专业报告:节能型电感镇流器市场分析
摘要: 近年来,随着中国整个照明市场需求环境的变化,节能型电感镇流器和电子镇流器开始逐步取代传统的电感镇流器,其中节能型电感镇流器具有巨大的市场潜力。
在中国的镇流器市场上,传统的电感镇流器占据了大部分市场份额。国内生产的传统型电感镇流器还是自二十世纪30年代以来的老产品,由硅钢片外绕漆包铜线组成,尽管有结构简单、安全系数高、坚固耐用、价格低廉的优点,但因其噪音大、频闪高、功率损耗高(40W用于灯管的自身损耗为9W)和功率因数低等致命缺点,越来越不能适应“节能、环保”的潮流。近年来,随着中国整个照明市场需求环境的变化,灯具市场对镇流器的需求也发生了很大的变化,节能型电感镇流器和电子镇流器开始逐步取代传统的电感镇流器,其中节能型电感镇流器因其突出的节能性、实用性,适应了目前中国市场上的“节能”和“环保”两大潮流,显露出强劲的发展势头,具有巨大的市场潜力。
一、节能型电感镇流器的发展情况
20多年来,随着电力电子和环保节能照明技术的发展,电子镇流器的技术和产品如雨后春笋迅速成长,传统电感镇流器迎来了新的挑战,在跨行业电力、电子、通讯、仪器、电源电感器产业的影响和启示下,促进了新一代节能型电感镇流器的孕生。
二十世纪世纪80年代后期,美国将环型电感镇流器应用在紧凑型节能荧光灯上,1988年Midwest Toriod公司开始批量生产。我国相继于二十世纪90年代初,由中美合资青岛太平洋照明有限公司采用环型铁芯生产插拔式节能荧光灯电感镇流器,至今已有10多年历史。
实践证明,采用环型铁芯生产的电感镇流器没有不同,都是工频电感,而结构更为紧凑,具有体积小、重量轻、自身功耗小、噪声低、抗高频电磁辐射、抗电网干扰等优点。尤其近10年来,环型、补偿型等节能型电感镇流器的功耗越来越低,性能越来越好。由于矽钢片、漆包线、绝缘材料的质量、生产工艺技术、工装设备的提高和完善,使工频电感镇流器的能效和质量全面提升。尤其E型、环型、补偿型由传统型到节能型,自损功耗大大减少,具有温升小,耐瞬间强电冲击、浪涌电流小,过载能力强,波峰比好,安全可靠,稳定性好,光效比高等优点。
节能型电感镇流器比传统的电感镇流器节能约为40%以上,已接近电子镇流器的水平。从目前的市场监控结果表明,由于节能电感镇流器比较符合中国目前的市场经济和消费水平,2001年的节能电感镇流器已被市场认识并开始被市场接受,由于行业众多专业人员对节能电感镇流器在节能及综合方面的良好评定,使行业的各种市场因素开始被调动起来,产品开始进入成长期。市场监控数据表明,节能电感镇流器已占镇流器总产量的6.5%,年份额增长幅度达2.1%,并以64.2%的年增长速度向市场推进,节能型电感镇流器在中国的市场环境日趋完善:
(一)、推广工作得到了政府及相关机构的大力支持
自我国开展“绿色照明”以来,政府非常重视节能电器产品的推广。节能型电感镇流器由于良好的节能效果、高可靠性和经济性,已被国家列为“中国绿色照明推广产品”。国家质量技术监督局于1999年11月颁布了“管形荧光灯镇流器能效限定值及节能评价”国家标准,并于2000年6月1日正式实施。此标准规定了镇流器必须达到的最低能耗值,如果镇流器达不到这个最低限定值,则不允许生产和销售;另外还规定了节能镇流器的认证标准,凡是已经达到了该认证标准的电感镇流器,均可被命名为节能型电感镇流器。
在国家经贸委绿色照明办的指导和支持下,由国际铜业协会(中国)和中国照明学会电光源专业委员会共同于1999年12月组建了“节能型电感镇流器推广工作协调组”,全国能源基础与管理标准化技术委员会和中国节能产品认证中心相继加入了该协调组。该组织的工作在推广节能型电感镇流器的市场应用中起到了重要的作用。
(二)、生产规模日渐壮大
