对话|UPS电源2021年磁性元器件用量粗计达1.72亿颗

　　【哔哥哔特导读】不间断电源是磁性元器件核心应用终端之一，本期《对话》栏目，围绕“UPS当下技术方向”，探究不间断电源(UPS)用磁性元器件的应用情况、面临的技术难点以及未来的发展方向。

　　编者按

　　当前，不间断电源(UPS)已经成为信息化建设基础设施重要组成部分，随着信息化建设推进，不间断电源(UPS)行业市场规模将继续实现稳步增长。

　　据中国电源学会的分析统计，2009-2019年，我国不间断电源(UPS)行业市场规模持续上升，由2009年的31.7亿元增长至2019年的97.03亿元。2020年，“新基建”对于数据中心、城际高铁、城市轨道交通等领域的带动下，不间断电源(UPS)行业市场规模约为103.82亿元，较2019年同比增长7%。

　　在实际工作、生活用电过程中，断电、雷击尖峰、频率震荡、浪涌、电压突变、电压波动等等状况，都是一些常遇见的问题，设备断电容易造成计算机宕机甚至导致硬件设备直接故障。作为用电设备保护伞，不间断电源(UPS)也由此受到高度重视。

　　不间断电源(UPS)是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电交流电的系统设备。从产业链来看，UPS产业链上游为零部件，包括磁性元器件、PCB板、电池等，从改善电源质量的角度来讲，这些基本零部件的品质，是决定不间断电源(UPS)品质的重要因素。

　　本期《磁性元件与电源》下设《对话》栏目，围绕“不间断电源(UPS)当下技术方向”，通过与不间断电源(UPS)厂商、磁性元器件厂商的对话，探究不间断电源(UPS)用磁性元器件的应用情况、面临的技术难点以及未来的发展方向。围绕上述问题进行探讨，为深耕这一行业的从业者进一步了解不间断电源(UPS)行业生态提供力所能及的点拨。

　　对话问题导览

　　1、对不间断电源(UPS)市场发展的看法?

　　2、您司与不间断电源(UPS)相关的产品都应用在哪些场景?

　　3、在不同应用场景使用的不间断电源(UPS)功率不一致，举例具体应用场景，目前单个不间断电源(UPS)主流的功率是多少?不间断电源(UPS)哪些设计环节会应用到磁性元器件?单个不间断电源(UPS)对磁性元器件的用量是?这些磁性元器件主要应用的软磁材料是?

　　4、从不间断电源(UPS)应用场景和实际情况来看，近年来对磁性元器件产品在性能上主要有哪些新的技术要求?您司是否有针对这些要求推出相关技术产品应对?

　　5、随着第三代半导体的逐渐普及，不间断电源(UPS)是否有向高频化发展的趋势?

　　6、内部器件损坏是不间断电源(UPS)五大常见故障原因之一，您司是如何更好确保内部整流、升压、逆变等部分元器件质量?

　　7、不间断电源(UPS)终端国际品牌以伊顿、维谛科技、施耐德为主，国内华为、科士达、易事特……也规模渐起，您司是否已有产品进入该供应链，您认为进入这些核心供应链需具备什么能力?

　　对话嘉宾

　　对话内容

　　谈谈您对不间断电源(UPS)市场发展的看法?

　　科士达陈经理：我觉得UPS电源属于刚需性产品，该产品整体订单较为稳定，不会下滑，但也不会出现爆发式增长。

　　东睦科达陆庆：不间断电源(UPS)终端行业发展前景广阔。一方面，国民经济中的许多行业，如信息、通信、金融、医院等产业必须配备UPS系统，保障供电稳定和连续。另一方面，随着全球5G网络的建设，人工智能，大数据、物联网、元宇宙时代的到来快速带动UPS电源在相关领域的大量运用，从而推动UPS市场进一步发展。

　　铭普资深工程师：随着电子信息的迅猛发展,深刻改变了人们的日常生活,各类企业、政府、教育机构、医院等单位业务的开展也越来越依赖于信息系统，为保障信息和IT设备在系统中的应用，数据中心的建设也是与日俱增，同时UPS电源随之产生大量需求，而其中的磁性元器件也将出现广阔的市场。

　　普晶桂玉红：不间断电源(UPS)是信息化建设基础设施的重要组成部分，随着信息化建设的推进，不间断电源(UPS)行业市场规模迎来稳步增长。

　　雅玛西成伟：不间断电源(UPS)我们最近几年做得比较少，我感觉不间断电源(UPS)已经到了一个比较大的瓶颈期了，过去几年好像市场增量不是很大。

　　田村聂应发：这个市场前景很大，在电信、银行、机械设备等领域，可在断电时提供可靠保护，用电不稳地方的更加需要，海外市场也很大。

　　一元电气王工：我觉得不间断电源(UPS)需求还是很大的，不仅是国内市场，国外对不间断电源(UPS)的需求也很大。

　　普晶桂玉红：您司与不间断电源(UPS)相关的产品都应用在哪些场景?

