從美國電源工業(yè)發(fā)展計劃看我國電源工業(yè)的發(fā)展

1美國電源市場(chǎng)預測　　美國開(kāi)關(guān)電源商業(yè)市場(chǎng)是與臺式計算機、電話(huà)機產(chǎn)品市場(chǎng)同步發(fā)展的，隨著(zhù)計算機通訊設備迅速、持續穩定的增長(cháng)及新的IT網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品市場(chǎng)的迅速增長(cháng)，未來(lái)的電源市場(chǎng)是非常樂(lè )觀(guān)的?；趯DC'S“美國商業(yè)市場(chǎng)和機內AC/DC開(kāi)關(guān)電源及DC/DC變換器應用”研究報告的分析，基于對美國主要電源應用領(lǐng)域大、中型OEM的主要決策者和對美國大、中型電源制造廠(chǎng)市場(chǎng)部人員的調查，以及根據來(lái)自其它渠道的信息，文獻[1]對美國電源工業(yè)的過(guò)去、現在和將來(lái)的趨勢作了比較全面的綜述。

　　當前美國電源工業(yè)市場(chǎng)的結構和分布示于圖1

　　圖1中所示電源制造廠(chǎng)生產(chǎn)的大多數電源是直接運給OEMS和分銷(xiāo)商的。目前增值轉賣(mài)商銷(xiāo)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)預測

　?。?）額定功率按AC/DC開(kāi)關(guān)電源的額定功率大小分類(lèi)，各類(lèi)電源市場(chǎng)占有比例及年增長(cháng)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電源消費增長(cháng)率是最高的，預見(jiàn)年增長(cháng)率可達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(lèi)，AC/DC

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

　?。?）用戶(hù)應用領(lǐng)域

　　按AC/DC開(kāi)關(guān)電源的用戶(hù)應用領(lǐng)域分類(lèi)，各類(lèi)電源市場(chǎng)占有比例及年增長(cháng)率示于表2。從表2數據可見(jiàn)，遠距離通訊和數字網(wǎng)絡(luò )交叉應用領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，包括發(fā)射裝置、專(zhuān)用交換機異步傳送開(kāi)關(guān)（ATM）、遠程存取LAN設備、電視會(huì )議設備的發(fā)展，均會(huì )促進(jìn)對機內AC/DC開(kāi)關(guān)電源的需求。因此。用于遠距離通訊和數據通訊機內的AC/DC開(kāi)關(guān)電源的年增長(cháng)率可達15.1％。而計算機和辦公室自動(dòng)化用的機內AC/DC開(kāi)關(guān)電源將繼續保持最大的消費份額，但是增長(cháng)率將不如前者。在工業(yè)和儀表市場(chǎng)消費領(lǐng)域，國內外對新型、先進(jìn)醫療和實(shí)驗設備，包括醫用監視器、通風(fēng)和驗血設備用的AC/DC開(kāi)關(guān)電源需求將日益增長(cháng)。除此以外，工業(yè)過(guò)程控制機、操作控制臺、測試和測量?jì)x器用的電源將在工業(yè)應用領(lǐng)域中占領(lǐng)先地位。與人們想象相反，軍用/航空領(lǐng)域對AC/DC電源的需求并未下降?？偟膩?lái)說(shuō)，到2001年，對AC/DC開(kāi)關(guān)電源的需求平均每年增長(cháng)12.7％。

圖1美國電源工業(yè)市場(chǎng)的結構和分布

表4按用戶(hù)應用領(lǐng)域分類(lèi)，各類(lèi)DC/DC

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

表3按額定功率大小分類(lèi)，DC/DC

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

表5500W以?xún)鹊腁C/DC變換器技術(shù)的主要發(fā)展趨勢

表2按用戶(hù)應用領(lǐng)域分類(lèi)，各類(lèi)AC/DC

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

1.2DC/DC變換器市場(chǎng)預測

　?。?）功率定額按DC/DC開(kāi)關(guān)電源的額定功率大小分類(lèi)，各類(lèi)電源市場(chǎng)占有比例及年增長(cháng)率示于表3。從表3數據可見(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。一般說(shuō)來(lái)，DC/DC開(kāi)關(guān)電源在低功率范圍增長(cháng)率最快，其中16－25WDC/DC開(kāi)關(guān)電源的增長(cháng)率最高，這是因為它們大量用于直流分布式電源，而直流分布式電源正廣泛地用于測試和測量設備、計算機顯示系統、堅固可靠的計算機和軍用通訊系統。251－500WDC/DC開(kāi)關(guān)電源增長(cháng)率則居于第二位，它們主要用于服務(wù)性的醫療和實(shí)驗室設備、工業(yè)控制設備、遠程通訊設備、多路通訊及其它發(fā)送設備。51－100WDC/DC開(kāi)關(guān)電源在1996年占的份額最高，但預見(jiàn)增長(cháng)率較低。

