各國市場的環保意識抬頭，且2021年於聯合國氣候變遷大會COP26(Conference of the Parties)共同通過新協議「格拉斯哥氣候公約」，意旨為了避免氣候變遷危機，應努力將全球平均氣溫上升的幅度，控制於2℃之內。此公約明確展現了全球各國應該減少碳排放量，並目標於2050年實現淨零排放。
淨零排放目標帶動科技產業對於降低碳排的需求，促使設備商推出新產品來增加競爭優勢。例如汽車市場中的電動車(EV)即是眾所皆知的趨勢，而電動車市場的快速發展帶動充電樁的需求，因此測試設備商也進一步的針對充電樁，研發符合測試規格的測試設備。
根據調查，在2019年全球交流電源市場規模約為10億美元，並且預計到2024年將達到11億美元，CAGR為2.4%。市場區域分布第一大在亞洲區為55%、其二為北美地區23%、第三為歐洲區的16%、剩餘的占市場6%(圖1)。由於在亞洲最大的製造測試需求下，亞洲在交流電源供應器(AC Source)銷售額中占比最高(55%)。按應用畫分的市占率第一大類在製造測試37.77%、其次為研發與設計19.08 %、第三為航太應用17.73 % 、第四為其他類別16.82%、第五為軍事用途類8.6%(圖2)。
交流測試設備應用場景多元
交流電源供應器主要產生不同的電壓來對應各國不同的電源測試需求，並且針對各國的市電產生不同的頻率、提供穩定的輸出電壓、隔離輸出、功率測量，並具有低波形失真與保護電路(表1~2)。
交流測試設備在工廠端的應用成本較低，可直接用於測試待測物。同時也能運用於一般研發部門、品質管理部門與可靠性測試部門。另外執行產品的燒機測試工作也可降低成本，因為在自動測試系統部分，僅需針對機架安裝尺寸進行設置。軍用與航空、航太應用可透過交流測試設備提供高功率能力，生產測試部分在電源變壓器產業與交流電機產業主要注重高浪湧電流與輸出電流折返。而交流測試設備可直接依應用端場域不同，來模擬所需的功能特性(圖3)。
此外，可程式交流電源的基本架構，是經由市電提供相對應的交流電源再轉換為直流電源，而只要有轉換則會造成能源損耗(圖4)。損耗的部分時間久了就會對環境產生傷害，因此1998年歐洲公布準則EN 61000-3-2法規，規定75W以上的電器必須配備功率因素校正器(Power Factor Correction, PFC)。各國也陸續跟進這項規定，如Europe- EN 61000-3-2、UK-BSEN 61000-3-2、Japan-JIC-C-61000-3-2、China-CCC(China Compulsory Certificate)。
所以設計人員在設計產品的過程中，透過PFC提升功率因數，使其趨近於1來減少能源損耗。而PFC的目的是提升視在功率與實際功率比，例如60W PSU轉換效率為80%，輸入功率大於75W時，則需要PFC符合上述要求。如果60W PSU轉換功率超過81%以上，那麼輸入功率為74W，就不需要PFC。非PFC模式中，功率因數只有0.4~0.6。PFC模式中，功率因素可達0.95以上。在進入「直流變壓器」階段，此模組主要將交流電源轉換後的直流電源隔離後提供兩組直流電源輸出，最後再由「直流電源變換為交流電源」來輸出兩組所需的電壓與電流，並透過「數位控制模組」來調整交流電源輸出。
SiC功率元件應用
IGBT主要運用頻率是100 KHz以下於10MW左右的產品，而SiC是在1MHz以下於10MW以下的產品，其產品應用包含傳輸、太陽能、電動車、馬達驅動等，並且因SiC可用作於較高頻領域因此有逐漸取代IGBT的趨勢(圖5、表3~4)。
圖6中以負載600A來舉例SiC的切換損耗為1000W，而IGBT在同樣600A條件下切換損耗為3000W。而圖7中IGBT在500A時已到達溫升175度，而SiC則是在800A才到達。因此由上述數據可得知，SiC MOSFET在切換損失(Switching Loss)與導通損失(Conduction Loss)與溫升表現都優於IGBT。
以目前市場上的測試設備而言，SiC MOSFET產品根據各種優異表現，而應該受到廣泛採用，但是普及程度不如預期，主要的原因包含價格太高，以及用於舊機種產品替換時需，考慮其負壓電源驅動問題，但是在IGBT價格與電氣特性對比下則無此問題，因此目前在測試設備需求上仍有固定的用量。而SiC Diode部分因較無電氣特性上的考量，因此終端客戶只需考慮交期、價格是否可滿足視需求而導入。SiC模組部分則因產品製程提供了較小的導通阻抗，因此在導入於電動車市場應用占有一定的規模，但在其測試設備部分，主要仍受限於價格，接受度還是較低。
(本文作者為茂綸FAE Assistant Manager)
參考資料
[1]https：//www.onsemi.com/
[2]https：//www.digitimes.com.tw/tech/ dt/n/shwnws.asp?id=0000222780_QJL8 WRA27MPMYK17CDT4O
[3]http：//www.tyata.org.tw/common/ data/voltage.html
