節能趨勢推動 數位電源市場需求爆發

數位電源管理能降低資料中心的龐大耗電量。

在全球能源吃緊的情況下，電力成本正節節攀升，因此企業用戶及消費者在購買電子設備及產品時，無不特別重視系統的功耗特性與節能表現。在市場需求的驅動下，也讓電子工程師不得不面對更加嚴苛的電源設計挑戰，許多電子產品及設備的設計考量，皆將電力節約視為重要的一環，此趨勢正強力推動數位電源市場在近年經歷快速成長。

舉例來說，資料中心的耗電量相當可觀，根據Uptime Institute機構的能源利用率(Power Usage Effectiveness；PUE)估算報告指出，在全球大約286,000千兆瓦時(GWh)的年用電量中，資料中心的總耗電量就佔有1.3%左右，且其中有絕大部分的電力並非用於生產活動，而是以熱能的形式被消耗掉，這無疑是極大的浪費，而數位電源解決方案所能提供的最佳化電力使用功能，適足以符合資料中心的節能需求。

在上述資料中心的例子中，數位電源控制等電源管理技術，可以根據電源需求變化不斷調整輸出功率，根據Uptime Institute的估算，這有助於將資料中心的能效提高至60%以上。然而，數位電源究竟如何實現節能省電此一目標？

採用MCU或DSP  實現更精確的電源管理

首先，我們必需知道，產品的整體可靠性是奠基於可靠的電源，而在過去，負責電源調節的閉合回路(closed loop)主要是透過類比電路來實現，但現在此一閉合回路正逐漸朝向數位化方向發展。在此種數位方式中，實際的調節控制功能是交由與處理器和韌體聯動的A/D和D/A轉換器進行處理。

換句話說，數位電源，就是在類比電源設計基礎上採用微控制器(MCU)或數位訊號處理器(DSP)，搭配複雜的演算法來管理或控制整個電源系統，以實現精確度更高、更細緻的電源管理，如此可以因應日趨複雜的電源負載輸出需求。基本上，藉由數位介面，數位電源管理方案可彈性調整元件參數，這讓相關業者得以針對不同應用調整電源，以避免電力消耗過多及系統過熱等問題。

數位電源還有一個好處，就是能讓產品之間擁有更多的通用性(commonality)，這是因為電源產品的性能主要是取決於軟體，而不是分立元件。數位電源管理可以透過軟體工具對複雜的多軌(電壓軌)系統進行調試，如此可避免耗費大量時間更改硬體。

另外，值得一提的是，數位電源所具有的可即時監控的特性，也讓有需要的使用者，例如電玩玩家能監測電腦的電源供應器是否處於正常運作狀態，以及是否能夠提供充足的電力，這些都是數位電源相較傳統類比電源所能提供的更多好處。為了滿足使用者對於電源監控的需求，許多電源供應器廠商已推出支援數位電源監控的產品。

應用領域擴大 成長突破6成

發展至今，數位電源解決方案由於充分整合許多分立元件，因此能帶給客戶的好處包括節省空間、物料成本下降及加快產品上市時間等。以意法半導體應用於資料中心的數位電源系列微控制器為例，該微控制器內部便整合了多功能引線、多路定時器輸出、性能強大的CPU，高速通訊週邊設備介面等，可大幅簡化複雜電源拓撲的數位控制過程。

整體來說，由於成本問題，數位電源技術一開始多是應用於伺服器、電信設備等架構較複雜的系統中，而隨著技術的成熟、成本的下降，消費性電子產品也開始採用數位電源解決方案。市場對於電力監控及用電最佳化的需求上升，數位電源供應器和數位電源IC可說是炙手可熱。

根據全球信息公司(IHS Technology)所提出的「2014年數位電源全球市場」報告指出，數位電源解決方案的市場已從伺服器和電信領域擴及其他區隔，因此在2014年，數位電源供應器全球營收預計將接近33億美元，數位電源IC全球營收則將突破6.05億美元，兩者合計的2014年總營收成長率將近65%左右。

更驚人的是，數位電源供應器的市場值將在2018年增加至118億美元，數位電源IC則將達到31億美元，就這些數據來看，以爆炸性成長來描述數位電源市場的發展並不為過。

獨大廠商尚未出現  創新空間仍大

另就廠商貢獻來看，在2013年數位電源供應器整體市場值中，以台達電子(Delta Electronics)的市佔最大，約有10.3%，其次依序為Eltek和Emerson，各佔9.1%和8.8%。至於數位電源IC市場方面，則以德州儀器(Texas Instruments)的市佔最高，達9.8%，第二名及第三名則分別為英飛淩 (Infineon) 和Powervation，各佔9.6%及8.9%市場比例。

由以上的數據可以觀察到，即使是市場上的領導業者，其市佔率也僅在一成左右，顯見目前市場上尚未出現大者恆大的現象，業者之間的競爭仍充滿變數，也更容許創新空間的存在。

舉例來說，積極進軍數位電源市場的戴樂格(Dialog)，在去年(2013)7月購併交流對直流(AC-DC)數位電源管理積體電路(IC)廠商iWatt後，已跨足兩大市場—數位電源AC-DC晶片及LED相關晶片。據了解，在這宗高達3.1億美元的購併案中，戴樂格可借助iWatt數位電源管理技術優勢，協助客戶設計出較採用傳統類比式電源管理IC更低待機功耗的產品，同時降低物料清單(BOM)成本。

其中，針對AC-DC電源轉換器，戴樂格利用iWatt的PrimAccurate一次側控制(Primary Side Control)專利，以iWatt特有數位演算法設計Ultrabook變壓器，讓工程師不需設計二次側穩壓器(Regulator)及光電隔離器(Opto-isolator)空間，如此能將變壓器尺寸縮小三分之一以上。據了解，戴樂格已與英特爾(Intel)展開合作，針對第三代Ultrabook設計一系列Ultra-Slim電源變壓器。戴樂格自此將由智慧型手機及平板電腦電源管理市場跨足Ultrabook電源轉換器市場。

政府規範日趨嚴苛  提供數位電源發揮空間

數位電源的盛行，除了順應節能趨勢及市場需求外，政府規範也有推波助瀾作用，事實上，可以觀察到全球各地政府對於能源標準與規範的要求正逐步提高。舉最近的例子來說，美國能源部(DOE)在2014年初就發布了 EISA 2007外部電源供應器(EPS)效率標準的修訂，將外部電源供應器的最低能效要求從目前的等級4提升到等級6，並擴大外部電源供應器的產品範圍，如低電壓的直流電和交流電輸出、多重輸出電源及電源輸出功率大於250瓦等新規範。

有鑑於上述的規範，對各領域的電子設備及產品而言，電源供應系統的設計考量不僅需顧慮市場需求面的規格要求，更需符合各國政府所定出的規範標準，在這些嚴苛的技術條件規範下，能夠提供即時監控、智慧管理功能的數位電源方案，無疑將能在節電和電力分配最佳化方面提供明顯助力。展望未來，數位電源新技術仍將層出不窮，為電子產品及設備提供更有效的節能解決方案。