世界电源市场漫步

　　在电子信息技术领域里所谓电源，是指为电子设备工作所需的能源，常用的包括市电和电池等。今天，电子信息技术所用电力不小，据美国统计，已占到世界总消费电力的14%，次于发动机(占51%，最大）、照明(19%)、空调(16%)，属四大电力消费部门之一。

　　由于环保以及原油价格的不稳定，太阳电池近年受到政府的支持而发展迅速。上世纪90年代起步生产的太阳电池，而今世界生产总量已达1700MW。据日本统计，2005年用于生产太阳电池的多晶硅约1万吨，占当年世界多晶硅产量的1/3，2007年有望达到2万吨，同年半导体产品所需的多晶硅据WSTS预测为2.5万吨，两项合计共4.5万吨，而预计产量为3.6万吨，存在着9000万吨的缺口，这是半导体生产面临的一大问题，值得引起注意。据称，日本Sharp公司将以液晶电视和太阳电池为公司两大主打产品，引导产业前进。

图1　充电电池重量能量密度的比较

　　干电池是电子产品常用的电源之一，估计世界市场在300亿美元左右。近年使用干电池的电子设备已普及，加上为了能重复使用而转向充电电池，因此干电池的总需求量已趋饱和，但随着便携游戏机、电子玩具、便携音频播放机、电子辞书市场的扩大，总需求量呈现回潮的趋势，尤其是长寿命碱性电池、锂电池、镍干电池等高附加值产品表现突出，从日本市场看，去年碱性电池的销量已占全部电池的85%左右。不过，数码相机、PDA等常用锂离子和镍氢为主的小型充电电池，这是导致干电池难于继续发展的又一原因。电池看起来很不起眼，但一生问题却是要命的。去年以来，全球“电池门”事件不绝于耳。戴尔、苹果、联想、IBM相继召回笔记本电脑用锂离子电池，日前联想又召回20万块“过热”电池。这对各方都带来损失，去年生产电池的日本Sony公司为此损失2亿美元，三洋公司也有牵连。

图2　电源用半导体市场

　　采用市电，则需要通过能使电压升降的电源元件，过去曾普遍使用变压器，由于它身重体大，逐渐淡出市场，近年已大量使用轻量、小型、高效的半导体开关电源。当然，变压器也在走小型化的道路，并提高变换效率，现常见的有采用链接扼流圈、反激和正激方式的小型变压器，前两种适于小容量，最后一种适于中、大容量应用。铁芯材料采用软磁铁氧体，为大幅减少铁损而使用锰锌铁氧体，与传统变压器相比，它不仅缩小了体积，而且抑制了大电流发热。扼流圈常用于便携电子设备的DC-DC变换器以及CPU的外围电源，铁芯材料采用高饱和磁通量密度的铁氧体和非晶体。

　　近年，电子设备配置的电源，正从升降电压的变压器转向开关电源、DC-DC变换器和变流器等。以电池作为电源的便携电子设备，则常会用到DC-DC变换器。作为下一代电源，采用DSP控制电源的数字电源已开发成功，进入产品化阶段。

　　据WSTS(世界半导体贸易统计协会)预测，世界电源用半导体将从2005年的152亿美元，约占全体半导体的7%，成长到2009年的197亿美元，年均增长率约7%(图2），其中电源管理用的MOSFET更达到9%，前景乐观。

图3　日本开关电源的生产

　　开关电源是一种受控的稳定直流电源。输入的市电或直流电源，通过半导体高速开关将几十KHz变为数MHz的高频电力进行控制、整流从而得到稳定的直流。开关电源的特点是体小量轻效率高，因而包括信息设备和通信设备，几乎可用作所有电子设备的电源。变换效率达70～90%。作为稳定直流的控制方式，还有压降方式、闸流管控制方式等，但开关方式已独占市场的90%。据日本经济产业省的统计，日本国内开关电源的生产(图3）从2004年开始增产，2005年略增2.6%，2006年估计续增4.7%，达1300亿日元(约合11.6亿美元)。产量由于工厂外移而呈减少的趋势，但面向工业用电子产品的高附加价值产品比重正日益增高。

　　开关电源常在电子设备设计的最终阶段电源设计时方才碰到，多用定制电源，因此从总产值看，定制电源已占78%，标准电源仅占22%，最近，为适应产品复杂化，要求多种输出电源，可以选择输出电压和电流，厂商正强化半定制产品的开拓生产。

　　传统上常用于电源的功率晶体管，近年为追求产品轻薄短小，提高变换效率而推进高频化，转而采用Power MOSFET，但为减少其工作电阻，当前面临的一大课题是如何减少导通电阻。由于汽车、数字家电和移动电话等的急速发展，用于驱动马达、控电电池充放电的MOSFET市场，每年将以10%的速度前进。作为液晶背光电源的换流器，电压正从16V提高到24伏，需要耐高压(45~60V)的POWMOSFET,业界正开发采用SiC的Power MOSFET。

图4　世界稳压器市场

　　稳压器(regulator IC)是应对电源变动，使电子设备各模块获得稳定电压的器件。据报道，包括低压、低压降线性稳压器，高电流线性稳压器，低功率开关模式稳压器，电池充电控制器等在内的世界稳压器市场将从2005年的57亿美元，成长到2010年的81亿美元，年均增长率9.3%(图4)。计算机板设计得将用更具效率的中间总线变换器和高效负载点(Point of load)变换器取代稳压器，而移动手持设备则仍将继续大量使用独立的稳压器。稳压器的平均价格将不断走低，从11美分逐渐向着1美分前进。

　　最近，在笔记本电脑等产品中的CPU要求低电压大电流，此外，IC、LSI的输出入电压差比较小，因此LDO(低压降)稳压器的需求相当大。

　　DC-DC变换器是使直流电源升降电压的IC器件，用于变换板上的电压。近来，除通过提高开关频率以改善变换效率以外，使用少量外加元件的产品也有所增加。此外，为适应低电压、大电流必须提高高速负载响应。为此，在输出电压控制方面采用电流反馈方式的产品以及通过数字信号来高速输出电压的DC-DC变换器相继登场。随着电子产品的小型化，小体积和低成本的DC-DC变换器大行其道。

　　电源管理器件是在便携电子设备多样化过程中，使电池工作时间尽量延长的一种器件。它在节电方面发挥巨大作用，正在走高性能、高集成、小型化的道路。开发上市新产品有采用8位微控制器以监视电池残量数据的单片混合IC等。当下，对大屏幕平板电视、背投电视、笔记本电脑，甚至台式PC和服务器的节电意识也正日益增强，大有助于电源管理器件市场的开拓。电池保护用器件，主要用于急剧增加的锂离子二次电池的充放电进行保护。它能检查出过量充电、过量放电和过量电流等，市场引人注目。

　　二极管常用于交流变直流，或防止电流反流和保护电路。整流用二极管包括PN结快速恢复二极管和肖特基势垒二极管。前者正在开发高耐压超高速和改善VF(顺方向降压)特性的产品。等离子电视为提高画质不仅要耐350~400V高压的二极管，同时还要求高速低VF产品。肖特基势垒二极管用于数码相机和移动电话所使锂离子电池的保护，防止DC-DC变换器的反向电流和保护电路。正在开发200V的高耐压产品，并期待用作电源二次整流器件。