在全球实现碳中和目标的大趋势之下,新能源成为驱动世界经济与工业发展的重要动力之一,ST基于能源转换生态链,从能源产生、能源传输和存储、以及能源消耗三大环节出发,设立了三大工业技术创新中心,聚焦这三大能源领域,在电源&能源、电机控制、自动化三大细分市场中提供了优秀而广泛的产品和解决方案,专注和引领着增长最快的工业应用。

碳中和已经成为全球各国的重要目标和重大战略,同时也是世界经济发展与技术革新的推动力。中国将在2060年实现碳中和的目标,欧美将在2050年实现。要实现碳中和目标,不仅仅需要在政策方面发力,更需要企业以最快的方式履行节能减排的义务。在这一方面,意法半导体(ST)已经走在前面。截止2021 年,ST使用的电力中已经有 51%来自可再生能源,其碳中和的目标是到 2027 年实现 100%可再生能源的使用,并且也将帮助其客户达到同样水平(可再生能源的使用)。

2022年11月,ST举办了2022工业峰会,围绕着节能提效、工业驱动、技术创新、碳化硅、氮化镓,自动化及电机控制技术等方面,ST阐释了其已形成闭环的技术、市场及客户的生态战略。

ST的重点战略

意法半导体2022工业峰会的主题是激发智能 持续创新,在沟通环节,亚太区功率分立和模拟产品部、市场和应用副总裁 Francesco MUGGERI沐杰励先生介绍了ST如何通过各种举措赋能“可持续”和“技术创新”。

在全球能源消费的影响方面,Francesco通过详细的数据分析工业市场节省1%的用电量,就相当于15 座核电站的发电量;同时还能够减少3200万吨的二氧化碳排放量,对减少二氧化碳的排放具有重要意义。

此外,家庭住宅也有能源的使用。每个家庭有数个适配器和充电器——估计每个人至少有三个充电器或适配器,所有这些设备都一直连接电网,虽然大部分时间处于待机状态而耗电很少,但它们24小时的待机过程中也会消耗电量。如果减少这些设备待机状态的耗电量,将节省另外 10座核电站的发电量。

因此,只要做出一点点节能提效的努力,累积起来却能够节省大量的能源。

在分析了能源消耗积少成多的巨大影响力之后,Francesco说道:“ST所有解决方案的共同点都注重节能提效”

这应该是ST的核心技术驱动:通过工业技术把节能提效做到极致。

ST三大细分市场:专注增长最快的工业应用

工业市场主要由工业工艺自动化驱动。这个领域的复合年增长率很高,达到12%。

另一个驱动因素是电源和能源,复合年增长率达到10%。医疗电子的复合年增长率也达到10%。

还有一个市场:楼宇和居家控制(智能家居),它占据了另外一大部分市场份额。

此外还有安全和视频监控领域。

这些增长最快的工业应用也是ST专注的领域。

2022年,这些领域的总体市场规模(TAM)达到 720 亿(美元)。其中70% 的市场需求都可以通过ST的产品满足。ST在分立&功率晶体管,模拟器件,工业&电源转换IC,通用MCU&MPU 安全MCU,EEPROM以及MEMS&光学传感解决方案等方面都有丰富的产品线,这也反映了ST的产品组合既深入又广泛。

在这方面,ST重点划分了三大细分市场:电源&能源、电机控制、自动化。

针对这三大细分市场,ST提出了开发可持续性和效率的解决方案:通过能源产生、能源效率和节省能源三个环节组成的闭环,提供三大细分市场的一系列产品和解决方案。

 

由此,ST设立了三大工业技术创新中心。

ST三大工业技术创新中心:聚焦三大能源领域

ST的三大工业技术创新中心聚焦三个不同领域。

第一个技术创新中心致力于帮助生产清洁能源。

第二个技术创新中心致力于帮助提高解决方案和能源传输的效率。

第三个技术创新中心是通过引入自动化技术,帮助实现智能化,从而减少能源消耗。

ST 为什么要聚焦能源生产、能源效率和节省能源三大领域呢?这要从能源转换链中来分析。

从能源转换链看能源产生、能源传输和存储、以及能源消耗的重要性

能源转换链

通过上图,可以判断如何对这三个能源环节进行干预。

能源生产之后,需要进行传输,剩余的能源需要储存,传输和储存的能源用于最终的工业应用、智能城市、智能家居、数据中心、交通以及电子移动等领域消耗。

在能源生产端,包括了太阳能、风能以及储存的能源,对这些能源还要进行分配;

