從美國(guó)電源工業(yè)發(fā)展計(jì)劃看我國(guó)電源工業(yè)的發(fā)展

1美國(guó)電源市場(chǎng)預(yù)測(cè)　　美國(guó)開(kāi)關(guān)電源商業(yè)市場(chǎng)是與臺(tái)式計(jì)算機(jī)、電話機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)同步發(fā)展的，隨著計(jì)算機(jī)通訊設(shè)備迅速、持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)及新的IT網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)，未來(lái)的電源市場(chǎng)是非常樂(lè)觀的。基于對(duì)VDC'S“美國(guó)商業(yè)市場(chǎng)和機(jī)內(nèi)AC/DC開(kāi)關(guān)電源及DC/DC變換器應(yīng)用”研究報(bào)告的分析，基于對(duì)美國(guó)主要電源應(yīng)用領(lǐng)域大、中型OEM的主要決策者和對(duì)美國(guó)大、中型電源制造廠市場(chǎng)部人員的調(diào)查，以及根據(jù)來(lái)自其它渠道的信息，文獻(xiàn)[1]對(duì)美國(guó)電源工業(yè)的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)的趨勢(shì)作了比較全面的綜述。

　　當(dāng)前美國(guó)電源工業(yè)市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和分布示于圖1

　　圖1中所示電源制造廠生產(chǎn)的大多數(shù)電源是直接運(yùn)給OEMS和分銷商的。目前增值轉(zhuǎn)賣商銷售量尚不大，但是將變得日漸重要起來(lái)。

1.1AC/DC開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)預(yù)測(cè)

　?。?）額定功率按AC/DC開(kāi)關(guān)電源的額定功率大小分類，各類電源市場(chǎng)占有比例及年增長(zhǎng)率示于表1。251－500W電源在1992年占有比例21.5％，而到1996年卻下降到15.8％，近年來(lái)低功率及高功率電源占比例上升較快，其中1001－1500W電源消費(fèi)增長(zhǎng)率是最高的，預(yù)見(jiàn)年增長(zhǎng)率可達(dá)16.5％，主要需求是非軍用的、商用的要求大量輸出電壓較低而輸出功率較高的AC/DC開(kāi)關(guān)電源。

表1按額定功率大小分類，AC/DC

開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)（百萬(wàn)美元）及年增長(zhǎng)率

　?。?）用戶應(yīng)用領(lǐng)域

　　按AC/DC開(kāi)關(guān)電源的用戶應(yīng)用領(lǐng)域分類，各類電源市場(chǎng)占有比例及年增長(zhǎng)率示于表2。從表2數(shù)據(jù)可見(jiàn)，遠(yuǎn)距離通訊和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)交叉應(yīng)用領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，包括發(fā)射裝置、專用交換機(jī)異步傳送開(kāi)關(guān)（ATM）、遠(yuǎn)程存取LAN設(shè)備、電視會(huì)議設(shè)備的發(fā)展，均會(huì)促進(jìn)對(duì)機(jī)內(nèi)AC/DC開(kāi)關(guān)電源的需求。因此。用于遠(yuǎn)距離通訊和數(shù)據(jù)通訊機(jī)內(nèi)的AC/DC開(kāi)關(guān)電源的年增長(zhǎng)率可達(dá)15.1％。而計(jì)算機(jī)和辦公室自動(dòng)化用的機(jī)內(nèi)AC/DC開(kāi)關(guān)電源將繼續(xù)保持最大的消費(fèi)份額，但是增長(zhǎng)率將不如前者。在工業(yè)和儀表市場(chǎng)消費(fèi)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外對(duì)新型、先進(jìn)醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，包括醫(yī)用監(jiān)視器、通風(fēng)和驗(yàn)血設(shè)備用的AC/DC開(kāi)關(guān)電源需求將日益增長(zhǎng)。除此以外，工業(yè)過(guò)程控制機(jī)、操作控制臺(tái)、測(cè)試和測(cè)量?jī)x器用的電源將在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中占領(lǐng)先地位。與人們想象相反，軍用/航空領(lǐng)域?qū)C/DC電源的需求并未下降?？偟膩?lái)說(shuō)，到2001年，對(duì)AC/DC開(kāi)關(guān)電源的需求平均每年增長(zhǎng)12.7％。

