2010年中国模块电源市场发展及预测

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 一、模块电源发展简述

  1.模块电源技术简述

  “电源”(Power Supply)的定义:电源是以电力电子学为核心技术的产品。“电源”是终端产品,“电力电子”是应用技术,“电源”产品是“电力电子”应用技术的具体产品体现。电力电子电源通常指采用电力电子技术的电源产品,是电力电子设备中重要组成成员。

  模块电源或称电源模块(Power Module),是指可以直接焊装在印刷电路板上的、以模块方式体现的电源供应器。属于电源产品中的一大类别。

  模块电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰。由于模块电源轻、小、薄的关键技术是高频化,因此国外各大模块电源制造商都十分重视新型高智能化元器件的应用,特别是改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料的应用设计上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的磁性能能力,而电容器的小型化也是一项推动模块电源高功率密度的关键因素。SMT技术的应用使得模块电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保模块电源的轻、小、薄。模块电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新,实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为模块电源的主流技术,并大幅提高了模块电源的工作效率。对于高可靠性指标,美国的模块电源生产商通过降低运行电流、结温等措施以减少器件的应力,使得产品的可靠性大大提高。

  模块电源技术领域是结合新型相关电力电子元器件与开关拓扑变换技术,两者相互促进推动着模块电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。模块电源可分为AC/DC和DC/DC两大类,DC/DC模块电源设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化,并已得到用户的广泛认可,但AC/DC模块电源因其自身的特性遇到较为复杂的技术和工艺制造问题,至今还没有大范围的普及应用。

  电力电子技术的不断创新,使模块电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国模块电源产业的发展速度,就必须走技术创新之路,走出有中国特色的产学研联合发展之路,为我国国民经济的高速发展做出贡献。

  高功率密度是模块电源发展的总体趋势,一般采用模块电源组成分布式电源系统,设计成N+1冗余电源系统,并实现并联方式的容量扩展。针对模块电源运行噪声大这一缺点,若单独追求高频化其噪声也必将随着增大,而采用部分谐振转换电路技术,在理论上即可实现高频化又可降低噪声,但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题,故仍需在这一领域开展大量的工作,以使得该项技术得以实用化。

  近几年由于数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广,模块电源的增幅已经超出了一次电源。随着半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用,模块电源功率密度越来越大,转换效率越来越高,应用也越来越简单。

  模块电源是目前设计人员的最好选择。以模块式电源取代分立元件设计方案,好比用微信息处理器件代替集成电路组件,它可更灵活、更快捷地完成系统的开发,缩短开发或更改设计所花费的时间,节省人力及技术投资。

  模块电源可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FPGA)及其他数字或模拟负载提供供电。由于模块电源组成的分布式供电结构的优点甚多,因此模块电源广泛用于交换、接入、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天及军工等领域。

  目前,艾默生、爱立信,VICOR凭借强大的整体优势占据国内市场前三的位置;中国本土品牌瑞谷科技和新雷能等发展速度较快,处于国内企业领先水平,占据市场前三的位置。另外,一些国际品牌如:SynQor、POWER-ONE、TDK-LAMBDA等也占有很大的市场份额。

  2.“电源”的定义

  我国行业标准《直流稳定电源通用规范》和其他行业标准中对“电源”是这样定义的:“电源:将来自输入源的能量转换成单输出能量源或多输出能量源的电气或电子设备。”

  3.电源变换装置的定义和分类

  3.1 电源变换装置的定义

  把某种输入形式的电能变换为负载能工作的电能形式的电源装置,就是电源变换装置。

  3.2 电源变换装置的分类

  (1) 按功率变换形式分类:

  目前的输入功率主要有交流电源(AC)和直流电源(DC)两类;负载要求也主要有AC 和DC 两类,所以电力电子电源产品有四大类: AC-DC 电源转换产品;DC-DC 电源转换产品;DC-AC 电源转换产品;AC-AC 电源转换产品。

  (2) 按电源产品名称分类,主要有:

