台灣村田MuRata
研發處長
Steve Lee
美商懷格股份有限公司
Field Application Engineer
張仁程
羅姆半導體股份有限公司
設計中心副所長
林志昇
雅特生科技 嵌入式電源
亞太區通路管理資深經理
林哲毅
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大至資料中心、電動車,小至3C產品及穿戴式裝置等,各種應用領域對於電源效率的要求越來越高。在此一趨勢下,電源架構勢必有所改變,相關元件材料也需進行創新,才能滿足日益嚴苛的電源需求。此外,擺脫線纜是充電方式的終極追求,包括手機、穿戴式裝置,甚至是電動車應用都在持續嘗試更高效率、更快速及更具成本效益的無線充電技術。
針對這些日新又新的技術及應用領域,DIGITIMES特別於日前舉辦「電源技術論壇 - 高效能電源技術設計趨勢」,邀請來自產官學界的專業權威人士分享電源技術的最新發展。
高效電源架構創新---改變架構拓樸設計 精進包
大至資料中心、電動車,小至3C產品及穿戴式裝置等,各種應用領域對於電源效率的要求越來越高。在此一趨勢下,電源架構勢必有所改變,相關元件材料也需進行創新,才能滿足日益嚴苛的電源需求。此外,擺脫線纜是充電方式的終極追求,包括手機、穿戴式裝置,甚至是電動車應用都在持續嘗試更高效率、更快速及更具成本效益的無線充電技術。
針對這些日新又新的技術及應用領域,DIGITIMES特別舉辦「電源技術論壇 - 高效能電源技術設計趨勢」,邀請來自產官學界的專業權威人士分享電源技術的最新發展。
改變架構及材料 追求更高效率
歐美電動車銷量增加,加上大陸自有品牌車型積極投入等因素,電動車市場預期將持續成長,水漲船高之下,電動車電池市場前景看好。
不過,電動車要快速普及,電池成本的下降是關鍵所在。也因此各相關業者無不積極利用各種方式來降低電池成本,幾年努力下來頗見成效。
根據麥肯錫研究報告指出,電動汽車的電池成本已從2010年的1,000美元/kWh降至2016年的227美元/kWh,下降幅度約達8成。此報告並預測電池組成本至2020年將降至190美元/kWh,並在2030年達到100美元/kWh。可以想見,這樣的電池成本將能帶動電動車價格的下降,屆時甚至能真正
隨著充電功率提升且速度加快,手機品牌大廠紛紛推出搭載無線充電功能的手機產品,近來此領域最重磅的消息當屬蘋果i8將導入無線充電。隨著此類消息的層出不窮,無線充電市場可望持續加溫。根據市調機構IHS預估,至2025年,無線充電接收端與發送端設備的總出貨量將達到28億台,數量驚人。
回溯無線充電技術的發展史,經過一番整併後,目前無線充電技術主要由AirFuel Alliance及無線充電聯盟(WPC)這兩大陣營主導,採用這兩大陣營新版規格的無線充電產品皆已商用量產。值得一提的是,由於磁共振(Magnetic Resonance;MR)及磁感應(Magnetic In
電動車無線充電技術持續進展,相關市場也逐漸啟動。值得注意的是,高通(Qualcomm)和WiTricity等主要無線充電晶片業者,近來明顯將布局觸角伸進大陸市場,已有車廠及系統業者取得技術授權。對此,長期浸淫無線充電領域的車輛研究測試中心研究發展處李廷恩博士表示,「綜合業界消息,預計在2020年就可看到電動車無線充電產品在大陸大量上市,無論是做為標配或選配方案。」
這樣的市場走向有跡可循,畢竟大陸已躍居全球最大電動車市場,且根據大陸官方發布的《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》,就曾指出將針對電動車建置高效率、低成本的無線電能傳輸系統,時間點就落在2020
利用磁場傳輸功率,能夠實現無線充電的便利性,此類無線充電技術在近年有長足發展。然而,長久以來,此類技術始終存在材料厚度無法有效縮減的問題,這是因為材料厚度和傳輸功率為正相關,也就是說,若要求傳輸功率高,材料厚度就得加厚。
