Moduły

Rys. 3. Wyniki redakcyjnej ankiety zawierającej zebrane odpowiedzi na pytania o to, jakie cechy ofert dostawców półprzewodników mocy są dla klientów ważne (kolor zielony na wykresie), a jakie nie (kolor czerwony)

Ogromna większość producentów półprzewodników dużej mocy ma w sprzedaży moduły, które zawierają kilka elementów dużej mocy i ewentualnie dodatkowe układy zabezpieczająco-sterujące. Popularność i zainteresowanie klientów użyciem modułów w urządzeniach wynika z wielu istotnych zalet w stosunku do pojedynczych elementów, do których można zaliczyć oszczędność miejsca, niższą cenę, a także jednakowe termiczne warunki pracy dla całego bloku mocy.

Wykonania modułowe dostępne są zarówno dla prostowników, co jest szczególnie użyteczne w przypadku wersji przeznaczonych do pracy z napięciem trójfazowym i tyrystorów. Dostępne także wersje mieszane, zawierające na przykład prostownik i tyrystor ukierunkowane na konkretne aplikacje.

Największe znaczenie rynkowe mają moduły tranzystorowe. Bazują one na MOSFET-ach lub IGBT i zawierają kilka pojedynczych tranzystorów, od 1 do 3 par połączonych tak, aby układowo tworzyły stopień przełączający lub też tranzystory w układzie mostkowym: półmostkowym lub pełnomostkowym, w wersji jednofazowej i trójfazowej.

Pokrywa to szeroki zakres aplikacyjny związany z konwersją mocy i uwalnia od kłopotliwego łączenia wielu tranzystorów i ich montażu. Inne dostępne wersje zawierają także dodatkowo, mostek prostowniczy oraz pojedynczy tranzystor, co pozwala w jednym komponencie zmieścić całość konwertera, łącznie z korektorem współczynnika mocy.

Producenci modułowych stopni mocy idą też o krok dalej i wbudowują do modułów układy sterujące tranzystorami, obwody zabezpieczeń przed przeciążeniem i nadmiernym wzrostem temperatury lub nawet stopień izolacji galwanicznej. Taki moduł można bezpośrednio dołączyć do układu mikroprocesorowego i jest on dobrą propozycją do wielu aplikacji takich jak zasilacze UPS, sterowniki silników, czy też regulatory mocy.

Producenci oferują także szereg modułów specjalizowanych, zamienników starych przełączników, gotowych regulatorów, a nawet proponują wersje wykonywane na zamówienie klienta. Moduły mocy wykonywane są najczęściej techniką hybrydową.

Tabela 2. Przegląd ofert krajowych dostawców podzespołów półprzewodnikowych dużej mocy

Bloki mocy z wbudowanymi układami sterująco-zabezpieczającymi nazywane są przez sprzedawców inteligentnymi. Ilość dodatkowej elektroniki różni się w zależności od wykonania i producenta, niemniej w większości przypadków są to obwody zabezpieczające przed zbyt wysokim i niskim napięciem zasilania, zwarciem i przeciążeniem oraz przegrzaniem.

Z innych ciekawych funkcji warto wymienić specjalne wyprowadzenia umożliwiające łączenie równoległe komponentów oraz obwody zasilające driver. W miarę upływu lat moduły inteligentne zyskują na popularności, a projektanci cenią je za wygodę oraz bezproblemowość użycia.

Rynek

Na rysunku 1 pokazane zostały wyniki redakcyjnej ankiety, w której pytaliśmy o zanotowany wzrost obrotów w skali ostatniego roku, w zakresie dotyczącym półprzewodników dużej mocy. Aż 45% ankietowanych firm zanotowało wzrost nieprzekraczający 10%, a średnia dla całego rynku wyniosła 15%. Jest to około dwukrotnie mniej niż wynoszą analogiczne dane dotyczące innych podzespołów przeznaczonych dla przemysłu, niemniej większość pytanych firm uważa te wyniki za dobre lub bardzo dobre.

Podzespoły półprzewodnikowe dużej mocy, to zwykle elementy dość drogie, sprzedawane w niewielkich partiach, na których marża ze sprzedaży jest wysoka, gdy porównamy je z elementami popularnymi. Oznacza to, że nawet niewielki wzrost liczony w skali procentowej jest w stanie przełożyć się na spore dochody dystrybutorów.

Rysunek 2 pokazuje udział biznesu związanego z elementami dużej mocy w obrotach. Dla aż 40% firm biznes związany z półprzewodnikami dużej mocy jest jedynie drobnym fragmentem biznesu o udziale poniżej 10%. Wysoki stopień specjalizacji przekraczający 75% obrotów zadeklarowały jedynie dwie firmy.

