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交流vs.直流 ？
明緯企業股份有限公司
集團研發協理
簡鵬輝 -
垂直傳輸供電-The Last Mile
美商懷格 Vicor Corporation
應用工程師
張育展 Ray Chang -
高功率無線充電技術之應用趨勢與設計挑戰
國立臺灣科技大學
特聘教授兼產學長
邱煌仁
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論壇報導
迎接5G時代 電源產業做好準備
5G時代來臨，改變許多電子產品的設計內涵。由於擁有高速傳輸、低延遲等特性，5G基地台的運作需仰賴更多電力供應，且由於5G傳輸距離較短，所以需要的基地台數量為4G的數倍以上，才能達到相同的覆蓋率。此外，物聯網裝置也朝向更微型、更低功耗方向發展。
這兩大趨勢進一步要求電源方案的高功率、智慧化電源管理及體積縮減，以實現高效率、高安全、低功耗及微小化。為了達成這些目標，電源業者積極投入半導體材料、電源管理IC及電源模組的創新，以因應5G時代帶動的新需求。
為了讓電源產業相關人士能夠全盤了解5G趨勢下的電源設計方向，DIGITIMES特於日前舉辦「D Foru
強化台灣電源產業技術實力 學界扮演關鍵角色
電力電子技術持續進展，台灣電源產業的成績有目共睹，這除了歸功企業的努力外，來自學界的力量也是重要關鍵，例如臺灣科技大學電力電子技術研發中心，長期扮演技術軍火庫的角色，協助台灣電源企業增強全球競爭力。該研發中心近期積極投入的高功率無線充電技術，就是業界亟需的重點技術。
投入無線充電領域，研發高功率技術
臺科大特聘教授兼產學長暨電力電子技術研發中心主任邱煌仁指出，「無線充電行之多年，但是目前應用仍多集中於消費性產品的低功率充電，高功率充電由於技術難度頗高，因此尚未普及實現，學校實驗室的超前研發能量佈署，有助業
5G基地台電源方案 仰賴新材料及新技術
全球各國5G陸續開台，相較於前面世代的通訊標準，5G的網速傳輸速度更快，且延遲更低、連結更廣，5G帶來的不僅是更強大的行動通訊功能，更將促成智慧城市各項應用。5G好處很多，然而基地台的電源方案需要有新作法，氮化鎵(GaN)被寄予厚望。
5G的核心組網和4G完全不同，因此需要重建或新建5G基地台，在此過程中，改變的不僅僅是天線、BBU設備和RRU設備，電源換新也是很重要的一步。一般認為，氮化鎵元件具有高頻、高功率、寬頻寬、低導通等特性，且對電磁輻射敏感度較低，可在高溫、高電壓環境下運作，為理想的微波頻率功率放大元件，應用包括變頻器、變壓器與無線充電。
5G時代電源設計關鍵 如何破解電源系統的挑戰及對策
5G時代來臨，對於電源系統設計而言，系統效能的提升意謂更為艱鉅的挑戰，5G的高速通訊介面使用導致高頻率開關式(Switch)電源設計更為困難。
例如，一般而言，快速開關是有利的，因為可以顯著降低開關模式電源中的切換損耗，然而快速開關轉換也會帶來負面影響，像是EMI的增加，因此開關電源開發工程師必須在高頻率範圍內，想辦法在小型化、高效率及低電磁輻射間之間找到良好的折衷方案。
取捨高效率及低EMI，不再為難
ADI代理商茂宣企業應用工程經理郭永漢指出，ADI推出的Silent Switc
打造高效率USB PD充電器 氮化鎵(GaN)是解方
USB Power Delivery(USB PD)是USB開發者論壇發布的USB充電標準與技術，主要是為了解決過去各種行動裝置如筆記型電腦、手機的充電介面各行其是，導致市面上所有充電器皆無法跨品牌相容的問題，且USB PD讓所有充電、資料傳輸用一條線就能完成，在這個協定基礎上，電源業者持續發展電源效率更高、溫度更低、尺寸更小的充電器，而氮化鎵(GaN)正是解方。
與矽相比，氮化鎵擁有顯著的效率和尺寸優勢，一般預料在許多電源應用中，矽電晶體將快速轉換為氮化鎵，對此，荷蘭商包爾英特(Power Integrations；PI)是積極的推動者，對於氮化鎵相關技術和
直流供電優點多 百年後聲勢看漲
交流電與直流電力系統各有優缺點，不過，在過去一百年間，由於交流電的電壓升降轉換容易許多，因此電力系統的佈建多採用交流電。直到電力電子技術和半導體功率元件於近期出現長足進展，使得直流電壓轉換難度降低，相關應用也就逐漸增多，在我們的日常生活中，已經可以看到許多直流供電應用，如風扇、檯燈、照明、變頻冷氣、循環扇、乙太網路供電(PoE)等。
降低耗電及建置成本，市場期待高
一直以來多採用交流電，為何現在要推動直流供電？明緯企業集團研發協理簡鵬輝說明，交流輸電系統有其缺點，包括傳輸纜線成本高昂、不同電網無法連結、長
處理器工作電流增長 垂直傳輸供電滿足所需
隨著人工智慧、機器學習、大數據等高效能應用的出現，處理器工作電流持續增加，現在已經提高到數百安培；在未來，甚至是上千安培的程度，電源業者面臨極大挑戰。
傳統將大電流供電單元放置在處理器附近的負載點電源架構，的確可以減少主機板上的配電損耗，然而仍需面臨處理器與主板之間的互連難題。隨著處理器電流的增大，與處理器的剩餘這一小段距離，包含主板導體以及處理器插槽內的互連，現在已成為限制處理器效能和總體系統效率的瓶頸所在。
採用垂直供電，PDN電阻大幅降低
針對這最後一段距離，美商懷格Vic
PoE功率傳輸增加 簡化5G小型基地台設計
物聯網裝置愈來愈多，針對聯網設備架構的簡化，乙太網路供電(Power over Ethernet；PoE)是關鍵之一。何謂PoE？如其名稱所示，就是透過網路線向設備同時傳輸數據和供電，不必額外增加電源線。PoE產品可以大幅降低供電裝置及受電裝置的成本和複雜度。
近年隨著各種應用的不斷，PoE在功率、體積與整合度等方面也有與以往不同的需求，5G小型基地台對於高功率的需求即是一例。Silicon Labs(芯科科技)台灣區資深應用工程師何天仕說明，針對此類需求，Silicon Labs已推出相容IEEE 802.3bt標準的PoE產品組合，可將標準PoE功率提升一
電源完整性量測 確保配電網路最佳化
電子技術在近數十年的發展極為快速，產品裝置的功能愈來愈強大，這也為電源設計帶來極大的挑戰，業界需投入龐大人力、時間及設備，以優化電子產品中的配電網路(Power Distribution Network；PDN)，為電子元件和電路提供良好的電力，在設計過程中，電源完整性(PI)是重要關鍵。
滿足低頻至高頻需求，加速電源設計
配電網路的組成元素包括電源到負載的被動元件、半導體封裝互連等，電源輸出電力透過配電網路供應給負載，而電源完整性(Power Integrity；PI)，則是確認電源來源及目的端的電壓及
無電池系統設計 讓IoT裝置不用換電池
5G的高傳輸技術特性，帶動人工智慧物聯網(AIoT)趨勢崛起，連網裝置數量的快速成長也在預料之中，在這兩年之間甚至將突破千億個，這些聯網裝置的「電」從何而來？
在聯網裝置中，手機即使需要每天充電，也不會造成太大困擾；然而其他近千億個裝置即使一個月或一年才需更換一次電池，但由於數量龐大且可能位於偏
USB Type-C應用中選錯TVS造成的高度Latch-up風險
如今越來越多的電子產品選用USB Type-C接口，其影音資料傳輸速率快，使用方便。當然高速信號傳輸也更容易受到ESD等突波的干擾，因此在接口處添加TVS防護必不可少，但是若選錯TVS產品，就會造成系統出現Latch-up風險，導致Type-C接口的正常通信受影響，嚴重的話會因為EOS損壞電路。
USB(Universal Serial BUS)作為通用串行通信接口，具有傳送速率快、連接靈活、使用方便、支援熱插拔、獨立供電等優點，被各類電子產品所使用。如今最炙手可熱的當屬USB 3.1協定，其定義Type-C接口的信號傳輸速率最高可達10Gbps，並且支持PD(Powe
意法半導體推出USB-IF認證開發板
意法半導體(STMicroelectronics，簡稱ST；紐約證券交易所代碼：STM)推出USB-IF認證開發板，協助設備商升級電池供電產品，享受最新USB Power Delivery(USB PD)技術所帶來的好處，包括更快的充電速度、以及可以簡單重複使用的USB Type-C充電器和充電線。
隨著手機等電子產品的電池容量逐漸提升，通用快充生態系統正在迅速發展。最新USB PD充電器將最大功率提升到100W，而USB Programmable Power Supply(USB PPS) 功能則可動態調整電流電壓，優化充電效能。過去使用舊式USB micro-B插孔
