2020.12.21(一)
認識莫斯菲-坐擁千億商機
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大家早,我是 LEO
■ 什麼是Mosfet(莫斯菲)
Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor-金屬氧化物半導體-場效電晶體(簡稱:金氧半場效-電晶體)縮寫:MOSFET,跟我們的日常生活密不可分,應用範圍很廣,包含筆電、智慧型手機、工業、能源產品、電動車都大量應用,是電子產品必要的關鍵零件之一,簡單說,它就是扮演「電源控制元件」的角色。
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原理:在電晶體中當電子從源極經過電子通道在汲極流出,控制電子能否順利流出的關鍵就是Mosfet,當我們在閘極施加電壓,下方電子通道就會打開,電子就可以順利流出,它的功能就像水龍頭扮演控制水流從進水口到出水口的角色。
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■ 市場商機驚人
IC設計公司會把設計好的Mosfet電路圖交給晶圓代工廠(台積電、聯電、世界先進等)生產,大量新應用不斷增加,特別是高階mosfet應用於電動車等,研調機構預估到2022年mosfet市場規模高達75億美元。車用佔比估計22%,計算與儲存估計19%,工業用估計14%。
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■ 供給吃緊醞釀漲價
因為筆電及平板、WiFi 6設備、伺服器、遊戲機等新訂單持續湧入,車用晶片需求大舉回升,加上IDM廠擴大委外,6吋及8吋晶圓代工產能全面吃緊,交期拉長,投片成本也陸續從第 3 季起漲價約 15~20%,大陸MOSFET廠已經調漲價格10~20%,台灣的業者最快將在明年第 1 季有機會轉嫁客戶,反映成本的提升。
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■ 筆電市場
英特爾及超微的筆電新平台支援PCIe Gen 4及USB 4,同時加入人工智慧(AI)運算功能,單一系統對MOSFET需求及採用量倍增,在訂單排程上已是選擇性接單,高毛利的訂單將優先出貨。
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■ 5G快充商機
2020年5G智慧手機市場規模大約落在2億支左右水準,且進入2021年後將可望翻倍成長至4億支以上,5G手機傳輸速度更快,波長較短,天線變多,耗電變快,USB-PD快充功能成為標準配備,各廠大多以Type-C線材做為快充的充電線材,為支援更高規格的傳輸電壓,MOSFET也必須同步升級。
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因為8吋晶圓產能供給緊缺狀況下,品牌廠與OEM/ODM廠已經對台灣Mosfet供應鏈預定2021年上半年的訂單,且當中包含中國前四大智慧手機品牌及相關行動配件廠,使Mosfet廠順利搭上5G智慧機的快充列車。
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■ 電動車市場
根據拓墣產業研究院的數據,2021 年的電動車預估成長 36.7%,占全球新車銷售量近 4%,從長期的產業趨勢來看,功率元件產業重點發展項目一定是電動車。
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電動車的需求帶動不同電壓供電需求,難度更高,功率更大,更需要耐高溫,高壓,更穩定的特性,這塊市場幾乎都掌握在國際大廠手中,英飛凌(Infineon)就是業界龍頭,市占率約在 20% 左右,無論是 MOSFET、IGBT、GaN、SiC 都有完整的產品線。
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■ 第三代寬能隙材料功率元件
近年來各大廠積極研究新材料採用氮化鎵(GaN)與碳化矽(SiC)的新製程,雖然成本大幅增加, SiC功率元件價格約為矽基元件5倍,但是導入電源轉換器可提升電動車與電網間更高的運作效率、提高系統穩定度、系統及裝置小型化、縮短充電時間、延長電動車續航力等,在車載充電器及快充設備領域非常具有發展潛力。
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SiC較矽基元件具耐高壓、對應更高輸出功率、降低週邊電子元件損壞率、於嚴苛環境下信賴性高等優勢,在快充領域應用有很大發展潛力。同時,SiC元件可縮小快速充電樁的體積,延伸好處是能提升快充站土地利用坪效。
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根據德儀TI的說法,GaN的成本到2021年,成本將會大幅降低至1.37 倍,2024~2026年出現交叉,甚至2027 年 GaN 的成本將會遠遠低於傳統 矽製程Silicon。
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📊 台灣領導廠商
漢磊投控在SiC市場布局最早,旗下晶圓代工廠漢磊科提供4吋及6吋SiC晶圓代工,磊晶廠嘉晶(3016) 提供4吋及6吋SiC磊晶矽晶圓,均已獲客戶認證並進入量產,昇陽半(8028)則是專精SiC晶圓薄化。
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杰力(5299)是國內少數同時具有電源管理 IC 及 Mosfet 設計能力的公司,持續往 GaN 技術投入研發,據傳大中(6435)與杰力(5299)在技術上都已經有所突破。
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富鼎(8261) 有低壓產品之外,中高壓的 MOSFET,有能力直接與國際大廠競爭,今年 SiC 產品已經完成開發,尼克森及富鼎的碳化矽(SiC)二極體已開始出貨,2021年台灣MOSFET廠在GaN及SiC領域就有機會看到營收貢獻。
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♨ 股民當家團隊對於新一代半導體材料Sic、GaN在電動車、與快充領域特別感興趣,試想現在全市場都在講天鈺、通嘉、偉詮電、鈺邦,只是手機快充---相關股票就一直噴漲!