　?。?）用戶(hù)應用領(lǐng)域按DC/DC開(kāi)關(guān)電源的用戶(hù)應用領(lǐng)域分類(lèi)，各類(lèi)電源市場(chǎng)占有比例及年增長(cháng)率示于表4。從表4數據可見(jiàn)，與AC/DC電源情況類(lèi)似，DC/DC開(kāi)關(guān)電源在遠程通訊和數字通訊領(lǐng)域，年增長(cháng)率最高，達15.2％。

2小功率變換器在今后五年內的發(fā)展趨勢

　　文獻[2]就美國10－25W及50－200WDC/DC變換器及500W以?xún)鹊腁C/DC變換器三類(lèi)變換器的技術(shù)、價(jià)格現狀和未來(lái)發(fā)展趨勢作了綜合的對比，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的主要發(fā)展趨勢是：為適應超高速CPU芯片的迅速發(fā)展，DC/DC類(lèi)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，現代微處理器和一些超高速的超大規模集成電路芯片，如IntelPenitumPro等，要求運

圖2交錯疊加型準方波抵消紋波的變換拓撲原理圖

表610～25WDC/DC變換器技術(shù)的主要發(fā)展趨勢

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

表8現代微處理器對VRM的要求

　　為了使VRM具有快速的負載電流動(dòng)態(tài)響應,傳統的解決辦法是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：

　?。?）去耦電容器體積很大，而現代微處理器對VRM的體積有嚴格的要求；

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

　　為此，文獻[3]提出了一種交錯疊加型準方波抵消紋波的變換拓撲結構。其原理如圖2所示。

　　表9比較了該方案與傳統采用大容量去耦電容器方案的結果。結果表明，該結構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與傳統大容量退耦電容器方案的比較結果

除此而外，為了提高VRM的動(dòng)態(tài)響應，還必須力求減小供電母線(xiàn)的引線(xiàn)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(xiàn)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，美國能生產(chǎn)這類(lèi)新型DC/DC變換器—VRMs（VoltageRegulatorModules）的生產(chǎn)廠(chǎng)主要有Astec,Celestica和VXI。

　　此外，未來(lái)的開(kāi)關(guān)電源系統中另一個(gè)迅速發(fā)展的趨向是集成功率保護系統—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對我國電源行業(yè)發(fā)展的幾點(diǎn)思考

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

　?。?）到2001年，美國開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)仍以百分之十幾的平均年增長(cháng)率發(fā)展，而我國目前還是一個(gè)發(fā)展中國家，我國的開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)還遠未開(kāi)拓，相控電源仍在我國電源工業(yè)中占有相當大的比例。我們認為，從長(cháng)遠及戰略的觀(guān)點(diǎn)看，利用PWM技術(shù)的電源最終必將取代各類(lèi)相控電源。所以，集中力量自行開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)國產(chǎn)開(kāi)關(guān)電源，全力開(kāi)拓和占領(lǐng)我國國內的開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)，必須引起我們足夠的重視，以免重蹈國內的中小功率通用型變頻器市場(chǎng)幾乎全為國外產(chǎn)品占領(lǐng)的復轍。

　?。?）從分析美國生產(chǎn)的各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源可以看出，小功率（1～2kW以下）的開(kāi)關(guān)電源在美國電源工業(yè)總產(chǎn)值中占有相當大的比例。因此，我們應當全力加強對小功率開(kāi)關(guān)電源的研究、開(kāi)發(fā)和組織規模生產(chǎn)，以迅速形成我國自己的開(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，其次EMI、PFC、效率、體積、重量和成本等指標，也是我們自己生產(chǎn)的產(chǎn)品能否參與國際市場(chǎng)競爭的重要因素。為此，提高我國電源行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)隊伍的素質(zhì)變得非常重要和刻不容緩。

　?。?）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)對我國形成開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的關(guān)系十分密切，不能掉以輕心。