智能電力開啟 高效用電之門

試想你在離家1000 英里遠(yuǎn)的地方，而你卻能夠掌控和控制家里和辦公樓中的每一度電。你能利用這種能力做什么呢？

有時(shí)你或許想遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)恒溫器，或開燈或開啟咖啡機(jī)。你還可以基于對(duì)電網(wǎng)能力和成本的實(shí)時(shí)了解對(duì)用電進(jìn)行實(shí)時(shí)決策。試想可以通過優(yōu)化能源使用、節(jié)省能源，節(jié)省你的資金或公司成本。只要一部智能手機(jī)，你就可以在指尖擁有一個(gè)每時(shí)每刻創(chuàng)造財(cái)富的工具。

幾年前，這種場景還只是幻想。而今天，它們變得越來越真實(shí)，房主對(duì)能源使用的控制達(dá)到了前所未有的水平。電力的每一階段都變的更加智能，從集中或分布式發(fā)電到智能住宅和建筑中電氣設(shè)備的使用，包括在家、工作中和路上使用的各種設(shè)備。

先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)促進(jìn)了電力監(jiān)控、連接和控制（合稱為智能電力）的這些發(fā)展。TI 是致力于智能電力開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新者之一。系統(tǒng)開發(fā)人員可以依靠TI 先進(jìn)的技術(shù)和在電源、網(wǎng)絡(luò)通信與控制電路方面長期的產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)讓發(fā)電、輸電和用電更加智能化。

智能發(fā)電

發(fā)電和輸電正在經(jīng)歷緩慢但穩(wěn)定的進(jìn)化，變得更加智能，實(shí)現(xiàn)根據(jù)時(shí)間和地點(diǎn)需要的精細(xì)化供電。從行業(yè)級(jí)別而言，服務(wù)提供商正在投資太陽能和風(fēng)電場等替代能源，并努力實(shí)現(xiàn)更高效地使用中心發(fā)電站。電力設(shè)備也正變得更加智能化，并且為了降低輸電、連接和轉(zhuǎn)換損耗越來越數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化。

另外，服務(wù)提供商不再是唯一的供電者。住宅和商業(yè)建筑也可以采用小型風(fēng)力和太陽能技術(shù)設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。對(duì)于小型發(fā)電設(shè)備，智能電力管理發(fā)電、存儲(chǔ)和使用，并且在發(fā)電過多時(shí)將其輸送至電網(wǎng)。

實(shí)現(xiàn)智能住宅和建筑

智能用電為住宅和辦公樓帶來的益處越來越多。傳感器控制電燈變暗或打開與關(guān)閉，根據(jù)房間中有人或無人來增加或減少通風(fēng)。能源網(wǎng)絡(luò)中可以含有分析各區(qū)域、應(yīng)用和設(shè)備用電情況的軟件，以及其他功能。這類程序有助于確定設(shè)備是否需要更換，無論原因是運(yùn)行效率低增加了成本還是太關(guān)鍵而不允許出現(xiàn)故障。如果建筑通過太陽能或風(fēng)能發(fā)電，能源網(wǎng)絡(luò)也是必不可少的。

智能住宅正在變成對(duì)發(fā)電、存儲(chǔ)和用電進(jìn)行管理的發(fā)電場所。

投資智能電力系統(tǒng)的商業(yè)業(yè)主發(fā)現(xiàn)其用電支出大幅降低，而且保持工作場所舒適性而提高的生產(chǎn)率所節(jié)省的支出往往足以涵蓋設(shè)備投資。此外，由于建筑中電力無處不在，因此將智能電力的概念延伸到智能建筑非常有意義。結(jié)構(gòu)監(jiān)控器、安全系統(tǒng)、煙霧探測器和移動(dòng)與占用感應(yīng)燈連接應(yīng)用組成的網(wǎng)絡(luò)可以為整棟建筑創(chuàng)建管理神經(jīng)系統(tǒng)。

智能電力技術(shù)