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💡 各位有想過電動機車,電動汽車電流電壓更高,如何才能充的更快,更安全,未來商機更大!一旦時機成熟,形成市場共識,天鈺就只是小菜罷了~~~
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半波整流電壓計算 在 COMPOTECHAsia電子與電腦 - 陸克文化 Facebook 的精選貼文
#電源設計 #氮化鎵GaN #寬能隙半導體 #可編程邏輯閘陣列FPGA #功率因數校正PFC
【GaN 是如何提升電力效率和密度的?】
如何提高電力效率和密度的解決辦法是目前業界的當務之急之一。效率的提升不僅有利於節省電力和冷卻等主要運作成本,還能幫助營運商增加機架密度和可用的運算空間,並以更具成本效益的方式滿足日益增長的需求。氮化鎵 (GaN) 寬能隙裝置的出現成就了新一代的功率轉換設計;這些設計是以前仰賴矽金屬氧化物半導體場效應電晶體 (MOSFET) 所不可能實現的。這些設計使系統能達到前所未有的高功率密度和效率。
基於 GaN 的解決方案可以從交流電源到各個負載點 (POL) 被含納至整個資料中心的電源供應當中。GaN 還實現了諸如高壓直流分配系統的新架構。電力公司需要透過功率因數校正 (PFC) 階段來將電網效率進行最佳化。PFC 的功能如同升壓轉換器,其通常提供 380V 的直流輸出電壓。該電壓需要進一步被降低,以便為系統提供直流匯流排電源。各種拓撲結構在這一階段被採用,但「電感—電感—電容器」(LLC) 和相移全橋通常用於產生 12V 或 48V 的匯流排電壓。
該匯流排電壓通過整個系統佈線,並進行多個轉換步驟,為處理器、可編程邏輯閘陣列 (FPGA)、記憶體和儲存系統之類的各種 POL 供電。基於 GaN 的解決方案從交流電到處理器根本性地改變了整個電力系統的架構和密度。
★PFC:透過圖騰柱拓撲的啟用,像是整合式的 GaN 裝置能將有功功率開關和濾波電感器的數量減少 50%。相較於今天鈦級電源 96% 的效率,開關頻率——連續導通模式 (CCM) 或臨界導電模式 (CRM) 操作,在將整體效率提高到 99% 以上的同時,能顯著減小磁性材料的尺寸。
★LLC:DC/DC 階段利用 GaN 優越的開關特性將諧振轉換器推送到 1 MHz 以上。高頻在提高功率密度和效率的同時,降低了磁性。較小的形狀係數使得新興的高壓配電系統能夠在 380V 至 48V 轉換器的資料中心內得以被使用。
★POL DC/DC:GaN 對這些轉換器有著重大影響。首先,它可從 48V 起進行單步轉換,直接為處理器、記憶體和其他負載供電,在版上配置減少 75% 的同時,從而將在珍貴的印刷電路板 (PCB) 基板面上的零組件數量減少達 50%。其次,使用半橋電流雙拓撲結構使設計人員能夠輕鬆地堆疊功率級,以滿足不同的負載需求,並與負載緊密配合,實現最佳的瞬態效能。
如今,GaN 已不再被視為是一種未來技術。GaN 已開始幫助設計人員實現過去曾遙不可及的目標:設計出更小、開關速度更快、散熱效能更佳的創新電源系統。
延伸閱讀:
《透過 GaN 重新計算密度》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2017/0714/36021.html
