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新聞詳情

對話|UPS電源2021年磁性元器件用量粗計達1.72億顆

2022-02-15

轉載自來源:電子變壓器與電感網 作者:卞婭琪 2022-02-14

編者按

當前,不間斷電源(UPS)已經成為信息化建設基礎設施重要組成部分,隨著信息化建設推進,不間斷電源(UPS)行業市場規模將繼續實現穩步增長。

據中國電源學會的分析統計,2009-2019年,我國不間斷電源(UPS)行業市場規模持續上升,由2009年的31.7億元增長至2019年的97.03億元。2020年,“新基建”對于數據中心、城際高鐵、城市軌道交通等領域的帶動下,不間斷電源(UPS)行業市場規模約為103.82億元,較2019年同比增長7%。

在實際工作、生活用電過程中,斷電、雷擊尖峰、頻率震蕩、浪涌、電壓突變、電壓波動等等狀況,都是一些常遇見的問題,設備斷電容易造成計算機宕機甚至導致硬件設備直接故障。作為用電設備保護傘,不間斷電源(UPS)也由此受到高度重視。

不間斷電源(UPS)是將蓄電池與主機相連接,通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電交流電的系統設備。從產業鏈來看,UPS產業鏈上游為零部件,包括磁性元器件、PCB板、電池等,從改善電源質量的角度來講,這些基本零部件的品質,是決定不間斷電源(UPS)品質的重要因素。

本期《磁性元件與電源》下設《對話》欄目,圍繞“不間斷電源(UPS)當下技術方向”,通過與不間斷電源(UPS)廠商、磁性元器件廠商的對話,探究不間斷電源(UPS)用磁性元器件的應用情況、面臨的技術難點以及未來的發展方向。圍繞上述問題進行探討,為深耕這一行業的從業者進一步了解不間斷電源(UPS)行業生態提供力所能及的點撥。

對話問題導覽

1、對不間斷電源(UPS)市場發展的看法?

2、您司與不間斷電源(UPS)相關的產品都應用在哪些場景?

3、在不同應用場景使用的不間斷電源(UPS)功率不一致,舉例具體應用場景,目前單個不間斷電源(UPS)主流的功率是多少?不間斷電源(UPS)哪些設計環節會應用到磁性元器件?單個不間斷電源(UPS)對磁性元器件的用量是?這些磁性元器件主要應用的軟磁材料是?

4、從不間斷電源(UPS)應用場景和實際情況來看,近年來對磁性元器件產品在性能上主要有哪些新的技術要求?您司是否有針對這些要求推出相關技術產品應對?

5、隨著第三代半導體的逐漸普及,不間斷電源(UPS)是否有向高頻化發展的趨勢?

6、內部器件損壞是不間斷電源(UPS)五大常見故障原因之一,您司是如何更好確保內部整流、升壓、逆變等部分元器件質量?

7、不間斷電源(UPS)終端國際品牌以伊頓、維諦科技、施耐德為主,國內華為、科士達、易事特……也規模漸起,您司是否已有產品進入該供應鏈,您認為進入這些核心供應鏈需具備什么能力?

對話嘉賓

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對話內容

談談您對不間斷電源(UPS)市場發展的看法?

科士達陳經理:我覺得UPS電源屬于剛需性產品,該產品整體訂單較為穩定,不會下滑,但也不會出現爆發式增長。

東睦科達陸慶:不間斷電源(UPS)終端行業發展前景廣闊。一方面,國民經濟中的許多行業,如信息、通信、金融、醫院等產業必須配備UPS系統,保障供電穩定和連續。另一方面,隨著全球5G網絡的建設,人工智能,大數據、物聯網、元宇宙時代的到來快速帶動UPS電源在相關領域的大量運用,從而推動UPS市場進一步發展。

銘普資深工程師:隨著電子信息的迅猛發展,深刻改變了人們的日常生活,各類企業、政府、教育機構、醫院等單位業務的開展也越來越依賴于信息系統,為保障信息和IT設備在系統中的應用,數據中心的建設也是與日俱增,同時UPS電源隨之產生大量需求,而其中的磁性元器件也將出現廣闊的市場。

普晶桂玉紅:不間斷電源(UPS)是信息化建設基礎設施的重要組成部分,隨著信息化建設的推進,不間斷電源(UPS)行業市場規模迎來穩步增長。

雅瑪西成偉:不間斷電源(UPS)我們近幾年做得比較少,我感覺不間斷電源(UPS)已經到了一個比較大的瓶頸期了,過去幾年好像市場增量不是很大。

田村聶應發:這個市場前景很大,在電信、銀行、機械設備等領域,可在斷電時提供可靠保護,用電不穩地方的更加需要,海外市場也很大。

一元電氣王工:我覺得不間斷電源(UPS)需求還是很大的,不僅是國內市場,國外對不間斷電源(UPS)的需求也很大。

普晶桂玉紅:您司與不間斷電源(UPS)相關的產品都應用在哪些場景?

