集成电路是一种微型的电子器件，采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件集成在一起，制作在半导体晶片或介质基片上，使电子元件向着微型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。由于集成电路的生产工艺复杂度高，一旦供电系统出现问题将会对芯片的生产造成重大影响，带来巨额的经济损失。目前集成电路的生产企业的供电系统存在故障隐患，亟需进行优化来提升供电系统的可靠性，确保电子器件产品的生产质量。
中航太克（厦门）电力技术股份有限公司 总工程师何春
1 现有供电方案亟需改进
半导体制造过程中有两大特点：一是生产过程对原料纯度和环境洁净度、温湿度有较高要求。二是芯片制造工艺复杂度高，制作过程环环相扣、层层相连，从最初的硅晶片加工到芯片封装离厂，整个过程有上百道工序，持续时间甚至长达两三个月，制造过程中任何一道工序加工出错，均会导致整块晶圆片报废，造成巨大损失。
在供电系统设计上，目前半导体制造企业供电系统多采用10/35 kV双路电源供电，厂内自备柴油发电机作为应急电源，根据生产设备对供电质量要求的严苛性，将负荷接入不同的母线中，并对光刻机、离子注入设备等敏感重要负荷采用大功率UPS供电的方案来保障敏感负荷的工作正常。在现有的供电方案中，虽采用双电源解决了厂内负荷短时供电中断问题，并使用UPS保证关键性设备不受电压暂降等影响，但外部电源与备用电源间的切换过程由机械开关来完成，会对用电负荷造成供电短时中断。其次供电系统双电源取自10/35 kV配电网，线路共用负荷繁杂众多，造成系统用电负荷故障率增大，并且简单地采用敏感负荷归集后，统一采用大功率UPS供电难以取得理想的效果，治理成本高，经济性欠佳。
2 供电方案优化设计
针对半导体制造企业现状，为保护敏感负荷的运行正常，应当采用以下的设计方案。即采用分级治理的设计理念。在高压侧根据实际厂用电情况，选择厂用电接入母线电压等级，并采用快速切换开关对电源进行切换，以满足敏感负荷对电能质量的苛刻要求。在低压侧根据设备重要程度、设备在整个工艺过程中作用以及设备对电压暂降的耐受程度进行划分，选择接入动态电压恢复器以及UPS设备。以上几种方式应根据厂用电实际情况，同时配置或单独配置。
在高压侧进行高可靠性供电方案设计应从以下几个方面考虑。
首先，为避免用电设备故障对整条线路的电压干扰，采用更高电压等级，例如110 kV的供电网络对半导体芯片制造厂供电。其次，避免与高铁牵引站、化工厂和钢铁厂等具有大功率非线性或冲击性负荷的用户同母线供电。若采用10 kV或35 kV供电系统，尽可能采用专线供电，且应避免与具有大功率冲击性或非线性设备的用户同母线供电。最后，采用地下电缆代替架空线，减少短路故障发生率，并对二次侧保护装置进行优化处理，加快故障清除时间。
对低压电气系统来说，应按照负荷重要性、设备受电压暂降后的影响程度及方式，有针对性地进行差异化配置。从保护整厂设备角度考虑，应优先配置动态电压恢复器，并合理配置超级电容作为储能部件。对关键负荷或对电压暂降极为敏感的设备，优先选择集中式大功率UPS，并配置锂电池作为后备储能部件。3 优质设备提高供电可靠性
动态电压恢复器是一种新型的电能质量治理设备，具有响应速度快、补偿准确和效率高等特点。在电压暂降、电压暂升和短时中断发生后，可在几个毫秒内通过逆变器输出电压值，保障负荷供电电压的恒定。
传统的动态电压恢复器是通过补偿变压器进行电压补偿的，在三相跌落至0%时无法工作。中航太克开发的新型动态电压恢复器是基于全电压输出逆变原理的，设备可以在超级电容的支持下输出额定电网电压，因此在单相跌落至0%、三相跌落至0%情况下都可以正常工作，大幅优化了传统的动态电压恢复器的性能，是一款革命性的产品。
在供电质量方面，UPS能从根本上解决电压暂降、短时中断等电能质量问题。保障工厂设备的正常运行。中航太克集成电路专用的工业级不间断电源系统具备以下特点：①单机最大功率达到800 kV·A，且可以最多6台并联；②采用双DSP+FPGA的多核控制系统相互配合，外设集成度高，数据及程序存储量大，A/D转换精确快速，增强产品可靠性；③整流器采用三相IGBT整流拓扑，通过有源功率因数校正技术，保证输入功率因数≥0.99，输入电流谐波畸变率≤3%；④逆变器采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术，提高直流利用率的同时，大大提高产品稳定性和效率，具备100%不平衡负载能力；⑤直流侧采用DC/DC双向变换技术，具备完善电池管理功能；⑥采用N+X无主从自适应的并联技术，配置简单，现场调试方便快捷，轻松实现多机并联；⑦标配输出隔离变压器，实现UPS设备与输出负载的完全电气隔离；⑧机型高功率密度设计，结构紧凑。采用隔离风道设计，控制部分、功率电路与磁性元件完全风道隔离，有效提高板件防尘能力，增强设备坏境适应性；⑨具备友好的人机交互界面，通过高分辨率触摸屏可轻松实现操作；⑩具备完善的通信功能，可通过RS 485、RS 232、RJ45等多种通信接口，实现与终端监控、BMS等设备的相互通信。
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