　　华为工程师：华为推出的UPS2000和UPS5000系列UPS，电压范围138-485V，容量范围覆盖30-800kVA，主要应用在企业大中小型数据中心、IDC机房、电信与网络交换机房、容灾备份中心、金融总部、分支数据中心、交通调度中心、安防系统等。

　　台达电子周锦平：台达根据不同的应用场景，提供了不同系列的产品，如台达N系列(1-3KVA)，台达RT系列(5-20KVA)，台达HPH系列(20-200KVA)。前两个系列产品主要针对办公室网通设备、服务器、PC计算机、ATM、POS系统、医疗仪器等。高功率段的产品主要针对数据中心、泛工业应用、医疗、通讯等。

　　科士达陈经理：当前我们供应的不间断电源(UPS)重点应用在电子行业、工业制造、电信运营商、工矿企业、能源企业、互联网公司等领域，有效保证了这些领域企业生产、运营等工作顺利、安全的开展。

　　索瑞德陈经理:我们不间断电源(UPS)主要应用在银行、证券、政企事业单位、大数据中心等场景。

　　在不同应用场景使用的UPS不间断电源功率不一致，举例具体应用场景，目前单个不间断电源(UPS)主流的功率是多少?不间断电源(UPS)哪些设计环节会应用到磁性元器件?单个不间断电源(UPS)对磁性元器件的用量是?这些磁性元器件主要应用的软磁材料是?

　　科士达陈经理：以办公应用为例，目前维持30分钟的UPS不间断电源是办公场景应用的主流。几乎所有电源产品都需要用到变压器、电感器等磁性元器件产品，UPS不间断电源同样不例外。

　　索瑞德陈经理:现在单个不间断电源(UPS)主流功率用得最多的还是中小功率段。

　　东睦科达陆庆：目前不间断电源(UPS)根据应用场合的不同单个电源的功率有从5KW-100KW不等，UPS不间断电源正在向模块化方向发展。一般不间断电源(UPS)在输入端PFC电感，蓄电池DC/DC变换器端电感和输出滤波电感会用到金属磁粉芯，每个不间断电源(UPS)使用的电感数量取决单相或三相以及功率大小。

　　普晶桂玉红：主流的功率1KW-10KW以上机柜，其中整流AC-DC、逆变DC-AC都要用到变压器、电感器等磁性元器件产品。用量是10-15颗磁件包含主变、输出电感、共模电感、驱动等。主要应用铁氧体、纳米非晶材料、复合金属粉芯软磁材料等。

　　德维斯邵光华：当前主流的UPS电源分单相和三相不间断电源。其中单相功率容量在1KVA-10KVA范围，三相功率容量在10KVA-120KVA范围。变压器和电感器主要是在电源开关控制中使用到。一台UPS电源一般会用到10个以上的磁性器件。

　　铭普资深工程师：UPS在充电模块及逆变模块都会用到磁性元器件，充电模块使用到一套磁件，包含主变压器，谐振电感，PFC电感，共模电感，差模电感，逆变模块也使用到一套磁件，包含主变压器，谐振电感，PFC电感，共模电感，差模电感。磁件的用量会根据UPS电源功率需求，选用多个或是单个的方案。

　　雅玛西成伟：不间断电源(UPS)主要在逆变、输入端、蓄电池、DC-DC变换器等区域会使用一些磁性元器件。单个不间断电源(UPS)里面用的磁性元器件的数量主要跟功率有关系。例如有1KW、3KW、5KW，还有更大功率的。

　　田村聂应发：现在单个不间断电源(UPS)主流的功率500W、1.5KW、3KW、5KW，在变压、逆变、升压、滤波、抗干扰等环节会用变压器和电感器。1个UPS电源对磁性元器件至少4个以上。材料主要还是铁氧体PC44及铁硅粉芯软磁材料。

