2022-2028年中國模塊電源行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及投資前景分析報(bào)告

　　模塊電源： 主要起調(diào)節(jié)輸出電壓，保護(hù)輸入電路等作用 ，目前市場 分為DC-DC 和 AC-DC 兩類，其中 DC-DC 模塊電源占據(jù)90% 以上的市場份額。作為新一代電源產(chǎn)品，其下游應(yīng)用主要集中在新能源汽車，通信電源，以及軍工領(lǐng)域。

　　電源產(chǎn)品主要包括開關(guān)電源，不間斷電源( U PS 電源)，逆變器，線性電源，變頻器以及模塊電源等。 ****年我國電源市場規(guī)模達(dá)3288億元，五年其中開關(guān)電源市場規(guī)模達(dá)1832億元(占比56%變頻器市場規(guī)模達(dá)304億元(占比 9 %)，逆變器市場規(guī)模達(dá)134 億元(占比 4% )，UPS電源市場規(guī)模達(dá) 104 億元(占比3%)， 模塊電源市場規(guī)模達(dá)103億元(占比3%)。從市場規(guī)模占比來看，開關(guān)電源變頻器 ，逆變器是目前市場主流電源產(chǎn)品，三者占比達(dá) 67.65 %%，其中開關(guān)電源在小功率方面已經(jīng)全面取代線性電源。從成長性來看，逆變器 成長性最佳、*****-*****年C AGR達(dá)18%。

　　*****年中國電源產(chǎn)品市場結(jié)構(gòu)分布

　　1.1 模塊電源行業(yè)界定

　　1.1.2 模塊電源分類

　　模塊電源分類

　　隨著電??業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，電源模塊已經(jīng)不能簡單的列舉它有?種了，分類的?式都有很多種類。不管怎么分，選擇合適??的才是最好的。從不同應(yīng)?上來看，?致可分為以下?種。

　　1、按輸?輸出類型分：

　　主要分為交流輸?AC-DC模塊電源和直流輸?DC-DC模塊電源，以及DC-AC逆變電源。

　　2、按輸出功率分：

　　AC-DC模塊電源主要分為?功率(3W~36W)、中功率(50W~200W)、?功率(>200W)。

　　DC-DC模塊電源主要分為微功率電源模塊(0.1W~3W)、?功率電源模塊(1W~30W)、中功率電源模塊

　　(50W~200W)、?功率電源模塊(>200W)。

　　3、按輸?電壓范圍分：

　　AC-DC電源模塊按輸?范圍分為常規(guī)輸?(85~265VAC)、三相四線制輸?(380VAC)、及其它交流電壓輸?。

　　DC-DC電源模塊按輸?范圍分為穩(wěn)定電壓輸?、寬范圍電壓輸?、及超寬電壓輸?。

　　4、按輸出精度分：

　　AC-DC電源模塊分為穩(wěn)壓輸出和可調(diào)輸出倆種，DC-DC電源模塊分為?穩(wěn)壓輸出、穩(wěn)壓輸出、可調(diào)輸出。

　　5、按隔離電壓分：

　　AC-DC電源模塊分為隔離電壓2000V、3000V、4000V等，DC-DC電源模塊分為隔離電壓1000V、1500V、3000V、

　　6000V等。

　　6、按應(yīng)?場合分：

　　有民?電源、通信電源、軌道交通電源、電?電源、?業(yè)電源、醫(yī)療電源、軍?電源、航天電源等。

　　7、按電源模塊封裝形式分：

　　AC-DC模塊電源主要分為裸板式電源、臥式封裝電源和導(dǎo)軌式封裝電源。

　　DC-DC模塊電源主要分為貼?封裝、單列直插式封裝、雙列直插式封裝、導(dǎo)軌電源及磚電源模塊。

　　?般電源模塊是指將所有功能封閉在?個模塊化產(chǎn)品中，體積?、可靠性?、使??便。不僅便于更換，同時還具有防

　　?、防塵、防潮、防震、阻燃等特點(diǎn)，還有?些產(chǎn)品可進(jìn)?冗余供電。

　　電源模塊雖然種類很多，但多數(shù)是采?開關(guān)電源設(shè)計(jì)，主要的?的還是為了減輕重量和減?體積。與普通電源的作?差

　　不多，只不過在功能上會多了?點(diǎn)及功率密度很?。

　　1.1.3 模塊電源的特點(diǎn)