  第1类:开关电源,包含AC/DC 开关电源,DC/DC 开关电源,充电器等
第2类:不间断电源(UPS 电源),包含AC UPS 电源和DC UPS 电源等。
第3类:逆变器,包含普通逆变器,LCD 背光逆变器,太阳能逆变器等。
第4类:变频器,包含普通变频器,高压变频器等;
第5类:其它: 如交流稳压电源,中频感应加热电源,高压电源、电力机车电源等;

  4.模块电源产品分类

  模块电源属于电源产品中的一大类别,主要包括:AC/DC模块电源和DC/DC模块电源两大类。

  AC/DC模块电源是将交流电压变换为直流电压。
DC/DC模块电源是将直流电压变换成直流电压。

  5.模块电源的优点:

  1)设计简单。只需1个电源模块,配上少量分立元件,即可获得电源。

  2)缩短开发周期。模块电源一般备有多种输入、输出选择。用户也可以重复迭加或交叉迭加,构成积木式组合电源,实现多路输入、输出,大大缩短了样机开发时间。

  3)变更灵活。产品设计如需更改,只需转换或并联另一合适电源模块即可。

  4)技术要求低。模块电源一般配备简单的外围滤波元件即可组成供电系统,因此令电源设计更简单。

  5)模块电源外壳有集热沉、散热器和外壳三位一体的结构形式,实现了模块电源的传导冷却方式,使电源的温度值趋近于最小值。同时,又赋予了模块电源良好的外壳封装。

  6)质优可靠。模块电源一般均采用全自动化生产,并配以高科技生产技术,因此质量稳定、可靠。
7)用途广泛:模块电源可广泛应用于航空航天、机车舰船、军工兵器、发电配电、邮电通信、冶金矿山、自动控制、家用电器、仪器仪表和科研实验等社会生产和生活的各个领域,尤其是在高可靠和高技术领域发挥着不可替代的重要作用。

二、 国内市场常见模块电源品牌简介

  1 国外品牌:

  1.1 美国VICOR

  美国VICOR公司模块电路技术的核心是零电流开关,工艺上大量采用二次集成和定制器件,它使VICOR变换器工作频率超过1MHz,效率达90%以上,功率密度比普通变换器高10倍,可达每立方英寸120W。模块接通电源后把一个高频化的能量块从输入源输到一个由变压器初级线圈固有漏电感和电容元件构成的LC谐振电路。同时一个近似于半个正弦波的电流通过功率场效应管开关,电流为零时开关接通,经过半个正弦波后电流返回零时开关断开。VICOR模块电源采用这种零电流开关原理,减小了开关损耗,降低了传导和辐射噪声电平。为保证不同负载下系统的稳定性,VICOR模块电源采用变频技术跟踪负载电流的变化,以保证在任何情况下模块电源都工作在最佳状态下。

  1.2 TDK-LAMBDA、POWER-ONE和ASTEC、TYCO

  日本LAMBDA公司电源模块、美国POWER-ONE电源模块和ASTEC(雅达)属于PWM部分谐振零电压开关。在脉宽调制性恒频变换器线路的条件下,让功率场效应管在开通和关断的瞬间产生谐振,实现零电压开关,从而大大减小了开关损耗和辐射干扰,使工作频率提高到200~500kHz,效率提高至80%~90%。因为频率基本恒定且不太高,对器件的要求也不是很严格,线路不是很复杂,因此成本不是很高,相对全谐振型变换器而言,这种变换器价格较低,在计算机和通讯领域达到了较佳的性能价格比。

  1.3 ERICSSON

  瑞典ERICSSON电源模块主要是低压输入模块,功率从5~200W。这种模块的特点主要采用了推挽和半桥式脉宽调制场效应管线路,工作频率达300kHz。驱动和控制采用了专利电路。工艺上采用DCB和线键合技术,大大降低了寄生参数,降低了纹波,改善了散热。

