物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、自動駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)……這些全新的科技正在為人類生活的方方面面帶來巨大改變。而這些新科技的實(shí)現(xiàn)則離不開半導(dǎo)體行業(yè)的支持。在很大程度上，新科技無疑會推動半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，但是新科技同時(shí)也給半導(dǎo)體行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。

新的挑戰(zhàn)來自哪些方面？又該如何應(yīng)對？

針對這些問題，維諦技術(shù)(Vertiv)大中華區(qū)市場研究部半導(dǎo)體解決方案總經(jīng)理 李清華，日前在全球規(guī)模最大、規(guī)格最高的半導(dǎo)體行業(yè)盛會--2019 SEMICON China(中國國際半導(dǎo)體技術(shù)展會)“綠色廠務(wù)”論壇上，通過《可靠節(jié)能與智能化完美結(jié)合的供配電保障方案》的主題演講進(jìn)行了全面的深刻解析。

半導(dǎo)體企業(yè)面臨的供電問題

半導(dǎo)體的廠務(wù)工作要保證生產(chǎn)過程的可靠、持續(xù)運(yùn)行，同時(shí)基于能耗的考量，目前半導(dǎo)體廠務(wù)也非常強(qiáng)調(diào)綠色節(jié)能。因此，如何保證生產(chǎn)不間斷運(yùn)行和最大程度實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能，是半導(dǎo)體廠務(wù)目前面臨的兩大挑戰(zhàn)。

雖然半導(dǎo)體廠務(wù)的工作范圍很廣泛，但是可靠供電是廠務(wù)工作的首要目標(biāo)。然而，半導(dǎo)體生產(chǎn)在供電保障上卻常常面臨兩個突出問題。半導(dǎo)體工廠采用兩路一級市電供電，能夠滿足一般情況下的供電需求，但是如果遇到惡劣天氣、施工意外等不可預(yù)測的突發(fā)情況，就會帶來市電斷電和電壓暫降的風(fēng)險(xiǎn)，這將會給半導(dǎo)體生產(chǎn)造成嚴(yán)重后果。

那么，有什么方式既可以防止市電斷電，又可以改善電壓暫降帶來的影響？

“目前既可以為長時(shí)間市電斷電提供保障，又能解決短時(shí)間電壓暫降問題，只有UPS系統(tǒng)能夠做到。UPS系統(tǒng)作為后備電源，為半導(dǎo)體工廠重要的生產(chǎn)工藝設(shè)備和廠務(wù)輔助設(shè)備提供著重要的電力支撐。”  

---李清華

既然UPS系統(tǒng)是保障半導(dǎo)體工廠供電可靠性的重要屏障，在實(shí)際應(yīng)用中，又需要重點(diǎn)考量產(chǎn)品的哪些關(guān)鍵因素？對此，李清華從UPS系統(tǒng)供電的可靠性、節(jié)能性及智能化等維度進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觥?/p>

提升UPS可靠性的兩種方式

提升UPS系統(tǒng)供電可靠性通常有兩個方式，一是提升UPS單機(jī)的可靠性，另一個方式是設(shè)計(jì)冗余的UPS系統(tǒng)架構(gòu)。提升UPS單機(jī)可靠性必須要解決半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中遇到的市電瞬態(tài)高壓、負(fù)載諧波、環(huán)境灰塵等問題。

對于如何解決這些問題，李清華介紹了維諦技術(shù)(Vertiv)采用創(chuàng)新單相模組設(shè)計(jì)的 Liebert®eXL系列UPS的性能特點(diǎn)。這款產(chǎn)品通過獨(dú)有的母線瞬態(tài)保護(hù)電路、逆變器增加諧波抑制補(bǔ)償電路、專用隔離風(fēng)道、分立充放電模組等領(lǐng)先設(shè)計(jì)，能夠全面滿足半導(dǎo)體行業(yè)對UPS系統(tǒng)應(yīng)用的苛刻要求。

“從UPS冗余架構(gòu)上考慮，最可靠的是雙母線2N系統(tǒng)，但是這也導(dǎo)致UPS系統(tǒng)的成本增加了一倍。從經(jīng)濟(jì)性角度來說，N+1方案是在最低成本的前提下提升了UPS系統(tǒng)的可靠性，因此在半導(dǎo)體供電系統(tǒng)中，應(yīng)該首選N+1并機(jī)的冗余架構(gòu)。”  

---李清華

可靠性與節(jié)能性的完美平衡

UPS系統(tǒng)的節(jié)能性也很重要，能夠在一定程度上幫助半導(dǎo)體企業(yè)降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。目前，在提升UPS系統(tǒng)節(jié)能性方面，ECO模式應(yīng)用的比較廣泛，但是這一模式也有明顯的缺陷。