圖1美國(guó)電源工業(yè)市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和分布

表4按用戶應(yīng)用領(lǐng)域分類，各類DC/DC

開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)占有比例及年增長(zhǎng)率

表3按額定功率大小分類，DC/DC

開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)（百萬(wàn)美元）及年增長(zhǎng)率

表5500W以內(nèi)的AC/DC變換器技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)

表2按用戶應(yīng)用領(lǐng)域分類，各類AC/DC

開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)（百萬(wàn)美元）及年增長(zhǎng)率

1.2DC/DC變換器市場(chǎng)預(yù)測(cè)

　?。?）功率定額按DC/DC開(kāi)關(guān)電源的額定功率大小分類，各類電源市場(chǎng)占有比例及年增長(zhǎng)率示于表3。從表3數(shù)據(jù)可見(jiàn)，51－250WDC/DC開(kāi)關(guān)電源在過(guò)去四年中占的份額最大。由于微處理器的高速化，DC/DC開(kāi)關(guān)電源由低功率向中功率方向發(fā)展是必然趨勢(shì)。一般說(shuō)來(lái)，DC/DC開(kāi)關(guān)電源在低功率范圍增長(zhǎng)率最快，其中16－25WDC/DC開(kāi)關(guān)電源的增長(zhǎng)率最高，這是因?yàn)樗鼈兇罅坑糜谥绷鞣植际诫娫?，而直流分布式電源正廣泛地用于測(cè)試和測(cè)量設(shè)備、計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)、堅(jiān)固可靠的計(jì)算機(jī)和軍用通訊系統(tǒng)。251－500WDC/DC開(kāi)關(guān)電源增長(zhǎng)率則居于第二位，它們主要用于服務(wù)性的醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備、遠(yuǎn)程通訊設(shè)備、多路通訊及其它發(fā)送設(shè)備。51－100WDC/DC開(kāi)關(guān)電源在1996年占的份額最高，但預(yù)見(jiàn)增長(zhǎng)率較低。

　　（2）用戶應(yīng)用領(lǐng)域按DC/DC開(kāi)關(guān)電源的用戶應(yīng)用領(lǐng)域分類，各類電源市場(chǎng)占有比例及年增長(zhǎng)率示于表4。從表4數(shù)據(jù)可見(jiàn)，與AC/DC電源情況類似，DC/DC開(kāi)關(guān)電源在遠(yuǎn)程通訊和數(shù)字通訊領(lǐng)域，年增長(zhǎng)率最高，達(dá)15.2％。

2小功率變換器在今后五年內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)

　　文獻(xiàn)[2]就美國(guó)10－25W及50－200WDC/DC變換器及500W以內(nèi)的AC/DC變換器三類變換器的技術(shù)、價(jià)格現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)作了綜合的對(duì)比，分別示于表5、表6、表7。從中我們可以看出，小功率變換器在今后五年內(nèi)的主要發(fā)展趨勢(shì)是：為適應(yīng)超高速CPU芯片的迅速發(fā)展，DC/DC類變換器向低輸出電壓（最低將低到1.2V）、低成本、高輸出電流、高頻化（400～500kHz）、高功率密度、高可靠性（MTBF≥106h)、高效率的方向發(fā)展。

3低壓大電流DC/DC變換器的技術(shù)方向

　　如前所述，現(xiàn)代微處理器和一些超高速的超大規(guī)模集成電路芯片，如IntelPenitumPro等，要求運(yùn)

圖2交錯(cuò)疊加型準(zhǔn)方波抵消紋波的變換拓?fù)湓韴D

表610～25WDC/DC變換器技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)

行在低電壓（2.4～3.3V）、大電流（>13A)狀態(tài),而直流母線電壓通常為5～12V。這樣就對(duì)其供電電源(電壓調(diào)整模塊－VRM)提出了新的挑戰(zhàn)，見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。要求VRM具有非?？焖俚呢?fù)載電流動(dòng)態(tài)響應(yīng),在保證足夠小體積的同時(shí),具有較高的效率。表8給出了現(xiàn)代微處理器對(duì)VRM有要求:

表8現(xiàn)代微處理器對(duì)VRM的要求

　　為了使VRM具有快速的負(fù)載電流動(dòng)態(tài)響應(yīng),傳統(tǒng)的解決辦法是VRM的輸出端并聯(lián)很多容量很大、等效串聯(lián)電阻很小的去耦電容器。顯然，該方法存在如下問(wèn)題：

