Ui 范圍為220V+ 20%- 30%, 直流電壓Ud = √2Ui, DC/ DC 的輸出功率為250W, 輸入功率為275W, 效率η=91%, 根據公式計算校正電感：
4. 2 實驗結果
我們規定， 網側交流電壓為ui, 有效值為Ui; 交流電流為ii, 有效值為Ii; 濾波電解電容上的直流電壓平均值為Ud; DC/ DC 輸入電流的平均值為I d。在輸入線上串一小電阻，用示波器測得其電流波形見圖5。由圖5 可見， ui為正弦， ii 為基本正弦， 在50Hz 波形上有50kHz 的小紋波。i i 與u i 的相位差為100us左右， 所以φ= 1. 8°， cos φ≈0.9995。
圖5 實測波形
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用單相調壓器調ui , 再用表測得當Ui=220V 時， I i= 1. 25A, Ud = 310V, I d= 0. 85A,UdId/UiIi≈0.958.
因為電抗器和開關管也有功耗， 所以總的λ> 0.958, 如果校正電路的效率η= 0.97, 則λ≈0.988。
5 結束語
大屏幕彩電開關電源采用全波整流直流電解電容濾波時的λ在0. 65~ 0. 85 之間， 比較低， 而采用PFC 后， 可使λ提高到0.98 以上，每臺彩電可節電60~ 100W。采用PFC 專用芯片， 可方便地實現校正電路， 且效果良好， 可靠性也高。
Q：負載調整和交叉調整是怎么產生的？
A：負載調整是由于負載變化（電流變化）而產生的輸出電壓波動；交叉調整指的是在電源擁有多路輸出時，隨著各路負載發生變化時各路輸出電壓發生的波動。
Q：如何保證負載從零到滿載條件下均保持較高的效率？
A：權衡一下設計和制造成本，使用軟開關和同步整流。少用或不用反激式電路。
Q：單段PFC的優缺點及適用范圍?
A：單段PFC的優點集中體現在效率和成本上，因為將傳統的PFC+PWM兩段集中為單段，所以省去了一個環節，這樣一來就避免了一個耗電環節，因此效率上可以改善。另外單段PFC至少可以節省一個控制器、一個磁性元件（電感）、一個開關器件（高壓MOSFET），因此可以有效降低成本達20%以上。由于將兩段合二為一，因此PF值不如傳統有源PFC實現的高，動態響應速度、紋波等方面性能也不如兩段式優異。單段PFC比較適合應用的領域如照明、適配器等。
Q：開關電源控制器中，芯片對功率管的驅動時間如何選擇？芯片對功率管進行驅動時，導通過快或過慢應該是都不好吧？這個時間如何把握呢？通常數值為多少？是否能夠提供較通用的計算公式？
A：功率場效應管柵極上串聯的幾十歐的小電阻，作用是消除場效應管關斷時，由變壓器漏感和場效應管漏-柵極之間的電容產生的寄生振蕩，而不是用作調節什么開關的“軟硬”。至于開關管通斷瞬間產生脈沖峰尖引起的EMI，在硬開關電路中通常用箝位電路和RC吸收回路減弱或消除掉；而在軟開關中，是加入適當的電感或電容及輔助開關電路，使電路在開關通斷瞬間，在開關兩端產生諧振，消除峰尖的同時順便也將開關的損耗降到最低。此外EMC/EMI和開關的頻率，電路的拓撲（結構），PCB的布線等還有密切的關系，而不僅僅是開關管通斷瞬間的問題。
驅動過快會引起EMI問題,而過慢又會增加損耗降低效率；很難確定出驅動時間的一個通用數值,因為驅動時間和電路拓撲結構以及MOSFET的參數有極大關系。
Q：安森美的CS51414E的問題：我最近在用安森美的CS51414，輸入電壓22V，輸入側電容為220u鋁電解+4.7u的陶瓷電容;Vsw側是22u/3A的電感，IN5819的肖特基，100u的膽電容組成的續流回路；反饋電阻按照DATASHEET；現在輸出5V的電壓，有很大的紋波(1VP-P，表現為尖刺脈沖)；輸出800mA時，發熱很嚴重。測量3腳Vsw波形，發現輸出不是520K的脈沖，而是會丟失很多的脈沖!會不會是電感的問題?
