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    1、電力電子技術(shù)應(yīng)用不斷擴張

    電力電子技術(shù)始自1957年晶閘管的發(fā)明。半個世紀以來，電力電子技術(shù)發(fā)展的環(huán)境及產(chǎn)業(yè)有了很大的變化。但整體而言，如今電力電子技術(shù)的發(fā)展在許多應(yīng)用領(lǐng)域上獲得了廣泛認同。由各地的研發(fā)及市場情況來看，可以大膽地說今日的電力電子技術(shù)已進入了廣泛應(yīng)用的技術(shù)時代。無所不在的電源供應(yīng)器就是最好的證明。事實上，這些年來，電力電子技術(shù)一直尋覓在應(yīng)用中挑戰(zhàn)技術(shù)，在技術(shù)成長中擴大應(yīng)用的范圍。本來是一樁美好的發(fā)展，直到石油亮起了紅燈。

    任何廣泛應(yīng)用的技術(shù)都有幾點特性：應(yīng)用領(lǐng)域擴大、成本大幅降低、風險大幅降低、價值小幅減少。如果沒有石油的問題，電力電子產(chǎn)業(yè)努力的目標非常簡單：加強并擴大應(yīng)用的領(lǐng)域及范圍。如變頻器，從低功率低壓開始，逐漸走向高功率中高壓變頻器的系統(tǒng)應(yīng)用；如感應(yīng)加熱，由高功率低頻的單純加熱到低功率高頻的高附加價值應(yīng)用；如電源供應(yīng)器幾乎達到已經(jīng)無所不在處處都在的局面。因此，電力電子產(chǎn)業(yè)一方面尋求更大量設(shè)計制造生產(chǎn)的對象，從20世紀的計算機及周邊、手機延伸到目前各類便攜式的電氣設(shè)備及消費類產(chǎn)品。

    從人類發(fā)展史上來看，電力電子技術(shù)最早仍是工業(yè)時代自動化的寵兒，它將動態(tài)的M-G set的電源轉(zhuǎn)換，改革成了靜態(tài)以半導(dǎo)體切換的電源轉(zhuǎn)換，因而降低了噪音、簡化了傳動裝置、改善了變轉(zhuǎn)矩部分負載的系統(tǒng)效率，使得電力電子技術(shù)受到極大重視。在信息時代，由于輕薄短小的產(chǎn)品潮流，使得電力電子技術(shù)朝向高頻發(fā)展，市場的刺激，使新型的組件、材料及專用的微處理器方興未艾。但是高頻固然可以減小尺寸，但受到散熱問題的挑戰(zhàn)。于是技術(shù)的發(fā)展又有了新的驅(qū)動力，根本解決之道的軟切換技術(shù)、高散熱材料如熱管(heat pipe)及散熱技術(shù)應(yīng)運而生。平面顯示器中液晶電視的應(yīng)用，可以想見又能帶來新的挑戰(zhàn)。本來，理論與應(yīng)用在同一時間內(nèi)就不一定平衡，兩者的差異一直就是人類進步的泉源。

    由上所述，我們已經(jīng)了解電源轉(zhuǎn)換與馬達驅(qū)動是電力電子應(yīng)用的主軸。由過去著重在交通、工業(yè)、軍事、航天等應(yīng)用，逐漸走向今日的家電、信息、通信、網(wǎng)絡(luò)等，其應(yīng)用是不斷擴大。也正因為應(yīng)用的普及與高頻的發(fā)展，使得人們感受到電力品質(zhì)的重要，既要防止本身產(chǎn)品發(fā)出的可能干擾情形，也要顧及電源系統(tǒng)的受污染的狀況。所以電力品質(zhì)是基于應(yīng)用擴大或推廣所帶來的研發(fā)主題，也是電力電子應(yīng)用版圖擴張必須理清的課題。信息時代走向網(wǎng)絡(luò)時代的時候，人們使用計算機相關(guān)設(shè)備用電量的大幅增加，產(chǎn)品本身的效率、電磁波干擾及其他綠色要求自然越來越嚴格，研發(fā)的重點也由“物”兼顧到“人”。

    風險的大幅降低意味著這一行業(yè)會有更多的競爭者。競爭者的價格競爭加上大量需求的自動化生產(chǎn)，價值的小幅降低及成本的大幅降低便不足為奇。電力電子產(chǎn)業(yè)過去屬自動化生產(chǎn)的產(chǎn)品并不太多，未來不能避免。新的競爭形勢使經(jīng)營者不得不重新審視外包(Outsourcing)的重要性。在降低成本及增加可靠性的雙重壓力之下，系統(tǒng)中諸子系統(tǒng)或零件的不同層次的整合必然大行其道。智能功率組件及功率IC的快速成長就是這一趨勢的表現(xiàn)。模塊及智能型模塊的日益普遍以及目前電源管理IC的熱門也是這一事實的反映。

