随着电力工业的发展,特别是一户一表的推行,方便了用户,可是对电力营业管理提出了挑战。传统的电表需要人工抄表,工作单调辛苦、环境恶劣,抄表难度大、效率低;电费欠费现象严重,收缴率偏低,影响电力部门的经济效益和发展;调度、营业、监控各成系统,数据库独立维护,缺乏统一的基础用电数据造成资源浪费、决策不系统、不能最大限度地追求经济效益。
因此,电力营业现代化势在必行。实践经验证明,推广应用预付费电表及售电系统,有效避免和控制了欠费现象,充分提高了抄收效率,使电力营业管理在较短的时间内达到了轻松管理,事半功倍的效果。迄今为止,国际电能预付费售电系统及电能表的发展大体经过以下发展阶段:
1、早期记忆卡式,包括IC存储卡、IC逻辑加密卡等。
2、智能卡式,包括接触式CPU卡和非接触式RF卡等。
3、编码按键式,包括键表一体式、分离式、载波分离式等。
4、网络式,包括集中器式、GPRS/CDMA
短信式、电力载波式等。智能电表是智能电网的核心设备之一它的核心作用:实现用电客户与电力公司之间的信息交换。
因此,客户端必须安装用电信息采集和电网信息处理、双向互动的智能电表才能实现智能远程抄报和网上缴费。智能电表远程抄表的原理不同环境下远程抄表的方式也是有所不同的。
原理一:国电目前较多采用的是电力载波表,通过电线连接到采集器,采集器通过GPRS上传数据到远抄服务器,所以国家电网居民用户基本上可以通过掌上电力查看到自己家每天的用电量。
原理二:
大型建筑里用的都是RS485总线连网的智能电表,通过RS485总线连上采集器,采集器再转换成TCP/IP接网线直接上远抄服务器。提供这个系统的商家比较多,如社为表计,直接面向建筑做集成。
原理三:当前青年公寓,白领公寓,酒店式公寓采用比较多的wifi电表,这种电表直接联上公寓里的wifi远抄服务器,当然还有gprs电表,这种都是在智能电表使用量不大的情况下使用。这种使用量直接可以网上买电表自己装上,再通过app软件就能直接使用了。
原理四:未来真正的物联网智能电表,NB-IoT电表,这是华为与运营商正在主推还未成熟的产品。就是智能电表通过NB-IoT网络直接连远抄服务器。电能预收费系统随着售电管理模式以及用电管理方式需求的变化,我国逐渐发展了集成电路卡式预付费系统、键盘式电能表预付费系统和自动抄表系统三大类电力预付费系统。下图是一份预付费IC卡卡表系统方案。
系统主要包括以下几个部分:
1、预付费系列电能表
2、预付费IC卡
3、读写卡器
4、售电管理信息系统5、银行网络售电系统6、电力MIS系统通过电能预收费系统方案,我们可以清晰的看出来:其实这时取电和在ATM机里取钱,已经没有区别了,ATM机里取的是钱,智能电表里取的是电。ATM和智能电表才是最终的执行者。
你得先把钱通过银行或者电网营业厅存到电网公司的账户把钱兑换成电,当你成功缴费后,银行服务器和电网的服务器之间就会有协议数据传输,电网系统得知你充值的数据金额就会将你的充值金额告诉智能电表。
刚才我们已经说到智能电表是最终的执行者,它知道你充了多少电、每时每刻用了多少电、快没电了它会提醒你、没电了它会自动断电、充值了它会自动续电。智能电表的数据会不间断的和电网服务器进行相互交换,这样一个过程就实现了远程抄表和预付费的功能。
在全球贸易战和经济增速放缓的国际形势下,芯片的国产化势头不可阻挡,一方面中国是最大的半导体消费国,还有美国对我国IC产业链的限制,这些都促使我们自主自强。据相关数据显示,2019年我国芯片自给率仅为30%左右,国家规划到2025年,中国芯片的自给率要达到70%。除了存储芯片和处理器芯片,电源芯片也是最大的一块蛋糕之一。
电源管理芯片主要是负责电子设备系统中电能的转换、配电、检测和电源管理,负责将源电压和电流转换为可由微处理器和传感器等使用的电源。人们的生活已离不开电子设备,电源管理芯片对电子系统而言是不可或缺的。虽然目前国内的电源芯片企业实力和国外顶级厂商相比,还有些差距,但是在产品种类上正在逐渐完善,具备了一定的国产替代能力,中国的电源管理芯片企业毛利率水准远高于其他行业,高盈利能力吸引了潜在进入者不断涌入市场。据相关数据统计,2015-2020年中国电源管理芯片市场规模逐步增长,年增长率约9%,新的应用领域层出不穷,电源芯片市场正在迎来很多新势力,产业的革新正在进行当中。截至2019年底,电源芯片行业的企业数量超过1500家,近五年,年平均增长60家以上。