　　台达电子周锦平：基本上普晶、雅玛西、铭普等同行讲到的，就是我们不间断电源(UPS)上会应用到磁性元器件的情况。

　　维谛前员工聂福俊：对磁性元器件的使用材料方面，铁硅、铁硅铝、金属磁粉芯都有所应用。

　　铭普资深工程师：变压器主要采用宽温、宽频、低损耗的锰锌铁氧体，电感类器件多选用高BS的合金磁材。

　　华为UPS电源2000-G-1KRTL主机拆解

　　雅玛西成伟：从不间断电源(UPS)应用场景和实际情况来看，我们接触到的客户需求基本来说要求并没有很突出，您司近年来对磁性元器件产品在性能上主要有哪些新的技术要求?针对这些要求推出哪些相关技术产品应对?

　　索瑞德陈经理:不间断电源(UPS)功率不同，所需磁性元器件功率自然就不同。不间断电源(UPS)近几年对磁性元器件的性能应用需求变化确实不是很大。厂商都比较关心产品成本问题，所以磁性元器件厂商需要在保证品质的前提下，还得控制好成本。

　　维谛科技吴峰：由于IT 设备不断增多、用电量加剧、机房面积紧张、低耗节能需求等客观因素的存在，高效率、高可靠性的UPS 技术倍受关注。

　　华为工程师：华为不间断电源(UPS)本身就有多重防护，降低断电风险，所以非常注重产品可靠性。对内部应用的元器件同样要求可靠性够强。产品呈现低损耗、高功率密度、占地面积小等特点，降低运营成本，反应到具体的磁性元器件方面，其材料同样需要具备低损耗、高功率密度、小体积等要求。

　　科士达陈经理：科士达每年都会有新产品推出，在选用磁性元器件时，对EMI一般都会做重点关注，我们选用的磁性元器件基本都需要获得品质认证。

　　维谛前员工聂福俊：高频化、小型化、高功率密度方向。功率密度越来越高，体积越来越小、越来越薄，扩容量越来越大。

　　台达电子周锦平：不间断电源(UPS)整体上对磁性元器件的应用与很多终端产品应用方向大同小异，都在追求高频化、小型化，同时成本也在不断压缩。

　　东睦科达陆庆：不间断电源(UPS)对磁性元器件在性能上主要的要求是具有更低的损耗，更小体积，更好的温度稳定性等。东睦科达针对UPS不间断电源在性能上针对磁元件的要求，推出了新一代超级铁硅铝--KPH磁粉芯，相比超级铁硅铝(铁硅二代)磁粉芯，在保留高饱和磁通密度、高温度稳定性的同时，具有更低的磁芯损耗。与此同时，东睦科达研发团队正在研发下一代具有更低损耗和更好抗直流叠加特性的全新一代铁硅铝，从而进一步降低PFC电感和其他升降压电感的损耗，为提高UPS不间断电源的效率打好良好的基础。而要减少变压器体积，建议使用高频变压器方案，磁芯材料可以采用高性能功率铁氧体。

　　普晶桂玉红：我们遇到的主要要求是高功率密度和高转换效率，结构紧凑且绝缘性高，散热性好和可靠性高等。新的技术要求是：利用扁平化磁集成技术、高频、高Bs的低功耗磁性材料，设计新型高功率密度变压器和高频大电流电感器。普晶目前有大功率高频变压器、电抗器等。

　　田村聂应发：磁性元器件产品在性能上主要有性能稳定、高效率产品。我们提供过低频变压器、高频变压器和电感，高频化趋势，主要耐几倍电流冲击和短时大电流负荷要求。新技术要求抗短路能力强、过负载能力强、性能稳定。

　　铭普资深工程师：功率大，体积小，损耗低，集成化。

　　德维斯邵光华：UPS电源对变压器的技术和原材料要求很高，前提是能够保证基本的参数性能，尽可能地提高效率、降低成本、降低重量。UPS电源用的变压器，在使用中会遇到各种各样问题，会因为部分产品的离散性比较大，导致整机性能下降。变压器和电感运行起来会产生较大噪声，这都需要继续优化。磁性材料要求稳定性好，成品一致性要高。

　　东睦科达陆庆：随着第三代半导体的逐渐普及，UPS不间断电源是否有向高频化发展的趋势? 还有哪些技术方向?

