智能電源管理

　　摘要：綠色節(jié)能，對(duì)電源的智能管理提出了更高的要求，不僅需要電源系統(tǒng)具有更高的轉(zhuǎn)換效率，還需要對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行的能效分析和控制，使得電源系統(tǒng)隨著各種條件的變化，始終實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。

　　一切智能化之時(shí)，能源管理是否也應(yīng)該走向智能化?

　　當(dāng)人們?cè)僬務(wù)摳鞣N節(jié)能減排，可再生能源、綠色電子技術(shù)之時(shí)，很容易忽略掉的是，如何通過(guò)更好的規(guī)劃電源使用的不同場(chǎng)景，進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，以達(dá)到更高的電源利用效率，這其實(shí)也是一種卓有成效的環(huán)保策略。更重要的是，在確保用戶體驗(yàn)不受影響的前提下，再談節(jié)能環(huán)保才有實(shí)際商業(yè)的意義，而這種根據(jù)工作狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整的智能管理，前提就是不僅不影響用戶體驗(yàn)，反而能滿足用戶對(duì)更高體驗(yàn)的追求的解決方案，而從成本角度上看，雖然前期在硬件和軟件方面的支出，并需要更多的維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本，但通過(guò)節(jié)省了能源消耗和提升系統(tǒng)工作效率與主系統(tǒng)的工作時(shí)間角度考量，整體的使用成本其實(shí)是有所下降的。所以，智能化能源管理，是未來(lái)重要的節(jié)能趨勢(shì)。

　　大到智能電網(wǎng)，普遍到各種電源控制與模式調(diào)整，細(xì)微到元器件內(nèi)部的智能PMU，智能化電源管理正在人們的生活中變得越來(lái)越普遍。據(jù)Gartner分析，在各種半導(dǎo)體改變能源效率的應(yīng)用中，智能化能源管理是增加用戶體驗(yàn)最行之有效的方式，并且會(huì)在未來(lái)3-5年內(nèi)逐漸成為節(jié)能降耗最主要的技術(shù)趨勢(shì)。而在智能化電源管理過(guò)程中，半導(dǎo)體產(chǎn)品的應(yīng)用量將是以每年20%的數(shù)量遞增。

　　廣泛意義上的智能電源管理，是一個(gè)完整的軟件與硬件相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)，智能電源管理未來(lái)發(fā)展的重要主題就是高能效。首先要有能夠?qū)﹄娫聪到y(tǒng)進(jìn)行控制管理以及采集各種工作信息參數(shù)的硬件設(shè)備，然后通過(guò)智能電源系統(tǒng)里面的管理軟件，檢測(cè)各個(gè)設(shè)備單元的當(dāng)前參數(shù)，如電壓、電流、溫度、負(fù)載變化情況等，然后根據(jù)獲取的各單元運(yùn)行參數(shù)通過(guò)各種通信協(xié)議傳輸，匯總到處理單元進(jìn)行調(diào)度管理，以實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)各單元的有選擇性、高能效、高可靠的運(yùn)行?！　?/p>

 

　　隨著3G技術(shù)的迅猛發(fā)展，金融、電信網(wǎng)絡(luò)的新一代基站和數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，也對(duì)電源動(dòng)力系統(tǒng)提出了更高的要求。與此同時(shí)，3G技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模普及，集中度越來(lái)越高，數(shù)據(jù)量傳輸量越來(lái)越大，這就要求電源廠商必須加大對(duì)創(chuàng)新技術(shù)的投入，提高產(chǎn)品的高效節(jié)能性能，并通過(guò)推出高附加值的產(chǎn)品或解決方案來(lái)為用戶節(jié)約投資成本，同時(shí)保障運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性，才能充分保障用戶體驗(yàn)。系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)電源用電量的增加給電源提出了更高的挑戰(zhàn)，可靠性、穩(wěn)定性都需要達(dá)到更高的要求。

　　綠色、模塊化、智能化一直是這幾年電源動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)。綠色要求電源系統(tǒng)以高效率、高功率因數(shù)運(yùn)行，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾;模塊化要求電源提升系統(tǒng)的可靠性;智能化要求電源實(shí)現(xiàn)了靈活的故障診斷與保護(hù)，確保可靠運(yùn)行。

　　在本文中，我們很難關(guān)注涉及整個(gè)智能電源管理的整個(gè)系統(tǒng)，我們僅從半導(dǎo)體產(chǎn)品的角度去探討智能電源管理系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求以及帶來(lái)的改變。

　　智能化趨勢(shì)的挑戰(zhàn)

