电源市场走势分析

2008-04-21 03:39:18来源: 集成电路设计者网站
数字技术的广泛应用推动了电源技术的发展与市场的变化。2006年及之后全球的电源市场需求走势是什么?走势背后反映了怎样的市场变化?数字电源的现状如何?模块电源能成为未来趋势吗?


全球电源管理市场预测

根据DATABEANS估计数据,从2004年至2010年每年电源销售额以15%幅度增长。到2010年整个全球电源管理市场将存近120亿美元的销售额。

按区域划分,现在全球绝大部分的加工生产是在亚太区,所以它对电源的需求会更多,到2010年大概达到14亿美元

根据电源应用来分,排名前三位分别是:数字消费类、通讯和工业。消费电子(如MP3、笔记本电脑)电源市场大概为35亿美元,通讯领域电源将达到34亿美元,工业领域电源将达到25亿美元。

赛迪顾问预计,2005~2009年中国电源管理市场的年复合增长率将高达28.7%。到2009年,中国电源管理市场将达到582.6亿元。预计在未来几年内,随着中国电子整机产品的增长和产品升级的加快,中国电源管理市场将一直保持较高的增长速度。预计2006~2007年,中国电源管理市场将进入一个加速发展的时期。从2008年开始,随着全球电子整机产品向中国的转移速度逐渐放缓,中国电源管理市场将进入稳定增长期,其销售额依旧保持较高增长速度,但增幅会逐年减小。

值得一提的是,中国大陆的整机电子产品,特别是便携式消费电子、计算机和通信以及汽车电子产品的产量猛增,使得中国电源管理芯片的市场规模保持快速增长的态势。2005年,中国大陆电源管理IC市场的销售额达到30.91亿美元,同比增长29%,大大高于全球8.9%的增长水平,已占全球市场规模的13.5%。预计2006~2010年,中国电源管理芯片市场规模的复合增长率将达27.3%,按此速度发展,到2010年可达105亿美元,占全球市场规模的30%。未来几年,电源管理芯片市场的主要驱动力将来自以下三方面:中国电子产品整机产量的持续稳定增长以及产品结构的升级;3G牌照的颁发以及3G应用的推广;平板电视的普及和汽车电子的发展。


AC/DC电源产品与市场走势
根据Darnell集团最新发布的AC/DC电源报告,全球嵌入AC/DC电源市场将从2006年的118亿美元增长到2011年的148亿美元,年度增长率为5.8%。但是,500W以上嵌入AC/DC电源的增长速度是整体市场的两倍,虽然它的价格下降速度最快。这种转向更高瓦数的趋势由快速增长的应用所带动,包括刀片服务器、以太网供电以及数据存储。

刀片服务器的供电问题令人关注,因为它们要求大功率的电源。典型的刀片服务器设备在一个机箱内装有10台~14台刀片服务器。机箱通常有多达四台可热插拔及n+n冗余的2kW电源。所以,满装刀片服务器的机架功耗很容易超过20kW。

更高功率水平的动向跨越了各种应用,同时伴随着分布式电源架构,尤其是中间总线架构,它们增加了对机架安装AC/DC前端的需求。与此需求相对应,近期市场上出现了很多新型前端电源。

除了越来越多地使用大功率前端电源以外,这些电源还显示出推动AC/DC电源市场发展的一些其它趋势:更关注电源效率;转向数字电源。

由于能源价格的猛升以及对温室气体排放的日益关注,预计AC/DC电源的典型效率将在今后几年内得到提高。

在功率电子行业中,嵌入AC/DC电源市场通常是最稳定的市场之一。但是,现在有很多应用、技术、商务与管理趋势正在对这个大而稳定的市场产生共同影响,同时为它带来机会与威胁。其中最流行的趋势是电源瓦数正在增长,以及更加注重功率效率。


AC/DC电源需求增长领域
世界半导体商业统计组织预测,AC/DC电源需求在以下几个领域将增长强劲:计算领域、便携式产品和数字消费电子。其中计算领域包括台式电脑、笔记本电脑和游戏机等,计算机出现从台式电脑到笔记本电脑的转换趋势将带来电源需求的转变,同时带来电源市场的增长。在计算领域,游戏机用电源将是增长幅度很大的细分市场。