A：1.你測的1Vp-p應該是紋波+噪聲電壓，紋波電壓決定于開關頻率，電感量和輸出電容量，噪聲電壓和探頭的接法與layout有很大關系，應把示波器的帶寬設置在20MHz。
2.800mA時應該比較熱。因為輸入電壓較高所致。可加大散熱銅箔面積，并把IC用導熱硅膠粘貼在下面的銅箔上。或用CS51412代替CS51414，并把電感量加大一倍。
3.丟失脈沖應該是layout不好所致。把IC的接地端從輸出電容的負端引出，并在IC的電壓輸入端到地端接一0.1u的陶瓷電容試試看。
Q：用3844設計的開關電源保護：反激式開關電源，輸出5V/1A、15V/500MA、24V/200MA。用5V進行的反饋。如果將15V或者24V短路時.5V的輸出整流二極管會被燒毀。請教是那里的問題？還有變壓器內部的電流如何變化?
A：可能是5V整流管的反向耐壓偏低所造成，如果短路后進入了打嗝模式，變壓器的初次級電流都較小，如果沒進入保護，將維持在恒功率輸出模式，就是24V或12V輸出電壓低而輸出電流很大，乘積是恒定功率。
Q：在實際應用中如何選擇Buck產品?
關于非隔離型DC-DCBuckConverter,有以下兩個問題：
一、在以下兩種條件下，應選擇哪種拓樸結構的Buck(同步還是非同步)；
1、輸入電壓12V/15V,輸出電壓5V,最大負載電流3A；
2、輸入電壓為5V,輸出電壓為3.3V/2.5V/1.8V,最大負載電流3A；
二、同步和非同步的Buck在實際應用中應注意哪些問題,如拓樸結構如輸入,輸出電壓以及負載電流,工作頻率等的關系。
A：一、上述兩種應用無論選擇同步還是非同步都是可以接受的方式。關鍵在于終端客戶對電源的不同要求，如成本、效率等方面的考量。在一般實際應用中，這兩種應用以非同步較為常見。
二、非同步的優勢在于成本較低，但由于續流是由二極管完成，因此開關頻率較低、效率不高。通常的開關頻率在兩、三百千赫以下；在輸入輸出壓差較小且電流不是很大時該是拓撲結構比較適合；
同步整流效率較高，開關頻率可高達兆級，體積小，但成本較非同步整流處于劣勢。電流較大時最好采用同步整流，但可考慮開關MOSFET外置以減小芯片散熱壓力。
Q：適配器、液晶電視、ATX電源設計要點？
A：由于以上應用特性各有不同,所以在電源設計方面也有獨特之處：
1、由于體積小且散熱條件差，適配器對滿載效率要求很高，且多為單路輸出；另外,由于沒有輔助電源，因此電路控制器本身要求有很好的待機性能；由于功率范圍的原因，在小功率大多數適配器會選擇反激結構，而中大功率出于效率考慮多用LLC拓撲架構；
2、液晶電視電源功率一般在幾十瓦到最大三四百瓦范圍，多路輸出，尺寸方面特別是高度方面有嚴格的限制，使其電源設計如拓撲、變壓器等方面要格外注意。液晶電視電源的電路拓撲較多，正激、反激、LLC等均有應用。一般較大尺寸的液晶電視均有專用的待機電源，因此主電路控制器的待機特性不如適配器這般苛刻；
3、高效ATX電源對輕載、半載、滿載的效率均有明確的要求，因此在設計時要引起對這方面的重視。同液晶電視一樣，ATX電源也是多路輸出且有專用的待機電源，同時，待機電源的高效低能耗也是衡量ATX電源性能的一個重要指標。目前應用于高效ATX電源以有源鉗位和LLC居多。
Q：開關電源的一些術語：斜坡補償，斜坡補償，不連續模式，逐周期限流，突發模式，電流模式，電流內環，電壓外環。
A：
斜坡補償-在電流模式中當占空比大于50%時,為抑制次諧波振蕩,將部分鋸齒波電壓加到控制信號上的補償方式；
斜坡補償-電感電流在每個開關周期的任何時候都不會到零的工作模式；
不連續模式-電感電流在每個開關周期前/末都會到零的工作模式；
逐周期限流-每個開關周期都會檢測過流信號；
突發模式-應該是Burst模式，指一種待機方式；
電流模式-電流信號參與環路控制的模式；
電流內環-電流控制環路；
電壓外環-電壓控制環路。
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