　　智能化逐漸成為電源管理市場(chǎng)的新趨勢(shì)，面對(duì)智能化的能源和電源管理趨勢(shì)，電源半導(dǎo)體產(chǎn)品的面臨著全新的需求與技術(shù)上的挑戰(zhàn)。

　　智能電源日漸盛行，NXP大中華區(qū)資深產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理張錫亮認(rèn)為，這為數(shù)字控制系統(tǒng)和數(shù)字通信帶來(lái)諸多機(jī)會(huì)，包括無(wú)線和有線方式。由于系統(tǒng)可以準(zhǔn)確知道所需電量并要求供應(yīng)相應(yīng)電量，因此智能電源可以節(jié)省更多用電。它還帶來(lái)了組合發(fā)展機(jī)遇，例如在電源線上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。對(duì)發(fā)電廠而言，更容易獲知電源負(fù)載 (或需求)，從而更易于準(zhǔn)備充足的電量。而對(duì)于個(gè)人和家庭而言，有更多的電源可供智能分配，如太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電和發(fā)電廠供電。一些趨勢(shì)推動(dòng)著智能電源不斷發(fā)展：“越來(lái)越多的檢測(cè)和通信方式 (有線及無(wú)線) 耗用更低的電量，例如電源上的數(shù)據(jù)、Zigbee、WIFI等”。

　　TI中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理程文濤將電源半導(dǎo)體產(chǎn)品在智能化電源系統(tǒng)中應(yīng)用分為兩個(gè)方面，一是增加電源和控制系統(tǒng)之間的通訊的智能，這一點(diǎn)以目前服務(wù)器電源的發(fā)展為代表;二是電源自身優(yōu)化控制的智能，這一點(diǎn)以TI的UCD3K為代表。當(dāng)然TI的UCD3K系列產(chǎn)品也包含了與控制系統(tǒng)之間通訊的智能。目前，在網(wǎng)絡(luò)及通訊領(lǐng)域，對(duì)電源本身的監(jiān)控、調(diào)節(jié)、保護(hù)，以及增加電源的智能以保護(hù)昂貴的主芯片等方面的要求越來(lái)越普遍，市場(chǎng)需求越來(lái)越大。在不增加總體成本的前提下如果要達(dá)到這些要求，數(shù)字控制的電源，或模擬控制帶數(shù)字接口的電源成為必需。這已經(jīng)成為高端電源產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)共同方向。

　　智能電源管理技術(shù)供應(yīng)商已不僅僅局限在電源技術(shù)本身，同時(shí)更多地關(guān)注系統(tǒng)信號(hào)鏈的把握和系統(tǒng)的應(yīng)用。在器件設(shè)計(jì)角度來(lái)看，通過(guò)器件帶有的特性提升整體工作效率。比如,電源器件通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓來(lái)達(dá)到效率優(yōu)化的目的。從工藝角度來(lái)看，功率器件工藝的改進(jìn)是提高效率的關(guān)鍵。ADI公司電源管理部門市場(chǎng)工程師張潔萍的視角比較關(guān)注通信接口方面，她認(rèn)為，智能化電源管理需要對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控，包括電流、電壓等數(shù)值的讀取、分析，進(jìn)而可以對(duì)用電設(shè)備的關(guān)斷電、重啟進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)用電的科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)能。因此，在智能化電源領(lǐng)域，PMbus接口已逐步成為電源領(lǐng)域通用的接口方式之一，同時(shí)電源產(chǎn)品與主控機(jī)之間的通信及監(jiān)控等功能的集成化也日益增多。高效、節(jié)能、環(huán)保仍是不變的方向發(fā)展，產(chǎn)品小型化，高功率密度也是設(shè)計(jì)新一代產(chǎn)品的關(guān)注點(diǎn)?！　?/p>

       

　　在設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)方面，創(chuàng)新的技術(shù)同樣應(yīng)運(yùn)而生。提升能效是電源半導(dǎo)體產(chǎn)品持之以恒的要求和趨勢(shì)。一方面，可以采用創(chuàng)新的電源架構(gòu)來(lái)優(yōu)化電源在完整負(fù)載范圍內(nèi)的能效。另一方面，可以細(xì)致分析電源各個(gè)可能的功率損耗來(lái)源，采取針對(duì)性的措施來(lái)減小功率損耗，進(jìn)而提升能效，并配合減小尺寸及提升功率密度。而隨著半導(dǎo)體制造工藝及封裝技術(shù)的進(jìn)步，智能功率IC及智能功率模塊也將是電源半導(dǎo)體產(chǎn)品的重要發(fā)展趨勢(shì)。