痛并成长着的国内电源芯片市场
由于电源管理芯片行业盈利能力较强加上进入门槛较低,每年吸引许多潜在进入者竞相投入,但大部分电源管理芯片企业由于技术门槛不高而只能在低端市场恶性竞价。电源市场繁荣的背后,也凸显了很多行业的问题,企业创新能力不足、同质化产品严重、制造工艺不成熟、产品的一致性差、行业价格战等痛点,国内企业对于高端产品的研发投入少,害怕失败和创新的投入,这些问题不解决,中国的电源IC产业很难和国际媲美。目前,电源管理芯片正朝着高效低耗化、集成化、内核数字化、智能化等趋势发展,高端的电源芯片正是市场的刚需。
正是因为门槛不是很高,很多国内的新公司通过无晶圆模式切入到电源IC市场,但是这些企业往往定位在电源的中低端电源管理芯片领域,做到最后往往受制于价格的巨大波动,行情不好也容易导致公司业绩波动。
对于国内企业从事中高端电源芯片产品,一个最大的壁垒就是缺乏产业链的配合以及昂贵的晶圆制造成本,没有自己的完善产业链,电源IC企业想角逐高端市场难上加难,企业发展自然也受限。
在笔者采访的企业中,有一家老牌的电源IC企业,它们正在用高端的电源产品对标国际大厂。深圳芯茂微电子是一家位于深圳罗湖的高端电源IC厂商,公司拥有自己的封装厂,具备电源的全产业链优势,主要聚焦在BICMOS和BCD工艺平台进行产品研发,贴近客户需求进行正向定义、设计、封装、测试和销售芯片产品,其芯片广泛应用在物联网、智能家居、消费类电子、通信、计算机、机器人、无人机、电力电子和医疗电子等领域。
虽然国内电源厂商近年来取得了一定的成绩,但是这远远不够。曾经有业内人士说道,中国的电源管理芯片市场份额八成被欧美厂商垄断,国内企业在高端领域的市占率不到一成。国产替代形势严峻。狭路相逢勇者胜,芯茂微电子的市场策略就是和顶级国际厂商竞争并占领市场,取得客户对公司的认可。芯茂微表示,对标美国PI、MPS、ON、NXP、TI等厂商是公司目标,现阶段主要聚焦1000W以下模拟电源,2030年成为AC-DC电源芯片领域全系列的国产产品第一的供应商。
芯茂微电子总经理赵鑫表示,"芯茂微电子聚焦于AC-DC电源管理芯片,所谓AC-DC,就是高压交流电转为低压直流电,可以说是所有用电设备的工作基础。经过10年的积累,产品功率从5W突破到300W,拥有数十项国内发明专利及海外PCT,销售数量及金额已进入AC-DC电源芯片领域国内前三甲。"
凭什么角逐高端电源芯片大蛋糕?
对于电子设备所具备的功能越多,性能越高,其结构、技术、系统就越复杂,电源管理芯片的性能离不开先进的工艺和设计技术,新的工艺、封装和电路设计技术能提高电源功率密度、延长电池寿命和减少电磁干扰以及增强电源和信号完整性,从而让芯片系统更安全。对于高端的电源芯片厂商芯茂微电子而言,这些核心的技术它们掌握了精髓。
能进入高端的电源IC市场,必须具备强大的质量管控能力。据悉,芯茂微的全线产品均通过ISO9001,14000和18000的质量体系认证,芯茂微也承担了"Gan高频电源驱动芯片"深圳市技术攻关项目,参与了2019年广东省重大专项,对每一个电路的设计产品质量的严格把关,是芯茂微取得技术突破、获取成功的第一要素。在芯片制造过程和封测出货过程,芯茂微都选择国内首屈一指的制造商合作,确保制造过程中的质量管控,客户满意始终是我们的质量目标。完善的产品停产管控体系、客诉管控体系、产品迭代管控体系、生产管控体系和新品开发管控体系是芯茂微质量保证的关键。
芯茂微电子的"杀手锏"
1、完善的电源芯片全产业链
随着工业领域对大功耗器件节电的需求,5G、物联网、智能电表、电动 汽车 、智能机器人等新兴应用也需要更好质量的电源管理IC,电源管理芯片产品的发展趋势表现为多样化,体现在供电电压趋势、数字电源管理趋势、产品设计周期缩短趋势、产品面积缩小趋势和低成本趋势等。芯茂微的全产业链优势就是能更好的控制产品质量和成本,从电源芯片的工艺开发、系统定义、产品定义、芯片设计、版图设计,再到产品的流片中测、封装成测、功能性验证、质量与可靠性验证、批次性验证、系统验证应用方案等,这些都是芯茂微自己的团队完成,可控性很强。通常情况下,包含所有环节的设计公司不足15%,很多同行的公司缺乏工艺开发、系统定义、产品定义、质量与可靠性验证、批次性验证、系统验证等环节,拥有完善的电源芯片全产业链公司具有很大的市场优势。