　　模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。由于采用模塊組建電源系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)周期短、可靠性高、系統(tǒng)升級容易等特點(diǎn)，模塊電源的應(yīng)用越來越廣泛。尤其近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和分布式供電系統(tǒng)的不斷推廣，模塊電源的增幅已經(jīng)超出了一次電源。隨著半導(dǎo)體工藝、封裝技術(shù)和高頻軟開關(guān)的大量使用，模塊電源功率密度越來越大，轉(zhuǎn)換效率越來越高，應(yīng)用也越來越簡單。

　　模塊電源的發(fā)展以下幾個動向值得注意：

　　1、高功率密度、低壓輸出(低于3.3V)、快速動態(tài)響應(yīng)的需求推動模塊電源的發(fā)展。

　　2、 非隔離式DC-DC變換器(包括VRM)比隔離式增長速度更快。

　　3、分布式電源比集中式電源發(fā)展快，但集中式供電系統(tǒng)仍將存在。

　　4、 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的DC-DC變換器所占的比重將增大。

　　5、 模塊電源的設(shè)計(jì)日趨標(biāo)準(zhǔn)化，控制電路傾向于采用數(shù)字控制方式。

　　模塊電源關(guān)鍵技術(shù)目前國內(nèi)市場使用模塊電源的主要供應(yīng)商為VICOR、ASTEC、LAMBDA、ERICCSON以及POWER-ONE。為實(shí)現(xiàn)高功率密度，在電路上，早期采用準(zhǔn)諧振和多諧振技術(shù)，但這一技術(shù)器件應(yīng)力高，且為調(diào)頻控制，不利于磁性器件的優(yōu)化。后來這一技術(shù)發(fā)展為高頻軟開關(guān)和同步整流。由于采用零電壓和零電流開關(guān)，大大降低了器件的開關(guān)損耗，同時由于器件的發(fā)展，使模塊的開關(guān)頻率大為提高，一般PWM可達(dá)500kHz以上。大大降低了磁性器件的體積，提高了功率密度。電路拓?fù)浒l(fā)展趨勢DC-DC變換器電路拓?fù)涞闹饕l(fā)展趨勢如下：高頻化：為縮小開關(guān)變換器的體積，提高其功率密度，并改善動態(tài)響應(yīng)，小功率DC-DC變換器開關(guān)頻率將由現(xiàn)在的200～500kHz提高到1MHz以上，但高頻化又會產(chǎn)生新的問題，如：開關(guān)損耗以及無源元件的損耗增大，高頻寄生參數(shù)以及高頻EMI的問題等。軟開關(guān)：為提高效率采用各種軟開關(guān)技術(shù)，包括無源無損(吸收網(wǎng)絡(luò))軟開關(guān)技術(shù)，有源軟開關(guān)技術(shù)，如：ZVS/ZCS諧振、準(zhǔn)諧振、恒頻零開關(guān)技術(shù)等，減小開關(guān)損耗以及開關(guān)應(yīng)力，以實(shí)現(xiàn)高效率的高頻化。如美國VICOR公司開發(fā)的DC-DC高頻軟開關(guān)變換器，48/600W輸出，效率為90%，功率密度120W/in3，日本LAMBDA公司采用有源箝位ZVS-PWM 正反激組合變換以及同步整流技術(shù)，可使DC-DC變換模塊的效率達(dá)90%。低壓輸出：例如現(xiàn)代微處理器的VRM電壓將為1.1～1.8V，便攜式電子設(shè)備的DC-DC變換器輸出電壓為1.2V，特點(diǎn)是負(fù)載變化大，多數(shù)情況下工作低于備用模式，長期輕載運(yùn)行。要求DC-DC變換器具有如下特征：a)負(fù)載變化的整個范圍內(nèi)效率高。