电感镇流器主要用于管形荧光灯和高强度气体放电灯。我国1999年荧光灯产量约5亿只,与之配套的电子镇流器产量约4000多万只,基本上和1997年产量持平;与之配套的电感镇流器产量1.1亿只,比1997年增长了近3000万只。
电感镇流器的生产厂家主要集中在我国的广东、浙江、上海、江苏、北京、天津、河南、福建、山东等地,其中国营广州九佛电器厂是目前电感镇流器产量和规模最大的生产厂,年产电感镇流器近2000万只。
目前许多企业逐渐看清了电感镇流器的发展方向,纷纷开始研制、开发并生产节能型电感镇流器产品,如广州九佛电器厂、青岛太平洋电光有限公司、浙江江山三友电子有限公司等。
(三)、供需市场逐渐成熟
虽然目前国内节能型电感镇流器的生产厂家还不多,但从国内外用户对节能型电感镇流器的需求来看,市场情况还是比较乐观的。广东“佛山际和”、“东莞石竭”及“湛江通用电器”等厂的节能型电感镇流器每月出口量都在100万只以上。浙江“余姚阳明”、“东莞环亚”的环形镇流器出口也供不应求。
近10年来,节能型电感镇流器的设计、工艺等从不成熟走向成熟,照明电器的专业人员以及广大的照明电器用户,对节能型照明电器产品的认识由过去单纯认为电子节能灯、电子镇流器是节能照明电器产品而逐渐全面认识到包括节能型电感镇流器在内的很多节能照明电器在节能及综合评定方面具有独特的优势。
电感镇流器具有很大的节能潜力,如果把每年生产的传统电感镇流器完全用节能型电感镇流器替代,则每年可节约电能9亿度,相当于节省11.16亿元新建电厂的投资,减少100万吨二氧化碳的排放量,经济效益与环境效益都非常明显。
这些表明,中国巨大的灯具市场迫切需要既节能又符合中国国情的镇流器产品,节能型电感镇流器将以其售价低、谐波低、无高频干扰、可靠性高、节能效果明显等优点,成为未来中国镇流器市场的主导产品。
二、电子镇流器的发展情况
在二十世纪世纪70年代出现了世界性的能源危机,导致许多公司致力于新型节能电光源及荧光灯用电子镇流器的研究。二十世纪70年代末,荷兰飞利浦等公司率先推出了第一代电子镇流器,二十世纪80年代初,飞利浦公司开发了BHF132H12型(单管32W)及BHF232H12型(双管32W)荧光灯电子镇流器,它采用了120只分立元器件,是功能最完善的代表性产品。1984年,西门子公司开发了TDA4812等有源功率因数效正器(APFC)IC,功率因数达到0.99,英国索恩、美国奇异、德国欧司朗等公司相继推出集成电路电子镇流器,1989年芬兰赫尔瓦利公司又成功推出可调光单片集成电路电子镇流器。我国对电子镇流器的研究开发起步较晚,技术起点又非常低,直到90年代初才真正开始。自1998年下半年来,电子镇流器的生产水平有了迅速的发展和提高,从电路设计到电子器件的配套都进入了较成熟阶段。
电子镇流器目前正朝着集成化、模块化、多功能、高可靠、长寿命和大功率的方向迅速发展。电子镇流器实质上是一个将低频交流电压转换为高频交流电压的电源变换器。其基本原理是:50Hz/60Hz的交流电压经过射频干扰(RFI)滤波器、全波整流器和无源(或有源)功率因数效正器后,变为直流电压,通过DC/AC变换器,输出20kHz-70kHz交流电压,加到与灯管连接的LC串联谐振电路上,高频谐振电感L与灯丝串联,谐振电容与灯管并联,产生很高的谐振电流,加热灯丝,同时在电容器上也产生谐振高压,加在灯管两端,迫使灯管“放电”,变成“导通”状,再进入发光工作状态,此时,高频电感起着限制电流增大的作用,以保证灯管获得正常所需的灯电和灯电流。为了提高可靠性,常增设各种保护电路,如异态保护、浪涌电压和电流保护、温度保护,对于预热启辉的荧光灯,需设置灯丝预热电路等。RFI滤波器是阻止电子镇流器产生的高次谐波污染电网,提高电磁兼容性,功率因数效正器是用来抑制输入电流的波形畸变,提高线路功率因数。