(點擊內文標題即可閱讀全文)
#德州儀器TI #LMG3410 #LMG5200
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半波整流電壓計算 在 媽媽監督核電廠聯盟 Facebook 的精選貼文
再多核電都無法解決的電網安全問題!!! (08/19/2017 風傳媒)
明明有電卻無法進入電力系統,這顯示台灣集中式發電與輸配系統在面對天災時的脆弱性,猶如把雞蛋放在同一個籃子裡,只要有任何一處遭受意外,不管電廠能發再多電,都有可能面臨無法傳輸出去的風險。
可悲的是,即使有核電廠也無法改變這種處境,其實今年六月初才發生因豪雨導致金山區電塔倒塌,核一廠被迫停機的實例,如果不根本性地讓電力系統轉型,就算再重啟更多的核電,都可能遇到相同的狀況。
上次颱風吹倒和平電廠電塔,這次中油疏失關掉氣閥,明顯都是電力系統管理不當的問題,並不是電力不足的原因,意外發生在夏季用電尖峰期間,就算有核電也無法避免這些天災人禍。
簡單計算一下,大潭六部機組跳電,加上跟著跳機的中火5號機,這次瞬間跳掉470萬千瓦的電量,已經超過最大供電能力的13%以上,是非常極端的狀況,相信即使連台電的緊急應變計劃中都從未出現這種情境,470萬千瓦足可抵一個半以上的核四廠,這麼大量的瞬間電力喪失,就算把目前核一與核二未運轉機組加起來也只有4%左右,也同樣不可能因應。
難道真的使用了核一、二號機兩個機組,這次停電就不會發生嗎?把這次事故怪到沒有使用核電頭上,不去檢討集中式電力系統脆弱的問題,實在無法不讓人覺得這是在為核電帶風向。
電網是否能保持安全與穩定,才是這一波危機真正該重視的問題,不要以為只要有核電就可以解決,也不該認為把核電廢了就可以解決,這不是單一電廠的問題,也不是核電存廢的問題。
與其把力氣拿去做口水戰,還不如認真檢討電網管理問題的改革方向,如果政府真的有心要發展綠能,則更需要盡快推動新一代彈性的新式電網建設,現行包括電壓調節、保護系統等以及饋線的運轉作業等,都需要大幅度的調整,不只需要硬體升級與擴建,還要立下足以立即因應電量變化的制度規範,不然無法應付未來逐漸增加的再生能源電量,這也才是前瞻計畫真正該投入資源的建設。
文:崔愫欣 / 綠色公民行動聯盟秘書長
8月15日發生的無預警的大停電事件,讓許多人不禁回憶起18年前的729大停電,1999年7月29日,因為連日豪雨致地基土壤流失,台電公司設於臺南的輸電鐵塔傾斜,由於電力是由南向北傳送,中北部的各發電廠因保護機制而跳脫,進而引發全台計有五分之四以上之電廠因輸電系統低壓震盪而跳機,最終導致台南以北地區從當天晚間11點38分開始大規模停電。
這事件引發的輿論反應跟如今差不多,大家赫然發現台灣的供電系統如此脆弱,一場豪雨就可以癱瘓全島電力,不論在國防還是供電穩定上都是巨大危機。
隨後台電公司加緊興建電路系統,於2002年6月完成南北超高壓第三迴路,但這始終是治標不治本的做法,沒有分散式發電來分擔風險,沒有徹底改變集中化電力系統設計,電網管理安全隱藏的危機並沒有獲得解決。
不是電不夠用 而是電網管理不當
大力支持核電的一方看到跳電、停電意外,第一時間不是檢討事件成因,而是大呼核電快來,核電儼然變成電力穩定的護身符!