  2 国产品牌

  主要的供应商有瑞谷科技、新雷能、迪赛、43所等。

  2.1 瑞谷科技(深圳)有限公司

  瑞谷科技是从事高端电源研发、制造的中外合资企业,产品主要应用于通信、军事、医疗、服务器、LED照明等可靠性要求很高的领域,产品现有基站系统电源、嵌入式电源、标准模块电源、大功率电源、高密度的AC∕DC及DC∕DC电源,也可根据客户特殊要求定制各类电源。

  瑞谷的研发规模和研发实力在中国处于领先地位,员工总数约1500人,现有200多人的电源工程师队伍,拥有从元器件到产品的安规测试和可靠性测试实验室,严谨的IPD开发流程管理以及制造环节的QIS系统和Barcode条码控制系统,使产品使用不良率控制在200PPM以内。由于安全、可靠、耐用的产品,所以赢得世界一流的通讯设备商广泛采用瑞谷的产品,并在全球各地应用。

  由于公司在电源微型与智能化方面的突破性进展,现已将此发明技术广泛用于民用产品及工业产品设计,已研制出世界最领先的照明系列产品,并已申请全球系列专利。该系列产品在全球的年销售量约1000亿人民币,中国国内需求约150亿人民币,公司以领先的技术进入一个全球全新的领域,它将现有的产品使用寿命提高了1倍,并且更加的环保、节能,更加的美观与人性化,是颠覆性的创新产品。估计五年内公司的照明产品年销售规模将会达到几十亿人民币。

  2.2 北京新雷能科技股份有限公司

  北京新雷能科技股份有限公司主要业务是设计、制造和销售高可靠电源产品,为北京高新技术企业。在通信模块电源和高可靠性模块电源领域,新雷能是技术领先型企业,是大型电子整机设备企业电源的重要供应商。

  新雷能致力于为通信、电力、铁路及仪器仪表行业提供高性能、高可靠性的电源产品及优质服务。主要包括DC/DC模块电源,铃流发生器,工业定制电源,一次电源,嵌入式电源系统,滤波器等。产品广泛应用于通信、网络、铁路 、电力、仪表、自控、车载等领域的交换机、光端机、无线通讯、接入、机车信号、列车监控、电力载波、继电保护、智能仪表、LED路灯等设备。

  新雷能在北京和深圳均建有研发中心和制造中心,拥有四条自动表面贴装生产线,一条波峰焊生产线,一条厚膜混合集成电路生产线。共拥有厂房及办公面积13000平方米,职工总数约600人。公司建有专业的测试与环境试验室,具备环路稳定性分析、白黑盒测试、环境试验、安规试验、雷击试验、风道测试、热成像分析、EMC测试等多项测试试验能力。同时,具备协助客户解决系统级设备EMC问题的能力。

  2.3 北京迪赛奇正科技有限公司

  北京迪赛奇正科技有限公司是设计、制造和销售高品质和高性能电源领域中的领先者,为工业控制、邮电通信、数据传输、测量、铁路、航空和军工等行业客户提供高频开关电源的设计和服务,具有二十多年的设计制造经验。我公司产品包括DC-DC变换器、DC-AC铃流发生器和AC-DC电源。公司不仅提供标准设计和定制产品,还可以针对客户的需求进行修改,满足设计规范和认证要求。

  北京迪赛奇正科技有限公司通过ISO9001:2000的国际质量体系标准的认证,ISO14001环境管理体系和GB/T28001职业健康安全管理体系的认证,产品经过严格的设计验证和测试,满足国际安全标准。

三、2010年中国模块电源市场分析

  2010年,中国经济快速复苏,GDP增长达到10.3%,在经济快速增长的促进下,工业生产和投资出现了回暖增长现象,我国规模以上电子信息产业销售收入规模达7.8万亿元,同比增长29.5%。规模以上电子信息制造业工业增加值增长16.9%,其中模块电源市场共计销售额达31.57亿元,同比增长11.5%,增长率比2009年上升2.3%。