电子镇流器按其安装模式分为独立式、内装式和整体式三种。与灯具完全可分且自带外壳的是独立式;不带外壳,将裸机置于灯具中且可自由拆卸的是内装式;与灯具完全成为一体不可拆卸的是整体式,又称一体化镇流器,如自镇流荧光灯(俗称节能灯)的内置镇流器。
电子镇流器按其启动方式可分为预热启辉型、快速启辉型和立即启辉型。我国主要使用预热启辉型,快速启辉型正在逐步采用。
电子镇流器按其性能特点可分为普通型、高功率因数型、高性能型、高性价比型、可调光型五大类。
(一)、中国电子镇流器的现状
1、电子镇流器技术装备的现状
电子镇流器的生产方式和收音机、电视机等电子线路相同。线路板的制作,元器件的插件、焊接,电路的调试、老化等都有比较成熟的设备和工艺。决定电子镇流器质量特性的关键在于产品的精心设计和选用可靠的元器件。而较好的设备和工艺则是产品特性和质量一致性的保证。是否采用自动化程度较高的插件、贴片、焊接设备主要取决于产生规模。
近十多年来,有许多电子行业的企业加入了电子镇流器的开发和制造行列。国外许多照明公司也看中中国的市场和人力资源,纷纷进入中国设立生产电子镇流器的合资或独资工厂。无疑,这些都大大地促进了中国照明行业电子镇流器的发展。2001年中国电子镇流器的生产量超过5000万只,其中80%出口。有6家生产电子镇流器,总产量达到3400多万只,占全国总产量的69%。
2、电子镇流器采用的元器件的现状
电子镇流器采用的元器件主要有:二极管、三极管等晶体管,磁性材料绕制的电感,电解、陶瓷、涤纶等电容,碳膜、金属膜制成的电阻,以及线路板等。电子镇流器是工业电子学和微电子学结合的产物,其制造技术以电源技术,特别是开关电源技术为基础。因此,对电子镇流器元器件的质量要求和收音机、电视机等电子线路不完全相同,特别对晶体管、电感磁性材料和电解电容等元器件的要求提高,行业内人士称之为“功率器件”。
随着中国电子工业的发展,电子元器件的质量水平迅速提高,人们对电子镇流器的特殊性也逐步认识,在电子镇流器中采用的国产元器件越来越多。调查发现,国内企业大多数采用了国产元器件。像飞利浦这样的国际照明企业生产的电子镇流器,其元器件国产化率也达到50%。但是,其中晶体管、电容和磁性材料等仍然让人们不放心。电子镇流器生产过程的有害物主要生产于线路板的蚀刻溶液和镇流器的灌胶封装材料。
3、生产现状
目前国内电子镇流器是由200多家电子镇流器厂生产的。目前市场上销售的产品有1/5是普通型电子镇流器,普通型是淘汰型,其性能比电感镇流器还差。高功率因数电子镇流器占3/5,高性能电子镇流器占1/5。但产品符合国际GB/T17263的生产厂家不到20%。内装式电子镇流器主要用于超薄支架中,规格为单灯18W、36W,多为普通型。全国的年产量约为500万只。独立式电子镇流器适用于T12、T10、T8管,主流产品为单灯、双灯18W 、36W,单灯58W。并联输出的三灯18W、36W是非常受欢迎的品种,因功率大,生产困难,市面上很少。全国1999年的产量可以达到4000万只,其中H级的产量有3200万,L级的仅800万。
(二)、电子镇流器的技术标准
电子镇流器的标准有两大类:安全标准和性能标准。前者为强制性标准,后者为推荐性标准。国际标准是IEC928/929,国家标准等效采用IEC标准为GB15143《管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求》,GB/T15144《管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求》。为了保护电磁环境,国际电工委制定了关于电磁兼容的IEC61000—3—2标准,与此等效采用的国家标准GB17625《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流<16A)》强制性标准,于1999年4月颁布,从1999年12月1日起执行。在标准中电子镇流器的谐波电流限值属C类设备的限值。同时,国家还制定了GB17742(等同CISPR15)《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》。并且即将发布GB《管形荧光灯镇流器能效限定值及节能评价值》。
