Recentemente, participei num workshop com um grupo de estudantes e investidores-anjo, onde debatemos o tema "A Face Oculta da Indústria Energética". O objetivo do workshop foi analisar as mudanças na composição do mercado de fontes de alimentação — tanto de produtos standard como não standard — nas últimas duas décadas, e o que poderá mudar na próxima década. Não é possível abordar tudo num artigo curto, mas vamos dar uma vista de olhos às principais tendências.
A mudança!
As fontes de alimentação estão por todo o lado, desde um carregador USB até à solução de energia que alimenta o Telescópio Espacial James Webb da NASA. A gama de produtos e soluções é surpreendentemente ampla. O mercado global de fontes de alimentação comutada (CA/CC e CC/CC) deverá atingir os 58 mil milhões de dólares em 2023, composto por produtos comerciais (45 mil milhões de dólares), também conhecidos como produtos prontos a usar (COTS), e produtos cativos (13 mil milhões de dólares) desenvolvidos por fabricantes de equipamento original (OEMs) para uso próprio interno. Como em qualquer setor, é complexo e difícil acompanhar tudo, e dependemos de estudos de mercado de analistas como a Micro-Tech Consultants ou a Wired & Wireless Technologies (WAWT), que publicam relatórios detalhados sobre a segmentação e as previsões de mercado. Mas, para além destes estudos, é interessante aprofundar um pouco mais para analisar o lado oculto da indústria energética.
Há mais de 100 anos que a indústria da electrónica de potência é extremamente dinâmica e inovadora, atravessando repetidamente o abismo das novas tecnologias. Como apresentei num White Paper (WP022): '1980 - um ponto de viragem na indústria energética! ', entre todas estas inovações, a mudança tecnológica de fontes de alimentação lineares para fontes comutadas não só foi muito importante, como também marcou o nascimento das fontes de alimentação COTS em larga escala. Muitas empresas de fontes de alimentação e fabricantes de equipamento original começaram a fornecer ou a implementar produtos em série na década de 1980. Por exemplo, a Delta Electronics fez envios em grande volume em 1983, o fabricante de telecomunicações AT&T lançou comercialmente o switch 5ESS com uma nova arquitetura de energia desenvolvida pela Bell Labs Power Systems em 1982, a Ericsson desenvolveu uma arquitetura de energia distribuída avançada baseada em módulos e uma única tensão de barramento, e a RIFA Power (Ericsson Power Modules) introduziu a sua gama de conversores CC/CC PKA de 25 W em 1983, enquanto no Japão a COSEL começou a enviar em série as suas fontes de alimentação comutadas, introduzidas em 1977, sem mencionar Patrizio Vinciarelli, que fundou a VICOR em 1981.
A década de 1980 testemunhou não só uma mudança tecnológica, mas também uma transformação fundamental na forma como as fontes de alimentação eram concebidas, fabricadas e vendidas aos clientes. Marcou também um período em que o mercado cativo, que representava mais de 70% do mercado, migrou gradualmente para o mercado comercial.
Para quem não era nascido na época dos dinossauros, convém lembrar que, na década de 1980, a grande maioria das fontes de alimentação era fabricada internamente por empresas como a Philips, Alcatel, AT&T, Ericsson e Thomson. Com o crescimento do mercado comercial e a necessidade dos fabricantes de equipamento original (OEMs) investirem nos seus negócios principais, desfizeram-se gradualmente das suas divisões de fontes de alimentação, que passaram então a fazer parte do mercado comercial.
Perante esta transição da produção interna para a comercial e a ampla disponibilidade de conversores CC/CC de baixa potência para CA/CC de alta potência, podemos questionar-nos: o que explica o "lado oculto" da indústria energética? O que falta nas ofertas dos fabricantes de fontes de alimentação que alimenta o interesse por algo mais?
Quando a norma não é suficiente:
Como a eletrónica de potência está presente em todo o lado, existem vários casos em que a compra de um produto COTS (comercial out-of-the-box) não é suficiente para os arquitetos de sistemas que desenvolvem as suas aplicações. Por várias razões, podem precisar de algo tão específico ou exclusivo que os fabricantes de fontes de alimentação OEM não considerem suficientemente viável, ou que esteja fora da sua estratégia de negócio, para justificar a investigação e o desenvolvimento.
Antes de entrarmos em detalhes, é importante referir que os fabricantes de fontes de alimentação OEM sempre ofereceram "padrões modificados" quando os clientes necessitam de pequenas alterações para as adaptar ao seu processo ou que exigem um pequeno investimento.
Isto leva-nos a uma breve explicação dos diferentes segmentos de produtos atípicos e a uma explicação das mudanças que observámos no nosso estudo entre 2000 e 2023 (gráfico 01).
Norma modificada:
Ao conceber fontes de alimentação COTS (Commercial Off-The-Shelf), os fabricantes consideram os segmentos de utilizadores finais e as aplicações, mas os clientes podem exigir pequenos ajustes. As modificações podem variar desde simples definições de voltagem até questões mais complexas que exigem alterações mecânicas, cablagem especial ou código de firmware adicional. Em 2000, as unidades standard modificadas representavam 6% do volume global de vendas. Este número desceu para 4% em 2023. Uma possível razão para tal é a modernização da oferta de produtos durante este período e a adição de novas funcionalidades, como uma interface digital que permite aos utilizadores personalizar o produto para melhor se adequar às suas necessidades. Além disso, o número expressivo de novos produtos lançados pelos fabricantes de fontes de alimentação abrange uma gama mais vasta de aplicações, resultando em alguma sobreposição entre esta categoria e a categoria de semi-customização.
