智能電源管理

　　摘要：綠色節能，對電源的智能管理提出了更高的要求，不僅需要電源系統具有更高的轉換效率，還需要對電源系統進(jìn)行動(dòng)態(tài)運行的能效分析和控制，使得電源系統隨著(zhù)各種條件的變化，始終實(shí)現高效節能。

　　一切智能化之時(shí)，能源管理是否也應該走向智能化?

　　當人們再談?wù)摳鞣N節能減排，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)更好的規劃電源使用的不同場(chǎng)景，進(jìn)行有針對性的調整，以達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(hù)體驗不受影響的前提下，再談節能環(huán)保才有實(shí)際商業(yè)的意義，而這種根據工作狀態(tài)進(jìn)行運行狀態(tài)調整的智能管理，前提就是不僅不影響用戶(hù)體驗，反而能滿(mǎn)足用戶(hù)對更高體驗的追求的解決方案，而從成本角度上看，雖然前期在硬件和軟件方面的支出，并需要更多的維護運營(yíng)成本，但通過(guò)節省了能源消耗和提升系統工作效率與主系統的工作時(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)重要的節能趨勢。

　　大到智能電網(wǎng)，普遍到各種電源控制與模式調整，細微到元器件內部的智能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Gartner分析，在各種半導體改變能源效率的應用中，智能化能源管理是增加用戶(hù)體驗最行之有效的方式，并且會(huì )在未來(lái)3-5年內逐漸成為節能降耗最主要的技術(shù)趨勢。而在智能化電源管理過(guò)程中，半導體產(chǎn)品的應用量將是以每年20%的數量遞增。

　　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合的復雜系統，智能電源管理未來(lái)發(fā)展的重要主題就是高能效。首先要有能夠對電源系統進(jìn)行控制管理以及采集各種工作信息參數的硬件設備，然后通過(guò)智能電源系統里面的管理軟件，檢測各個(gè)設備單元的當前參數，如電壓、電流、溫度、負載變化情況等，然后根據獲取的各單元運行參數通過(guò)各種通信協(xié)議傳輸，匯總到處理單元進(jìn)行調度管理，以實(shí)現電源系統各單元的有選擇性、高能效、高可靠的運行?！　?/p>

 

　　隨著(zhù)3G技術(shù)的迅猛發(fā)展，金融、電信網(wǎng)絡(luò )的新一代基站和數據中心的建設，也對電源動(dòng)力系統提出了更高的要求。與此同時(shí)，3G技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò )大規模普及，集中度越來(lái)越高，數據量傳輸量越來(lái)越大，這就要求電源廠(chǎng)商必須加大對創(chuàng )新技術(shù)的投入，提高產(chǎn)品的高效節能性能，并通過(guò)推出高附加值的產(chǎn)品或解決方案來(lái)為用戶(hù)節約投資成本，同時(shí)保障運行的穩定性和高效性，才能充分保障用戶(hù)體驗。系統應用對電源用電量的增加給電源提出了更高的挑戰，可靠性、穩定性都需要達到更高的要求。

　　綠色、模塊化、智能化一直是這幾年電源動(dòng)力系統技術(shù)創(chuàng )新的重點(diǎn)。綠色要求電源系統以高效率、高功率因數運行，不會(huì )對電網(wǎng)造成諧波污染，不對其他設備產(chǎn)生電磁干擾;模塊化要求電源提升系統的可靠性;智能化要求電源實(shí)現了靈活的故障診斷與保護，確?？煽窟\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，我們僅從半導體產(chǎn)品的角度去探討智能電源管理系統對半導體產(chǎn)品的需求以及帶來(lái)的改變。

　　智能化趨勢的挑戰

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

　　智能電源日漸盛行，NXP大中華區資深產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理張錫亮認為，這為數字控制系統和數字通信帶來(lái)諸多機會(huì )，包括無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)方式。由于系統可以準確知道所需電量并要求供應相應電量，因此智能電源可以節省更多用電。它還帶來(lái)了組合發(fā)展機遇，例如在電源線(xiàn)上進(jìn)行數據通信。對發(fā)電廠(chǎng)而言，更容易獲知電源負載 (或需求)，從而更易于準備充足的電量。而對于個(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(chǎng)供電。一些趨勢推動(dòng)著(zhù)智能電源不斷發(fā)展：“越來(lái)越多的檢測和通信方式 (有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)) 耗用更低的電量，例如電源上的數據、Zigbee、WIFI等”。

　　TI中國區業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理程文濤將電源半導體產(chǎn)品在智能化電源系統中應用分為兩個(gè)方面，一是增加電源和控制系統之間的通訊的智能，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。當然TI的UCD3K系列產(chǎn)品也包含了與控制系統之間通訊的智能。目前，在網(wǎng)絡(luò )及通訊領(lǐng)域，對電源本身的監控、調節、保護，以及增加電源的智能以保護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到這些要求，數字控制的電源，或模擬控制帶數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)注系統信號鏈的把握和系統的應用。在器件設計角度來(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)檢測系統的工作狀態(tài)，如動(dòng)態(tài)調節輸出電壓來(lái)達到效率優(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(mén)市場(chǎng)工程師張潔萍的視角比較關(guān)注通信接口方面，她認為，智能化電源管理需要對用電設備進(jìn)行即時(shí)監控，包括電流、電壓等數值的讀取、分析，進(jìn)而可以對用電設備的關(guān)斷電、重啟進(jìn)行遠程操作，實(shí)現用電的科學(xué)管理，實(shí)現綜合節能。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)品與主控機之間的通信及監控等功能的集成化也日益增多。高效、節能、環(huán)保仍是不變的方向發(fā)展，產(chǎn)品小型化，高功率密度也是設計新一代產(chǎn)品的關(guān)注點(diǎn)?！　?/p>

       

　　在設計挑戰方面，創(chuàng )新的技術(shù)同樣應運而生。提升能效是電源半導體產(chǎn)品持之以恒的要求和趨勢。一方面，可以采用創(chuàng )新的電源架構來(lái)優(yōu)化電源在完整負載范圍內的能效。另一方面，可以細致分析電源各個(gè)可能的功率損耗來(lái)源，采取針對性的措施來(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(zhù)半導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體產(chǎn)品的重要發(fā)展趨勢。