芯茂微表示,公司上游供应链中,晶圆代工部分均在全球排名前十的FAB厂商,如TSMC、华虹宏力等,封测代工部分在均全球前十的封装厂进行代工,如长电 科技 、华天 科技 等,稳定的供应链正是产品优秀质量的保证。
对于工艺技术的持续投入,正是芯茂微不断发展和壮大的"利器"。2020年3月,衡阳市第一批产业项目集中开工仪式视频会议在高新区举行,湖南矽茂5G半导体产业园在开工仪式上全面启动,该项目总投资10亿元,项目公司为湖南省矽茂半导体有限责任公司,深圳芯茂微就是其大股东。
2、先进的工艺和技术
和设计企业相比,掌握晶圆制造能力的设计公司无疑是拥有更多的技术优势。欧美和台湾地区正是掌握了这个核心,占据领先位置多年。由于电源管理IC的技术成熟度越来越高,产品的差异化成为抢占市场的关键。
BICMOS是把双极型晶体管和CMOS器件同时集成在同一块芯片上的新型的工艺技术,它集中了上述单、双极型器件的优点,取长补短,针对高速和高性能的芯片生产。芯茂微已经推出了独特的700V BCD工艺平台、12W 以内内置BJT AC-DC 电源芯片、同步整流技术、高压BUCK非隔恒压恒流电源芯片、200W以上大功率正反激系列原副边配套芯片等。
据悉,芯茂微的700V BCD 工艺平台优势在于拥有自主知识产权,先进的衬底终端技术、功率集成技术、内部多种器件集成等应对市场的高度集成化需求,可以定制客户需求的各种不同类型的功率器件及控制芯片,这个平台获得了国家 科技 进步二等奖。
随着5G及快充的逐步普及和应用,产品功率提升要求增加,要求同步整流耐压更高、内阻更低,DCM模式也会转向CCM模式,在CCM模式下对同步整流开通和关断的检测与控制技术要求更高。高功率密度、小型化都是今后的主流,要求同步整流的检测、环路响应及控制的速度要更快。
据介绍,同步整流芯片技术在高功率密度电源领域应用上有很大优势,芯茂微在同步控制器研发阶段的时间超过6年,技术水准和产品稳定性处于行业领先水平。芯茂微相关人员表示,公司主要聚焦18~300W适配器市场,芯茂微做的合封高压同步整流芯片性能,目前已在亚洲区域领先,并助力2018年的央视春晚及元宵晚会显示大屏。在PD快充市场、生活电器市场、手机充电器市场领先对手至少一代,如LP2801、LP3667、LP3669系列产品,均具有外围简洁、高性能、高可靠性、低功耗等特点。
据了解,2009年,芯茂微推出了国内第一款高压 700V工艺芯片LP2703/45,量产产品的功率从12W提升到国内领先的500W。2014年,芯茂微推出自供电 AC-DC 电源芯片LP377X/378X等系列产品,深得客户认可,累计出已超过40亿颗,目前出货平均50KKPCS/M。2020年10月,单月订单已突破187亿颗。针对大功率正激电源,芯茂微电子在2018年量产了LP9901,SRC01等同步整流控制芯
片,所生产的产品已经进入春晚市场。2020年推出行业集成度最高LP3715/6C系列自供电产品,凭借优异的性能和可靠性,得到了联想等大客户的认可。
五年后目标是在AC-DC领域国际前五
如今,芯茂微电子已在高端电源芯片领域取得了很多成绩。2018年,获批GaN电源驱动芯片深圳市技术攻关项目,200W电源整流芯片被春晚电视墙采用,是物联网wifi模块AC-DC电源管理芯片行业标准牵头单位;2019年,公司量产销售产品功率提升到500W,获批广东省重大专项"Si 衬底上 GaN 基功率器件的关键技术研究及应用,在AC-DC模拟电源芯片领域销售数量和金额领先友商。
提升产品的工艺良率、稳定性和产品可靠性是公司的目标。公司的团队实力强大,涵盖电源芯片的工艺开发,系统设计,电路设计、版图,产品验证、测试、封装、考核,系统验证、考核,质量体系,销售,财务,人事等。未来,在5G、AI、物联网、新消费电子、 汽车 电子等应用对电源芯片的需求增加,国内的电源芯片厂商迎来了一个反超国际大厂的良好机会。芯茂微电子总经理赵鑫表示,集成电路是个非常艰苦的行业,为了吸引人才,留住人才,发挥人才的主观能动性,芯茂微的持股员工数已超过总员工总数量的20%。未来,我们会在专注人才投入的同时,大力增加研发资金的投入,产品功率突破到10KW,进入本领域国际前五强。
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