半导体行业解决方案

1. 场景与业务需求

1.1 典型关键负载（按区域）

• 工艺区（洁净室）：光刻（EUV/DUV）、刻蚀、PVD/CVD/ALD、离子注入、CMP、清洗与烘烤、计量与检验（CD-SEM、AFM）。

• Sub-Fab/公用工程：真空泵与干泵控制、废气/废液处理与焚烧（Abatement）控制、化学品与SLURRY配送、UPW/废水站、CDA/N₂/特气面板PLC。

• 厂务与环境：AMHS（载具缓存、OHT/轨道车）、洁净空调（MAU/FFU控制）、BAS/消防、应急照明。

• IT与控制中心：MES/APS、设备接口中间件、FDC/SPC服务器、虚拟化与存储、网络与安全设备、时钟同步。

1.2 业务目标与电能质量

• 设备“安全态”与“晶圆保全”：突然失电前完成抽气/充氮/腔体Purge/晶圆退片或驻留保护。

• 零切换/低畸变：应对电压暂降、短时中断、频繁切换；对非线性/脉动负载（RF、脉冲电源、VFD）保持低THD。

• 冗余/可维护：N+1/N+N架构、不停电检修；空间受限、密度高、易扩容。

• 可视与可审计：统一接入FMS/SCADA/DCIM，满足分级权限与安全审计。

• 低TCO：高效率曲线、策略化控电、预测性维护与快速回充。

2. 总体架构（厂级→工艺Bay→机柜/设备）

2.1 双母线与分区供电

• 上游市电A/B与柴油机/储能构成A/B双母线。

• 厂级/车间级三相UPS形成A/B冗余列，下行至各工艺Bay/机房列头柜。

• 机柜/设备端：双电源设备直接接A/B；单电源设备用ATS/STS（先断后合）获得不间断冗余。

2.2 UPS分层配置

• 核心/IT层：模块化三相UPS（20–200 kW/柜），并机N+1，支撑MES/存储/网络与指挥中心30–60 min。

• 工艺Bay层：就近设置10–60 kVA三相或小三相UPS，为设备控制柜、计量与关键外设供电10–30 min。

• 设备就地层：1–6 kVA单相UPS接入设备控制器、环控/气路面板、真空阀与传感器，5–15 min完成停机序列。

• Sub-Fab层：干泵与焚烧控制回路在UPS上，动力侧不接或仅保关阀与控制，避免超大后备。

2.3 旁路与检修

• UPS内置静态旁路保障故障/过载时瞬时接管。

• 每台UPS配维护旁路（MBP）与清晰的停送电票，确保不停电检修。

3. 选型策略与电能质量控制

3.1 拓扑与形态

• 统一采用在线双变换（VFI），满足零切换与低THD；电网质量良好时可启用高效模式（自动回切）。

• 模块化UPS优先：功率密度高、热插拔、MTTR低，适合Fab扩产节奏；机柜/机台附近用塔式/机架RT机型。

3.2 容量与冗余

• 负载核算：

  $$P_{ ext{sum}}=sum P_{i} imes ext{利用系数} imes ext{同时系数}$$

  UPS选型：

  $$P_{ ext{UPS}}ge P_{ ext{sum}} imes(1+20$$

• 输出PF=1机型优先（kVA≈kW）；对脉动/冲击负载核对浪涌/峰值电流与逆变器过载能力（如125%/10 min、150%/1 min）。

• 冗余策略：N+1起步，IT核心或牵引多Bay建议N+N；并机控制避免单点（等主均衡思想）。

3.3 谐波与EMI

• 上游以高输入PF/低谐波整流减小冲击；必要时入口滤波与相间均衡。

• 对敏感计量设备（CD-SEM等）保持接地/屏蔽一致性，抑制共模干扰。

3.4 电池与后备分钟数

• VRLA：5–30 min经济方案；锂电：15–60 min、占地小、回充快、寿命长。

• 工艺设备：10–30 min（完成抽气、充氮、停车序列）；AMHS：15–30 min（车辆回库/下线）；IT：30–60 min。

• 近似估算：

  $$t pprox rac{E_{ ext{电池(Wh)}} imeseta_{ ext{系统}}}{P_{ ext{负载}}}$$

  实施时按倍率/温度/老化与最低母线电压校核，并以回充≤4–8h反推充电电流与组数。

4. 配电、末端与工艺联动

• 选择性配合：列头柜→分支→设备端断路器整定，确保故障选择性跳闸。

• 机柜ATS/STS：单电源机台实现毫秒级切换；机台内部“控制与动力”电源分域，UPS仅接控制与关键阀件。

• ePDU/BCM：插座/回路计量与分组上电/延时/重启；异常时先保关键回路、延时关断非关键冷却或外围，拉长有效续航。

• 工艺“安全态”脚本：UPS事件触发机台安全停机序列（退片、关阀、惰性气体置换、真空状态保持）。

5. 监控、联动与网络安全

• 就地HMI：输入/输出、电池SOH/SOC、效率、告警与趋势；

• 集中监控：UPS/电池/ePDU/ATS接入FMS/SCADA/DCIM（SNMPv3/REST/Modbus/BACnet），统一告警与报表；

• 自动化联动：根据剩余后备时间/荷电量/温度阈值触发工艺停机脚本、AMHS下线/回库、IT顺序关机或迁移；

• 安全基线：强认证、协议白名单、分权分域、日志留存与固件管控；关键区可采用监控只读与隔离网段。

6. 实施与测试

6.1 里程碑
需求冻结→设计联审（单线、配电、接地/屏蔽、SPD、消防/泄压）→FAT→进场安装→SAT→试运行→移交培训。

6.2 测试清单（摘选）

• 通道：整流/逆变/静态旁路/维护旁路功能与切换时间；

• 负载：过载能力、脉冲电流应对、效率/热像；

• 电池：自检、容量、回充时限、温补；锂电核对BMS点表、分舱/灭火与泄压；

• 工艺联动：不同分钟数下的安全态演练；AMHS下线/回库；IT顺序关机；

• 监控：点表核验、Trap/邮件/工单链路、账号与审计。

7. 运维与SLA

• 7×24远程监测与本地值守；预测性维护（趋势、健康度SOH、更换建议）。

• 巡检：月度外观/端子、季度内阻/温度与日志、年度容量/演练；

• 备件与电池周转库、回收合规；MTTR按小时级目标。

8. 参考BOM（可按Bay复制）

9. 方案价值

• 更稳：VFI在线、A/B双母线、N+1/N+N冗余、ATS/STS与旁路完善，工艺安全停机可验证。

• 更省：高效率曲线+高效模式+插座级策略，降低PUE与停线损失；锂电节省占地与回充时间。

• 更易管：统一监控、分级权限与可审计，电力—工艺—IT联动闭环。

• 更易扩：模块化与分层架构，随扩产滚动扩容，BOM可复用。