淺析大陸工業(yè)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)與開(kāi)關(guān)電源設計的可靠性研究
大陸工業(yè)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)集中度較高,行業(yè)前10家企業(yè)所占市場(chǎng)份額高達76.1.目前大陸工業(yè)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)中平板開(kāi)關(guān)電源、導軌開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域的代表性企業(yè),成為工業(yè)開(kāi)關(guān)電源企業(yè)競爭的核心。而其它主要企業(yè)也會(huì )因為企業(yè)業(yè)務(wù)組合、產(chǎn)品應用領(lǐng)域等因素在一些特定的場(chǎng)合形成激烈的競爭關(guān)系。
大陸工業(yè)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)根據各企業(yè)的市場(chǎng)份額及產(chǎn)品檔次可分成5個(gè)競爭陣營(yíng):
第一陣營(yíng):目前只有明緯一家,產(chǎn)品定位于中低端市場(chǎng),大陸開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)份額超過(guò)21.4;明緯2007-2008增速較低,市場(chǎng)份額有所縮小。
第二陣營(yíng):主要包括西門(mén)子、菲尼克斯和朝陽(yáng),產(chǎn)品主要定位于高端市場(chǎng),3家企業(yè)占大陸開(kāi)關(guān)電源整體市場(chǎng)的24.2.其中,西門(mén)子、菲尼克斯是自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè),電源產(chǎn)品與其自動(dòng)化產(chǎn)品連帶銷(xiāo)售的優(yōu)勢比較明顯;朝陽(yáng)以定制業(yè)務(wù)為主,在軌道交通領(lǐng)域有比較高的市場(chǎng)占有率。雖然朝陽(yáng)2007-2008增長(cháng)速度有所降低,但西門(mén)子和菲尼克斯的增速要高于行業(yè)整體增速,因此2007-2008該陣營(yíng)市場(chǎng)份額變化不大。
第三陣營(yíng):主要包括LAMBDA、德創(chuàng )、歐姆龍、衡孚和創(chuàng )聯(lián),產(chǎn)品主要定位于中端至低端市場(chǎng),5家企業(yè)占大陸開(kāi)關(guān)電源整體市場(chǎng)的29.8.其中,LAMBDA為全球開(kāi)關(guān)電源最大的生產(chǎn)廠(chǎng)家之一,市場(chǎng)知名度較高,衡孚在大陸工業(yè)開(kāi)關(guān)電源低端市場(chǎng)有較大的知名度,德創(chuàng )長(cháng)期專(zhuān)注于電力自動(dòng)化領(lǐng)域,在電力領(lǐng)域市場(chǎng)占有率較高。2007-2008第三陣營(yíng)市場(chǎng)份額變化不大。
第四陣營(yíng):產(chǎn)品主要定位于高端及中高端市場(chǎng),該陣營(yíng)多數企業(yè)為外資品牌,行業(yè)主要8家企業(yè)占大陸開(kāi)關(guān)電源整體市場(chǎng)的9.3;2007-2008第四陣營(yíng)大部分企業(yè)的增長(cháng)速度要高于整體市場(chǎng)增速,因此該陣營(yíng)市場(chǎng)份額有所增長(cháng)。
第五陣營(yíng):產(chǎn)品主要定位于中端至低端市場(chǎng),行業(yè)主要10家企業(yè)占大陸開(kāi)關(guān)電源整體市場(chǎng)的10.2.2007-2008第五陣營(yíng)大部分企業(yè)的增長(cháng)速度低于整體市場(chǎng)增速,甚至零增長(cháng)或負增長(cháng),因此該陣營(yíng)市場(chǎng)份額有所減小。
大陸工業(yè)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)需求兩極化明顯,高端產(chǎn)品和低端產(chǎn)品需求量均較大,而中端產(chǎn)品需求較低。大陸工業(yè)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)中,高端產(chǎn)品約占整個(gè)市場(chǎng)份額的24.9,低端產(chǎn)品約占整個(gè)市場(chǎng)份額的37.3,而中高端、中端、中低端等產(chǎn)品的各自市場(chǎng)份額均比較低。造成這種現象的原因是大陸工業(yè)開(kāi)關(guān)電源應用領(lǐng)域的需求特點(diǎn)。如電力、軌道交通、石化、冶金等領(lǐng)域對高端工業(yè)開(kāi)關(guān)電源的需求較大,而機械領(lǐng)域的大部分企業(yè)主要采購低端工業(yè)開(kāi)關(guān)電源。中端產(chǎn)品目前的需求領(lǐng)域主要是一些中小型的電廠(chǎng)、電力設備、重型機械、少部分的石化設備等。