  回顾近几年中国模块电源市场的发展态势,可分为三个阶段:2008年之前,市场持续快速稳定发展,增长率维持在10%以上;2008年随着全球金融危机的到来,电源市场的增长率不断下滑,进入低谷期;自2009年下半年开始,在中国一系列经济刺激的政策拉动下,中国模块电源市场走出低谷,进入回暖期。2006-2010年中国模块电源市场销售额情况(见表1、图1)。



一直以来,模块电源市场厂商众多,集中度较低,市场排名前10家厂商的市场占有率不到60%,而其中多半是国际品牌,本土品牌整体竞争力水平不高。全球爆发金融经济危机以后,中国政府连续出台多项积极的投资政策,加快了3G建设步伐,加大了在通信铁路电力新能源等领域的投资,使中国本土的经济环境明显好于国际经济环境。部分国际模块电源品牌在欧美市场遭受重创,降低了对中国大陆模块电源市场的投资力度和竞争强度,这给中国本土模块电源企业进一步扩大在国内高端模块电源的市场创造了机会。2010年,从中国模块电源市场的竞争格局来看,艾默生凭借在电源行业的综合实力和影响力稳居市场第一的地位,其次是爱立信,VICOR凭借其模块电源在军工领域的强大优势占据市场第三的位置;中国本土品牌瑞谷科技和新雷能发展速度较快,处于国内领先水平。SynQor、POWER-ONE、TDK-LAMBDA等国际品牌市场份额有所下滑。2010年中国模块电源市场各品牌市场份额(见图2)。

由于模块电源具有设计周期短、可靠性高、系统升级容易等特点,网络通讯领域、军工(包括航空航天等)领域是其主要应用行业。2010年,中国模块电源在通讯和军工两个行业的市场份额达88%,其中网络通讯行业销售额达16.29亿元,而军工行业(包括航空航天等)销售额为11.49亿元;其它则包括电力系统、交通、新能源等行业。DC/DC模块电源体积小,转换效率高,适用于对电源要求很高的场合。其90%的应用领域是通信设备内部供电,其它如工业控制、电力系统、铁路信号、移动通信基站等设备也有所应用。而AC/DC模块主要应用在工业仪表、家用电器、工业控制、集散控制系统等领域。2006-2010年中国模块电源市场行业应用情况(见表2)

分行业来看,中国模块电源市场在网络通讯领域中的市场集中度相对较高,市场前5个品牌的市场份额达到59.6%,其中艾默生以3.36亿元的规模,占据本行业最大的市场份额,达到20.6%;爱立信、瑞谷、新雷能、SynQor等企业依次位列其后。而军工领域(包括航空航天)大部分市场仍然被进口品牌所占据,本土企业做得上规模的模块电源企业数量并不多。进口品牌中,VICOR占据市场领导地位,市场份额近20%,其他还有INTERPOINT、VPT、GAIVA、IR等;而本土企业中中国电子科技集团第43所、中国电子科技集团第24所、新雷能、西安微电子技术研究所(771所)、陕西华经微电子(895厂)等在军工领域都有产品涉足,依据不同的质量和可靠性要求应用在不同的场合。2010年中国模块电源市场网络通讯领域市场份额见图3。

四、2011-2015年中国模块电源市场预测

  2011-2015年,随着中国步入“十二五”发展阶段,经济快速恢复稳定增长势头;国际产业转移持续加深;中国通讯领域3G及4G网络的建设,三网融合、物联网、流媒体、光纤宽带网络建设的持续深入;中国国防科技工业保持15%以上的增长,武器装备的科研建设和探月工程等重大工程的实施;以及高速铁路、中国战略性新兴产业的大力发展等,预计中国模块电源市场仍然将保持10%以上的增长速度发展。中国模块电源市场2011-2015年市场销售额预测(见表3、图4)。