而到現在還在說要啟動核四的人可能記性不好,核四廠根本不算完工,2011年一號機組試運轉測試不過,二號機組也零件不齊無法測試,安全品管堪慮,如要續建可能還要追加數百億以上,也無法保証何時能完工,被視為錢坑工程最終封存,無法獲得社會信任,離可以啟動還差得遠了。
上次颱風吹倒和平電廠電塔,這次中油疏失關掉氣閥,明顯都是電力系統管理不當的問題,並不是電力不足的原因,意外發生在夏季用電尖峰期間,就算有核電也無法避免這些天災人禍。
簡單計算一下,大潭六部機組跳電,加上跟著跳機的中火5號機,這次瞬間跳掉470萬千瓦的電量,已經超過最大供電能力的13%以上,是非常極端的狀況,相信即使連台電的緊急應變計劃中都從未出現這種情境,470萬千瓦足可抵一個半以上的核四廠,這麼大量的瞬間電力喪失,就算把目前核一與核二未運轉機組加起來也只有4%左右,也同樣不可能因應。
難道真的使用了核一、二號機兩個機組,這次停電就不會發生嗎?把這次事故怪到沒有使用核電頭上,不去檢討集中式電力系統脆弱的問題,實在無法不讓人覺得這是在為核電帶風向。
為預防電網意外,有人主張多蓋電廠增加備用容量,但這還是根基於集中式電力系統的概念,仰賴大型電廠發電始終會有較高風險,天氣熱時,許多大電廠會因發電效率差,臨時出現狀況而損失電量。
例如2015年7月1日,台塑麥寮廠區汽電共生、民營和平電廠以及台電協和電廠共三個機組發生鍋爐破管,導致供電能力突減少約150至170萬瓩,備轉容量率降至2.46%並導致供電吃緊,台中火力電廠在2016年5月底也因高溫破管、2016年與2017年和平電廠也多次因天氣熱發生電廠破管、供電能力突然減少等狀況。
如何真正解決電網管理與配置問題
明明有電卻無法進入電力系統,這顯示台灣集中式發電與輸配系統在面對天災時的脆弱性,猶如把雞蛋放在同一個籃子裡,只要有任何一處遭受意外,不管電廠能發再多電,都有可能面臨無法傳輸出去的風險。
可悲的是,即使有核電廠也無法改變這種處境,其實今年六月初才發生因豪雨導致金山區電塔倒塌,核一廠被迫停機的實例,如果不根本性地讓電力系統轉型,就算再重啟更多的核電,都可能遇到相同的狀況。
隨著全球暖化導致極端氣候增加,以中小規模發電設施為導向,分散於各區域的分散式發電與輸配系統有助於分散風險,也提升台灣各區域的電力自主性,進一步增加各地面對災難的氣候變遷調適能力。
這是為何環團多年來在參加各級能源會議以及提出論述主張時,一直主張分散式發電系統的原因,分散式發電系統實為近年國際邁向能源轉型的重要基礎,世界各國的電網配置也朝向分散式為目標。
蔡政府在事件後對外表示,未來政策將朝向分散式的綠能發電,但實際執行多少以及是否有能力執行?都需要嚴格檢驗,因為不管哪一黨執政,政府從未針對過去輸配電系統進行整體盤點與檢討,無法動搖到台電數十年來保守的電力系統。
例如電壓控制與調整不平衡造成大量電力的浪費,甚至引發事故,例如台電於2010年展開至今的第七輸變電計畫,是否是以分散式發電為前提進行規劃?智慧電網、微型電網的布建是否有具體的規劃和時程表?都未見中央積極研擬與推動,這是台灣刻不容緩的能源基礎工程,必須同時著重強化電力需求面的管理與調度彈性,輔以電力備援系統,降低因單一事件對整體供電穩定的影響,才能在未來面對各種天災意外時,強化電力系統彈性調度的能力。
電網是否能保持安全與穩定,才是這一波危機真正該重視的問題,不要以為只要有核電就可以解決,也不該認為把核電廢了就可以解決,這不是單一電廠的問題,也不是核電存廢的問題。
與其把力氣拿去做口水戰,還不如認真檢討電網管理問題的改革方向,如果政府真的有心要發展綠能,則更需要盡快推動新一代彈性的新式電網建設,現行包括電壓調節、保護系統等以及饋線的運轉作業等,都需要大幅度的調整,不只需要硬體升級與擴建,還要立下足以立即因應電量變化的制度規範,不然無法應付未來逐漸增加的再生能源電量,這也才是前瞻計畫真正該投入資源的建設。
文章內容資料原始來源:
http://www.storm.mg/article/316668
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