物联网、人工智能、自动驾驶、虚拟现实……这些全新的科技正在为人类生活的方方面面带来巨大改变。而这些新科技的实现则离不开半导体行业的支持。在很大程度上,新科技无疑会推动半导体行业的发展,但是新科技同时也给半导体行业带来了新的挑战。

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新的挑战来自哪些方面?又该如何应对?

针对这些问题,维谛技术(Vertiv)大中华区市场研究部半导体解决方案总经理 李清华,日前在全球规模最大、规格最高的半导体行业盛会--2019 SEMICON China(中国国际半导体技术展会)“绿色厂务”论坛上,通过《可靠节能与智能化完美结合的供配电保障方案》的主题演讲进行了全面的深刻解析。

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半导体企业面临的供电问题

半导体的厂务工作要保证生产过程的可靠、持续运行,同时基于能耗的考量,目前半导体厂务也非常强调绿色节能。因此,如何保证生产不间断运行和最大程度实现绿色节能,是半导体厂务目前面临的两大挑战。

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虽然半导体厂务的工作范围很广泛,但是可靠供电是厂务工作的首要目标。然而,半导体生产在供电保障上却常常面临两个突出问题。半导体工厂采用两路一级市电供电,能够满足一般情况下的供电需求,但是如果遇到恶劣天气、施工意外等不可预测的突发情况,就会带来市电断电和电压暂降的风险,这将会给半导体生产造成严重后果。

那么,有什么方式既可以防止市电断电,又可以改善电压暂降带来的影响?

“目前既可以为长时间市电断电提供保障,又能解决短时间电压暂降问题,只有UPS系统能够做到。UPS系统作为后备电源,为半导体工厂重要的生产工艺设备和厂务辅助设备提供着重要的电力支撑。”  

---李清华

既然UPS系统是保障半导体工厂供电可靠性的重要屏障,在实际应用中,又需要重点考量产品的哪些关键因素?对此,李清华从UPS系统供电的可靠性、节能性及智能化等维度进行了严谨的分析。

提升UPS可靠性的两种方式

提升UPS系统供电可靠性通常有两个方式,一是提升UPS单机的可靠性,另一个方式是设计冗余的UPS系统架构。提升UPS单机可靠性必须要解决半导体生产过程中遇到的市电瞬态高压、负载谐波、环境灰尘等问题。

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对于如何解决这些问题,李清华介绍了维谛技术(Vertiv)采用创新单相模组设计的 Liebert®eXL系列UPS的性能特点。这款产品通过独有的母线瞬态保护电路、逆变器增加谐波抑制补偿电路、专用隔离风道、分立充放电模组等领先设计,能够全面满足半导体行业对UPS系统应用的苛刻要求。

“从UPS冗余架构上考虑,最可靠的是双母线2N系统,但是这也导致UPS系统的成本增加了一倍。从经济性角度来说,N+1方案是在最低成本的前提下提升了UPS系统的可靠性,因此在半导体供电系统中,应该首选N+1并机的冗余架构。”  

---李清华

可靠性与节能性的完美平衡

UPS系统的节能性也很重要,能够在一定程度上帮助半导体企业降低系统运行成本。目前,在提升UPS系统节能性方面,ECO模式应用的比较广泛,但是这一模式也有明显的缺陷。

“由于市电到负载是直通的,市电含有的电能质量问题,会完全带到负载侧,负载侧产生的谐波问题也会传到市电中。维谛技术(Vertiv)经过测试发现,负载谐波可能达到20%。ECO模式虽然会监测旁路市电质量,一旦监测到旁路市电异常会切换回电池模式,但在极限工况下切换的时间可能要超过10ms。这有可能引起一些机台设备宕机故障。”  

---李清华

针对ECO模式的不完美,维谛技术(Vertiv)最新研发的拥有专利的“动态在线模式”,则实现了既可以保证UPS系统供电质量,又能提升系统效率。

采用动态在线模式,UPS系统的综合效率达到98.5%,比双变换模式节能50%。而且这一独特的控制模式还能保证输出功率因数为1,切换时间可以小于0.5ms。而且0.5ms内只是电压的抖动,输出电压并未间断。这种可靠切换不仅在实验室内满足测试要求,而且还在台湾某大型晶圆厂通过在生产线上实际测试。”  

---李清华

他同时表示,对于一个UPS用量在3万KVA的晶圆厂来说,效率提升2个百分点,一年就能节省420万元的电费。

智能化要着眼于全链路设计

在实现高可靠、高节能之外,UPS系统还要具备智能化特征,以此有效降低系统运维工作量及运维成本,同时对系统运行进行监测,预防故障发生。UPS系统的智能化设计需要从整个供配电链路进行管理,包括前端输入开关柜、UPS系统、配电柜。

在这方面,维谛技术(Vertiv)推出的创新型全功率链智能化供配电管理方案--PTMS全功率链智能管理系统+APT全功率链电力模组方案,将整个供配电链路的硬件和软件有机地整合起来。

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基于一体化的设计,这种方案可以节省30%的占地面积,而且内部通过铜排搭接,减少了配电柜与UPS之间的线缆,也节省了UPS冗余的开关成本,初始投资可以减少10%,同时通过PTMS智能管理系统,还可以减少5%的运营费用。

“PTMS不仅可以传输到后台监控,同时在本地也可以查看各种实时和历史监测数据。其中最大的特点是,系统能够做到配电柜内部铜排搭接点的温度检测,上下级断路器脱口曲线自动分析匹配,预测关键器件寿命,UPS电池状态管理,以及实时的异常波形捕捉,方便回溯故障现象。”  

---李清华

致力于保障半导体关键应用

事实上,早在上世纪八十年代,维谛技术(Vertiv)就开始为Intel、 Samsung、motorola等半导体企业在全球范围内的生产线提供不间断电源保障。而且维谛技术(Vertiv)还曾经创造了一项纪录,旗下一批Liebert®品牌的UPS产品,在Samsung工厂稳定运行了整整23年,期间只是常规性的更换了风扇和电容。

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维谛技术(Vertiv)的UPS产品之所以能够具备如此出色的可靠性,不仅缘于领先的研发创新能力和技术,而且拥有超过40年的UPS研发经验,掌握了丰富的大功率UPS控制技术。更是由于维谛技术(Vertiv)建立了完善的研发测试平台,从器件到整机再到整个供配电系统,研发过程要通过1000多项测试,这充分保障了产品实际性能与研发的一致性。

基于广泛的成功实践,维谛技术(Vertiv)深刻了解半导体行业特殊的场景需求和应用痛点,能够为半导体企业提供可靠、节能、智能化完美结合的供配电解决方案,应对新科技发展带来的挑战,实现“恒久在线,共筑未来”的愿景。

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