來說,電力行業(yè)一直都在半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展中扮演著相當(dāng)重要的推動(dòng)作用。自1957年第一個(gè)晶閘管問世以來,大功率的模擬電力電子器件已經(jīng)走過了近50年的發(fā)展歷程,可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR)、MOS可控晶閘管(MCT)、電力MOSFET以及絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)等電力電子器件的相繼出現(xiàn)不斷推動(dòng)著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。而近年來新出現(xiàn)的高頻化、模塊化以及智能化趨勢更是在制造工藝和物理結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新上令半導(dǎo)體行業(yè)受益匪淺。
不過,隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展,應(yīng)用于電力系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件已經(jīng)不再局限于上述模擬器件。由于在發(fā)電、輸電、配電以及用電端對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和測量,這為A/D轉(zhuǎn)換器和MCU創(chuàng)造了大量進(jìn)入電力系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。隨著技術(shù)日新月異的發(fā)展以及相關(guān)成本的不斷降低,工程師們又開始把關(guān)注的目光轉(zhuǎn)移到DSP技術(shù)身上。DSP的作用當(dāng)然不止數(shù)據(jù)采樣和測量這樣簡單,它還能夠被應(yīng)用于在逆變電源的全數(shù)字控制。研究人員利用它來生成SVPWM波作為信號(hào)源來替代原電路信號(hào)源,以改善逆變電源的輸出性能及提高逆變電源的可靠性。此外,在新興的電力線載波應(yīng)用中,也可以看到這一技術(shù)的身影。
圖題:南瑞繼保將對(duì)信號(hào)處理技術(shù)提出需求、反饋,ADI將據(jù)此設(shè)計(jì)出符合電力系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用的芯片
盡管從絕對(duì)數(shù)量上來講,電力行業(yè)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的影響和推動(dòng)作用還不如消費(fèi)電子那樣深遠(yuǎn)。然而相對(duì)后者來說,這又是一個(gè)絕對(duì)穩(wěn)定的利基市場。在大功率模擬器件方面,依然是ABB等傳統(tǒng)巨頭的天下,不過AD轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器以及和DSP技術(shù)等方面,包括TI和ADI在內(nèi)的國際半導(dǎo)體巨頭都看到了機(jī)會(huì),并早已在這一領(lǐng)域有所斬獲。現(xiàn)在,這些廠商又將眼光投向了高速發(fā)展的中國市場,試圖通過同本地廠商的合作來取得市場的領(lǐng)先地位。
已經(jīng)在中國電表市場占盡先機(jī)的ADI正在加快其深入中國電力市場的步伐。不久前這家公司宣布,同南瑞繼保電氣有限公司合作共同成立其在華首家工業(yè)領(lǐng)域的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,以加強(qiáng)模擬和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用研究,進(jìn)一步擴(kuò)大這家公司在中國電力行業(yè)的影響力:南瑞繼保將從電力系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用的角度出發(fā),對(duì)信號(hào)處理技術(shù)提出需求、反饋,而ADI將據(jù)此設(shè)計(jì)出符合電力系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用的芯片。作為中國電力二次設(shè)備中的龍頭企業(yè),南瑞繼保在中國電力系統(tǒng)行業(yè)擁有著舉足輕重的市場地位。依托中國工程院院士沈國榮的工頻變化量保護(hù)原理理論,這家公司已經(jīng)成為中國電力系統(tǒng)電網(wǎng)保護(hù)的主要供應(yīng)商。