Dowodzi to, że poza kilkoma dostawcami, którzy specjalizują się w tej tematyce, dla pozostałej większości jest to produkt dodatkowy i uzupełniający. Powoduje to, że firmy nie są zainteresowane szerszym promowaniem tych produktów ani też nie wspierają w specjalny sposób sprzedaży. Rozwój naturalny w niewielkim tempie takim, jak podano wydaje się zapewne tutaj satysfakcjonujący.

Rys. 4. Najpopularniejsze marki zagraniczne na rynku polskim

Na rysunku 3 pokazane zostały wyniki ankiety, w której pytaliśmy o to, jakie cechy ofert dostawców półprzewodników mocy są dla klientów ważne, a jakie nie. Okazało się, że mimo, iż są to podzespoły dla przemysłu, przeznaczone do instalacji o długim czasie eksploatacji i innych zastosowań profesjonalnych, najważniejszym czynnikiem decydującym o zakupach jest cena. Na pozycji drugiej wymienione zostały parametry techniczne oraz jakość wykonania, które razem z marką producenta są istotne dla ponad dwóch trzecich osób, które wypełniły ankietę.

Zaskakujące jest także to, że za mało ważne uznane zostały czynniki takie, jak „kompletna oferta” oraz „długotrwała współpraca”. Dowodzi to o dojrzałości technicznej większości klientów zaopatrujących się w podzespoły mocy, którzy radzą sobie z technicznymi niuansami i wiedzą co potrzebują. Przy takiej świadomości rynku dobre relacje z dystrybutorem schodzą na dalszy plan, a do głosu dochodzą czynniki biznesowe.

Jeśli chodzi o popularne marki producentów podzespołów i modułów mocy w Polsce, to pewną pomocą mogą być dane zaprezentowane na rysunku 4. Zgodnie z wynikami ankiety najpopularniejsze są podzespoły International Rectifier, a w dalszej kolejności Semikron oraz Mitsubishi. Niemniej producentów jest wielu, co potwierdza obejmująca aż jedną czwartą odpowiedzi grupa oznaczona na wykresie jako „inne firmy”.

Na rysunku 5 pokazane zostały wyniki odpowiedzi na pytanie o to, które branże stanowią dla rynku dystrybucji największe grono klientów w zakresie elementów dużej mocy. Znajdujący się na pozycji pierwszej przemysł, na który wskazało blisko dwie trzecie ankietowanych, dla nikogo nie jest tutaj zaskoczeniem, jednak ostatnia pozycja określona hasłem „kolej” wydaje się zaskakująco słaba.

Wydaje się, że pozycję tę należy odczytywać tylko w ten sposób, że kolej jest przez cały czas rynkiem perspektywicznym, który w niedalekiej przyszłości będzie stanowił ważny i silny czynnik rozwojowy dla elektroniki mocy. Dystrybutorzy wiążą wiele nadziei z rynkiem kolejowym i bacznie przyglądają się powstającym planom modernizacji, gdyż wiadomo, że w dużym stopniu przełożą się one na wzrost sprzedaży.

Rys. 5. Najwięksi odbiorcy półprzewodników mocy. Na pozycji pierwszej znalazł się przemysł, na który wskazało blisko dwie trzecie ankietowanych

Kolejnym perspektywicznym rynkiem, który nie został jeszcze dostatecznie spenetrowany jest energetyka. Szybko rosnąca gospodarka przekłada się na duże zapotrzebowanie na energię elektryczną, co powoduje, że w kolejnych latach przemysł energetyczny czeka wiele inwestycji.

Coraz częściej mówi się o deficycie energii, konieczności modernizacji linii przesyłowych i elektrowni, co będzie wiązało się z zapotrzebowaniem na podzespoły do pracy z sygnałami o dużych mocach. Ceny energii elektrycznej szybko rosną i w konsekwencji powoduje to wzrost zainteresowania nowoczesnymi technologiami i produktami pozwalającymi zredukować nadmierne straty przy przesyłaniu.

Potencjał rynku energetycznego już dzisiaj jest duży, co widać po tym jak wiele firm przyjeżdża do Bielska Białej na branżowe targi Energetab. W perspektywie najbliższych pięciu lat rynek ten z pewnością ma szansę stać się głównym kołem napędowym dla elektroniki mocy.

Firmy

Wśród dostawców podzespołów półprzewodnikowych dużej mocy dominują firmy dystrybucyjne zajmujące się szeroko rozumianą elektroniką, dla których podzespoły te są częścią ofert. Nie zawsze mają one pełne portfolio tych elementów w sprzedaży, w mniejszym lub większym stopniu specjalizują się w tej tematyce, a stopień ich aktywności rynkowej zależy najczęściej od charakteru i powiązania z producentem zagranicznym.

