电源产业：面对危机与商机 
---台湾省清云科技大学 吴英秦   
 
    电力电子技术应用不断扩张  
    电力电子技术始自1957年晶闸管的发明。半个世纪以来，电力  
电子技术发展的环境及产业有了很大的变化。但整体而言，如今电力  
电子技术的发展在许多应用领域上获得了广泛认同。由各地的研发及  
市场情况来看，可以大胆地说今日的电力电子技术已进入了广泛应用  
的技术时代。无所不在的电源供应器就是最好的证明。事实上，这些  
年来，电力电子技术一直寻觅在应用中挑战技术，在技术成长中扩大  
应用的范围。本来是一桩美好的发展，直到石油亮起了红灯。  
　　任何广泛应用的技术都有几点特性：应用领域扩大、成本大幅降  
低、风险大幅降低、价值小幅减少。如果没有石油的问题，电力电子  
产业努力的目标非常简单：加强并扩大应用的领域及范围。如变频器，  
从低功率低压开始，逐渐走向高功率中高压变频器的系统应用；如感  
应加热，由高功率低频的单纯加热到低功率高频的高附加价值应用；  
如电源供应器几乎达到已经无所不在处处都在的局面。因此，电力电  
子产业一方面寻求更大量设计制造生产的对象，从20世纪的计算机及  
周边、手机延伸到目前各类便携式的电气设备及消费类产品。  
　　从人类发展史上来看，电力电子技术最早仍是工业时代自动化的  
宠儿，它将动态的M-G set的电源转换，改革成了静态以半导体  
切换的电源转换，因而降低了噪音、简化了传动装置、改善了变转矩  
部分负载的系统效率，使得电力电子技术受到极大重视。在信息时代，  
由于轻薄短小的产品潮流，使得电力电子技术朝向高频发展，市场的  
刺激，使新型的组件、材料及专用的微处理器方兴未艾。但是高频固  
然可以减小尺寸，但受到散热问题的挑战。于是技术的发展又有了新  
的驱动力，根本解决之道的软切换技术、高散热材料如热管(heat pipe)  
及散热技术应运而生。平面显示器中液晶电视的应用，可以想见  
又能带来新的挑战。本来，理论与应用在同一时间内就不一定平衡，  
两者的差异一直就是人类进步的泉源。  
　　由上所述，我们已经了解电源转换与马达驱动是电力电子应用的  
主轴。由过去着重在交通、工业、军事、航天等应用，逐渐走向今日  
的家电、信息、通信、网络等，其应用是不断扩大。也正因为应用的  
普及与高频的发展，使得人们感受到电力品质的重要，既要防止本身  
产品发出的可能干扰情形，也要顾及电源系统的受污染的状况。所以  
电力品质是基于应用扩大或推广所带来的研发主题，也是电力电子应  
用版图扩张必须理清的课题。信息时代走向网络时代的时候，人们使  
用计算机相关设备用电量的大幅增加，产品本身的效率、电磁波干扰  
及其他绿色要求自然越来越严格，研发的重点也由“物”兼顾到“人”。  
　　风险的大幅降低意味着这一行业会有更多的竞争者。竞争者的价  
格竞争加上大量需求的自动化生产，价值的小幅降低及成本的大幅降  
低便不足为奇。电力电子产业过去属自动化生产的产品并不太多，未  
来不能避免。新的竞争形势使经营者不得不重新审视外包(Outsourcing)  
的重要性。在降低成本及增加可靠性的双重压力之下，系统中诸  
子系统或零件的不同层次的整合必然大行其道。智能功率组件及功率  
IC的快速成长就是这一趋势的表现。模块及智能型模块的日益普遍以  
及目前电源管理IC的热门也是这一事实的反映。  
　　综上所述，电力电子技术的定义也应由“功率半导体组件应用的  
技术以及其衍生问题的解决技术”改为“功率半导体组件(含IC)应用  
在电源管理或电能管理的技术及其衍生问题的解决技术”。功率半导  
体组件及IC的功率范围逐渐扩大。事实上，两极化的发展使得电源控  
制的电流、电压及切换频率范围逐年扩大，自然在电源形态变换、运  
动控制及电力品质三大课题上产生新的挑战。MOSFET在低压上的进  
展及电源管理IC的进展使得电力电子向信息业及消费类电子业进军的  
成功机会大增。同样，IGBT及新高功率组件的最新动向也必然会影响  
电力电子的走向。  
　　广泛应用的结果必然会造成电力品质的研究更加殷切。电源形态  
转变换带来的电力污染问题，值得大家重视。如果问电力电子技术有  
没有天敌？笔者认为“因此技术所衍生的问题”就是答案。解决其衍  
生问题是电力电子技术能不能成功地朝向广泛应用的时代的关键所在。  
不过，与其去解决衍生的问题，不如努力去从事避免产生衍生问题的  
新思维及方法或许是人们应该严肃考虑的。  