華為工程師:華為推出的UPS2000和UPS5000系列UPS,電壓范圍138-485V,容量范圍覆蓋30-800kVA,主要應用在企業大中小型數據中心、IDC機房、電信與網絡交換機房、容災備份中心、金融總部、分支數據中心、交通調度中心、安防系統等。

臺達電子周錦平:臺達根據不同的應用場景,提供了不同系列的產品,如臺達N系列(1-3KVA),臺達RT系列(5-20KVA),臺達HPH系列(20-200KVA)。前兩個系列產品主要針對辦公室網通設備、服務器、PC計算機、ATM、POS系統、醫療儀器等。高功率段的產品主要針對數據中心、泛工業應用、醫療、通訊等。

科士達陳經理:當前我們供應的不間斷電源(UPS)重點應用在電子行業、工業制造、電信運營商、工礦企業、能源企業、互聯網公司等領域,有效保證了這些領域企業生產、運營等工作順利、安全的開展。

索瑞德陳經理:我們不間斷電源(UPS)主要應用在銀行、證券、政企事業單位、大數據中心等場景。

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在不同應用場景使用的UPS不間斷電源功率不一致,舉例具體應用場景,目前單個不間斷電源(UPS)主流的功率是多少?不間斷電源(UPS)哪些設計環節會應用到磁性元器件?單個不間斷電源(UPS)對磁性元器件的用量是?這些磁性元器件主要應用的軟磁材料是?

科士達陳經理:以辦公應用為例,目前維持30分鐘的UPS不間斷電源是辦公場景應用的主流。幾乎所有電源產品都需要用到變壓器、電感器等磁性元器件產品,UPS不間斷電源同樣不例外。

索瑞德陳經理:現在單個不間斷電源(UPS)主流功率用得多的還是中小功率段。

東睦科達陸慶:目前不間斷電源(UPS)根據應用場合的不同單個電源的功率有從5KW-100KW不等,UPS不間斷電源正在向模塊化方向發展。一般不間斷電源(UPS)在輸入端PFC電感,蓄電池DC/DC變換器端電感和輸出濾波電感會用到金屬磁粉芯,每個不間斷電源(UPS)使用的電感數量取決單相或三相以及功率大小。

普晶桂玉紅:主流的功率1KW-10KW以上機柜,其中整流AC-DC、逆變DC-AC都要用到變壓器、電感器等磁性元器件產品。用量是10-15顆磁件包含主變、輸出電感、共模電感、驅動等。主要應用鐵氧體、納米非晶材料、復合金屬粉芯軟磁材料等。

德維斯邵光華:當前主流的UPS電源分單相和三相不間斷電源。其中單相功率容量在1KVA-10KVA范圍,三相功率容量在10KVA-120KVA范圍。變壓器和電感器主要是在電源開關控制中使用到。一臺UPS電源一般會用到10個以上的磁性器件。

銘普資深工程師:UPS在充電模塊及逆變模塊都會用到磁性元器件,充電模塊使用到一套磁件,包含主變壓器,諧振電感,PFC電感,共模電感,差模電感,逆變模塊也使用到一套磁件,包含主變壓器,諧振電感,PFC電感,共模電感,差模電感。磁件的用量會根據UPS電源功率需求,選用多個或是單個的方案。

雅瑪西成偉:不間斷電源(UPS)主要在逆變、輸入端、蓄電池、DC-DC變換器等區域會使用一些磁性元器件。單個不間斷電源(UPS)里面用的磁性元器件的數量主要跟功率有關系。例如有1KW、3KW、5KW,還有更大功率的。

田村聶應發:現在單個不間斷電源(UPS)主流的功率500W、1.5KW、3KW、5KW,在變壓、逆變、升壓、濾波、抗干擾等環節會用變壓器和電感器。1個UPS電源對磁性元器件至少4個以上。材料主要還是鐵氧體PC44及鐵硅粉芯軟磁材料。