Tabela 3. Dane kontaktowe do Þ rm wymienionych w tabelach 1 i 2

Jeśli chodzi o to reprezentowanych w kraju producentów zagranicznych, to warto zauważyć, że biorąc pod uwagę wielkość rynku jest ich stosunkowo dużo. Wynika to głównie z wielkości rynku światowego i obecności wielu producentów dalekowschodnich. W najprostszych wersjach moduły mocy nie są komponentem bardzo skomplikowanym od strony technologii, gdyż wykonuje się je techniką hybrydową w oparciu np. o kupowane struktury tranzystorów. Tworzy to konkurencyjny i otwarty dla wszystkich chętnych rynek.

Tranzystory MOSFET i IGBT, diody, tyrystory oraz moduły bazujące na tych elementach oferuje Elhurt, sprzedający elementy NXP Semiconductors i Taiwan Semiconductors oraz firmy takie jak na przykład Micros, Codico, Infoel oraz Elfa. Podzespoły mocy sprzedaje także MS Elektronik oferujący tranzystory firm IXYS, IRF, ST Micro, diody Diotec i mostki Fagor.

Szeroką ofertę czołowych producentów podzespołów mocy takich jak m.in. Eupec, Fairchild, ST Micro, Infineon, Vishay, Toshiba, NXP ma EBV Elektronik. W tym segmencie rynku aktywna jest również firma Masters dystrybuująca półprzewodniki ST Microelectronics, UTC, Thinking, Erocore, LTE i kilku innych. Firma sprzedaje tranzystory mocy MOSFET, IGBT, ESBT, IPS, triaki, tyrystory, diody mocy. Dodatkowo Masters oferuje wsparcie techniczne i projektowe w aplikacjach mocy.

Bardziej specjalistyczny profil ma firma Glyn, która jest przedstawicielem Mitsubishi Electric, Toshiby, Renesasa. W jej ofercie znajdują się moduły IGBT i MOSFET do sterowania silnikami prądu stałego, wysokonapięciowe moduły diodowe i tranzystory MOSFET. Drugą jest Micro-Activ Components, przedstawiciel Richardson Electronics, Microsemi oferująca oprócz elementów standardowych również tyrystory GTO, układy HVIC, drivery itp.

Drugą grupę dostawców tworzą firmy ukierunkowane na dostawy dla przemysłu, zajmujące się energetyką, automatyką i elektroniką, w wąskich i specjalistycznych obszarach definiujących ich aktywność. Przykładem jest firma Dacpol, oferująca produkty Mitsubishi, Eupec, Dynex, IRF, Semikron oraz Eltron sprzedający diody, tyrystory, tranzystory bipolarne i IGBT, moduły diodowe, tyrystorowe oraz MOSFET i IGBT. Eltron jest dystrybutorem firm takich jak Semikron, Mitsubishi, IRF, Fuji, Eupec. Elementy mocy sprzedają również firmy takie jak Olko (moduły tyrystorowe Epcos) i OEM Automatic.

Odrębną kategorię rynkową tworzy jedyny krajowy producent elementów półprzewodnikowych Lamina SI. Firma oferuje półprzewodniki firmy Powerex i produkuje tyrystory, diody, moduły i radiatory. Lamina wykonuje także struktury i inne elementy według specyfikacji klienta.

Zestawienie tabelaryczne

Tabela 4. Plan raportów Elektronika na najbliższe miesiące

Przegląd ofert krajowych dostawców półprzewodników dużej mocy umieszczony został w tabelach 1 i 2. W tabeli 3 podane zostały dane kontaktowe do wszystkich firm, które nadesłały wypełnione ankiety. Zestawienie obejmuje wszystkie liczące się na rynku firmy o omawianym profilu w Polsce i jest to nasze pierwsze opracowanie w formie raportu o tej tematyce. Pierwsza część tabel 1 i 2 zawiera przegląd elementów dyskretnych, a więc diod, mostków prostowniczych, tyrystorów i tranzystorów. Dolna część tabeli charakteryzuje ofertę modułów mocy w podziale na poszczególne kategorie, takie jak tyrystory, tranzystory, mostki itp.

Podobnie jak w przypadku wielu innych elementów elektronicznych, tak samo i w omawianej tematyce, liczba produktów dostępnych na rynku jest ogromna i niemożliwa do scharakteryzowania za pomocą czytelnej tabeli w sposób szczegółowy. Różne obudowy i sposoby montażu i chłodzenia, konfiguracje złączy, parametry elektryczne oraz obszary zastosowań tworzą kombinację kilku tysięcy dostępnych wykonań. Szczęśliwie od strony układowej są to podzespoły stosunkowo proste, nawet w przypadku modułów. Mimo wielu podobieństw pomiędzy poszczególnymi producentami, nie ma jednolitego systemu oznaczeń też standaryzacji.

Robert Magdziak