Анатолий Лукин д. т. н., профессор

Динамика индустрии источников вторичного электропитания

Цель статьи заключается в характеристике и количественной оценке прошлого, настоящего и будущего индустрии источников питания (ИП) и определении рыночных тенденций в этой отрасли промышленности. Фактические материалы статьи должны продолжить формирование у российских производителей оригинального оборудования (ПОО) мировоззрения, соответствующего мировому техническому уровню, и уверенности в том, что они могут решить большинство своих проблем с электропитанием при помощи покупных (рыночных, стандартных) источников вторичного электропитания.
Особое внимание обращено на оценку динамики развития индустрии ИП и прогнозирование ее влияния на ПОО и продавцов оборудования. Кроме того, в статье анализируются возможные изменения динамики использования встраиваемых импульсных преобразователей переменного напряжения в постоянное (AC-DC) и преобразователей постоянного напряжения в постоянное (DC-DC конверторов) в различных областях применения, таких как компьютеры, офисное оборудование, связь, приборостроение, индустриальные автоматизированные системы управления и военное аэрокосмическое оборудование.

Исторически рынок импульсных ИП развивался темпами, соответствующими темпам развития настольных компьютеров и первого поколения телефонного оборудования. Существующая совместимость компьютеров и оборудования связи, а также появление весьма перспективного но вого рынка сетевых продуктов позволяет предположить, что будущее индустрии источников вторичного электропитания является многообещающим.

Данные и выводы этой статьи основаны на исследованиях, опубликованных в докладе VDC (Venture Development Corporation) «Торговый рынок США и применение встраиваемых AC-DC импульсных источников питания и DC-DC конверторов».

Структура рынка и обзор индустрии источников питания

Рис. 1. Структура рынка источников питания

На рис. 1 приведена структура современного рынка ИП.

Производители встраиваемых AC-DC импульсных ИП и DC-DC конверторов используют прямой персонал сбыта и/или своих представителей по продаже продукции. Степень широты использования представителей в значительной степени варьируется в зависимости от типа изделий и отраслей промышленности, которые используют продукцию производителя. В целом, наибольшая доля отгрузки производится непосредственно производителям оригинального оборудования и дистрибьюторам.

Под перепродавцами, «добавляющими объемы» (см. рис. 1), понимаются производители встраиваемых AC-DC импульсных ИП, которые покупают DC-DC преобразователи в объемах, сравнимых или даже больших, чем некоторые ПОО, с целью включения их в состав своих входных AC-DC преобразователей для получения, например, многоканальных ИП с высоким качеством выходных напряжений по всем каналам. И хотя сегодня влияние этого сегмента рынка еще относительно мало, в течение следующих пяти лет ожидается его значительный рост, что приведет к увеличению давления на цены.

Лидирующие американские компании-продавцы встраиваемых AC-DC импульсных ИП и DC-DC конверторов — это многомиллионные (в долларовом исчислении) глобальные корпорации, с обширными рядами изделий, технологическими альянсами и/или глубоко специализированные производители. Промышленность встраиваемых источников питания превратилась из индустрии, состоящей из маленьких частных компаний, в отрасль, в которой доминируют государственные компании или отделения крупнейших частных корпораций. Приобретение (захват) мелких комплиментарных продавцов крупными вошло в практику как необходимая конкурентная стратегия. Объединение C.P.I. и Zytec, приобретение компании Jeta Power компанией Computer Products Inc., Zenith Power Systems — Oryx Technology, Basler Electric — International Power Sysntms, Intech/Advanced Analog — Lambda Electronics, Powercube — Natel Engineering — это несколько примеров того, как промышленность встраиваемых источников питания становится индустрией интеграции технологических, производственных и распределительных каналов.

Конкуренция в индустрии встраиваемых источников питания явилась причиной сокращения запасов (резервов), установления более низких цен и привела производителей к необходимости автоматизации производства. Хотя частные компании и становятся все более и более удобными поставщиками для продавцов ИП с точки зрения получения выигрыша в цене, тем не менее участие в индустрии ИП все еще связано с преодолением классического «барьера входа», когда на вновь входящих ложатся обременительные требования повышенных первоначальных затрат. Следовательно, в связи с повышенной конкуренцией, уменьшением цен на продукцию и дополнительным сокращением резервов в отрасли остается все меньше и меньше компаний.