臺達電子周錦平:基本上普晶、雅瑪西、銘普等同行講到的,就是我們不間斷電源(UPS)上會應用到磁性元器件的情況。

維諦前員工聶??。簩Υ判栽骷氖褂貌牧戏矫?,鐵硅、鐵硅鋁、金屬磁粉芯都有所應用。

銘普資深工程師:變壓器主要采用寬溫、寬頻、低損耗的錳鋅鐵氧體,電感類器件多選用高BS的合金磁材。

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華為UPS電源2000-G-1KRTL主機拆解

雅瑪西成偉:從不間斷電源(UPS)應用場景和實際情況來看,我們接觸到的客戶需求基本來說要求并沒有很突出,您司近年來對磁性元器件產品在性能上主要有哪些新的技術要求?針對這些要求推出哪些相關技術產品應對?

索瑞德陳經理:不間斷電源(UPS)功率不同,所需磁性元器件功率自然就不同。不間斷電源(UPS)近幾年對磁性元器件的性能應用需求變化確實不是很大。廠商都比較關心產品成本問題,所以磁性元器件廠商需要在保證品質的前提下,還得控制好成本。

維諦科技吳峰:由于IT 設備不斷增多、用電量加劇、機房面積緊張、低耗節能需求等客觀因素的存在,高效率、高可靠性的UPS 技術倍受關注。

華為工程師:華為不間斷電源(UPS)本身就有多重防護,降低斷電風險,所以非常注重產品可靠性。對內部應用的元器件同樣要求可靠性夠強。產品呈現低損耗、高功率密度、占地面積小等特點,降低運營成本,反應到具體的磁性元器件方面,其材料同樣需要具備低損耗、高功率密度、小體積等要求。

科士達陳經理:科士達每年都會有新產品推出,在選用磁性元器件時,對EMI一般都會做重點關注,我們選用的磁性元器件基本都需要獲得品質認證。

維諦前員工聶??。焊哳l化、小型化、高功率密度方向。功率密度越來越高,體積越來越小、越來越薄,擴容量越來越大。

臺達電子周錦平:不間斷電源(UPS)整體上對磁性元器件的應用與很多終端產品應用方向大同小異,都在追求高頻化、小型化,同時成本也在不斷壓縮。

東睦科達陸慶:不間斷電源(UPS)對磁性元器件在性能上主要的要求是具有更低的損耗,更小體積,更好的溫度穩定性等。東睦科達針對UPS不間斷電源在性能上針對磁元件的要求,推出了新一代超級鐵硅鋁--KPH磁粉芯,相比超級鐵硅鋁(鐵硅二代)磁粉芯,在保留高飽和磁通密度、高溫度穩定性的同時,具有更低的磁芯損耗。與此同時,東睦科達研發團隊正在研發下一代具有更低損耗和更好抗直流疊加特性的全新一代鐵硅鋁,從而進一步降低PFC電感和其他升降壓電感的損耗,為提高UPS不間斷電源的效率打好良好的基礎。而要減少變壓器體積,建議使用高頻變壓器方案,磁芯材料可以采用高性能功率鐵氧體。

普晶桂玉紅:我們遇到的主要要求是高功率密度和高轉換效率,結構緊湊且絕緣性高,散熱性好和可靠性高等。新的技術要求是:利用扁平化磁集成技術、高頻、高Bs的低功耗磁性材料,設計新型高功率密度變壓器和高頻大電流電感器。普晶目前有大功率高頻變壓器、電抗器等。

田村聶應發:磁性元器件產品在性能上主要有性能穩定、高效率產品。我們提供過低頻變壓器、高頻變壓器和電感,高頻化趨勢,主要耐幾倍電流沖擊和短時大電流負荷要求。新技術要求抗短路能力強、過負載能力強、性能穩定。

銘普資深工程師:功率大,體積小,損耗低,集成化。

德維斯邵光華:UPS電源對變壓器的技術和原材料要求很高,前提是能夠保證基本的參數性能,盡可能地提高效率、降低成本、降低重量。UPS電源用的變壓器,在使用中會遇到各種各樣問題,會因為部分產品的離散性比較大,導致整機性能下降。變壓器和電感運行起來會產生較大噪聲,這都需要繼續優化。磁性材料要求穩定性好,成品一致性要高。

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艾亞特一款小型UPS電源拆解圖

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EMI濾波電路

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主動式PFC電路

東睦科達陸慶:隨著第三代半導體的逐漸普及,UPS不間斷電源是否有向高頻化發展的趨勢? 還有哪些技術方向?