b)輸出電壓低(CMOS電路的損耗與電壓的平方成正比，供電電壓低，則電路損耗小)。c)功率密度高。這種模塊采用集成芯片的封裝形式。模塊電源工藝發(fā)展方向降低熱阻，改善散熱——為改善散熱和提高功率密度，中大功率模塊電源大都采用多塊印制板疊合封裝技術(shù)，控制電路采用普通印制板置于頂層，而功率電路采用導(dǎo)熱性能優(yōu)良的板材置于底層。早期的中大功率模塊電源采用陶瓷基板改善散熱，這種技術(shù)為適應(yīng)大功率的需要，發(fā)展成為直接鍵合銅技術(shù)(Direct Copper Bond, DCB)，但因?yàn)樘沾苫逡姿?，在基板上安裝散熱器困難，功率等級不能做得很大。后來這一技術(shù)發(fā)展為用絕緣金屬基板(Insutalted Mental Substrate, IMS)直接蝕刻線路。最為常見的基板為鋁基板，它在鋁散熱板上直接敷絕緣聚合物，再在聚合物上敷銅，經(jīng)蝕刻后，功率器件直接焊接在銅上。為了避免直接在IMS上貼片造成熱失配，還可以直接采用鋁板作為襯底，控制電路和功率器件分別焊于多層(大于四層，做變壓器繞阻)FR-4印制板上，然后把焊有功率器件的一面通過導(dǎo)熱膠粘接在已成型的鋁板上固定封裝。不少模塊電源為了更利于導(dǎo)熱、防潮、抗震，進(jìn)行了壓縮密封。最常用的密封材料是硅樹脂，但也有采用聚氨酯橡膠或環(huán)氧樹脂材料。后兩種方式絕緣性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性能好，成為近年來模塊電源的發(fā)展趨勢之一，是提高模塊功率密度的關(guān)鍵技術(shù)。二次集成和封裝技術(shù)——為提高功率密度，近年開發(fā)的模塊電源無一例外采用表面貼裝技術(shù)。由于模塊電源的發(fā)熱量嚴(yán)重，采用表面貼裝技術(shù)一定要注意貼片器件和基板之間的熱匹配，為了簡化這些問題，最近出現(xiàn)了MLP(Multilayer Polymer)片狀電容，它的溫度膨脹系數(shù)和銅、環(huán)氧樹脂填充劑以及FR4 PCB板都很接近(如表2所示)，不易出現(xiàn)象鉭電容和磁片電容那樣因溫度變化過快而引起電容失效的問題。另外為進(jìn)一步減小體積，二次集成技術(shù)發(fā)展也很快，它是直接購置裸芯片，經(jīng)組裝成功能模塊后封裝，焊接于印制板上，然后鍵合。這一方式功率密度更高，寄生參數(shù)更小，因?yàn)椴捎孟嗤牧系幕?，不同器件的熱匹配更好，提高了模塊電源的抗冷熱沖擊能力。李澤元教授領(lǐng)導(dǎo)的CPES在工藝上正在研究IPEM(Integrated Power Electronics Module)，它是一種三維的封裝結(jié)構(gòu)，主要針對功率電路，取代線鍵合技術(shù)。扁平變壓器和磁集成技術(shù)——磁性元件往往是電源中體積最大、最高的器件，減小磁性元件的體積就提高了功率密度。在中大功率模塊電源中，為滿足標(biāo)準(zhǔn)高度的要求，大部分的專業(yè)生產(chǎn)廠家自己定做磁芯。而現(xiàn)有的磁性供應(yīng)商只有飛利浦可以提供通用的扁平磁芯，且這種變壓器的繞組制作也存在一定難度。采用這種磁芯可以進(jìn)一步減小體積，縮短引線長度，減小寄生參數(shù)。CPES一直在研究一種磁集成技術(shù)，福州大學(xué)的陳為教授3年前在CPES研究了磁集成技術(shù)，他們做的一個樣機(jī)是半橋電路，輸出整流采用倍流整流技術(shù)，而且輸出端的兩個電感跟主變壓器集成在一個鐵芯里，最后達(dá)到的功率密度為300W/in3。倍流整流技術(shù)適用于輸出電流大，對di/dt要求高的場合，比如在實(shí)現(xiàn)VRM的電路中就常常用這種整流電路。