Рынок покупных AC/DC импульсных источников питания

В целом ожидается, что до 2001 г. потребность во встраиваемых AC/DC импульсных источниках питания будет расти в среднем на 12,7 % в год.

Встраиваемые AC/DC DC импульсные ИП с установленной мощностью от 1001 до 1500 Вт, как ожидается, будут иметь самый высокий рост потребления в прогнозируемом периоде при ежегодном темпе 16,5 %. Причиной его являются высокие запросы от невоенного (коммерческого) сегмента рынка, требующего источники питания с повышенными мощностями и более низкими выходными напряжениями.

Вертикаль рынков

Неожиданное появление новых областей применения в телефонных и цифровых сетях, включающих передающее оборудование, асинхронные трансферные переключатели (АТП), офисные АТС, Ethernet-переключатели, концентраторы, оборудование дистанционного обращения локальных вычислительных сетей и телеконференционное оборудование, приведет в течение прогнозируемого периода, как ожидается, к ежегодному росту потребления встраиваемых AC/DC импульсных ИП для связи на 15,1 %.

Компьютеры и офисное оборудование останутся в прогнозируемом периоде самым большим рынком потребления встраиваемых AC/DC импульсных ИП. Однако предполагается, что этот сегмент рынка будет расти медленнее, чем рынок связи и передачи данных. Серверы, рабочие станции, персональные компьютеры и печатающее оборудование являются лидирующими в этом сегменте областями применения встраиваемых AC/DC импульсных ИП.

Таблица 1. Прогноз потребления в США покупных встраиваемых AC/DC импульсных источников питания по диапазонам мощностей (в млн. долларов)

Определяющим фактором потребления промышленного и приборостроительного рынков являются возрастающие локальные и международные запросы более нового, более продвинутого медицинского и лабораторного оборудования, включая медицинские мониторы, вентиляторы и оборудование, тестирующее кровь. Кроме того, оборудование управления производственными процессами, пульты оператора, тестирующее и измерительное оборудование являются основными промышленными применениями, которые в прогнозируемом периоде, как ожидается, будут использовать значительные количества встраиваемых AC/DC импульсных ИП.

Вопреки популярному убеждению, потребление встраиваемых AC/DC импульсных источников питания в военном и аэрокосмическом рынках не снижается. Однако ожидается, что запросы модернизации и восстановления наряду с несколькими нишами роста, включающими монтируемые в стойки компьютеры повышенной надежности, автоматизированные системы отображения и системы вертикального пуска, будут иметь очень скромный и медленный рост к 2001 г.

Краткий обзор рынка покупных DC/DC преобразователей

На рынке покупных DC/DC преобразователей также можно увидеть ряд областей роста в градациях установленных мощностей и вертикали рынков.

Установленные мощности

За последние четыре года самый большой прирост объемов продаж произошел для изделий с номинальными мощностями от 51 до 250 Вт. Объемы продаж во всех более низких диапазонах выходных мощностей снизились. Сдвиг от маломощных DC/DC конверторов к преобразователям средней мощности произошел преимущественно в компьютерном и связном сегментах рынка, что было обусловлено необходимостью обеспечения питанием более быстродействующих микропроцессорных устройств.

В целом, наибольший рост продаж DC/DC конверторов находится в диапазонах малой мощности. DC/DC конверторы с установленной мощностью от 16 до 25 Вт, как ожидается, будут иметь самый высокий темп роста потребления в прогнозируемом периоде. Причиной роста запросов этих маломощных DC/DC конверторов является расширяющееся использование распределенных систем электропитания в таких областях применения, как контрольное и измерительное оборудование, компьютеризированные системы отображения, высоконадежные стоечные компьютеры и военное оборудование связи.

Таблица 2. Прогноз потребления покупных встраиваемых AC/DC импульсных источников питания, сегментированных по основным потребляющим индустриям США (в млн. долларов)

DC/DC конверторы с мощностью от 251 до 500 Вт, как ожидается, будут иметь второй темп роста продаж, что является результатом роста в таких областях применения, как серверы, медицинское и лабораторное оборудование, промышленное оборудование управления и оборудование связи, включая мультиплексоры и другие типы оборудования передачи данных.