    綜上所述，電力電子技術(shù)的定義也應(yīng)由“功率半導(dǎo)體組件應(yīng)用的技術(shù)以及其衍生問題的解決技術(shù)”改為“功率半導(dǎo)體組件(含IC)應(yīng)用在電源管理或電能管理的技術(shù)及其衍生問題的解決技術(shù)”。功率半導(dǎo)體組件及IC的功率范圍逐漸擴大。事實上，兩極化的發(fā)展使得電源控制的電流、電壓及切換頻率范圍逐年擴大，自然在電源形態(tài)變換、運動控制及電力品質(zhì)三大課題上產(chǎn)生新的挑戰(zhàn)。MOSFET在低壓上的進展及電源管理IC的進展使得電力電子向信息業(yè)及消費類電子業(yè)進軍的成功機會大增。同樣，IGBT及新高功率組件的最新動向也必然會影響電力電子的走向。

    廣泛應(yīng)用的結(jié)果必然會造成電力品質(zhì)的研究更加殷切。電源形態(tài)轉(zhuǎn)變換帶來的電力污染問題，值得大家重視。如果問電力電子技術(shù)有沒有天敵？筆者認為“因此技術(shù)所衍生的問題”就是答案。解決其衍生問題是電力電子技術(shù)能不能成功地朝向廣泛應(yīng)用的時代的關(guān)鍵所在。不過，與其去解決衍生的問題，不如努力去從事避免產(chǎn)生衍生問題的新思維及方法或許是人們應(yīng)該嚴肅考慮的。

    2、關(guān)注后石油時代電力電子技術(shù)

    人類面臨能源短缺的現(xiàn)實，電力電子技術(shù)的挑戰(zhàn)將與綠色、石油耗竭等息息相關(guān)。重新創(chuàng)造“新電力電子時代”的思維及做法迫在眉睫。

    今天我們要重新重視電力電子技術(shù)在節(jié)約能源上能力的發(fā)揮。人類的發(fā)展一般認為有以下4個發(fā)展階段：農(nóng)業(yè)時代、工業(yè)時代、信息時代(含網(wǎng)絡(luò)時代)及創(chuàng)造化時代(含后石油時代)。根據(jù)美國能源部的資料，若以2003年全球用油的狀況再加上適當而合理的推測，地球蘊藏的石油將在35年消耗殆盡，天然氣60年及煤炭210年等情況下，人類原本輝煌的創(chuàng)造化時代面臨著重大的挑戰(zhàn)。

    后石油時代的電力電子技術(shù)的發(fā)展，除了上述重點外，尚要加上“綠色產(chǎn)品”及“未來的產(chǎn)品”的發(fā)展概念。

    任何企業(yè)，目前都應(yīng)該了解綠色革命的意義。歐盟推動的有害物質(zhì)限用禁令(RoHS)及廢棄電機電子設(shè)備回收(WEEE)已進入倒計時，今年8月起，后者已將逐步實施管制，市場上供應(yīng)的電子產(chǎn)品必須標示回收圖樣及生產(chǎn)者名稱。而RoHS將在明年7月起嚴格限制含鉛、鎘、汞等6項有害物質(zhì)。

    “綠色”指的是長壽命、高效率、低污染、再利用、能回收、無毒害、包裝易拆解等。

    表面上環(huán)保的要求與經(jīng)濟的發(fā)展是沖突的。但是在后石油時代，我們真正去面對這個問題時，會發(fā)現(xiàn)兩者是互相依存的。以前環(huán)保與經(jīng)濟常處于對峙的立場是我們著重于眼前的經(jīng)濟發(fā)展，而現(xiàn)在我們所面對的是未來人類共同的命運，包括經(jīng)濟的發(fā)展與活動。

    企業(yè)原本存在的主要目的有二，一為追求利潤，一為追求永續(xù)經(jīng)營。如今我們要超越過去，為了生存，為了能常常久久追求利潤及經(jīng)營，做一個真正能夠永續(xù)經(jīng)營的企業(yè)，必須要能放棄部分短期利益。在能源日益短缺及環(huán)境逐漸惡化的今天，再度提出以與環(huán)境和諧共存為旨的綠色經(jīng)營理念及綠色管理系統(tǒng)是有必要的。