另外,在消费电子中,虽然CRT电视向平板电视过渡尽管未必带来整机数量的增长,但由于电路复杂度、IC数量成倍增长,而且对电源性能、数量有更高的要求,因此将带来很大的电源市场增量。数字广播、IPTV带来的机顶盒市场、从传统录像机到硬盘录像机转变以及MP3、PMP带来的电源需求对电源市场增长也有很大的贡献。


AC/DC电源设计面临新挑战
产品变换带来新的电源需求,同时对AC/DC电源设计带来新的挑战。一个方面新产品的电源需求与以前的产品存在很大的差异性,包括输出电压、效率要求、散热要求、EMI、外形尺寸等,另一方产品的设计周期更短,电源设计跟上新产品的开发周期具有更大的挑战性。此外,各个国家都不断推出越来越高的能耗标准,电子设备厂商面临越来越严格的低功耗标准的压力。以中国的情况为例:2006年3月实施的节能评价值指标为待机能耗3W,能效指数为1.1;2009年3月1日实施的节能评价值为待机能耗1W,能效指数为0.75。尽管新的能耗标准比欧洲低(欧洲待机能耗标准为1W),但专家组在标准制订过程中对200多台彩电样机做检测时发现,待机能耗和能效指数两项检测均合格的产品只有78%。随着环保意识的增加,低能耗设计受到各国政府的高度重视。

AC/DC电源设计周期加快、低待机功耗、高能效以及减小占位面积的要求正在改变传统的电源设计方法,而且越来越多的电子产品制造商现在都力求推出有自己独特性的产品,这也需要电源管理设计的创新。现在的电源设计与4、5年之前存在很大的差别,客户希望设计具有比较优势的产品,而产品面市的时间更短,因此以前根据资料手册来独立设计电源的方式通常不再可行,与客户的关系已经超过了传统的技术支持概念,工程师需要和客户一起共同开发。而事实上,通过与客户的紧密合作,厂家在方案设计阶段就将客户的需要考虑进去,开发出更能满足客户需求的电源方案。


AC/DC电源数字化转换处于初始阶段
虽然大多数数字电源主要集中在DC/DC转换器和稳压器市场上,但也能见到更多新型AC/DC前端数字产品。然而,多数OEM感兴趣的数字控制并不完全等同于他们接纳的数字控制。随着效率成为日益重要的因素,最有价值的做法是根据负载情况实现电源效率曲线最大化。这一目标将继续推动创新,而今天的数字AC/DC电源更关注于输出电压的数字设置、输出顺序,以及各种监控功能等类似的特性。就是说,主流嵌入AC/DC电源的数字化转换仍处于初始阶段。在AC/DC电源市场上,厂家希望向更高效率和数控电源的转移将有助于稳定这个市场的价格。但是,现在的业务趋势则表现出相反的迹象。

另外,数字电源是一种新兴技术,在电源系统数字化、智能化的趋势下,对电源的状态控制和了解要求也越来越高,模拟控制转到数字控制面临很多挑战。比如,响应速度或带宽,模拟控制对信号状态的反应是瞬时的,而数字控制电路是一个采样系统,涉及到延时问题,这就需要CPU、ADC等有很高的计算速度。种种迹象表明,数字电源作为一种新兴技术还处于摸索阶段,从设计人员切换到产品定义,再到广泛应用,数字电源的规模应用仍需要一个过程。


模块电源市场分析
模块电源面临来自半导体公司的竞争,TI、凌特和IR公司都推出了自己的微型模块化电源产品。对于当前很多电路板空间和散热条件受限的系统,如AdvancedTCA或CompactPCI平台的嵌入式系统来说,这些微型模块化产品的小尺寸和高效率特点受到关注。模块电源对系统的可靠性影响较大,模块电源的生产需要经过多道调试、筛选和测试程序,客户将电源设计到单板的方式不方便进行针对电源的专项可靠性筛选,不容易发现潜在故障。