維諦科技吳峰:為提高不間斷電源(UPS)運行效率,高性能電力電子器件不斷被研發成功并投入實際應用,如IGBT、MOSFET、GTR、智能功率模塊IPM、MOS 控制晶閘管MCT 等,變流技術也需要隨著電力電子器件而更新。由于IT 行業迅猛發展,數據中心的數據量也在以爆炸式的速度持續增長,隨之而來功率消耗增大。UPS一方面朝著更大功率的方向發展,另一方面為應對不間斷電源容量分期擴充的需求,產品模塊化已是不可阻擋的趨勢。相比傳統的工頻UPS,高頻UPS 采用功率因數校正和高頻軟開關技術,省去了工頻電能轉換環節,因此運行效率更高、對電網的諧波污染及無功消耗極小,完全能夠滿足國內外相關電力行業的標準要求。此外,高頻電能變換裝置在減小磁性元器件體積和重量、降低制造成本、遏制運行噪音、節能環保等方面效果顯著,因此越來越受到UPS廠商認可。

維諦前員工聶工:現在是有往高頻化方向發展,但現階段還有很多不間斷電源(UPS)產品開發頻率還沒有開太高。以中頻段為主,但高低頻是相對的,相對于工頻的話,20K算是比較高的頻率了。往高頻化方向發展,對磁性元器件的使用上,量會更多,但體積肯定要減小。另外,現在大部分UPS電源廠商都已經在做模塊化電源了。

雅瑪西成偉:現在整個不間斷電源(UPS)已經往高頻化方向發展了,很多新出的產品現在已經是高頻化了,存量已經比較多了。我們接觸的高頻比較多,工頻比較少,現在中小型的UPS電源基本上都用高頻的了。大型的數據中心、銀行等需要大功率不間斷電源(UPS)的應用場景,也逐漸向高頻化、模塊化發展。高頻化之后,UPS電源所需磁性元器件量上會有所提升,整體體積都會變小,成本降低。

田村聶應發:已經很多了,現產品需要體積小、效率高,慢慢采用高頻化產品和高頻逆變技術。高頻化相比此前方案,至少增加3~4個磁性元器件。

科士達陳經理:采用工頻還是高頻,也要針對客戶實際需求,綜合成本考慮,工頻雖然體積大,但不乏也有一些優點,仍存在一定市場需求量,如性能穩定、單價便宜等。

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高頻UPS 

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工頻UPS

內部器件損壞是不間斷電源(UPS)五大常見故障原因之一,您司是如何更好確保內部整流、升壓、逆變等部分元器件質量?

東睦科達陸慶:為了確??蛻舨捎梦覀儺a品的器件可靠性,除了在研發階段對新產品進行全方位的測試外,我們從原材料供應鏈管理到產品出貨,每一個過程都嚴格按照國際質量管理體系要求執行,同時會動態化監測我們的產品質量,不斷提高我們的產品合格率,降低潛在失效率。

普晶桂玉紅:產品設計時要跟客戶充分溝通和評估,再建立完整的數模分析及可靠性測試,生產中嚴格按照質量管理體系控制產品品質。

田村聶應發:不間斷電源(UPS)中的磁性元器件的單價已是白熱化的竟爭了。低頻鋁線化產品,高頻銅包鋁產品日益增加,這需要設計優化,包括溫升設計滿足安規,鋁線焊接技術等制造工藝,安規安全距離等方面確保品質要求。

華為工程師:不間斷電源(UPS)在使用中難免會出現各種想不到的故障,出現故障不可怕,及時合理處理問題就不會造成不必要的損失。如不逆變、不穩壓等問題。遇到不逆變狀況時,可丈量蓄電池電壓,檢查輔助電源能否正常,逆變管和驅動管有無損壞,再檢查輸出維護電路。

銘普資深工程師:磁性元器件從設計、選材、生產制造工藝,都要經過嚴格的評審,完整的可靠性試驗,再投入量產,確保產品在生命周期內無質量問題。

德維斯邵光華:首先,產品在選材、生產、檢驗等環節要嚴格把關,穩定產品的質量。以及運用先進的原材料和成品檢驗手段和必要的工藝流程,才能保質保量的完成每一件產品。


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舊款山特UPS電源拆解圖,可看到密密麻麻多個磁性元器件

不間斷電源(UPS)終端國際品牌以伊頓、維諦科技、施耐德為主,國內華為、科士達、易事特……也規模漸起,您司是否已有產品進入該供應鏈,您認為進入這些核心供應鏈需具備什么能力?