　　维谛科技吴峰：为提高不间断电源(UPS)运行效率，高性能电力电子器件不断被研发成功并投入实际应用，如IGBT、MOSFET、GTR、智能功率模块IPM、MOS 控制晶闸管MCT 等，变流技术也需要随着电力电子器件而更新。由于IT 行业迅猛发展，数据中心的数据量也在以爆炸式的速度持续增长，随之而来功率消耗增大。UPS一方面朝着更大功率的方向发展，另一方面为应对不间断电源容量分期扩充的需求，产品模块化已是不可阻挡的趋势。相比传统的工频UPS，高频UPS 采用功率因数校正和高频软开关技术，省去了工频电能转换环节，因此运行效率更高、对电网的谐波污染及无功消耗极小，完全能够满足国内外相关电力行业的标准要求。此外，高频电能变换装置在减小磁性元器件体积和重量、降低制造成本、遏制运行噪音、节能环保等方面效果显著，因此越来越受到UPS厂商认可。

　　维谛前员工聂工：现在是有往高频化方向发展，但现阶段还有很多不间断电源(UPS)产品开发频率还没有开太高。以中频段为主，但高低频是相对的，相对于工频的话，20K算是比较高的频率了。往高频化方向发展，对磁性元器件的使用上，量会更多，但体积肯定要减小。另外，现在大部分UPS电源厂商都已经在做模块化电源了。

　　雅玛西成伟：现在整个不间断电源(UPS)已经往高频化方向发展了，很多新出的产品现在已经是高频化了，存量已经比较多了。我们接触的高频比较多，工频比较少，现在中小型的UPS电源基本上都用高频的了。大型的数据中心、银行等需要大功率不间断电源(UPS)的应用场景，也逐渐向高频化、模块化发展。高频化之后，UPS电源所需磁性元器件量上会有所提升，整体体积都会变小，成本降低。

　　田村聂应发：已经很多了，现产品需要体积小、效率高，慢慢采用高频化产品和高频逆变技术。高频化相比此前方案，至少增加3～4个磁性元器件。

　　科士达陈经理：采用工频还是高频，也要针对客户实际需求，综合成本考虑，工频虽然体积大，但不乏也有一些优点，仍存在一定市场需求量，如性能稳定、单价便宜等。

　                                          工频UPS

　　内部器件损坏是不间断电源(UPS)五大常见故障原因之一，您司是如何更好确保内部整流、升压、逆变等部分元器件质量?

　　东睦科达陆庆：为了确保客户采用我们产品的器件可靠性，除了在研发阶段对新产品进行全方位的测试外，我们从原材料供应链管理到产品出货，每一个过程都严格按照国际质量管理体系要求执行，同时会动态化监测我们的产品质量，不断提高我们的产品合格率，降低潜在失效率。

　　普晶桂玉红：产品设计时要跟客户充分沟通和评估，再建立完整的数模分析及可靠性测试，生产中严格按照质量管理体系控制产品品质。

　　田村聂应发：不间断电源(UPS)中的磁性元器件的单价已是白热化的竟争了。低频铝线化产品，高频铜包铝产品日益增加，这需要设计优化，包括温升设计满足安规，铝线焊接技术等制造工艺，安规安全距离等方面确保品质要求。

　　华为工程师：不间断电源(UPS)在使用中难免会出现各种想不到的故障，出现故障不可怕，及时合理处理问题就不会造成不必要的损失。如不逆变、不稳压等问题。遇到不逆变状况时，可丈量蓄电池电压，检查辅助电源能否正常，逆变管和驱动管有无损坏，再检查输出维护电路。

　　铭普资深工程师：磁性元器件从设计、选材、生产制造工艺，都要经过严格的评审，完整的可靠性试验，再投入量产，确保产品在生命周期内无质量问题。

　　德维斯邵光华：首先，产品在选材、生产、检验等环节要严格把关，稳定产品的质量。以及运用先进的原材料和成品检验手段和必要的工艺流程，才能保质保量的完成每一件产品。

                     旧款山特UPS电源拆解图，可看到密密麻麻多个磁性元器件

　　不间断电源(UPS)终端国际品牌以伊顿、维谛科技、施耐德为主，国内华为、科士达、易事特……也规模渐起，您司是否已有产品进入该供应链，您认为进入这些核心供应链需具备什么能力?