有許多不同的技術(shù)可用于增強(qiáng)建筑的能源管理，更不必提其他密切相關(guān)的建筑監(jiān)控技術(shù)。傳感器可以探測環(huán)境溫度、身體熱量、光照級(jí)別、二氧化碳級(jí)別和振動(dòng)、煙霧與危險(xiǎn)化學(xué)品等其他諸多情況。區(qū)域控制單元用于監(jiān)控不同傳感器的數(shù)據(jù)，發(fā)出調(diào)暗燈光、重新調(diào)節(jié)通風(fēng)、更改恒溫設(shè)置等指令。主控制單元運(yùn)行復(fù)雜的軟件，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)進(jìn)行分析以提供運(yùn)行評(píng)估、設(shè)備警報(bào)、成本分解和其他任務(wù)結(jié)果。

這些系統(tǒng)都要依靠有線或無線介質(zhì)進(jìn)行通信，而且在不同的位置要使用信號(hào)轉(zhuǎn)換、微控制器(MCU)和其他邏輯、存儲(chǔ)器以及不同類型的接口電路。所有的單元中都使用電源管理電路，該電路對(duì)于替代能源發(fā)電的調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換和控制及其電池存儲(chǔ)尤其重要。

了解半導(dǎo)體要求

智能電力系統(tǒng)千差萬別，因此對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)也提出了各種不同的要求。傳感器通常是小型的獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)，可以安裝大量的傳感器，有時(shí)會(huì)安裝到難以接觸到的位置。除感應(yīng)元件本身外，傳感器通常還需要將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、少量的存儲(chǔ)空間和邏輯、通信接口以及通過有線或無線連接發(fā)出數(shù)據(jù)的變送器。

這些單元的主要要求一般是尺寸小、成本低以及——由于它們通常在不進(jìn)行維護(hù)的情況下利用電池長期運(yùn)行——功耗超低。除了上述要求以外，可能與開關(guān)、恒溫器和其他電路安裝在同一房間中的區(qū)域控制單元還需要控制邏輯和存儲(chǔ)器，并且能夠收發(fā)用于控制和再編程的數(shù)據(jù)。在安裝先進(jìn)智能電網(wǎng)的商業(yè)建筑或住宅中，幾個(gè)區(qū)域控制單元向一個(gè)主控制單元報(bào)告。主控制單元可能與互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)域性電網(wǎng)或其他建筑級(jí)別的外部網(wǎng)絡(luò)連接。

克服網(wǎng)絡(luò)通信挑戰(zhàn)

這些系統(tǒng)間的通信和連接標(biāo)準(zhǔn)有許多種。處理大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和規(guī)劃的中央有線系統(tǒng)使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）進(jìn)行大部分的數(shù)據(jù)交換，有時(shí)小型單元可能會(huì)通過有線或無線連接接收或發(fā)送IP 分組數(shù)據(jù)。但是，無線傳感器可能使用降低功耗的ZigBee?等協(xié)議進(jìn)行局域數(shù)據(jù)傳輸。無線連接系統(tǒng)具有一項(xiàng)很大的優(yōu)勢，即只需要對(duì)有線基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行很小改動(dòng)或不需要改動(dòng)，節(jié)省安裝成本，允許部署更多設(shè)備采集粒度更細(xì)的數(shù)據(jù)，對(duì)空間較小的區(qū)域進(jìn)行控制。出于這一原因，為了避免安裝獨(dú)立的網(wǎng)線，有線設(shè)備也可能依靠某些形式的無線連接或電力線通信（PLC）。

智能電力為智能建筑提供能源網(wǎng)絡(luò)，為一系列應(yīng)用和設(shè)備供電。

PLC 還可能用于戶外延伸網(wǎng)絡(luò)感應(yīng)，控制電燈、接入點(diǎn)、報(bào)警和其他功能。

所有與外部通信的網(wǎng)絡(luò)都要采取安全措施，防止意外或惡意進(jìn)入。智能建筑用電網(wǎng)絡(luò)也一樣，硬件和軟件都要采取安全措施。

在城市網(wǎng)絡(luò)中，相似的技術(shù)問題適用于路燈、交通基礎(chǔ)設(shè)施等設(shè)備以及電網(wǎng)中的變壓器和其他單元。智能建筑使用的智能電力在私人和公共方面的各個(gè)級(jí)別都在進(jìn)行創(chuàng)新。