　　（1）去耦電容器體積很大，而現(xiàn)代微處理器對(duì)VRM的體積有嚴(yán)格的要求；

　?。?）去耦電容只能改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)的最初階段，對(duì)后階段及總的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間沒(méi)有作用。

　　為此，文獻(xiàn)[3]提出了一種交錯(cuò)疊加型準(zhǔn)方波抵消紋波的變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其原理如圖2所示。

　　表9比較了該方案與傳統(tǒng)采用大容量去耦電容器方案的結(jié)果。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)在保證要求輸出紋波的前提下，不但可以大大減小輸出電容器的容量，

而且能大大減小VRM的輸出濾波電感的電感量。

表9與傳統(tǒng)大容量退耦電容器方案的比較結(jié)果

除此而外，為了提高VRM的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，還必須力求減小供電母線的引線電感。最有效的辦法是將VRM作成“裝在印制板上”的形式，直接裝在負(fù)載附近，而不采取集中電源供電的形式。另一方面，還要求VRM本身具有十分小的引線電感。為了保證VRM具有足夠高的效率，必須采用同步整流和漏感很小的平面超薄型的變壓器[3]。目前，美國(guó)能生產(chǎn)這類新型DC/DC變換器—VRMs（VoltageRegulatorModules）的生產(chǎn)廠主要有Astec,Celestica和VXI。

　　此外，未來(lái)的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中另一個(gè)迅速發(fā)展的趨向是集成功率保護(hù)系統(tǒng)—IPPS（IntegratedPowerProtectionSystem）。目前，在這個(gè)市場(chǎng)做得最好的公司是加拿大的Amsdell公司，它的新工藝使成本減到可與PS/2電源相比擬。

4對(duì)我國(guó)電源行業(yè)發(fā)展的幾點(diǎn)思考

　　鑒于前面對(duì)美國(guó)電源工業(yè)發(fā)展計(jì)劃的綜述和分析，我們可以得到許多有益的啟示，特別是對(duì)我國(guó)電源行業(yè)今后的發(fā)展趨向，可以作一番認(rèn)真的思考：

　?。?）到2001年，美國(guó)開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)仍以百分之十幾的平均年增長(zhǎng)率發(fā)展，而我國(guó)目前還是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)的開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)還遠(yuǎn)未開(kāi)拓，相控電源仍在我國(guó)電源工業(yè)中占有相當(dāng)大的比例。我們認(rèn)為，從長(zhǎng)遠(yuǎn)及戰(zhàn)略的觀點(diǎn)看，利用PWM技術(shù)的電源最終必將取代各類相控電源。所以，集中力量自行開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)開(kāi)關(guān)電源，全力開(kāi)拓和占領(lǐng)我國(guó)國(guó)內(nèi)的開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)，必須引起我們足夠的重視，以免重蹈國(guó)內(nèi)的中小功率通用型變頻器市場(chǎng)幾乎全為國(guó)外產(chǎn)品占領(lǐng)的復(fù)轍。

　?。?）從分析美國(guó)生產(chǎn)的各類開(kāi)關(guān)電源可以看出，小功率（1～2kW以下）的開(kāi)關(guān)電源在美國(guó)電源工業(yè)總產(chǎn)值中占有相當(dāng)大的比例。因此，我們應(yīng)當(dāng)全力加強(qiáng)對(duì)小功率開(kāi)關(guān)電源的研究、開(kāi)發(fā)和組織規(guī)模生產(chǎn)，以迅速形成我國(guó)自己的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)。

　?。?）小功率開(kāi)關(guān)電源是一種技術(shù)含量較高的電力電子產(chǎn)品。高可靠性是第一位重要的指標(biāo)，其次EMI、PFC、效率、體積、重量和成本等指標(biāo)，也是我們自己生產(chǎn)的產(chǎn)品能否參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要因素。為此，提高我國(guó)電源行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)隊(duì)伍的素質(zhì)變得非常重要和刻不容緩。

　　（4）在開(kāi)發(fā)和發(fā)展電源產(chǎn)業(yè)過(guò)程中，必須同步發(fā)展高頻磁性材料、元件以及模塊制造技術(shù)，它們的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)對(duì)我國(guó)形成開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的關(guān)系十分密切，不能掉以輕心。