　　维谛前员工聂福俊：是否有资格与大厂合作，还要看供应商公司处于什么样的发展阶段。维谛科技作为不间断电源(UPS)行业核心厂商，对供应商的实力考量自然也会比较高。

　　科士达陈经理：根据2020年的出货量数据，科士达跃居全球第五大UPS电源供应商。在选择合适供应链的时候，我们有一套合规的认证体系，符合我们内部制定的认证标准的磁性元器件厂商才能成为我们的供应商。

　　华为工程师：无论是电源设备还是其他基础设施系统都是随着核心业务的增长而分期投入，如果分散采购，将导致机房基础设施品牌林立、设备千差万别，造成系统的兼容性问题和维护的困难，势必会降低整体机房的可靠性，最终带来安全隐患。所以包括对磁性元器件在内的零部件的采购过程都是很严密的，品牌、品质、规范化都是重要考量标准。

　　一元电气王工：能否进入这些大厂，还要看各个厂商需求，不同应用场景、不同项目，会有需求层次的差异。现在我们一般都是得根据客户需求，再去做研发生产调整，在严控成本的现实问题下，现阶段我们以市场导向为主。

　　东睦科达陆庆：东睦科达的产品已经进入不间断电源(UPS)全球行业第一梯队的供应链，我认为要成为该领域核心供应链，首先要对不间断电源(UPS)的磁性元器件的应用和设计有深入理解，从而能够更好的提供电感用金属磁粉芯解决方案，同时也要具备研发创新能力，不断提升客户的产品竞争力，并具有完善的生产过程管控和质量管理体系。

　　普晶桂玉红：应具备完全的自主研发和品质保障能力，拥有自动化生产交付体系及供应链保障能力。

　　铭普资深工程师：具备雄厚的研发实力，强大的生产能力，完善的质量体系。

　　德维斯邵光华：我们进入该领域已经有较长的时间了，也累计了很多该领域的经验。UPS电源对变压器的技术和原材料要求很高。内部磁性材料要求稳定性好，包括磁性材料和成品的相对一致性、稳定性。

　　结语

　　从我国不间断电源(UPS)市场销售情况来看，10KVA以上不间断电源(UPS)销售占比为80.4%，其中100KVA以上不间断电源(UPS)占比50.7%;模块化不间断电源(UPS)市场占比34.2%。

　　Omdia预计，随着世界经济的复苏，云计算、数据存储等需求的持续增长，UPS行业将迎来新一轮增速。2021年全球UPS市场收入或达到91亿美元(573亿元人民币)，实现12.6%的增长。

　　2020年，我国设定了“2030年碳达峰、2060年碳中和”的中长期目标，在5G迅速发展及芯片等硬件对电源的压力持续加大的基础上，未来不间断电源(UPS)市场迎来较大的上升空间。

　　同时，国家针对数据中心企业进行了新一轮规划，提出要持续从信息基础设施、数字产业化、产业数字化、数字社会、数字政府、数字民生等十个方面推进数字中国建设。前瞻产业研究院预计，我国不间断电源(UPS)市场规模将于2026年超过210亿元。

　　通过从对话嘉宾的分享，以及相关数据佐证，大容量、模块化、定制化、高频化、大功率不间断电源(UPS)产品市场需求正在快速增长，市场需求也在向高端产品转移，模块化不间断电源(UPS)可有效提高产品容量和可靠性，将成为未来市场的主要发展方向。

　　反应到磁性元器件行业之上，高频化给他们带来更多磁性元器件的单机需求量，单机从充电模块、逆变模块等应用环节预需10-15颗磁性元器件，甚至更多。根据应用场景实际需求，多机联机叠加的磁性元器件需求自然更多。记者查阅相关销售平台，10KVA的不间断电源(UPS)售价在5千元上下，假定市场售卖的均为10KVA产品，以2026年预计售额粗算，届时，仅中国市场便有420万台不间断电源(UPS)需求，磁性元器件需求量最高可达6300万颗。而按Omdia预计售额，我们粗算2021年全球不间断电源(UPS)对磁性元器件需求量最高可达1.72亿颗。

　　虽然量提升了，但单个元器件的体积也在下降，成本也在下降。在磁性元器件竞争白热化现状下，有的慢慢离场，有的仍在努力向不间断电源(UPS)这一集中化程度高的核心供应链靠拢，并强化自身产品品质，让不间断电源(UPS)市场有更多他们产品的身影。

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