从未来五年的行业分布来看,随着通信与网络应用水平越来越高,行业发展趋于成熟,行业的硬件投资比重会逐渐减少,另由于通信领域的电源需求保有率较高,因此其模块电源的需求不太可能出现大幅度增长,未来的市场份额将逐渐下降。由于目前中国国防投入比重相对发达国家还处于较低水平,未来5年有稳定提高的趋势,预计模块电源在军工(包括航空航天)行业将持续稳定发展;而随着一些新兴行业的快速发展,以往占市场比重不大的行业如电力、交通、新能源等对模块电源的需求呈现出了快速增长的势头,增长速度相对较快。2011-2015年中国模块电源市场行业结构预测(见表4、图5、6、7、8、9)。







尽管随着中国信息化建设的不断深入,中国模块电源市场在未来仍有很大的发展空间,然而,在日趋激烈的竞争环境下,如何能在市场中生存并长足发展始终是电源生产商需要面对的问题。

  为此,行业建议:

  国际厂商

  1、降低价格,加快本土化进程;除了VICOR凭借其在军工市场的品牌影响力持续保持其在军工行业的市场地位,只有艾默生和爱立信凭借其相对成熟的本土化运作在中国市场持续稳定发展,其他如TDK-Lambda、POWER-ONE、SynQor等本土化进程缓慢的国外品牌均表现欠佳。目前,从市场价格水平来看,国际品牌的产品平均价格仍然处于较高水平,然而,随着本土品牌的快速发展,以及用户选购模块电源时更加看重产品的性价比以及服务的实惠性,本土化经营是大势所趋;

  2、关注新应用领域,培育新兴市场;目前模块电源的应用领域越来越广泛,除了通讯和军工,其他工业如电力、铁路、新能源等应用领域的潜力很大。未来几年,模块电源市场在其他工业领域的发展速度将会明显高于通讯和军工领域。对于客户单一的国际品牌,需要尽快关注其他应用领域,积极培育新兴市场。

  国内厂商

  1、依托本土优势,开拓海外市场;尽管模块电源中国市场正处于快速发展时期,有很大的发展潜力,然而,未来5年,4,50亿的市场容量对于数量庞大的国内竞争者来说毕竟有限。如果眼光始终局限在中国本土市场,将会很大程度上影响到企业的发展空间。

  2、加大研发投入,增强自主创新能力;模块电源市场国内品牌之所以整体实力较弱归根结底是由于技术落后于世界发达国家水平,尽管近几年,随着瑞谷、新雷能、迪赛等一些优秀的国内品牌的技术研发的带动,中国模块电源相关技术与国际水平的差距在很大程度上缩小了,公司仍然需要加强或者是保持高水平的研发投入,增强自主创新能力,力争赶超国际领先水平。

  3、加强信息化建设,提升管理水平;目前,相对于国际品牌,受制于投入资金、公司总体架构、管理者认识等因素,模块电源国内企业的信息化程度仍然较低。模块电源本土企业必须建立起有效的信息管理平台,使企业将市场、研发、物流、生产、质量、供应商、财务、服务等多种因素有机结合,推动业务流程重组,促进组织结构优化,有效降低成本,扩大企业竞争范围,从而极大地提升企业综合竞争力,提高在模块电源市场的整体地位。

五、模块电源发展方向

  随着电力电子技术的高速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实现了模块电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年代模块电源相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了模块电源,更促进了模块电源技术的迅速发展。模块电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,模块电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。模块电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于模块电源,这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得模块电源技术在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为模块电源提供了广泛的发展空间。

  半导体集成、模块电源封装和电路拓扑的进步将模块电源带入了一个全新的领域,模块电源正一步步向器件级发展。随着模块电源集成化和一致性设计的推进,模块的应用也日趋标准化,应用电路越来越简单,选型也变得相对容易。各模块电源厂商已经开始进行器件和电路的整合来尽量降低成本,提高竞争力。

  模块电源高频化是其发展的方向,高频化使模块电源小型化,并使模块电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外模块电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

 

中国电源产业技术创新联盟
中国电子商会电源专业委员会
中国北京电源行业协会
联合编制
2011年03月