开关电源行业百科:发展历程、技术特点及行业进入壁垒分析「图」

一、开关电源行业概况

电源是向电子设备提供电力的装置,也称电源供应器(PowerSupply),电源性能的稳定性直接影响电子设备的工作性能及使用寿命。中国电源学会按产品功能和效果分类将电源分为开关电源、UPS电源、线性电源、逆变器、变频器和其他电源。

电源分类

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资料来源:公开资料整理

二、开关电源发展历程

开关电源的研究和应用开始于20世纪50年代。1955年,美国人GH.Roger发明了自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器,首创脉冲宽度调制(PWM)控制,为开关电源的研制打下理论基础。20世纪60年代,开关电源技术基本成型。第一代民用标准化开关电源诞生于20世纪70年代,并于80年代中期出现了符合全球通用规格的开关电源。随着上游元器件技术水平和电力电子关键技术的不断发展,开关电源技术取得了飞速发展,迅速成长为电子工业的重要基础产品。

开关电源发展历程

开关电源发展历程

资料来源:公开资料整理

开关电源具有小型化、重量轻、转化效率高等优点,随着电子技术的持续发展和设计的不断完善,开关电源在降低能耗等方面具有长远优势,并且符合电子产品的安全、电磁兼容、环保等认证要求,从而迅速成为主流电源产品。

三、开关电源行业的主要特征

1、行业周期性

开关电源作为终端电子产品的配套重要部件,应用领域广泛,涉及行业众多,与下游行业的发展有着密切的联系,行业周期性不明显。

2、行业区域性

从开关电源供应商区域分布特点来看,主要分布在华南和华东区域,从产业集群来看,主要形成了珠三角地区、长三角地区等产业区。

3、行业季节性

开关电源产品种类的丰富,下游应用领域广泛,因此行业整体上不存在明显的季节性波动。但由于受国内假期(如春节)影响,上半年开工率低于下半年,因此上半年整体产能略低。

四、开关电源的技术特点

开关电源的技术平台主要包括反激式、移相全桥、LLC(谐振)、ACF(有源钳位)、PFC(功率因素校正)、DSP(数字信号处理)等,零电压/零电流软开关技术、同步整流技术、全数字控制技术等技术在行业中被广泛应用。

1、零电压/零电流软开关技术

零电压/零电流软开关技术通过在开关过程前后引入谐振过程,实现开关在其两端的电压为零时导通,或使流过开关的电流为零时关断,有效地降低电路的开关损耗和噪声,提高转换效率。

2、同步整流技术

同步整流技术为采用低导通电阻的功率MOS管代替开关变换器中的输出整流二极管,从而达到降低整流损耗,提高效率的目的。随着计算机、通信技术的发展,低压大电流开关模块成为行业重要的研发课题之一,同步整流技术在低压大电流开关模块电源领域得到了广泛的应用。

3、全数字控制技术

开关电源的控制已由模拟控制,模数混合控制,进入到全数字控制阶段。以数字信号处理器(DSP)或微控制器(MCU)为核心,将数字电源驱动器、PWM控制器、PFM控制器等作为控制对象,从而实现电源的控制、管理和监测功能。数字系统在开关电源中具有灵活多变、易实现模块化管理、高集成化等优点。开关变换器的数字控制芯片及软件经过不断更新迭代,其性能完全可以满足开关电源目前的需求。因此,数字化在高精度电源中的应用将越来越广泛,成为现代电源技术发展的一个重要方向。

4、小功率电源系统集成技术

集成技术可以把多个电子元件集成在芯片中,减少外部分立元件,采用集成技术可方便制作电路补偿,温度补偿,稳定驱动漂移,过载保护等,具有输出电压稳定,输出电流方便控制,提高开关电源效率,过载短路保护齐全。可采用全自动化生产,节省人力,减少用工成本,并且产品品质稳定、可靠性高、一致性好。

5、功率因数校正技术

因开关电源的输入整流滤波,造成对电网电流波形的畸变,含有大量的谐波分量,使得功率因数很低,造成了对电网的污染,干扰其他用电设备。因此,在开关电源输入侧加入功率因数校正电路,将畸变的电流校正为正弦电流,与电压相位相同,使功率因数值接近于1,在设计输入功率达75W以上开关电源的一项重要技术。

6、分布式电源系统结构设计技术

分布式电源系统结构设计便于散热,可实现热分布均匀,同时有助于实现AC/DC变换器组件模块化以及N+1电源冗余,有利于在线更换失效模块,适用于超高速集成电路组成的工作站(如图像处理站)、数字电子交换系统等的电源。

五、开关电源行业的主要壁垒

1、技术壁垒

开关电源技术属于电力电子技术,是一门多学科交叉技术,涉及电力电子、半导体器件、变频技术、电磁技术、计算机(微处理器)技术和综合自动控制等诸多技术领域,因此开关电源行业属技术密集型行业。另外,开关电源产品对可靠性设计、制造工艺等方面都具有较高要求,需要长期、大量的工艺技术经验积累和研发投入。同时,随着科学技术不断进步以及下游应用领域行业信息化、智能化、高可靠性要求的不断提升,上下游企业需要进行密切的技术交流,下游客户对电源厂商技术沟通和合作能力有着较高要求,因此需要开关电源制造企业进行持续的技术投入,以及组建一支高水平的研发技术团队。