“由于市電到負(fù)載是直通的，市電含有的電能質(zhì)量問題，會完全帶到負(fù)載側(cè)，負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的諧波問題也會傳到市電中。維諦技術(shù)(Vertiv)經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，負(fù)載諧波可能達(dá)到20%。ECO模式雖然會監(jiān)測旁路市電質(zhì)量，一旦監(jiān)測到旁路市電異常會切換回電池模式，但在極限工況下切換的時(shí)間可能要超過10ms。這有可能引起一些機(jī)臺設(shè)備宕機(jī)故障。”  

---李清華

針對ECO模式的不完美，維諦技術(shù)(Vertiv)最新研發(fā)的擁有專利的“動態(tài)在線模式”，則實(shí)現(xiàn)了既可以保證UPS系統(tǒng)供電質(zhì)量，又能提升系統(tǒng)效率。

采用動態(tài)在線模式，UPS系統(tǒng)的綜合效率達(dá)到98.5%，比雙變換模式節(jié)能50%。而且這一獨(dú)特的控制模式還能保證輸出功率因數(shù)為1，切換時(shí)間可以小于0.5ms。而且0.5ms內(nèi)只是電壓的抖動，輸出電壓并未間斷。這種可靠切換不僅在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)滿足測試要求，而且還在臺灣某大型晶圓廠通過在生產(chǎn)線上實(shí)際測試。”  

---李清華

他同時(shí)表示，對于一個UPS用量在3萬KVA的晶圓廠來說，效率提升2個百分點(diǎn)，一年就能節(jié)省420萬元的電費(fèi)。

智能化要著眼于全鏈路設(shè)計(jì)

在實(shí)現(xiàn)高可靠、高節(jié)能之外，UPS系統(tǒng)還要具備智能化特征，以此有效降低系統(tǒng)運(yùn)維工作量及運(yùn)維成本，同時(shí)對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測，預(yù)防故障發(fā)生。UPS系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)需要從整個供配電鏈路進(jìn)行管理，包括前端輸入開關(guān)柜、UPS系統(tǒng)、配電柜。

在這方面，維諦技術(shù)(Vertiv)推出的創(chuàng)新型全功率鏈智能化供配電管理方案--PTMS全功率鏈智能管理系統(tǒng)+APT全功率鏈電力模組方案，將整個供配電鏈路的硬件和軟件有機(jī)地整合起來。

基于一體化的設(shè)計(jì)，這種方案可以節(jié)省30%的占地面積，而且內(nèi)部通過銅排搭接，減少了配電柜與UPS之間的線纜，也節(jié)省了UPS冗余的開關(guān)成本，初始投資可以減少10%，同時(shí)通過PTMS智能管理系統(tǒng)，還可以減少5%的運(yùn)營費(fèi)用。

“PTMS不僅可以傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控，同時(shí)在本地也可以查看各種實(shí)時(shí)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中最大的特點(diǎn)是，系統(tǒng)能夠做到配電柜內(nèi)部銅排搭接點(diǎn)的溫度檢測，上下級斷路器脫口曲線自動分析匹配，預(yù)測關(guān)鍵器件壽命，UPS電池狀態(tài)管理，以及實(shí)時(shí)的異常波形捕捉，方便回溯故障現(xiàn)象。”  

---李清華

致力于保障半導(dǎo)體關(guān)鍵應(yīng)用

事實(shí)上，早在上世紀(jì)八十年代，維諦技術(shù)(Vertiv)就開始為Intel、 Samsung、motorola等半導(dǎo)體企業(yè)在全球范圍內(nèi)的生產(chǎn)線提供不間斷電源保障。而且維諦技術(shù)(Vertiv)還曾經(jīng)創(chuàng)造了一項(xiàng)紀(jì)錄，旗下一批Liebert®品牌的UPS產(chǎn)品，在Samsung工廠穩(wěn)定運(yùn)行了整整23年，期間只是常規(guī)性的更換了風(fēng)扇和電容。

維諦技術(shù)(Vertiv)的UPS產(chǎn)品之所以能夠具備如此出色的可靠性，不僅緣于領(lǐng)先的研發(fā)創(chuàng)新能力和技術(shù)，而且擁有超過40年的UPS研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，掌握了豐富的大功率UPS控制技術(shù)。更是由于維諦技術(shù)(Vertiv)建立了完善的研發(fā)測試平臺，從器件到整機(jī)再到整個供配電系統(tǒng)，研發(fā)過程要通過1000多項(xiàng)測試，這充分保障了產(chǎn)品實(shí)際性能與研發(fā)的一致性。

基于廣泛的成功實(shí)踐，維諦技術(shù)(Vertiv)深刻了解半導(dǎo)體行業(yè)特殊的場景需求和應(yīng)用痛點(diǎn)，能夠?yàn)榘雽?dǎo)體企業(yè)提供可靠、節(jié)能、智能化完美結(jié)合的供配電解決方案，應(yīng)對新科技發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)“恒久在線，共筑未來”的愿景。

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