在能源的传输和储存端,有智能电网、能源存储等基础设施以及对它们的自动化管理;

在能源消费端,包括智能农业、制造和过程自动化,以及现在流行的新能源汽车和充电桩等,这些都需要考虑怎样节省、减少能源的消耗,这就需要自动化来优化能源的使用。

ST在能源转换链中提供了全环节的产品和一整套解决方案:

储能问题:未来重要的方向之一

其中,当考虑储能时,不仅仅需要考虑充电的电池和元件,以及能源储存的问题;还需要考虑其他的能源存储方式,例如可以生产氢气,然后用氢气(储能)。

同时,就能源传输而言,目前普遍采用交流电传输,但未来直流电传输可能成为一个能源传输发展趋势。

当笔者Challey问到:“目前储能领域越来越受到世界各国的重视,ST在产品和战略方面有什么新的布局?怎么看待未来储能市场的发展?”时,Francesco表示:“我认为目前储能极其重要。正如我之前所指出的一样,我们需要改变对能源生产的看法,不仅包括集中式的发电,还包括分布式的发电。举个例子,如果您想建造一个新的足球场,建成后每周或者每两周举行一次足球赛事,现在假定每周举行一次,每次赛事可能需要3~4个小时的照明。这个足球场需要电网供电吗?也许需要,也许不需要。足球场的屋顶上有一大块的面积,可用来在一周的时间里收集太阳能进行发电。然后,在一周的某一天晚上可能需要使用这些电能。如果之前已经将电能存储起来,那么就有现成的电能可用。”

“在能源储存方面,我们客户提出的其中一个意见就是安全性,这非常重要。所以不能忽视这个问题。在这方面,ST 能够提供一个完整的系统。需要注意的是,太阳能逆变器通常也分为电机型或混合型。我们所说的混合型太阳能逆变器能够将直流电(DC)转换为交流电(AC),并将电能传输给电网,或者进行DC/DC传输,将太阳能电池板产生的DC传输到DC存储设备当中。因此,这种转换是在具有专门拓扑结构的逆变器内完成的。ST有能力支持这种转换。产品是一样的,包括IGBT、SiC,以及未来的GaN和模拟 IC。我们拥有所有的产品来为其提供支持。”

此外,储能还有一个重要的方面是电池管理 IC。在这方面,ST能够提供广泛的产品来进行支持。这些产品借鉴了其在汽车电池管理方面的经验。ST将应用于汽车的电池管理 IC也应用到了工业领域。当然,汽车领域的电池管理IC是车规级,规格更高,这两个领域的技术类似,但产品不会完全一样。

亚太区功率分立和模拟产品部、商务市场总监Michael KUANG匡磊先生补充道:“在这次2022工业峰会上,我们展出了大量的储能产品,由ST赋能的、ST客户已经在大规模量产的产品。同时,我们今天两位客户的演讲也都是紧紧地围绕着光伏和储能来进行的。所以ST非常重视储能这一个市场。在储能领域,ST不仅仅有完整的产品线,同时我们帮助客户大幅提高了效率,特别是碳化硅的产品,可以赋能我们的客户提高效率,同时进行一些低噪音无风扇的方案。我们的STM32H7的MCU也是目前少有的能够做核心算法控制的Arm-based的方案。所以ST不仅仅是提供完整的方案,也帮我们的客户提高了效能。”

亚太区功率分立和模拟产品部,电源与能源技术创新中心应用开发经理Alex LI李晓先先生也说道:“首先,我们都同意现在储能是一个非常重要的发展方向。光伏是非常好的绿色能源,但是通常它具有不稳定性,白天的时候可能光伏发电很多,夜晚需要用电的时候可能没有。那我们需要把这个能源要么在电网存储起来,要么在本地存储起来。如果在电网存储的话,这对电网的动态响应有非常高的要求。正如Francesco说的一样,我们每周收集光伏电能,在周末足球赛的时候一起用掉。储能是一个非常重要的方向,也是一个非常重要的“器件”。进一步来说,储能这个器件在我们的未来动态电网里有非常重要的作用。它不是一个单独的储能,它是和光伏系统,以至于整个供电网络共同发挥作用的一个系统。”

ST储能网络的新产品和新方案

我们经常看到的电动汽车、充电桩是我们非常重要的发展方向,也是ST非常领先的产品和方案提供的方向。我们可以想象,如果一个小区里每个人的电动汽车都要充电,总功率将有多高?现在的电网没有可能一瞬间提供这么大的电能,那我们得用什么方式来处理?储能是一个很好的协调方式。但是如何提供呢?谁家的电池提供多少电?这是一个动态平衡的问题。这其实是一个智能电网的延伸——在新的形势下,在新的新能源网络,新的储能网络共同构成的智能电网延伸的问题。