随着市场对质量、效率、节能环保等标准提出更高要求,下游电子产品种类层出不穷,客户定制化要求进一步提高,对电源生产制造商的市场判断能力,产品的研发和设计能力都提出更高要求。因此若电源生产厂商不具备长时间的技术积累,将无法对客户多样化的需求进行快速响应。新进入者受制于其自身行业经验的匮乏,无法在短期内组建高效技术研发团队,获取优质订单能力受限,盈利空间较小,这将增加行业潜在进入者的市场风险。

2、人才壁垒

开关电源行业拥有较高的技术壁垒,行业企业需具备较强的产品研发能力,未来需应对快速变化的市场需求,技术人员必须在具备相关知识的基础上,经过长期的技术实践积累,才能具备专业的研发能力,因此行业对研发人员的理论基础、技术功底和实践经验均有较高的要求。

在市场规划方面,还需要对市场有敏锐判断力和国际视野的市场营销人才,及时准确传达国内外市场讯息,将市场前沿的需求转化为研发导向,积极做好技术储备和产品储备,而且下游客户多为跨国性公司,目前国内行业内综合素质技术人才,尤其是具有国际背景的人才也较为缺乏。行业内企业对核心人才一般采取内部培养的形式,培训周期较长。因此对于新企业来说相应的人才资源也是进入该行业的主要瓶颈。

3、客户认证壁垒

行业开展业务过程中,与知名客户建立稳定的客户关系的门槛较高,其对供应商有严格的认证过程。从认证内容上看,客户往往需要考察供应商质量控制能力、技术创新能力、成本控制能力、交付能力以及售后服务能力等,而且下游知名客户也会将企业人文体系、环境和安全体系、社会责任列入考核的指标。从认证过程上看,客户认证流程往往包括文件审核、现场评审、现场调查、样品试产以及合作关系确立后的年度审核。因此,要成为优质客户的供应商,认证过程较为复杂且周期较长,一般要经过1-2年的验证时间,而且随着产品的逐步升级,下游客户对电源供应商要求越发严格。因此基于严格的资格认证后建立的合作关系,客户更换配套供应商的成本高、周期长,若供应商所供产品能够持续达到其技术、质量、交货期等要求,下游客户将与其达成长期稳定的合作关系,不会轻易更换供应商。同时,与下游国际知名电子厂商的长期成功的合作经验,是开关电源制造企业进入大客户合格供应商名录的重要条件之一。

新进入企业要想进入这些优质客户的供应链体系,需要在技术储备、产品性能、生产规模以及服务质量等方面形成对现有开关电源制造企业的突出的竞争优势,因此,这种基于长期稳定的合作关系而获得的优质客户资源对于新进入企业构成一大障碍。

4、规模化壁垒

开关电源制造业具有明显的规模效应:1)在成本控制方面,规模较大的厂商对上游原材料的采购具有显著的议价能力,能够降低原材料采购成本以及原材料价格波动的影响;2)在研发方面,具有规模效应的生产商可通过不断加强研发设备和技术创新体系的建设投入,有效缩短产品的开发周期,可同时开发多种类、多系列产品,满足下游电子产品更高的技术要求;3)在生产方面,规模较大企业注重对生产工艺不断进行技术改造,提升自动化生产水平,从而有利于提高生产效率,提升产品品质,满足客户对于及时交货的需求;4)在信息化方面,规模较大的企业注重通过信息化手段来支撑公司业务的快速发展,有实力不断完善项目管理、生产控制、财务核算、供应链管理、人力资源管理、营销管理等信息化系统,从而提高公司的整体运营效率;5)在市场拓张方面,规模领先企业加快全球布局进程,可通过投入大量人力和资金,进一步向国内外市场延伸。因此规模效应也是对于新进入开关电源行业的制造企业,尤其是对定位于中高端开关电源产品的制造企业构成主要壁垒。

5、产品认证壁垒

由于开关电源的安全性、稳定性和可靠性会对终端产品的使用产生重大的影响,同时各国家由于市电标准不尽相同,安规要求标准也有所差异,所以通常各国对开关电源产品的进入制定了明确的认证标准,每种产品均需符合该国的产品相关认证才能进入该国市场。其中,美洲市场有UL认证、FCC认证、ETL认证;欧洲市场有CE认证、ENEC认证;澳大利亚市场有SAA认证;日本市场有PSE认证;韩国市场有KC认证;印度市场有BIS认证;中国市场有CCC认证等。由于电子产品通常属于全球化销售,因此配套的开关电源产品也需要通过各国认证,实现全球销售;另一方面为开拓自身业务市场,开关电源企业也需要进行国际认证,使新入厂商进入国际市场构成了一定的认证壁垒。

6、品牌壁垒

品牌知名度是一个公司的技术水平、产品质量、生产能力、管理素质、创新能力、服务水平等方面的综合体现,伴随着开关电源下游应用领域集中度越来越高,下游知名大客户在选择供应商及进行采购份额分配时,在保障产品质量和供货能力的条件下,也越来越重视供应商的品牌影响力。在选择供应商进行认证时,更是优先选择品牌知名度高、行业认可程度高的厂商。因此,行业新进入者,特别是面向行业知名大客户拓展市场时,面临着较高的品牌壁垒。

本文采编:CY306

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