电源管理市场分析
法兰东斯
2003年模拟半导体产品大行其道，四种主宰电源管理的电源管形式，引领模拟半导体市场快速成长，相关产品不仅出现缺货，甚至在国内市场还出现仿冒品，也让投资市场与供应链对于模拟半导体产品越来越关注。
所有的电子产品都无法或缺的动力就是“电”，尤其是在我们周边充斥着无数的电子用品，全部都需要透过模拟半导体产品的管理来运作，也让整个电源半导体市场，随着这一波市场景气回升，快速扩大影响力。
不论是家庭中的电话、收音机、电子计算器、电视，影音多媒体工具、办公室中的OA产品，或者是我们随身的可携式电子产品，例如手机、笔记型计算机、随声听等，都需要电源，图表一即有多项电子产品围绕在我们四周。
图表二，我们可以看到各种电器产品使用电源的方式，以及主要的电压与电流范围。
交流电与直流电最大的不同，就在于电流的输出型态，图表三，就是直流电与交流电的输出状态图，这是所有人类所可以取得的电源型态。
直流电(DC)，就目前市场上所可以取得的直流电型态，大约可以分成化学能与电子位能两大类，化学能产的直流电源，就像是汽车上所广泛使用的铅酸电池；电子位能则是运用电子能阶的变化，经由光线照明以后，激发电子的位能改变而产生直流电。
交流电(AC)，主要的原理就是电磁感应所造成，适用国中物理课本上所说的安培右手定律。我们将在稍后的文章中探讨。
以化学电池产生直流电为例，化学电池的正负极，利用化学作用，将不同元素所产生的位能差，经由化学作用，产生化学能，再转化为电能；图表四，就是我们生活中常见的铅酸电池，也是汽车上常见的电源，透过二氧化铅板与铅板的交互作用产能电能。
交流电源的产能，就让我们来看看安培右手定律是如何运作，从图表五，我们可以看出一般的发电机可以分成三大部分，包括用来产生磁场的场磁铁、装在场磁铁中间能够自由转动的多闸线圈，我们称之为电枢，以及将电流导引出来的集电环。
交流电发电机的原理是电磁感应原理，早在战国时候，中国人就已经发现了磁石原理。1819年，法国人安培(Andre
Marie Ampere)提出了电流的磁效原理，12年后，英国人法拉第(Michael Faraday)进一部提出了电磁感应原理。
电磁感应原理，就是利用磁场的变化进而产生电流，数百年前，就是利用电与磁两者的交互作用，法拉第制造出了第一步发电机。而其产生电源的方式，是利用动力，可以是水力、火力、风力、人力或核能等，使电枢在场磁铁中快速移动，此时线圈内便有感应电流产生，由于线圈移动，每次转动半圈(180度)，感应电流的方向就会交换一次，这种方向规律交替的电源，也就是交流电源。
图表六，即为一般发电厂所使用的发电机结构图，图中可以看出，在涡轮中有大型的叶片，而此叶片是经由水力或火力等所驱动，进而带动上方的发电机产生电力。
图表七，则是大型水力发电机的结构图，经过落差水压的运作，带动水轮机再驱动发电机发电。
图表八的火力发电机结构图，与图表九的核能发电机组图，都是将机组中的水加热烧沸后产生的水蒸气去驱动涡轮带动发电机发电。
图表十，则是告诉我们在核能不断裂解的过程中，如何将发电的效率提高，成为城市生活中的必需品。
由于发电机的输出功率越来越大，发电厂本身已经成为民众所害怕的危险建筑物，因此发电厂往往都建在人烟稀少的郊外，这就需要有输配线路将电力传送到城市中供人们使用。图表十一即为台电输配电系统的局部图，由于一般电厂所产生的电力都高达数十万伏特，但一般家用电器不论是因为产品设计或是安全问题，往往都只需要110V或是220V，因此必须藉由不断的输送过程中将电源降压成生活上所使用的电压。
在一连串的降压过程中，我们都会看到降压器，其实主要就是交流电转交流电(AC/AC)的作用，图表十二，就是AC/AC的作用图，一般来说，利用线圈闸数的不同达成交流电升降压的作用，线圈越多的一方，电压越高。
电源的升降压，其实就是一种电能转换的作用。我们在图表十三的左侧，列出目前人造电源中的各种电压规格，经过电能转换的过程，成为右侧我们生活中所需要的各种工作电压。
图表十四，则是告诉我们，在电能转换的过程中，必然会有许多能量的损耗，或者是成为热能消耗掉，电源管理设计，就是要把损耗降到最低，以达到节能的要求。
电源交换的四种型态就是AC/AC；AC/DC；DC/DC以及DC/AC，见图表十五。由于电厂所提供的110V或是220V，都不能直接当作电器产品上的工作电压，因为许多电子产品都同时需要交流电与直流电，此时就需要半导体产品提供电源与电压转换的功能。
在许多大型电子产品，不论是外部或是内建，常常都可以看到一个黑黑的四方盒子，那就是电源供应器，见图表十六，经由左方的输入电压，110V或是220V，经由电源供应器的作用，变成右侧输出的稳定直流电源。
在家庭中常见的电器用品，如电视、数字录放机，都会发现由电源供应器供应直流电，当中就是利用AC转DC的原理，从图表十七可以看出，利用一个简单的整流线路，交流电经由变压器完成电压转换后，再藉由桥式整流器变成直流电，然后透过一个稳压调节器(Linear
Regulator)，达到稳定供应直流电的目的。
图表十八，是另一种形式的AC/DC方块图，先将交流电透过桥式整流器整成直流电，然后利用变压器将直流电整成两种不同电压的方波，此时在下方会加上一个控制线路，如图十九，控制变压器升降压的功能。
在AC/AC的应用上，最常见的就是家里面与办公场所常用的日光灯具，如图二十所示，一具日光灯座，必须透过110V或是220V的交流电源供电，但日光灯的水银必须要使用高达2,000V的高压才能将之激发成为水银蒸气，这时候就会用到AC/AC。
至于DC/DC的使用范围更广，在家用品中，一般以电池为电源的产品都可以发现有许多直流电的需要，或者是在高精密的通讯设备或者是电子产品上，都可以看到许多的板子，像是印刷电路板、主机板等，都需要直流电源，但是因为每个产品所需要的直流电电压都不同，因此就需要不断的进行升降压，将电源转换成为产品所适用的电压。图表二十一，就分别标示出升压、降压以及可调变式电压器的工作方块图。
随着中国半导体市场的蓬勃发展，不管是前段的芯片制造或者是封装设计，都在模拟半导体市场渐渐展现能力，取代国际厂商的替换商机也不断出现，但最终仍要回归到系统厂商的采用，才能让两岸模拟厂商快速成长。未来，我们将陆续讨论模拟半导体的市场，供两岸产业界人士参考。
