在“中國制造2025”與國家十三五建設制造強國的戰略下，順應工業4.0與工業物聯網的潮流下，工業自動化與工業設備市場增長迅速，而為工業制造提供的樞紐動力——電源，產能也在不斷提高。面對種種機遇與挑戰，工業電源需要面對哪些新的技術挑戰?行內人士是如何看待工業電源技術與市場發展的變化?
工業自動化將達萬億
工業自動化的推進帶動了一系列自動化設備產業發展，為我國制造也的大規模生產轉型奠定堅實的基礎，造就了工控機、PLC、工業機器人等自動化設備市場的快速增長。
伴隨著全球經濟的迅速發展，工業產能在不斷提升，隨之牽動自動化市場的擴張。IHS表示，2017年工業自動化設備市場占據了全球自動化設備市場37.1%的份額，2018年工業自動化設備產量以3.8%的速度增長，2019年將以4%的速度實現增長，達到2182億美元。工業自動化設備增長受益于工業生產、全球經濟、機器生產和資本輸出的不斷增長。
在中國范圍內，發展工業自動化設備成為了國家重點戰略任務，未來工業化率空間將非常廣闊。據預測，2022年，我國工業自動化總產值超過5700億人民幣。
而且國家對自動化設備制造業的重要性有了進一步認識，將《中國制造2025》作為戰略任務和重點之一，并在十三五規劃綱要中提出制造強國戰略，發展智能制造關鍵技術設備。
所以，在勞動力成本持續上升、自動化設備水平不斷提高、國家產業政策的支持等多方面因素的促進下，我國工業自動化市場需求增長空間不斷擴大，同時技術提升空間也很高。
在工業自動化領域中，工業機器人與工控是最為突出的增長點。
目前，大部分大規模的生產應用離不開工業機器人，工業機器人的市場增長非常迅速。有關調查數據顯示，2015年國內機器人市場需求總量就已經達3.5萬臺。預計國內機器人銷量年復合增速達30%。
另一方面，據中國產業發展研究網分析，工控行業市場規模將在2020年達到1850億元。從2016年第四季度我國工控市場便開始回暖，自2017年始，行業訂單穩步增長態勢，全年預計增長5%以上。
工業電源競爭激烈
為了使工業自動化生產場景加快落地的速度，工業電源作為設備內永遠發揮動力作用的樞紐，工業電源的市場前景同樣值得讓人期待。工業電源作為自動化生產過程中的必備元器件，需具備高穩定及安全保護功能。
在我國，工業電源應用于諸多領域，供應商較多，但中國工業開關電源市場集中度較高，行業前10家企業所占市場份額高達83.2%。工業開關電源市場呈兩極分化局面，高端產品和低端產品需求量均較大，而中端產品需求較低。
電力、軌道交通、石化、冶金等領域對高端工業開關電源的需求較大，而機械領域的大部分企業主要采購低端工業開關電源。中端產品目前的需求領域主要是一些中小型的電廠、電力設備、重型機械、少部分的石化設備等。
2019年工業電源市場的增長與多種因素相關，廣州金升陽科技有限公司產品部工程師尹智群在接受《半導體器件應用》記者采訪時分析認為：“從2018年下半年開始，受經中美貿易戰、國內經濟等各方面因素影響，整個電源市場增長緩慢。來到2019年，因為國內對創新與智造本身的重視，很多自主高新產業都發展起來，加上人才的不斷涌現，工業電源前途較大，但也得慢慢來，不可能一下子就迅速增長。”
在我國工業自動化發展迅猛的催效下，再加上國內“超級工程”項目的拉動，工業電源行內人士對它在儲能、機器人兩方面的應用前景比較看好。
在機器人方面，尹智群表示：“機器人是一個后續增長點，2018年傳統的充電樁等市場沒有什么太多增長。”
在儲能方面，榮湃半導體(上海)有限公司營銷總監涂凱表示：“從行業的一些信息來看，2018年光伏行業表現平平。個人比較反對政府大量補貼企業，因為這會讓一些有技術能力的企業埋沒。2019年，儲能將會是工業電源的新增長點，它的核心技術在于電源板。工業電源管理最明顯的特點就是精細化管理。”