这方面,ST也提供了新的产品和新的方案,以及智能化通信设备。一方面ST有碳化硅、氮化镓等产品带来的高性能高效率的电源产品和储能产品,另一方面有以光伏为重点的,包括集中式的和分布式的光伏系统,带来一个高效率的发电。还有电能的动态计量,智能电表,包括把它们都连接起来的信息管理网络,有线和无线的通讯,包括ST在业界领先的电力线载波通信系统。这些都是ST在客户推广、设计和部署中的方案。

在以储能为快速发展点、以光伏或新能源为能源生产端的新型的动态智能电网中,ST有完整的解决方案和专业知识和经验。

ST不仅仅只提供产品,还提供技术团队服务。ST三大技术创新中心之一的电源与能源应用技术中心有团队专门研发与智能光伏、智能储能,以及智能电网相关的解决方案。

在上面的战略重点和能源转换链中均提到了两种重要的技术,那就是碳化硅和氮化镓。这也是正不断发展,在未来非常重要的第三代半导体技术,ST在这两方面的技术研发和投入也走在了前面。

ST的碳化硅 (SiC)技术与投资

10月份,据报道,ST将在意大利建造一座价值 7.3 亿欧元的碳化硅(SiC)晶圆厂。这座新碳化硅衬底厂比邻意法半导体位于意大利卡塔尼亚(Catania)现有的碳化硅组件制造厂,未来将成为欧洲首座6吋碳化硅外延衬底的量产基地,整合生产流程中所有工序。

ST对新碳化硅工厂进行大量投资的同时也在自己生产裸晶圆,这座新工厂预计将在 2024 年底前生产出第一批裸晶圆。

在碳化硅技术方面,ST在高密度应用的高电压和快速开关方面有广泛的产品,包括分立、裸片、模块纵向集成等,并有着突出的优势。

ST的氮化镓 (GaN)技术与投资

ST已经在法国的图尔建立了自己的氮化镓生产线,并且已经斥资开发功率分立器件产品。ST已经有了系统封装产品,在这方面的发力很大。

ST的GaN技术允许更高的频率、更好的效率和更高的功率密度,于2021年基于MasterGaN平台的创新优势,推出了MasterGaN2,是先进功率系统级封装(SiP),集成了栅极驱动器和两个半桥配置的增强模式GaN功率晶体管,是一个适用于软开关有源钳位反激拓扑的GaN集成化解决方案,使电源适配器缩小体积80%,减重70%。

ST的自动化与电机控制方面的技术与优势

自动化方面,ST提供解决方案建设未来工厂,主要的目标应用和优势包括:工厂自动化方面提供完整生态系统、认证产品、许可证固件;在智能家居和楼宇及城市方面有连接和传感领域的产品,符合全球标准,领先地位和广泛的产品选项等优势;在智能农业方面的产品在连接方面也有着领先的地位和不断增长的市场趋势。

ST还提供更多的产品和技术,譬如:

• Servo, PLC, STM32F1->STM32G4 -> STM32H7

• EtherCAT & IO-link 主站: STM32MP1

• 无线连接协议: STM32WL/WB

• 针对预测性维护的STM32Cube.ai

• STM32 安全封装

电机控制方面,ST有着高效的能源使用,极致的运动控制性能。

通常人们在谈到电机控制时,可能认为它是一个不太重要的因素,因为电机控制的能耗并不大,然而事实上并非如此。

从ST提供的双电机精确定位控制解决方案中,可以发现电机控制中大约有52%的总能源是由电机消耗掉的。

因此,要优化这部分能耗,需要优化电机,这就需要减少振动和能耗,需要优化固件和硬件的支持。

ST在电机控制方面的目标应用和优势有:

结语

在全球实现碳中和目标的大趋势之下,新能源成为驱动世界经济与工业发展的重要动力之一,ST基于能源转换生态链,从能源产生、能源传输和存储、以及能源消耗三大环节出发,设立了三大工业技术创新中心,聚焦这三大能源领域,在电源&能源、电机控制、自动化三大细分市场中提供了优秀而广泛的产品和解决方案,专注和引领着增长最快的工业应用。

 “ST可以提供所有的这些产品,拥有强大的产品组合,并与全球很多客户合作,一起构建可持续发展的生态。这就是ST为什么会朝这个方向发力的原因!” Francesco总结道。

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