1、设计要求
为了满足标准要求,在电路设计上必须解决好如下几关键的高技术难题:⑴有效地解决功率因数补偿,提高功率因数(COSφ>0.95),自身功耗不超过输入功率的5%,否则达不到理想的节能效果。⑵有效地抑制高次谐波,否则无法保证安全,不能大面积推广应用。⑶设置有效的线路异常保护电路,(如线路开路、短路、灯不激活、过压等异常现象),否则使用寿命不长。⑷增加预热启动功能,否则开关次数多,过早发黑,缩短灯管寿命。⑸灯管额定灯电压、灯电流、灯丝电流等多项参数需相互配合良好,否则难以达到既节能又不影响光照度的目的。⑹解决好器件材料的选用与匹配,特别是磁性材料的选用问题。
2、电路选择
围绕着电路选择在技术上分为两大流派:一是有源功率因数效正的脉宽调制电路。其特点是性能稳定,抗电源电压波动、恒功率输出,并可以拓展到调光的功能。但主要芯片及MOSFET依赖进口,成本居高不下,外围元件多,且其可靠性还有待进一步提高。二是无源功率因数校正电路。其特点是电路简单、价格低廉,只要设计得当也可以满足L级标准的要求,但电路的稳定性和可靠性,对设计以及原材料的品质要求很高,生产中不易把握其一致性。另一方面相对H级产品而言元件数量较多,生产成本和质量控制都有一定的难度。电路选择的最大矛盾是成本。有源功率效正因成本高,我国市场承受力低,目前对国内的厂家吸引力不大,较少采用。绝大部分是采用无源功率因数效正,并已开发设计出一系列性能优良的整机。
(三)、国内外动态分析
1、电子镇流器产量大,就可以采用成熟的生产电子线路的插件、贴片、波峰焊等自动生产线。2、电子镇流器两个生产巨头都是国际著名照明集团的独资工厂:据两家上报给检测站的资料,大部分产品出口。3、国内电子镇流器的市场还未得到很好的开拓;国内企业的产品在国际市场上的竞争力还不,产量做不大强,因此未采用自动生产线。4、电子镇流器元器件国产化率虽然超过50%,但晶体管、电解电容、磁芯、磁环等元器件的质量水平亟待进一步提高。
(四)、电子镇流器的应用前景
据估算,中国目前的照明用电约占总发电量的10%,如果绿色照明推广成功,那么在2002年就节约用电300亿电kWh,意味着可为国家节约200多亿元。故大力推广应用电子镇流器具有可观的经济效益和社会效益。照明电器在发达国家的室内装修中占总预算的15%,而在中国不到5%。因此,我们相信随着我国人民生活水平的不断提高,照明电器在建筑电器中的比重会不断上升。电子镇流器以其卓越的性能越来越受到人们的欢迎,随着产品质量的不断提高会逐步取代电感镇流器。特别是高性能电子镇流器价格适中、功率因数高、灯电流波峰比低,具有良好的电磁兼容性,不会对照明环境产生污染,不会干扰其它仪器设备、电脑网络等的正常工作。因此,在智能化的楼宇建筑中应用会越来越普遍。
T5管是二十世纪90年代中期国际上出现的新型节能光源,具有光效高、显色性好、光衰小、寿命长、无频闪等优点。它是现代室同内“绿色照明”光源的最高水平的代表。T5管将迅速普及,与之配套的电子镇流器作为绿色照明新一代产品将取代传统电感镇流器。
在生产上,采用模块设计,将部分电路进行混合集成,混合集成后整机装配的元件数量与分立元件相比减少45%,生产成本下降20%,可靠性提高一倍以上,体积减少1/3。模块化还有利保护知识产权。随着高压贴片元件开发的日益成熟,采用混合集成进行大批量生产将是电子镇流器未来的发展方向。
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