模块电源需求持续向高功率密度、高效率和高电流低电压方向发展。在技术实现上,目前隔离模块的设计主要还是采用单端反激、单端正激、正反激组合、推挽、桥式变换等传统的电路拓扑,非隔离模块采用BUCK、BOOST等。为了提高效率可以结合各种软开关技术,包括无源无损软开关技术、有源软开关技术,如ZVS/ZCS谐振、准谐振;恒频零开关技术;零电压、零电流转换技术及同步整流技术;为了提高输出电流采用多相变换。如何组合、优化这些技术来实现高功率密度和高效率是模块电源设计的主要挑战。以DC-DC模块电源来说,当前已经可以实现100W的1/8砖模块电源,要进一步在1/16砖产品上实现100W的功率以拓展产品应用领域,必须进一步提高效率。系统设备通常留给模块电源的空间十分有限,有些系统是封闭式腔体,散热是必须首先需要考虑的问题,提高电源效率、降低热损耗关系到模块电源乃至整个系统的可靠工作。

电源的开关频率选择必须很小心,高开关频率意味着更高的开关损耗,另外外部元件选择、布局布线须合理考虑。变压器的结构设计优化减小漏感对降低功率损耗很关键,而前端PFC的电感优化设计也能有效降低功耗。此外,变压器磁芯材料的选择和元器件的小型化都是必须考虑的问题。而模块电源厂商还必须权衡高性能元件带来的性能优势和价格之间的折中。

通信模块电源市场的“甜蜜”不再,而中国本土的模块电源厂商也开始蚕食这些市场。随着模块电源技术的成熟和国内外模块电源厂家相互渗透,中国国内模块电源的设计差异化越来越小,市场竞争日趋激烈。中国企业由于本地服务和价格优势,市场占有率越来越大。国外厂商的市场被压缩到小批量/多品种的中高端市场。中国本土模块电源公司也不可避免地受到价格竞争的压力。


中国在全球模块电源市场上一支独秀
模块电源作为技术比较成熟的产品,目前全球的市场增长平缓。然而,由于设备生产、物料采购向中国大陆地区的转移以及中国通信设备厂商的国际市场策略的推进,中国在全球模块电源市场上可谓一支独秀,近年来增长一直保持两位数以上。业界人士认为,在未来几年内可以预期15%以上的增长速度。

但另一方面,模块电源市场的总容量有限。据预计,就DC/DC模块电源市场而言,中国市场的容量在2~3亿美元,国内外模块电源厂家之间的竞争也同样日趋激烈。为了满足客户持续降价的需求,领先的公司通过管理优化缩短研发周期、生产过程优化提高直通率、贴近客户设计、提高产品技术含量等措施抢占市场,并通过软硬件投入加强生产和检测的自动化,强化可靠性设计、电磁兼容和无铅化技术保障。

许多公司开始寻求新的高利润市场空间,包括开发一些细分市场(如军工、医疗、工业等)和高附加值的产品(如高可靠性、高性能产品)。一些公司也瞄准了本地新兴模块电源市场,由于中家政策支持本土技术的发展,中国本土模块电源公司在铁路和军工领域有更多机会。此外,除了传统的通信模块电源市场,基于IP的增值应用设备和新兴的无线通信技术的模块电源也受到一些公司的关注,如可视电话应用、以太网供电设备等。


数字模块电源将走出实验室
数字电源技术的发展正在推动模块电源的数字化发展趋势,国际领先的模块电源厂商正在加强此类技术和产品的研发。目前有三种方案:低价格、功能少的低成本DC/DC方案;全数字化、功能齐备的方案;在目前产品上比较快实现的数字化产品方案,用微处理器优化电源设计。实际上,对于一些国际领先的模块电源公司来说,数字化电源已经列入了他们的高端产品名录中。

但是,全数字化的电源模块绝大部分还停留在实验室阶段。对于数字电源的发展趋势,大多数公司都持肯定的态度,但对于实际投入却更多地表示出一种观望的心态。大系统设备公司对于采用新技术比较谨慎,目前真正Design-in和Design-win的公司多是一些中小公司。数字技术在电源模块的干扰和热环境下如何可靠工作还有待时间验证。数字电源标准的不统一也是摆在模块电源厂商面前的一个难题。

对于数字模块电源,业界人士普遍认为有望在未来3到5年内将进入批量应用。

关键字:数字电源

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/newproducts/others/200804/article_17881.html
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