來說,電力行業一直都在半導體行業的發展中扮演著相當重要的推動作用。自1957年第一個晶閘管問世以來,大功率的模擬電力電子器件已經走過了近50年的發展歷程,可關斷晶閘管(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不斷推動著半導體行業的發展。而近年來新出現的高頻化、模塊化以及智能化趨勢更是在制造工藝和物理結構的創新上令半導體行業受益匪淺。

不過,隨著電力行業的快速發展,應用于電力系統的半導體器件已經不再局限于上述模擬器件。由于在發電、輸電、配電以及用電端對相關數據進行采樣和測量,這為A/D轉換器和MCU創造了大量進入電力系統的機會。隨著技術日新月異的發展以及相關成本的不斷降低,工程師們又開始把關注的目光轉移到DSP技術身上。DSP的作用當然不止數據采樣和測量這樣簡單,它還能夠被應用于在逆變電源的全數字控制。研究人員利用它來生成SVPWM波作為信號源來替代原電路信號源,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用中,也可以看到這一技術的身影。

圖題:南瑞繼保將對信號處理技術提出需求、反饋,ADI將據此設計出符合電力系統自動化應用的芯片

盡管從絕對數量上來講,電力行業對半導體行業的影響和推動作用還不如消費電子那樣深遠。然而相對后者來說,這又是一個絕對穩定的利基市場。在大功率模擬器件方面,依然是ABB等傳統巨頭的天下,不過AD轉換器、運算放大器以及和DSP技術等方面,包括TI和ADI在內的國際半導體巨頭都看到了機會,并早已在這一領域有所斬獲。現在,這些廠商又將眼光投向了高速發展的中國市場,試圖通過同本地廠商的合作來取得市場的領先地位。

已經在中國電表市場占盡先機的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領域的聯合實驗室,以加強模擬和數字信號處理技術在電力系統自動化領域的應用研究,進一步擴大這家公司在中國電力行業的影響力:南瑞繼保將從電力系統自動化應用的角度出發,對信號處理技術提出需求、反饋,而ADI將據此設計出符合電力系統自動化應用的芯片。作為中國電力二次設備中的龍頭企業,南瑞繼保在中國電力系統行業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原理理論,這家公司已經成為中國電力系統電網保護的主要供應商。

ADI大中國區工業及醫療產品部資深業務經理Colin Duggan表示,通過與南瑞的合作,ADI可以獲得兩點好處。“首先是將現有產品和技術盡早傳遞到南瑞繼保,為ADI進行技術儲備。其次,雙方的合作還有利于我們就產品定義進行深入的討論、并使這樣的討論定期化、定性化。”Colin Duggan說。

然而,與南瑞繼保成立聯合實驗室并不是ADI第一次進行這樣的嘗試。由于中國通訊行業的巨大發展,隨著本土企業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成立了聯合實驗室。其目的是為了更好的了解中國客戶與市場的需求。

“中國電力系統自動化半導體市場在過去的數年中發生了巨大的變化,很多產品正在日益成為窄域應用。客戶究竟需要什么樣的產品已經成為困擾電力半導體供應商的一個主要問題。”在實驗室開幕當天舉行的會議上,ADI公司大中華區總裁鄭永暉表示,“事實上,客戶對這些窄域市場的需求比我們了解的更多。成立聯合實驗室的原因就在于此。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體產品。”他進一步指出,“ADI和南瑞在各自行業里均為領先者。此次強強合作將有助于為中國的電力自動化提供更加完善、更高性價比的系統解決方案。”

DSP vs. FPGA,互補性大于競爭性

DSP并不是唯一一個試圖在電力行業取得成功的半導體技術。對這個市場虎視眈眈的還包括Xilinx和Altera在內的FPGA供應商。今天,研究人員已經在嘗試采用FPGA進行電力系統諧波分析了,此外還有基于FPGA的電力線載波調制方案。不過無論ADI還是南瑞繼保,都認為在電力系統應用中上述兩種技術的互補性大于競爭性。

“電力系統設備主要分為三大類。一類是集成類設備,一類是嵌入式類設備。”Colin Duggan表示,“后者中有80%都會用到運放、AD轉換器、DSP這樣的器件。此外,由于專用的通訊設備中也采用了大量的此類器件,粗略估計有近90%的應用都會用到這些芯片。”

ADI分銷商世健系統的相關人員也出席了聯合實驗室的開幕式。該公司現場應用部副總裁Samuel Ge表示,正是在世健的努力下,ADI和南瑞才有了成立聯合實驗室的想法。談到DSP同FPGA的競爭,他表示:“在數據處理中DSP有著不可替代的作用,但當系統有一定的可編程方面的需求時,FPGA則是很好的補充。事實上,這兩類器件的互補性要大于競爭性。”

ADI通用數字信號處理部工業與儀表產品線經理Colin Duggan和南瑞繼保研發中心主任李九虎都對Samuel Ge的上述言論表示贊同。“ADI的CEO也是Xilinx董事會中的一員,這足以說明DSP同FPGA之間的互補關系。”Duggan說。而李九虎也指出,由于電力系統中的數據并不穩定,經常處于頻繁的變化之中,因此在數據處理方面,DSP是首屈一指的選擇。“不過隨著接口數量的不斷上升,許多內部特殊的需求卻需要FPGA來實現。”他表示,“究其原因,還是因為DSP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