Soluções semi-personalizadas:
Existem provavelmente tantas definições de soluções de alimentação semi-personalizadas como fabricantes, mas o interessante é que esta categoria cresceu significativamente, passando de 3% em 2000 para 7% em 2023.
Como alguém que se lembra dos dinossauros falantes, o primeiro projeto semi-customizado de que me lembro foi em 1986. Desenvolvi um módulo de potência PWM numa placa de circuito impresso completa, com conectores, filtros integrados, um potenciómetro e um indicador luminoso (semelhante ao apresentado na Figura 02) para substituir uma fonte de alimentação linear num equipamento industrial. Curiosamente, esta combinação e prática de construção foram posteriormente adotadas pela indústria, resultando numa versão standard do que era anteriormente uma unidade semi-customizada (Figura 03).
Uma vez que a oferta de uma combinação de módulos de potência altamente eficientes para construir uma solução final tem sido fundamental para o segmento da semi-customização (Figura 04), dentro da indústria da electrónica de potência, o modelo de negócio desenvolvido pela VICOR e uma rede de revendedores de valor acrescentado contribuíram para o desenvolvimento de soluções semi-customizadas, canibalizando parte do que anteriormente era totalmente personalizado. Analisando este segmento, observamos uma pequena migração de soluções padrão modificadas para soluções semi-customizadas e uma migração significativa de soluções totalmente personalizadas, particularmente no caso de soluções de potência de complexidade média.
Totalmente Personalizado:
Para os designers de estágios de potência, o fabrico por encomenda é uma área muito interessante, onde o desenvolvimento de produtos exige uma cooperação multidisciplinar (Figura 5). Não se trata apenas de conceber o melhor estágio de potência, trata-se de criar uma solução completa que pode ser extremamente complexa. Este segmento diminuiu de 22% em 2000 para 15% em 2023, mas mantém-se forte e estável. Como suspeitávamos, parte do que antes era totalmente personalizado foi absorvido pela área de fabrico semi-personalizada, mas a linha divisória entre os dois segmentos não é tão nítida como parece no gráfico. Na verdade, existe uma fronteira ténue entre os dois, com módulos de integração totalmente personalizados e semi-personalizados a implementar uma gama de tecnologias utilizadas pela indústria de fabrico totalmente personalizada — uma espécie de intercâmbio de tecnologias.
Neste segmento, é muito comum os projetistas de sistemas de energia explorarem áreas fora da eletrónica de potência convencional. Para concluir este artigo, gostaria de ilustrar isto com uma fonte de alimentação sem núcleo concebida para alimentar um aparelho de ressonância magnética (RM). Neste caso, os projetistas tiveram de considerar não só a conversão de energia, mas também o ambiente específico, com uma frequência de comutação que não interferisse com o sinal de RM, entre outras questões (Figura 6). Pode parecer uma aplicação invulgar, mas conceber um produto como este é exatamente o que não encontrará num catálogo de produtos comerciais prontos a usar.
Exclusivo:
Investigando o lado oculto da indústria das fontes de alimentação, descobrimos um nicho a que chamamos "Exclusivo". Nele, as soluções de energia são concebidas para as aplicações mais extremas. Falamos de produtos utilizados na exploração do espaço profundo, em ambientes com radiação e temperaturas muito elevadas, em reatores nucleares e muito mais. É também uma área onde um projeto pode exigir componentes que ainda não existem. Estimamos que este segmento represente 1% do mercado, mas trata-se mais de um conjunto de soluções energéticas do que de produtos individuais.
Qual é o futuro do lado oculto da indústria energética?
Provavelmente abordaremos esta questão com mais detalhe num artigo futuro, mas, considerando as regulamentações europeias orientadas para a extensão do ciclo de vida dos produtos, acreditamos que um número significativo de sistemas necessitará de reformas, atualizações e modernizações. Muitos destes produtos exigirão uma combinação de soluções standard e totalmente personalizadas. Tal como aprendemos com a subtil linha divisória entre soluções semi-customizadas e totalmente personalizadas, prevemos que estes segmentos se mantenham robustos e estáveis. Em relação à modernização, vemos uma oportunidade significativa para os semicondutores de banda larga, que permitirão que mais energia seja armazenada no mesmo volume. Em conclusão, o lado oculto da indústria energética é promissor e é uma experiência incrível para os designers de sistemas energéticos ultrapassarem os limites.
Referências:
POWERBOX (PRBX)
Biblioteca de Livros Brancos POWERBOX (PRBX)
Micro-Tech Consultants (Relatório Mundial sobre Fontes de Alimentação Comutada)
Tecnologias sem fios e com fios (WAWT)
AUTOR: Patrick Le Fèvre, PRBX, Diretor de Marketing e Comunicação