現如今,電子產(chǎn)品的質(zhì)量不可或缺的兩大性能——技術(shù)性和可靠性。作為一個(gè)成功電子產(chǎn)品的出臺,兩方面的綜合水平影響著(zhù)產(chǎn)品質(zhì)量。電源作為一個(gè)電子系統中重要的部件,其可靠性決定了整個(gè)系統的安全性能,開(kāi)關(guān)電源由于體積小,效率高而在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應用,然而如何提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性則是電力電子技術(shù)大步跨越的重要轉折點(diǎn)。
1、電磁兼容性(EMC)設計技術(shù)
開(kāi)關(guān)電源多采用脈沖寬度調制(PWM)技術(shù),脈沖波形呈矩形,其上升沿與下降沿包含大量的諧波成分,另外輸出整流管的反向恢復也會(huì )產(chǎn)生電磁干擾(EMI),這是影響可靠性的不利因素,這使得系統具有電磁兼容性成為重要問(wèn)題。其產(chǎn)生電磁干擾有三個(gè)必要條件:干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感接收單元,EMC設計就是破壞這三個(gè)條件中的一個(gè)。
對于開(kāi)關(guān)電源而言,主要是抑制干擾源,干擾源集中在開(kāi)關(guān)電路與輸出整流電路。采用的技術(shù)包括濾波技術(shù)、布局與布線(xiàn)技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、密封技術(shù)等技術(shù)。
2、開(kāi)關(guān)電源電氣可靠性工程設計技術(shù)
對于功率因數校正技術(shù)具體是指由于開(kāi)關(guān)電源的諧波電流污染電網(wǎng),干擾了其它共網(wǎng)設備,可能會(huì )使采用三相四線(xiàn)制的中線(xiàn)電流過(guò)大,引發(fā)事故,一般選擇的解決途徑是采用具有功率因素校正技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源。
在保護電路的方面,為使電源能在各種惡劣環(huán)境下可靠地工作,應在設計時(shí)加入多種保護電路,如防浪涌沖擊、過(guò)欠壓、過(guò)載、短路、過(guò)熱等保護電路措施。
對于控制策略的選擇,追溯于在中小功率的電源中,電流型PWM控制是大量采用的方法,在DC-DC變換器中輸出紋波可以控制在10mV,優(yōu)于電壓型控制的常規電源。硬開(kāi)關(guān)技術(shù)因開(kāi)關(guān)損耗的限制,開(kāi)關(guān)頻率一般在350kHz以下;軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是使開(kāi)關(guān)器件在零電壓或零電流狀態(tài)下開(kāi)關(guān),實(shí)現開(kāi)關(guān)損耗為零,從而可將開(kāi)關(guān)頻率提高到兆赫級水平,此技術(shù)主要應用于大功率系統,小功率系統中較少見(jiàn)。
對于供電方式,一般分為集中式供電系統和分布式供電,F代電力電子系統一般采用采用分布式供電系統,以滿(mǎn)足高可靠性設備的要求。
因為元器件直接決定了電源的可靠性,所以元器件的選用是尤為重要。元器件的失效主要集中在以下四點(diǎn):制造質(zhì)量問(wèn)題、器件可靠性的問(wèn)題、設計問(wèn)題、損耗問(wèn)題。在使用中應對此予以足夠重視。
對于電路拓撲,開(kāi)關(guān)電源一般采用單端正激式、單端反激式、雙管正激式、雙單端正激式、雙正激式、推挽式、半橋、全橋等八種拓撲。其中雙管正激式、雙正激式和半橋電路的開(kāi)關(guān)管承壓僅為輸入電源電壓,60降額時(shí)選用600V的開(kāi)關(guān)管比較容易,而且不會(huì )出現單向偏磁飽和的問(wèn)題,一般來(lái)說(shuō)這三種拓撲在高壓輸入電路中得到廣泛的應用。3、電源設備可靠性熱設計技術(shù)
專(zhuān)家指出除電應力之外,溫度是影響設備可靠性最重要的因素之一,統計資料表明電子元器件溫度每升高2℃,可靠性下降10;溫升50℃時(shí)的壽命只有溫升25℃時(shí)的1/6。由于溫度的影響,就需要在技術(shù)上采取措施限制機箱及元器件的溫升——熱設計。熱設計的原則,一是減少發(fā)熱量,即選用更優(yōu)的控制方式和技術(shù),如移相控制技術(shù)、同步整流技術(shù)等技術(shù),另外就是選用低功耗的器件,減少發(fā)熱器件的數目,加大粗印制線(xiàn)的寬度,提高電源的效率。二是加強散熱,即利用傳導、輻射、對流技術(shù)將熱量轉移,這包括散熱器設計、風(fēng)冷(自然對流和強迫風(fēng)冷)設計、液冷(水、油)設計、熱電致冷設計、熱管設計等。強迫風(fēng)冷的散熱量比自然冷卻大十倍以上,但是要增加風(fēng)機、風(fēng)機電源、聯(lián)鎖裝置等,在設計中要根據實(shí)際情況選取散熱方式。
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