ADI大中國區(qū)工業(yè)及醫(yī)療產(chǎn)品部資深業(yè)務(wù)經(jīng)理Colin Duggan表示,通過與南瑞的合作,ADI可以獲得兩點(diǎn)好處。“首先是將現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)盡早傳遞到南瑞繼保,為ADI進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。其次,雙方的合作還有利于我們就產(chǎn)品定義進(jìn)行深入的討論、并使這樣的討論定期化、定性化。”Colin Duggan說。
然而,與南瑞繼保成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室并不是ADI第一次進(jìn)行這樣的嘗試。由于中國通訊行業(yè)的巨大發(fā)展,隨著本土企業(yè)在國際市場上的影響力與日俱增,這家公司早已同中興通訊和華為等企業(yè)成立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。其目的是為了更好的了解中國客戶與市場的需求。
“中國電力系統(tǒng)自動(dòng)化半導(dǎo)體市場在過去的數(shù)年中發(fā)生了巨大的變化,很多產(chǎn)品正在日益成為窄域應(yīng)用。客戶究竟需要什么樣的產(chǎn)品已經(jīng)成為困擾電力半導(dǎo)體供應(yīng)商的一個(gè)主要問題。”在實(shí)驗(yàn)室開幕當(dāng)天舉行的會(huì)議上,ADI公司大中華區(qū)總裁鄭永暉表示,“事實(shí)上,客戶對(duì)這些窄域市場的需求比我們了解的更多。成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的原因就在于此。通過合作,我們能夠更好的了解市場需求,并從而推出滿足市場需要的半導(dǎo)體產(chǎn)品。”他進(jìn)一步指出,“ADI和南瑞在各自行業(yè)里均為領(lǐng)先者。此次強(qiáng)強(qiáng)合作將有助于為中國的電力自動(dòng)化提供更加完善、更高性價(jià)比的系統(tǒng)解決方案。”
DSP vs. FPGA,互補(bǔ)性大于競爭性
DSP并不是唯一一個(gè)試圖在電力行業(yè)取得成功的半導(dǎo)體技術(shù)。對(duì)這個(gè)市場虎視眈眈的還包括Xilinx和Altera在內(nèi)的FPGA供應(yīng)商。今天,研究人員已經(jīng)在嘗試采用FPGA進(jìn)行電力系統(tǒng)諧波分析了,此外還有基于FPGA的電力線載波調(diào)制方案。不過無論ADI還是南瑞繼保,都認(rèn)為在電力系統(tǒng)應(yīng)用中上述兩種技術(shù)的互補(bǔ)性大于競爭性。
“電力系統(tǒng)設(shè)備主要分為三大類。一類是集成類設(shè)備,一類是嵌入式類設(shè)備。”Colin Duggan表示,“后者中有80%都會(huì)用到運(yùn)放、AD轉(zhuǎn)換器、DSP這樣的器件。此外,由于專用的通訊設(shè)備中也采用了大量的此類器件,粗略估計(jì)有近90%的應(yīng)用都會(huì)用到這些芯片。”
ADI分銷商世健系統(tǒng)的相關(guān)人員也出席了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的開幕式。該公司現(xiàn)場應(yīng)用部副總裁Samuel Ge表示,正是在世健的努力下,ADI和南瑞才有了成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的想法。談到DSP同F(xiàn)PGA的競爭,他表示:“在數(shù)據(jù)處理中DSP有著不可替代的作用,但當(dāng)系統(tǒng)有一定的可編程方面的需求時(shí),FPGA則是很好的補(bǔ)充。事實(shí)上,這兩類器件的互補(bǔ)性要大于競爭性。”
ADI通用數(shù)字信號(hào)處理部工業(yè)與儀表產(chǎn)品線經(jīng)理Colin Duggan和南瑞繼保研發(fā)中心主任李九虎都對(duì)Samuel Ge的上述言論表示贊同。“ADI的CEO也是Xilinx董事會(huì)中的一員,這足以說明DSP同F(xiàn)PGA之間的互補(bǔ)關(guān)系。”Duggan說。而李九虎也指出,由于電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)并不穩(wěn)定,經(jīng)常處于頻繁的變化之中,因此在數(shù)據(jù)處理方面,DSP是首屈一指的選擇。“不過隨著接口數(shù)量的不斷上升,許多內(nèi)部特殊的需求卻需要FPGA來實(shí)現(xiàn)。”他表示,“究其原因,還是因?yàn)镈SP的接口還比較通用、無法滿足這些特殊需求的緣故。”
作者:王彥