尋找智能電力解決方案

智能電力技術(shù)持續(xù)發(fā)展，并以創(chuàng)新的方法進(jìn)行使用。除了滿足尺寸緊湊、功耗極低和各種級(jí)別性能的要求，集成電路解決方案必須能夠支持靈活的配置，尤其是在使用多種協(xié)議的通信中。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等模擬信號(hào)鏈功能也是關(guān)鍵元素，正如系統(tǒng)電源中的管理、調(diào)節(jié)和控制功能一樣。系統(tǒng)開發(fā)人員需要盡可能多地從單一的集成電路供應(yīng)商處采購這些組件以簡化設(shè)計(jì)和采購程
序，同時(shí)保證組件各種復(fù)雜功能的兼容性。集成等其他能力能夠幫助支持未來產(chǎn)品的長期路線圖，具有多種封裝選項(xiàng)可以滿足不同的主板要求。

智能電力的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是隔離，保護(hù)電路不受高壓和高電流浪涌的影響。隔離還能夠保持運(yùn)行的完整性，避免高頻信號(hào)進(jìn)入低頻電路擾亂數(shù)據(jù)。從本質(zhì)上講，智能電力系統(tǒng)結(jié)合了不同類型的電路，需要可靠的隔離技術(shù)才能正常運(yùn)行。欲了解更多關(guān)于隔離的信息，請?jiān)诖颂庨喿x我們相關(guān)的白皮書。

TI 的智能電力解決方案

為其智能電力系統(tǒng)使用集成電路解決方案的開發(fā)者會(huì)發(fā)現(xiàn)TI 豐富先進(jìn)的產(chǎn)品能夠滿足上述要求。作為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的電源相關(guān)集成電路供應(yīng)商，TI 不僅具有完整系列的電源管理器件，而且還擁有為智能電力網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建創(chuàng)新解決方案的專業(yè)技術(shù)。這些專業(yè)技術(shù)包括功率因數(shù)校正（PFC）等功能，可保證電源輸入的質(zhì)量，并將在未來復(fù)雜的電網(wǎng)中變得日益重要。TI 在其MCU 和無線連接產(chǎn)品中使用的超低功耗技術(shù)、先進(jìn)的模擬信號(hào)鏈解決方案以及豐富的網(wǎng)絡(luò)、連接接口與通信產(chǎn)品也受到了廣泛認(rèn)可。

此外，TI 先進(jìn)的模擬制造工藝，包括用于高速開關(guān)電源的氮化鎵(GaN)，推動(dòng)了隔離技術(shù)取得重大進(jìn)步，而且對(duì)其全部產(chǎn)品線都十分有益。TI 的技術(shù)優(yōu)勢和廣泛的產(chǎn)品讓TI 能夠在所有級(jí)別提供靈活的智能電力解決方案。

采用智能電力技術(shù)實(shí)現(xiàn)更智能的未來

我們在未來數(shù)年面臨的挑戰(zhàn)是盡可能高效地使用我們生產(chǎn)的電力——無論是來自屋頂?shù)奶柲茈姵匕暹€是后院中的風(fēng)車或者大型發(fā)電廠。智能住宅和辦公樓能夠更加高效、負(fù)責(zé)地使用能源，節(jié)約成本，最大程度地減小對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)讓消費(fèi)者和企業(yè)經(jīng)理更好地控制其建筑基礎(chǔ)設(shè)施。

智能電力依賴于智能技術(shù)，包括傳感器、無線連接與通信、控制單元和軟件——更不必說將所有這些組件和先進(jìn)應(yīng)用組建成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新。

TI 在我們當(dāng)今面臨的智能電力問題領(lǐng)域有著長期的開發(fā)專業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品供應(yīng)經(jīng)驗(yàn)。以創(chuàng)造更加綠色的世界為宗旨，TI 的創(chuàng)新技術(shù)通過讓未來住宅、辦公室、工廠和汽車變得更加智能來提高我們的生活質(zhì)量。

欲了解更多信息,請瀏覽TI 的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和樓宇自動(dòng)化參考設(shè)計(jì)。