    关注后石油时代电力电子技术  

　　人类面临能源短缺的现实，电力电子技术的挑战将与绿色、石  
油耗竭等息息相关。重新创造"新电力电子时代"的思维及做法迫  
在眉睫。  
　　今天我们要重新重视电力电子技术在节约能源上能力的发挥。人  
类的发展一般认为有以下4个发展阶段：农业时代、工业时代、信息  
时代(含网络时代)及创造化时代(含后石油时代)。根据美国能源部的  
资料，若以2003年全球用油的状况再加上适当而合理的推测，地球蕴  
藏的石油将在35年消耗殆尽，天然气60年及煤炭210年等情况下，人  
类原本辉煌的创造化时代面临着重大的挑战。  
　　后石油时代的电力电子技术的发展，除了上述重点外，尚要加上  
"绿色产品"及"未来的产品"的发展概念。  
　　任何企业，目前都应该了解绿色革命的意义。欧盟推动的有害物  
质限用禁令(RoHS)及废弃电机电子设备回收(WEEE)已进入倒  
计时，今年8月起，后者已将逐步实施管制，市场上供应的电子产品  
必须标示回收图样及生产者名称。而RoHS将在明年7月起严格限制含  
铅、镉、汞等6项有害物质。  
　　"绿色"指的是长寿命、高效率、低污染、再利用、能回收、无  
毒害、包装易拆解等。  
　　表面上环保的要求与经济的发展是冲突的。但是在后石油时代，  
我们真正去面对这个问题时，会发现两者是互相依存的。以前环保与  
经济常处于对峙的立场是我们着重于眼前的经济发展，而现在我们所  
面对的是未来人类共同的命运，包括经济的发展与活动。  
　　企业原本存在的主要目的有二，一为追求利润，一为追求永续经  
营。如今我们要超越过去，为了生存，为了能常常久久追求利润及经  
营，做一个真正能够永续经营的企业，必须要能放弃部分短期利益。  
在能源日益短缺及环境逐渐恶化的今天，再度提出以与环境和谐共存  
为旨的绿色经营理念及绿色管理系统是有必要的。  
　　绿色价值链指的是传统的系统工程中描述的产品生命周期各项活  
动之外，再加上节省能源与环保为核心的绿色价值。它包括了绿色设  
计、绿色采购、绿色生产、绿色产品、绿色行销、绿色消费、绿色处  
理及绿色材料等项目。  
　　日本Sony公司3年前从产品销售国禁止入港这一事件得到经验，  
立即从整体供应链大加改善的做法，值得学习。PS游戏机因镉含量超  
过法定限制值，Sony除了立即作产品更新及除镉的行动外，也同时透  
过该公司全球采购系统，向供货商提出在采购行为中加入禁止与限用  
物质的技术文件条款的做法无疑是务实的做法，也是正确的做法。  
　　国际大厂如新惠普、戴尔、诺基亚、西门子、微软及IBM等，也  
朝向绿色采购的方式以提升竞争力。全球绿色采购目前的发展形态，  
可分为三类：第一类：国家及公共部门为整体环境效益及竞争力而制  
订的政府公共部门绿色采购条款；第二类系民间自发性的组织，为公  
益或形象或商业行为而筹组的如协会或会员制方式或绿色采购联盟；  
第三类系跨国企业或品牌公司内部建置的企业采购网。  
　　"绿色产品"依然要遵从市场导向、客户满意的精神。所不同的  
是要将绿色产品：绿色设计、绿色采购及绿色消费等重点工作列入管  
理。为了贯彻真正的绿色，四个方面同时要守住：绿色设计、绿色采  
购、绿色生产及绿色行销。以目前高科技产业而言，研发、品质保证、  
采购、业务、制造及环保等部门必须通力合作。换言之，公司全员总  
动员是势在必行的。今后"绿色"是人类的基本功夫。人类需要新而  
源源不绝的新能源，大家必须正视它的发展。  