Таблица 3. Прогноз потребления покупных DC/DC конверторов по диапазонам мощностей в США (в млн. доллларов)

DC/DC конверторы в диапазоне мощностей 51–100 Вт доминировали в продажах 1996 г. Планируемый темп роста этого сегмента более низкий, хотя доля потребления преобразователей этого диапазона будет оставаться наибольшей.

Вертикаль рынков

Неожиданное появление областей применения в телефонных и цифровых сетях, включающих передающее оборудование, офисные АТС, АТП и оборудование дистанционного доступа локальных вычислительных сетей, как ожидается, в прогнозируемом периоде приведет к ежегодному росту потребления DC/DC конверторов для оборудования связи и передачи данных со средним темпом 15,2 %.

Ожидается, что сегмент рынка компьютеров и офисного оборудования также останется наибольшим рынком потребления DC/DC конверторов. Однако он будет расти несколько медленнее, чем рынок связи и передачи данных. Серверы и переносные (портативные) компьютеры будут в прогнозируемом периоде двумя основными растущими областями применения внутри этого сегмента рынка.

Промышленный и приборостроительный сегменты рынка в течение следующих пяти лет будут расти с умеренным средним темпом 11,3 %. Определяющим фактором их роста являются увеличивающиеся локальные и международные запросы более нового, медицинского и лабораторного оборудования. Кроме того, повышенные уровни запросов DC/DC конверторов ожидаются для промышленного контрольного оборудования в связи с расширением применения распределенных систем электропитания.

Таблица 4. Прогноз потребления покупных DC/DC конверторов, сегментированных по основным потребляющим индустиям США (в млн. долларов)

Потребности в покупных DC/DC конверторах в военном и аэрокосмическом рынках не снижаются. ПОО продолжают потреблять DC/DC конверторы для модернизации и восстановления аппаратуры и требуют DC/DC конверторы для нескольких ниш роста, включающих высоконадежные стоечные компьютеры, компьютеризированные системы отображения и системы вертикального пуска.

Тенденции и движущие силы рынка источников питания

Разработка и технология

В прогнозируемом периоде в индустрии преобразовательной техники ожидается появление новых номиналов выходных напряжений. Сегодня для микропроцессоров серии Pentium (Intel Corp.) требуется напряжение 3,3 В, а для будущего поколения, как ожидается, оно снизится до 2,5 В и ниже. Одновременно требуется обеспечение и более быстрых переходных процессов. Традиционные DC/DC преобразователи не удовлетворяют этим требованиям, и поэтому было разработано новое семейство DC/DC преобразователей без гальванической развязки, называемых модулями регуляторов напряжения (МРН). При использовании с Pentium-процессорами МРН устанавливаются на плате в непосредственной близости от них. Как правило, МРН имеют возможность программирования выходного напряжения от 2 до 3,5 В, обеспечивая автоматическую подстройку напряжения для каждого индивидуzального процессора. Сегодня МРН могут быть созданы путем применения стандартных интегральных схем управления и дополнительных периферийных компонентов, таких как конденсаторы, индукторы, МДП-транзисторы и диоды.

Одними из ведущих изготовителей МРН в США являются компании Astec, Celestica и VXI. VDC планирует большой спрос и высокие темпы роста производства МРН в соответствии с настоящими и будущими потребностями областей применения, использующих Pentium-процессоры.

Интегрированная защищенная энергетическая система (ИЗЭС) — это другой тип источника питания, рост потребления которого ожидается в будущем. ИЗЭС обеспечивает потребителю энергетическое резервирование от миниатюрного интерактивного UPS, интегрированного внутрь источника питания. Подобные ИП пытались производить и прежде, однако никакая компания не торговала ими более энергично, чем Amsdell (Richmond Hill, Ontario, Canada). Новая технология, дающая возможность Amsdell предлагать их ИЗЭС по цене, сравнимой со стандартным источником питания ПК, может привести рынок к принятию их концепции.

Требования конечного потребителя

Надежность была определена почти сорока одним процентом опрошенных ПОО, как важнейший критерий выбора встраиваемых AC/DC импульсных источников питания. ПОО добиваются выполнения требований надежности, измеряемых в MTBF (среднее время безотказной работы), в пределах от 50 тысяч до 2 млн часов.