　　國內(nèi)市場常見模塊電源品牌簡介VICOR美國VICOR公司模塊電路技術(shù)的核心是零電流開關(guān)，工藝上大量采用二次集成和定制器件，它使VICOR變換器工作頻率超過1MHz，效率達(dá)90%以上，功率密度比普通變換器高10倍，可達(dá)每立方英寸120W。模塊接通電源后把一個量子化的能量塊從輸入源輸?shù)揭粋€由變壓器初級線圈固有漏電感和電容元件構(gòu)成的LC諧振電路。同時一個近似于半個正弦波的電流通過功率場效應(yīng)管開關(guān)，電流為零時開關(guān)接通，經(jīng)過半個正弦波后電流返回零時開關(guān)斷開。VICOR模塊采用這種零電流開關(guān)原理，減小了開關(guān)損耗，降低了傳導(dǎo)和輻射噪聲電平。為保證不同負(fù)載下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，VICOR模塊采用變頻技術(shù)跟蹤負(fù)載電流的變化，以保證在任何情況下模塊都工作在最佳狀態(tài)下。NEMIC-LAMBDA、POWER-ONE和ASTEC、TYCO日本LAMBDA公司電源模塊、美國POWER-ONE電源模塊和ASTEC(雅達(dá))屬于PWM部分諧振零電壓開關(guān)。在脈寬調(diào)制性恒頻變換器線路的條件下，讓功率場效應(yīng)管在開通和關(guān)斷的瞬間產(chǎn)生諧振，實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，從而大大減小了開關(guān)損耗和輻射干擾，使工作頻率提高到200～500kHz，效率提高至80%～90%。因?yàn)轭l率基本恒定且不太高，對器件的要求也不是很嚴(yán)格，線路不是很復(fù)雜，因此成本不是很高，相對全諧振型變換器而言，這種變換器價格較低，在計(jì)算機(jī)和通訊領(lǐng)域達(dá)到了較佳的性能價格比。ERICSSON瑞典ERICSSON電源模塊主要是低壓輸入模塊，功率從5～200W。這種模塊的特點(diǎn)是主要采用了推挽和半橋式脈寬調(diào)制場效應(yīng)管線路，工作頻率達(dá)300kHz。驅(qū)動和控制采用了專利電路。工藝上采用DCB和線鍵合技術(shù)，大大降低了寄生參數(shù)，降低了紋波，改善了散熱。國產(chǎn)模塊主要的供應(yīng)商有新雷能、迪賽、24所等。其中新雷能與迪賽源出一處，所以這兩家的產(chǎn)品大致相同，大部分模塊采用貼片和插件混裝工藝，早期研發(fā)的模塊大量采用鋁電解電容，灌封膠自制，成本低，工藝和可靠性差。中興模塊電源中興電源產(chǎn)品部從1999年年末開始進(jìn)行模塊電源的開發(fā)，目前已經(jīng)完成和正在進(jìn)行開發(fā)的模塊共5大系列，31個品種，功率等級從1.5W到300W，輸出電壓從3.3V到48V。中興模塊電源的系列劃分如下：G：通用系列模塊電源，用于對成本要求較高，在保證可靠性的基礎(chǔ)上性能要求一般的場合。H：高效大功率密度系列，主要用于對體積和效率要求比較嚴(yán)格的場合。D：主要用于對體積要求較高的場合。N：非隔離系列，主要用于低壓輸出，快速動態(tài)相應(yīng)的場合。R：鈴流系列，用于給電話機(jī)振鈴供電。中興模塊電源的研發(fā)是在仔細(xì)分析了同類模塊電源失效模式的基礎(chǔ)上開發(fā)的，吸收了替代模塊的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。電路拓?fù)渖希信dDC/DC模塊電源采用了專利技術(shù)的有源箝位ZVS變換技術(shù)，在主功率管開通和關(guān)斷的瞬間使主功率管實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，降低了開關(guān)損耗和輻射干擾。低壓模塊采用同步整流，提高了變換的效率。工藝上，中大功率采用鋁基板工藝，形成了一整套完整的專利工藝方案，大大降低了線路之間的耦合和因?yàn)榕蛎浵禂?shù)不同造成的器件熱損傷。DC/AC鈴流模塊在低頻換向瞬間實(shí)現(xiàn)了零電壓轉(zhuǎn)換，大大提高了模塊的效率和可靠性。中興模塊電源主要具有以下幾個特點(diǎn)：a、全SMT工藝，高可靠性。產(chǎn)品開發(fā)階段嚴(yán)格遵循可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，測試和中試轉(zhuǎn)產(chǎn)階段共進(jìn)行4次可靠性實(shí)驗(yàn)。完成試生產(chǎn)后還要進(jìn)行MTBF實(shí)驗(yàn)。所有模塊基本可靠性指標(biāo)20萬小時均經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)可靠性指標(biāo)超過200萬小時。b、全負(fù)載范圍正常工作，無需死負(fù)載。c、帶容性負(fù)載能力強(qiáng)，所有模塊通過各種實(shí)驗(yàn)條件下的帶10000μF電容測試。

　　半導(dǎo)體集成、模塊電源封裝和電路拓?fù)涞倪M(jìn)步將模塊電源帶入了一個全新的領(lǐng)域，模塊電源正一步步向器件級發(fā)展。隨著模塊電源集成化和一致性設(shè)計(jì)的推進(jìn)，模塊的應(yīng)用也日趨標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用電路越來越簡單，選型也變得相對容易。各模塊電源廠商已經(jīng)開始進(jìn)行器件和電路的整合來盡量降低成本，提高競爭力。

　　近年來受益于下游通信、航天、航空、軍工、電力、鐵路、新能源等行業(yè)的快速發(fā)展，我國模塊電源市場需求呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國模塊電源銷售額達(dá)85.9億元，同比增長7.38%;到2021年我國模塊電源市場銷量規(guī)模達(dá)到105.2億元，同比增長9.47%。

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