針對此問題,工研院材化所電磁材料元件研究室研究主任唐敏注說明指出,「開發飽和磁化量更大的導磁材料是有效解方。」循此途徑,工研院已研發出一款薄形電感材料,可縮減無線充電模組厚度。
材料特性最佳化 提高充電效率
材料的不同,對於線圈的電感量大小、傳遞功率大小等皆有所影響
相較於消費性及IT產品,醫療及工業系統對於電源模組的要求有其不同之處。其中,醫療級的電源模組強調高精密度及可靠度,且在設計之初就需考量是否能通過相關的醫療安規,例如EN60601-1和UL ES60601-1等。至於工業用電源除了同樣要求可靠度外,還需符合各個工業領域的特定安全規範,以及一般來說較大的功率需求。
「以侵入式醫療設備為例,其受體都是活體,輸出功率不容有些許差錯,因此對於電流及電壓的精確度就有較高要求。」雅特生 (Artesyn) 資深經理林哲毅進一步說明,「所以電源模組業者就必須提供高品質的電源,無法允許太大的Tolerance。」雅特生科技專門設計和生產的
在節能減碳的趨勢發展下,寬能隙(Wide Band-gap)材料功率半導體由於能顯著提升電力使用效率,因此愈來愈受到矚目,逐漸導入電源供應器、太陽光電逆變器、電動車(EV/HEV)等電力電子系統應用。
身為台灣首家聚焦於寬能隙高功率半導體元件的設計公司,該公司總經理李傳英博士強調,「我們專注在小型化、低功耗與高效率碳化矽(SiC)與氮化鎵 (GaN) 功率元件的開發,希望能夠協助更多產品朝向高效率節能的方向發展,這是我們做為地球公民該盡的責任。」
相較於業界之前慣用的矽功率元件,寬能隙元件到底對於電的使用效率有何助益?以日本空調系統為例,僅僅是利用S
電動車市場規模若要持續擴大,電池及充電問題絕對是重中之重。整體來看,雖然電池容量愈來愈大,也已能滿足長距離行駛,然而電池終究會沒電,充電站的普及佈建仍屬必要,且一旦充電站數量夠多且夠方便,電池也就不用無止盡地朝大容量發展,這有助於降低電動車成本。從此思維出發,能提供充電便利性及安全性的無線充電,在近來越來越受到矚目。
看好無線充電在電動車領域的發展前景,台灣產官學界皆已有所投入。其中,由中興大學電機工程學系講座教授林俊良教授帶領團隊研發的電動車無線充電方案,已取得三項發明專利,技術移轉洽商中。
裝置巨磁阻 解決「對不準」問
電池技術在近期屢有突破,相關市場前景備受看好。對於消費性電子而言,電池能量密度及快速充電技術的導入,是近期的兩大觀察重點。至於動力電池方面,IEK產業分析師呂學隆表示,「受惠於歐美及大陸電動車市場的崛起,動力電池的市場仍將繼續保持兩位數的成長。」
目前的主流動力電池類型概分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等,其中,由於鋰離子動力電池在能量密度、電壓、循環壽命、無記憶效應等方面的表現都優於其他種類電池,因此電動汽車多採用鋰離子電池。
根據大陸化學與物理電源行業協會動力電池應用分會日前發布的《2016年中國新能源動力電池產業發展報告》指出,全球
大至資料中心、電動車,小至3C產品及穿戴式裝置等,各種應用領域對於電源效率的要求越來越高。在此一趨勢下,電源架構勢必有所改變,相關元件材料也需進行創新,才能滿足日益嚴苛的電源需求。此外,擺脫線纜是充電方式的終極追求,包括手機、穿戴式裝置,甚至是電動車應用都在持續嘗試更高效率、更快速及更具成本效益的無線充電技術。
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高效電源架構創新---改變架構拓樸設計 精進包
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改變架構及材料 追求更高效率