Номиналы выходных напряжений были следующим, наиболее определяющим критерием. Требования выходного напряжения в пределах от 24 до 3,3 В выдвигались как коммерческими, так и военными ПОО для новых поколений аппаратуры.

Следующими по частоте упоминания были: число выходных напряжений, требования по помехам и шумам, возможность обеспечения энергетических требований и размеры источника.

Наиболее важным критерием выбора «не производящего» продавца источников питания для ПОО в 1996 была цена, что было отмечено 77,6 % респондентов. За ценой следовали сроки доставки, техническая поддержка и обслуживание. Время опережения получения прототипа (макетного образца) было упомянуто потребителями как четвертая, наиболее важная характеристика изделия.

Изменения позиций конкурентов

Одной из главных тенденций в американской промышленности покупных источников питания за последние несколько лет было смещение рыночных позиций изготовителей встраиваемых AC/DC импульсных источников питания и DC/DC конверторов. Первые десятки изготовителей встраиваемых AC/DC импульсных источников питания и DC/DC конверторов приведены в табл. 5.

Таблица 5. Класификация американских рыночных продавцов покупных AC\DC ключевых источников и DC/DC конверторов

В 1992 г. первая десятка продавцов обеспечивала 49 % объемов продаж общего рынка, а сегодня — 45 %, что говорит о снижении концентрации производства.

Перемещения в ранжире продавцов, работающих в индустрии покупных источников питания, в дальнейшем будут связаны с преобразованиями в потребляющих отраслях промышленности и областях применения. Увеличивающиеся запросы рынков связи по сравнению с более медленными и застойными запросами военных явились причиной многих существующих различий между перечнями первых десяток продавцов 1992 и 1996 годов. Например, некоторые из продавцов, появившиеся в первой десятке в 1996 году, увеличили свои объемы благодаря повышенному потреблению источников питания в двух ключевых отраслях промышленности: компьютеры/офисное оборудование и связь, в то время как двое из первой десятки продавцов 1992 г., которые покинули ее в 1996 г., были вовлечены в производство «военно-специфицированных» встраиваемых источников питания для военных и аэрокосмических применений.

Каналы распределения

Производителям оригинального оборудования очень не нравится, когда их технические вопросы доходят до изготовителя через их представителей. По этой причине желательно, чтобы все заказные и модифицируемые стандартные источники питания для ПОО продавались бы непосредственно через технически грамотных служащих компании. Вместе с этим, необходимы постоянная техническая поддержка и обучение представителей изготовителей.

Дистрибьюторы обеспечивают продавцов DC/DC конверторов региональными зонами обслуживания и выгодными возможностями расширения количества их заказчиков. Самая большая доля продаж через дистрибьюторов осуществляется для оборудования связи и передачи данных.

В связи с появлением военных и аэрокосмических ПОО для их небольших объемов потребностей также ожидается увеличение закупок через дистрибьюторов.

Если посмотреть на рынок источников вторичного электропитания в России, то можно констатировать, что он медленно, но постоянно развивается как в количественном, так и в качественном отношении [1]. На рынке ИП России сегодня успешно работают такие компании, как «ММП-Ирбис», «Александер-электрик», «Сфера-СМ», «Континент», «Матрикс», «Флэш-электроникс» и др.

Очевидно, что мировая тенденция перехода на стандартные ИП и распределенные системы электропитания прослеживается и в России. Российские производители функциональной аппаратуры применяют в своих разработках покупные модули с типовым набором параметров. В основном потребляются DC/DC преобразователи с выходной мощностью от 1 до 25 Вт. Появился выбор: кроме импортных модулей есть и отечественные, которые по своим массогабаритным, энергетическим и надежностным параметрам приближаются к зарубежным. Номенклатура производимых стандартных ИП постоянно расширяется, а обострение конкурентной борьбы приводит к снижению цен на них.

Литература

1. Лазученков А. Построение современных систем электропитания // Компоненты и технологии, 2000. Вып. 1. С. 8–9.

АОЗТ «ММП-Ирбис»,
mirbis@aha.ru

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы