節能系統晶片：啟動綠色科技金鑰

【2011年綠能電子產業論壇　紀實錄】

要發展綠能電子應用，全賴一顆顆有創新節能技術的系統晶片扮演關鍵核心。然而，放眼全球供應鏈和專利佈局，國際大廠密集插旗的結果，台灣產業勢必要加快產官學界資源的整合腳步，找出差異特點，儘早卡位、求發展。

無線視訊娛樂、風與光雙模發電、電能回收燒機測試、混電綠能住宅，還有智慧電網──這些獨立一方的新興能源研究領域有個交集點，那就是採用先進的節能系統晶片設計。這些嶄新的綠能電子應用是「NSoC橋接計畫」最新發佈的學術研究成果，也逐步接洽技術轉移到能源科技產業，以期提升台灣半導體產業在系統整合與研發製造的競爭力。

在五月12日舉辦的「綠能電子產學論壇」中，四家大學的研究團隊以實機和研討方式公開他們的首期研發成果，包括長庚大學「應用於風力太陽能發電系統之多模節能最大功率追蹤晶片開發」、台灣科技大學「高效電能回收型燒機測試系統」、中興大學「結合太陽能與市電併聯的智慧型監控系統」，以及交通大學「無線視訊娛樂多系統整合與節能技術」。此外，從事能源科技二十多年的康舒科技也同場分享台灣在智慧電網供應鏈的位階和挑戰，專利律師陳啟桐則整理出國際綠能電子的專利佈局現況。

★風與光，追蹤最大功率的雙模發電

長庚大學大學電機系李建德教授帶領的研究團隊，利用林口地理環境特有的風力資源，投入「風與光－風力與太陽能」雙模發電系統的研究。目標是發展出一種系統控制晶片，追蹤兩種發電模式的最大功率。

長庚大學團隊的研究成果之一，是在1.5kW風力發電系統中，採用一種背對背的轉換架構──把風力發電的變頻交流電，轉換成60Hz定頻交流電，而後並聯到市電系統。這套轉換架構運用一種創新的最大功率演算法，並研發出一款節能控制器。當發電系統執行風力發電最大功率追蹤時，可擷取最大風能使用；一旦進入無風狀泰，則關閉轉換器以降低耗能。二者之間採取自動切換機制，節能功效顯著。

此外，長庚大學還在太陽能發電系統中，發展出交錯式升壓型轉換器的緩震電路，可提高5%的整體發電效率。同時發表一套應用在備用電源系統中的能量回收電路，可提高4%備用電源轉換器效率。

★電能回收再用，混電智慧監控

台科大電子工程系團隊針對「電能回收」議題，發表一套高效能燒機測試系統。這項研究的動機是看到電機電子產品出廠前，都要經過一道燒機測試手續，以剔除不良品。但傳統的燒機測試系統──無論是採用電子式負載還是RLC負載，不但會完全消耗待測物的負載功率，產生高耗能源，也在電能轉換成熱能的過程，形成熱汙染；更別提啟動冷卻系統，會讓耗能問題再加上一筆。

主持專案的羅有綱老師表示，高效電能回收型燒機測試系統可達成節能目的，在於改良了待燒機測試的電源供應器的電流模式(包括直/直流轉換器、直/交流轉換器)。該系統以模組化設計，透過一組節能控制晶片，彈性組合、連接不同輸出規格的電源供應器，也能同時進行多組電源供應器的燒機測試，甚至把散熱用的電源轉回與市電並聯，提供市電使用。

由許恒銘老師帶領的中興大學電機系團隊，則發表一套智慧型電力監控系統，以模擬太陽能與市電混合供電的節能屋，如何實現綠能住家的理想。

這套智慧型監控系統採用的線路主幹是電力線(Power Line)，以幾盡無成本的概念借用了台電在住宅建築物的最後一哩配線，不需要額外建置無線通訊設施，就能進行自動化電力使用計量和供電系統的監控。該系統的混合供電架構會優先執行太陽能發電，以高、低功率的再生能源雙模組，進行電力轉換作業，其中低功率模組可經由繞製交流變壓器，進行不同規格的電壓轉換。

★視訊娛樂，也要智慧節能

隨著寬頻網路的普及、互動式應用盛行，加上消費者崇尚多樣風貌的個人行動娛樂，無線影像娛樂應用也成為新世代科技發展的顯學之一。因為目標使用群龐大，耗能的問題也不容忽視，無線視訊娛樂也漸趨靠向節能技術發展。

專案主持人之一交通大學電子工程系黃威老師表示，無線影像娛樂的技術在於尋求低功率消耗、節能運算，多處理器的頻寬與效能、多系統融合，整合異質多核心的系統晶片整合，記憶體節能管理等議題。

以採用異質多核心系統晶片的隨選記憶體子系統為例，它建立以記憶體為重心的晶片連線網路，提供異質多核心晶片一個節能平台，動態調整記憶體頻寬，以達到最好的執行效率與能源效益。黃威透露，這種智慧節能技術未來可望應用在立體視訊的智慧型通訊系統，進一步展現其節能功效。

★智慧電網供應鏈，台灣力求卡位

金仁寶集團旗下的康舒科技則分享「智慧電網(smart grid)」市場的供應鏈發展現況。智慧電網區分為：發電、輸電和用電三個層面。發電主軸在電能轉換，新能源以風力、太陽能與燃料電池為主；輸配電網的重心是有效電能管理，牽涉智慧型變電站和配電系統自動化；用電設備則要求有高效率節能特點，涵蓋電源供應器、充電器和汽車充電設備等。

康舒總經理高青山指出，能源資通訊技術在低碳經濟扮演關鍵角色。台灣資通訊產業雖然位居全球領先地位，但綠能科技強調跨領域－－特別是電力與資訊產業的整合，單一廠商的技術難以切入市場。其中的電能計量與資料擷取處理技術又多為國際大廠把持，影響了本地業者的商業模式，技術發展也不易深入。

高青山進一步指出，台灣現有電力市場與相關專業廠商的作風保守，在資訊科技業者尋求共同合作與技術開發上確實遭遇障礙。不過，他也觀察：「新一代讀表基礎架構，傾向運用光纖和市電線路傳輸技術，不失為台灣產業投入資源發展自有核心能力、爭取商機的方向。」

-----綠能電子專利佈局分析 (資料來源：律師暨專利師陳啟桐)-----

全球綠能電子相關發展專利技術概分為五大類，各領域的專利領先度，並沒有寡佔現象，而由不同區域或國家取得專利領先，茲摘要如下：

◎可攜式電子智慧型電池管理：歐盟發展較早，中國急起直追；2005~2006年是專利核准高峰。「節省電力裝置」、「電源供應器(如穩壓裝置)」的專利數最多。

◎電動車智慧型電源供應：美國、台灣與中國自2004年後逐漸掌握核心技術；專利件數較多的技術為「用於電池組之充電或去極化或用於由電池組向負載供電之電路裝置」和「電動車輛之電力裝備或動力裝置」。

◎LED驅動IC：美國、歐盟與台灣在2010年技術達到成熟，專利件數以「用於一般電光源之電路裝置」最多。

◎功率因數校正：各國專利產量高峰落在2005~2008，以「調節功率因數：調節無功電流或無功功率」的專利數量最多。

◎無線通訊及智慧型電網：美國與歐盟在2004~2007年達到高峰，中國在2009年達到件數高峰。技術分類以「測量值、控制訊號或類似訊號之傳輸系統」最多。