    綠色價值鏈指的是傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程中描述的產(chǎn)品生命周期各項活動之外，再加上節(jié)省能源與環(huán)保為核心的綠色價值。它包括了綠色設(shè)計、綠色采購、綠色生產(chǎn)、綠色產(chǎn)品、綠色行銷、綠色消費、綠色處理及綠色材料等項目。

    日本Sony公司3年前從產(chǎn)品銷售國禁止入港這一事件得到經(jīng)驗，立即從整體供應(yīng)鏈大加改善的做法，值得學習。PS游戲機因鎘含量超過法定限制值，Sony除了立即作產(chǎn)品更新及除鎘的行動外，也同時透過該公司全球采購系統(tǒng)，向供貨商提出在采購行為中加入禁止與限用物質(zhì)的技術(shù)文件條款的做法無疑是務(wù)實的做法，也是正確的做法。

    國際大廠如新惠普、戴爾、諾基亞、西門子、微軟及IBM等，也朝向綠色采購的方式以提升競爭力。全球綠色采購目前的發(fā)展形態(tài)，可分為三類：第一類：國家及公共部門為整體環(huán)境效益及競爭力而制訂的政府公共部門綠色采購條款；第二類系民間自發(fā)性的組織，為公益或形象或商業(yè)行為而籌組的如協(xié)會或會員制方式或綠色采購聯(lián)盟；第三類系跨國企業(yè)或品牌公司內(nèi)部建置的企業(yè)采購網(wǎng)。

    “綠色產(chǎn)品”依然要遵從市場導(dǎo)向、客戶滿意的精神。所不同的是要將綠色產(chǎn)品：綠色設(shè)計、綠色采購及綠色消費等重點工作列入管理。為了貫徹真正的綠色，四個方面同時要守住：綠色設(shè)計、綠色采購、綠色生產(chǎn)及綠色行銷。以目前高科技產(chǎn)業(yè)而言，研發(fā)、品質(zhì)保證、采購、業(yè)務(wù)、制造及環(huán)保等部門必須通力合作。換言之，公司全員總動員是勢在必行的。今后“綠色”是人類的基本功夫。人類需要新而源源不絕的新能源，大家必須正視它的發(fā)展。

    3、電源產(chǎn)業(yè)充滿商機

    后石油時代的電力電子新產(chǎn)品開發(fā)策略可分為兩大類：現(xiàn)有產(chǎn)品的節(jié)能極大化(本身的效率及對系統(tǒng)整體的節(jié)能效果)及與新能源(太陽、風能等)的結(jié)合。新產(chǎn)品的挑戰(zhàn)在于第二類的策略規(guī)劃。換言之，商機帶給新產(chǎn)品的驅(qū)動力不夠。同時在未來社會的變遷所帶來的市場與客戶的需求也將有革命性的差異。這樣的差異會出現(xiàn)在太陽光電、混合車輛及待機電源上。

    新產(chǎn)品的機會在哪里？一般而言在大環(huán)境條件相同下，產(chǎn)品的機會在于現(xiàn)有產(chǎn)品與未來產(chǎn)品之間有落差的時候。在大環(huán)境變化時，產(chǎn)品必須符合新的游戲規(guī)則。所以，當新產(chǎn)品能符合顧客或國際貿(mào)易的規(guī)則的預(yù)期及令人期待時，它就能填補產(chǎn)品之間的機會落差。什么因素造就新產(chǎn)品的機會？有人認為社會變遷、技術(shù)創(chuàng)新、經(jīng)濟趨勢創(chuàng)造了生產(chǎn)新產(chǎn)品的機會，另外還須加上國際貿(mào)易新游戲規(guī)則。

    電源產(chǎn)品的特性之一是無所不在處處都在。它存在許多產(chǎn)業(yè)之中，且多半以零組件、組件及子系統(tǒng)的形式呈現(xiàn)。但是許多的產(chǎn)品是與中央電源供應(yīng)系統(tǒng)關(guān)系密切。今后，在分布式電源系統(tǒng)逐漸主導(dǎo)的形勢下，目前的產(chǎn)業(yè)與其說是有危機，不如說是充滿了商機。

    但是，從能源消耗的角度，幾個重要消耗電能的領(lǐng)域值得密切觀察及投入。這幾個領(lǐng)域分別為：馬達驅(qū)動系統(tǒng)、工業(yè)電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及信息電源系統(tǒng)等。