維諦前員工聶??。菏欠裼匈Y格與大廠合作,還要看供應商公司處于什么樣的發展階段。維諦科技作為不間斷電源(UPS)行業核心廠商,對供應商的實力考量自然也會比較高。

科士達陳經理:根據2020年的出貨量數據,科士達躍居全球第五大UPS電源供應商。在選擇合適供應鏈的時候,我們有一套合規的認證體系,符合我們內部制定的認證標準的磁性元器件廠商才能成為我們的供應商。

華為工程師:無論是電源設備還是其他基礎設施系統都是隨著核心業務的增長而分期投入,如果分散采購,將導致機房基礎設施品牌林立、設備千差萬別,造成系統的兼容性問題和維護的困難,勢必會降低整體機房的可靠性,終將帶來安全隱患。所以包括對磁性元器件在內的零部件的采購過程都是很嚴密的,品牌、品質、規范化都是重要考量標準。

一元電氣王工:能否進入這些大廠,還要看各個廠商需求,不同應用場景、不同項目,會有需求層次的差異?,F在我們一般都是得根據客戶需求,再去做研發生產調整,在嚴控成本的現實問題下,現階段我們以市場導向為主。

東睦科達陸慶:東睦科達的產品已經進入不間斷電源(UPS)全球行業第一梯隊的供應鏈,我認為要成為該領域核心供應鏈,首先要對不間斷電源(UPS)的磁性元器件的應用和設計有深入理解,從而能夠更好的提供電感用金屬磁粉芯解決方案,同時也要具備研發創新能力,不斷提升客戶的產品競爭力,并具有完善的生產過程管控和質量管理體系。

普晶桂玉紅:應具備完全的自主研發和品質保障能力,擁有自動化生產交付體系及供應鏈保障能力。

銘普資深工程師:具備雄厚的研發實力,強大的生產能力,完善的質量體系。

德維斯邵光華:我們進入該領域已經有較長的時間了,也累計了很多該領域的經驗。UPS電源對變壓器的技術和原材料要求很高。內部磁性材料要求穩定性好,包括磁性材料和成品的相對一致性、穩定性。

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結語

從我國不間斷電源(UPS)市場銷售情況來看,10KVA以上不間斷電源(UPS)銷售占比為80.4%,其中100KVA以上不間斷電源(UPS)占比50.7%;模塊化不間斷電源(UPS)市場占比34.2%。

Omdia預計,隨著世界經濟的復蘇,云計算、數據存儲等需求的持續增長,UPS行業將迎來新一輪增速。2021年全球UPS市場收入或達到91億美元(573億元人民幣),實現12.6%的增長。

2020年,我國設定了“2030年碳達峰、2060年碳中和”的中長期目標,在5G迅速發展及芯片等硬件對電源的壓力持續加大的基礎上,未來不間斷電源(UPS)市場迎來較大的上升空間。

同時,國家針對數據中心企業進行了新一輪規劃,提出要持續從信息基礎設施、數字產業化、產業數字化、數字社會、數字政府、數字民生等十個方面推進數字中國建設。前瞻產業研究院預計,我國不間斷電源(UPS)市場規模將于2026年超過210億元。

通過從對話嘉賓的分享,以及相關數據佐證,大容量、模塊化、定制化、高頻化、大功率不間斷電源(UPS)產品市場需求正在快速增長,市場需求也在向高端產品轉移,模塊化不間斷電源(UPS)可有效提高產品容量和可靠性,將成為未來市場的主要發展方向。

反應到磁性元器件行業之上,高頻化給他們帶來更多磁性元器件的單機需求量,單機從充電模塊、逆變模塊等應用環節預需10-15顆磁性元器件,甚至更多。根據應用場景實際需求,多機聯機疊加的磁性元器件需求自然更多。記者查閱相關銷售平臺,10KVA的不間斷電源(UPS)售價在5千元上下,假定市場售賣的均為10KVA產品,以2026年預計售額粗算,屆時,僅中國市場便有420萬臺不間斷電源(UPS)需求,磁性元器件需求量高達6300萬顆。而按Omdia預計售額,我們粗算2021年全球不間斷電源(UPS)對磁性元器件需求量高達1.72億顆。

雖然量提升了,但單個元器件的體積也在下降,成本也在下降。在磁性元器件競爭白熱化現狀下,有的慢慢離場,有的仍在努力向不間斷電源(UPS)這一集中化程度高的核心供應鏈靠攏,并強化自身產品品質,讓不間斷電源(UPS)市場有更多他們產品的身影。



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