    电源产业充满商机  

　　后石油时代的电力电子新产品开发策略可分为两大类：现有产  
品的节能极大化(本身的效率及对系统整体的节能效果)及与新能源(太  
阳、风能等)的结合。新产品的挑战在于第二类的策略规划。换言之，  
商机带给新产品的驱动力不够。同时在未来社会的变迁所带来的市场  
与客户的需求也将有革命性的差异。这样的差异会出现在太阳光电、  
混合车辆及待机电源上。  
　　新产品的机会在哪里？一般而言在大环境条件相同下，产品的机  
会在于现有产品与未来产品之间有落差的时候。在大环境变化时，产  
品必须符合新的游戏规则。所以，当新产品能符合顾客或国际贸易的  
规则的预期及令人期待时，它就能填补产品之间的机会落差。什么因  
素造就新产品的机会？有人认为社会变迁、技术创新、经济趋势创造  
了生产新产品的机会，另外还须加上国际贸易新游戏规则。  
　　电源产品的特性之一是无所不在处处都在。它存在许多产业之中，  
且多半以零组件、组件及子系统的形式呈现。但是许多的产品是与中  
央电源供应系统关系密切。今后，在分布式电源系统逐渐主导的形势  
下，目前的产业与其说是有危机，不如说是充满了商机。  
　　但是，从能源消耗的角度，几个重要消耗电能的领域值得密切观  
察及投入。这几个领域分别为：马达驱动系统、工业电热系统、照明  
系统及信息电源系统等。  
　　绿色电源强调的绿色议题也很单纯，包括交通工具的混合车辆的  
发展，新型电动机及其驱动器(电力电子产品)；信息电源的待机电力  
耗能的降低；所有电力电子及相关电源效率的提升；电磁干扰与兼容  
(EMI/EMC)；噪音的消除或降低及产品报废或淘汰符合绿色水准。  
　　电力电子技术的发展与应用是相辅相成的，应用面上的扩大带来  
对技术的挑战，而新技术的进展带来更宽阔的应用领域。  
　　未来电力电子技术发展的趋势及挑战，一定要从基本面的革命性  
改变思考，而非只是单纯的绿色产品一笔带过。  
　　电力电子产业一方面要面对短期的生存压力，另一方面又要兼顾  
石油耗尽后的新电源世界，自然不是一件容易的事，因此要大家联合  
起来，集思广益共同找出一个正确的方向及策略。  

    相关链接  

    绿色能源和电力电子技术  

　　自然环境是人类为了维持正常生活的重要基础，由于现代社会  
对能源的需要不断增长，由此带来对环境的压力也在增大。环保项目  
都需要应用电力电子技术的支撑，利用电力电子进行清洁能源的变换、  
能源的蓄积以及用变频器的节能等。这些措施的目标都是为了构造一  
个绿色能源环境。  
　　绿色能源有两层意思：一是发展新能源即二次能源，该能源必须  
是不产生对环境污染的清洁能源，如：太阳光发电、风力发电和燃料  
电池。二是对现有公用电源(交流电网)进行"清洁"，消除有害的高  
次谐波和电压波动。这里，在变频器基础上发展起来的有源电力滤波  
器(APF)和用可关断器件的静态无功率补偿(SVCS)以及用IGBT的  
PWM整流器等都将发挥重要作用。  

　　2005年IGBT市场需求广阔  

　　步入21世纪，全球电力电子器件市场呈现快速发展的势头，特别  
是我国，随着近年国民经济发展和对电子电力器件需求的不断增加，  
市场总规模日益膨胀。据预测，"十五"期间电力电子器件的年平均  
增长速度超过20%，其中高科技产品如IGBT等新型电子电子器件的年  
平均增长率更是超过30%，较一般电力电子器件的年平均增长率更高，  
而且未来的市场容量更大，发展前景被广泛看好。 
    IGBT(绝缘栅双极晶体管)作为新一代新型电力电子半导体器件，  
具有集高频率、高电压、大电流等优点于一身，是国际上公认的电子  
电子技术第三次革命的最具代表性的产品，目前广泛应用于国民经济  
中的每一个行业。就目前我国市场需求的IGBT新型电力电子器件基本  
是依靠进口的，而且市场通常供不应求，预计2005年将超过5亿只。  

　　电力电子重点研发四个方面  

　　为适应形势发展需要，今年电力电子行业将加大技术创新力度，  
突破关键技术，下大力对市场前景看好、能代表当今技术水平的4大  
类电力电子器件的研究开发：加速开发高档大功率晶闸管、快速晶闸  
管、双向晶闸管、高频晶闸管、逆导晶闸管等高新技术产品，急需突  
破高压器件设计、高压扩散技术、表面造型保护技术和全压接等关键  
技术；加速开发IGCT产品，急需解决GCT的设计、均匀扩散技术，透  
明发射极制造技术，精密光刻挖槽技术，表面造型及保护等技术；加  
速开发技术难度大、工艺装备复杂的IGBT产品，将大规模集成电路制  
造技术和大功率电力电子技术紧密结合在一起，所要突破的是高压器  
件的设计技术、高压场环技术和IGBT的芯片封装与测试技术；加速开  
发大功率快速软恢复二极管，尽快解决具有自建电场的杂质浓度分布  
扩散技术、电场截止基区厚度及杂质分布控制技术等难题。