    綠色電源強調(diào)的綠色議題也很單純，包括交通工具的混合車輛的發(fā)展,新型電動機及其驅(qū)動器(電力電子產(chǎn)品)；信息電源的待機電力耗能的降低；所有電力電子及相關(guān)電源效率的提升；電磁干擾與兼容(EMI/EMC)；噪音的消除或降低及產(chǎn)品報廢或淘汰符合綠色水準。

    電力電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用是相輔相成的，應(yīng)用面上的擴大帶來對技術(shù)的挑戰(zhàn)，而新技術(shù)的進展帶來更寬闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

    未來電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢及挑戰(zhàn)，一定要從基本面的革命性改變思考，而非只是單純的綠色產(chǎn)品一筆帶過。

    電力電子產(chǎn)業(yè)一方面要面對短期的生存壓力，另一方面又要兼顧石油耗盡后的新電源世界，自然不是一件容易的事，因此要大家聯(lián)合起來，集思廣益共同找出一個正確的方向及策略。

    4、綠色能源和電力電子技術(shù)

    自然環(huán)境是人類為了維持正常生活的重要基礎(chǔ)，由于現(xiàn)代社會對能源的需要不斷增長，由此帶來對環(huán)境的壓力也在增大。環(huán)保項目都需要應(yīng)用電力電子技術(shù)的支撐，利用電力電子進行清潔能源的變換、能源的蓄積以及用變頻器的節(jié)能等。這些措施的目標都是為了構(gòu)造一個綠色能源環(huán)境。

    綠色能源有兩層意思：一是發(fā)展新能源即二次能源，該能源必須是不產(chǎn)生對環(huán)境污染的清潔能源，如：太陽光發(fā)電、風力發(fā)電和燃料電池。二是對現(xiàn)有公用電源(交流電網(wǎng))進行“清潔”，消除有害的高次諧波和電壓波動。這里，在變頻器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的有源電力濾波器(APF)和用可關(guān)斷器件的靜態(tài)無功率補償(SVCS)以及用IGBT的PWM整流器等都將發(fā)揮重要作用。

    5、2005年IGBT市場需求廣闊

    步入21世紀，全球電力電子器件市場呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢頭，特別是我國，隨著近年國民經(jīng)濟發(fā)展和對電子電力器件需求的不斷增加，市場總規(guī)模日益膨脹。據(jù)預(yù)測，“十五”期間電力電子器件的年平均增長速度超過20%，其中高科技產(chǎn)品如IGBT等新型電子電子器件的年平均增長率更是超過30%，較一般電力電子器件的年平均增長率更高，而且未來的市場容量更大，發(fā)展前景被廣泛看好。

    IGBT(絕緣柵雙極晶體管)作為新一代新型電力電子半導(dǎo)體器件，具有集高頻率、高電壓、大電流等優(yōu)點于一身，是國際上公認的電子電子技術(shù)第三次革命的最具代表性的產(chǎn)品，目前廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟中的每一個行業(yè)。就目前我國市場需求的IGBT新型電力電子器件基本是依靠進口的，而且市場通常供不應(yīng)求，預(yù)計2005年將超過5億只。

    6、電力電子重點研發(fā)四個方面

    為適應(yīng)形勢發(fā)展需要，今年電力電子行業(yè)將加大技術(shù)創(chuàng)新力度，突破關(guān)鍵技術(shù)，下大力對市場前景看好、能代表當今技術(shù)水平的4大類電力電子器件的研究開發(fā)：加速開發(fā)高檔大功率晶閘管、快速晶閘管、雙向晶閘管、高頻晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管等高新技術(shù)產(chǎn)品，急需突破高壓器件設(shè)計、高壓擴散技術(shù)、表面造型保護技術(shù)和全壓接等關(guān)鍵技術(shù)；加速開發(fā)IGCT產(chǎn)品，急需解決GCT的設(shè)計、均勻擴散技術(shù)，透明發(fā)射極制造技術(shù)，精密光刻挖槽技術(shù)，表面造型及保護等技術(shù)；加速開發(fā)技術(shù)難度大、工藝裝備復(fù)雜的IGBT產(chǎn)品，將大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和大功率電力電子技術(shù)緊密結(jié)合在一起，所要突破的是高壓器件的設(shè)計技術(shù)、高壓場環(huán)技術(shù)和IGBT的芯片封裝與測試技術(shù)；加速開發(fā)大功率快速軟恢復(fù)二極管，盡快解決具有自建電場的雜質(zhì)濃度分布擴散技術(shù)、電場截止基區(qū)厚度及雜質(zhì)分布控制技術(shù)等難題。