不過也有對工業電源前景持不同的聲音，深圳訊茂科技有限公司銷售部張恒表示：“不太看好工業電源市場，其實2019與2020這兩年是一個分界線，在這兩年時間內，市場會淘汰相當一部分的工業電源企業，從國家的大環境來看，政府會出臺扶持政策，但是市場競爭異常激烈，對于工業電源企業造成的壓力是巨大的。”
近年來，我國工業電源的發展速度較快，廣州眾志電源技術有限公司技術部李漢庭認為：“工業電源市場競爭大，不過如今國產技術慢慢跟上外資品牌腳步，甚至有超越之勢，總體來說，國產品牌未來前景是值得期待的。”
尹智群表示：“日本、臺灣在ADC方面占據市場比例較大，但我們大陸在工業領域的電源廠商也越來越多，我們替代國外品牌肯定是一個趨勢。”
未來國產工業電源的崛起也將會加劇行業競爭，不過深圳訊茂科技有限公司銷售部張恒建認為：“國產品牌的發展勢頭較快，但是總體的工業電源產品停留在借鑒外來產品層面上，自主創新能力較弱，民間企業的研發力度不足;未來國有企業需與民營企業致力提高創新產品能力。”
涂凱表示：“企業要真正發揮匠人精神，需要踏實走好每一步，在電源產品可靠性方面，是需要時間和精力去打磨的。”
近年來，有不少電源企業關門倒閉，但是張恒對記者說：“在工業4.0的推動下，市場格局并不會有太大改變，工業與信息部出臺的工業電源企業生產規范政策，會更加規范好行業市場秩序，提高核心技術競爭力才不會被淘汰。”
高功率密度、高集成度、模塊化
追求更小尺寸、更高功率密度成為當前電源產品的主要發展趨勢。
日前，德州儀器副總裁Mark Gary在召開新品發布會時表示，在工業自動化領域，對電源功率和效率越來越高。因此，德州儀器的GaN技術備受關注，GaN產品可以在高頻率的開關電源里工作，頻率提高令到產品體積減小的同時還可以提高效率。
工業電源技不但需要非常高的功率密度，芯片損耗和如何提高轉換效率也是亟需解決的問題。
據IHS Markit研究顯示，ADI電源業務營收的40%+來自工業領域。ADI開發的電源，在確保輸出電壓隨意調整的同時，依然將效率保持在97%以上。ADI電源相關負責人士表示，相比于傳統的DC/DC電源，由于MOSFET開關與電感轉換損耗的存在，效率無法提升，所以ADI轉換了思路，研發了無電感的轉換器，一下子將效率提升到99%以上。
工業設備的心臟是工業電源模塊，在工業控制業中，一般采用24V總線的電源，其電源電壓變化范圍較大，對電源安全監控很有必要。工業4.0的發展，讓工業電源走向模塊化，工程師們摸索著更實用、更可靠、更簡便的電源方案。
提高功率密度和高集成度是電源模塊發展的趨勢，這對負載能力、縮小尺寸方面也提出了更高要求。尺寸的縮小勢必對功率器件產生散熱問題，這將影響到器件的可靠性。這樣一來，工業電源領域對元器件的可靠性要求更高。
涂凱對此解釋：“模塊化可以任意組合，擴大功率，提升效率，節約空間，模塊化將會是一個趨勢。”
張恒對此表示贊同：“模塊化是未來的發展的方向，國內工業電源始終要與國際產品接軌，例如智能手機、新型技術，更新換代速度快，工業電源產品也不例外。”
另外，隨著智能制造技術變革，新的CE認證規范對電源產品性能提出了更嚴格的要求，體現在精度和穩定性兩方面。
昂鼎電源張良智表示，電源設計原理基本改為高效率的LLC半橋式電路，對生產工藝提出更高的要求，這給電源精度更高方面帶來挑戰。
高精度電源讓生產工藝的復雜程度越來越高，在人機界面、控制、回路、軟件的可靠性、系統的穩定性所花的功夫會越來越多。為了幫助客戶降低設計難度，加快產品設計速度，縮減電源電路板的尺寸與降低電路設計的復雜難度，ADI早在十年前就推出電源模塊產品μModule，將復雜的電源系統集成在一個模塊了，只需像LDO那樣直接拿來用。
總的來說，工業電源在工業自動化與工業設備的推動下得到更多的發揮空間，未來可期。重點關注工業電源自主創新技術，逐步爭取走上替代外國品牌道路。
來源：賢集網
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