智能化带动开关电源市场迅猛发展

开关电源是利用现代电力电子技术,采用功率半导体器件作为开关,通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率(占空比),调整输出电压,维持输出稳定的一种电源。早在20世纪80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机电源换代,进入90年代开关电源已广泛应用在各种电子、电器设备,程控交换机、通讯、电力检测设备电源和控制设备电源之中。经过三十多年的发展,中国的开关电源产业已形成了自己完善的产业链。据中国电源学会统计,目前国内生产开关电源的企业超过一千家。

    开关电源是电子电源的主要大类产品,由于其小型化、重量轻、功率密度/转换效率高、输入电压范围广、热消耗较少等众多种优点,并得益于电子产品轻薄短小的需求趋势,其发展迅速,迅速取代线性电源普及于各种电子产品领域。根据中国电源学会收集整理的数据,2008年全国开关电源(主要包含消费类开关电源、工业类开关电源、通信电源、PC电源)产值达到855亿元,2009年达931亿元,增长8.8%;2010年达到1027亿元,增长10.3%。按开关电源应用领域细分,占据全行业产出份额第一的是工业类开关电源,2010年达到全行业产值的比重为56%,居第二位的是消费类开关电源,占32%,通信开关电源占6%,PC开关电源占3%。

    节能降耗开关电源给力家用电器“智”造

    家电智能化,作为当今家电产业绿色、节能的另一大发展趋势,它是随着节能减排技术改造后,对家电产业有针对性的,趋于更人性化理念的升级诠释。根据智能的概念,只有模拟人的某种能力,从而能够对自身性能进行自我完善,达到人类某种需求,这就是真正的智能家用电器,而开关电源产业的加入,也让家电产业“智”造更加给力。

    随着上游元器件技术水平的提高和自身关键技术的不断发展,开关电源技术在过去30年中取得了飞速的发展。到20世纪80年代后期,开关电源的成本和控制电路问题等技术难关被攻克后,其已迅速成长为电源中的主流产品。在节能降耗政策环境的影响下,高效、节能已经成为电源类产品发展的方向,电源企业在设计、材料、工艺等方面已实现技术升级,在数字电视、LED、IT等新兴领域的智能化应用也将呈现出稳定增长的趋势,并带给我国开关电源行业更大市场空间,并使之继续保持快速发展。

    根据国际知名调查机构DATABEANS统计数据,从2004年至2010年每年全球开关电源市场销售额平均保持了15%左右的幅度增长,到2010年约为120亿美元的销售额,其中消费电子类电源、通讯领域电源和工业领域电源的市场份额分别排名前三位,其市场规模分别为35亿美元、34亿美元、25亿美元。

    提升服务竞争力实现开关电源产业高效复合增长

    开关电源产品型号非常多,一般企业无法在每一个细分市场获得优势,除电源适配器和手机充电器这种标准化产品竞争激烈毛利较低之外,各企业都有其主攻的细分市场,积极开拓新兴领域,能够获得较好的利润率。目前,开关电源行业拓展销售渠道的方式主要有参加行业展会、在专业平面媒体和行业网站推广以及客户相互推荐等,而拥有优质的客户资源是企业实力最直接的体现。有实力的大型电源企业基本上都开始从OEM向ODM转型,为客户提供研发设计到加工一站式服务,这些企业的品牌已经在业内有一定的声誉,在产品质量和研发能力方面均得到客户认可,已经具备对产品进行内部功能设计和外观设计的能力。

据中国电源学会及ICTresearch预测,2015年中国电源产业产值将达到2156亿元,我国开关电源产值将达到1875亿元。2011-2015年年均复合增长13.39%。未来会有越来越多的整体产品生产厂商把定制电源业务外包出去,利用外部优秀的专业化团队承接其业务,从而专注核心业务,达到降低成本、提高效率、增强企业核心竞争力和对外环节应变能力。在该趋势下,将会有更多的OEM/ODM厂商把服务作为自己的竞争力。
 开关电源真正的发展是从70年代开始的,在此期间系统的电力电子理论的确立为开关电源的发展提供了一个良好而必需的基础。但在产品应用的初期,存在开关频率低、功率密度较低、可靠性较差的缺点。因此开关电源主要的发展方向,是针对上述缺点不断加以改善。大功率场效应管及绝缘栅晶体管等器件的出现为高频和大功率变换器提供了极有利的条件。新的器件和新的拓扑理论的出现使得开关电源技术日趋可靠、成熟、经济、适用。开关电源目前的发展,可以概括为以下几个方面:

    1、高频化技术

    随着开关频率的提高,开关变换器的体积也随之减少,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善。小功率DC/DC变换器的开关频率将上升到MHz。但随着开关频率的不断提高,开关元件和无源元件损耗的增加、高频寄生参数以及高频EMI等新的问题也将随之产生。

    2、数字化技术

    在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作。目前,在整个的电子模拟电路系统中,电视、音响设备、照片处理、通讯、网络等都逐步实现了数字化,而最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域。近年来,数字电源的研究势头不减,成果也越来越多。在电源数字化方面走在前面的公司主要有TI和Microchip。

    3、软开关技术

    为提高变换器的变换效率,各种软开关技术应用而生,具有代表性的是无源软开关技术和有源软开关技术,主要包括零电压开关/零电流开关(ZVS/ZCS)谐振、准谐振、零电压/零电流脉宽调制技术(ZVS/ZCS-PWM)以及零电压过渡/零电流过渡脉宽调制(ZVT/ZCT-PWM)技术等。采用软开关技术可以有效地降低开关损耗和开关应力,有助于变换器变换效率的提高。

    4、功率因数校正技术(PFC)

    由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容,在正弦电压输入时,单相整流电源供电的电子设备,电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6~0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器,网侧功率因数可提高到0.95~0.99,输入电流THD小于20%。既治理了电网的谐波污染,又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相,APFC国内外开发较早,技术已较成熟。目前PFC技术主要分为有源PFC技术和无源PFC技术两大类,采用PFC技术可以提高AC/DC变化器输入端功率因数,减少对电网的谐波污染,但还有待继续研究发展。

    5、模块化技术

    模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。近年来,有些公司把开关电源的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流、毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,这样的模块经过严格合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。

 


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