能源管理的策略--精確測量可降低設備功耗

全世界的能量需求很可能超出了所供給的能量。對能源管理的策略則是非常原始和低效的，結果降低了能源分配過(guò)程中的可靠性和穩定性。工程師們正努力改善所有電子產(chǎn)品中能量的利用效率，包括商用設備、家用設備、工業(yè)電機，以及網(wǎng)絡(luò )設備。然而，也需要知道在一個(gè)閉環(huán)系統中能量是怎樣被消耗來(lái)產(chǎn)生有益作用和減少浪費的。改善效率只是眾多因素中的一個(gè)。改變消費者對效率的不關(guān)心可以通過(guò)功耗智能監視來(lái)實(shí)現，它可以給出節能的選擇。

精確的功耗測量和持續監視產(chǎn)生的數據可以提交給本地數據和控制網(wǎng)絡(luò )。一旦數據到達網(wǎng)絡(luò )，許多種經(jīng)過(guò)最低程度折中的功率消耗改進(jìn)措施可以自動(dòng)給出。實(shí)際上，這樣的數據網(wǎng)絡(luò )可以指導我們改善生活方式，例如當空調發(fā)生故障時(shí)不會(huì )讓人感到無(wú)法理解。

精確測量將提供理解、確認、報告和修正設備功率消耗或功率分配所必須的信息。消費者需要準備好應對在電費帳單結算方式和如何平衡選擇所盡義務(wù)等方面不可避免的變化。當我們要時(shí)常面對每千瓦時(shí)3.00美元的電費時(shí)，會(huì )發(fā)生什么呢？這一天正在到來(lái)。

在每個(gè)負載點(diǎn)進(jìn)行測量和控制
為了通過(guò)智能功率管理和消費者的選擇來(lái)取得高效率，不僅需要精確測量設備的總體功率，例如整個(gè)設備消耗的總功率，而且也需要在負載點(diǎn)處進(jìn)行精確測量，例如空調、洗碗機、計算機，或者照明燈具等。

智能電表可以按天計量電力消耗，這為消費者提供了改變他們用電模式的最好方法。為了改善自動(dòng)控制方式，需要為消費者提供各種選擇和增值服務(wù)，每個(gè)設備必須被連接到本地數據和控制網(wǎng)絡(luò )，用于監視并允許控制建筑物內的各種負載。通過(guò)功率測量和使用方式統計，就可以為消費者提供相應的服務(wù)，例如維護調度。 這樣的網(wǎng)絡(luò )可以使用各種各樣的配置和協(xié)議實(shí)現，完全取決于應用。

通過(guò)識別電能是怎樣使用的，包括精確功率測量的本地數據和控制網(wǎng)絡(luò )可以為消費者和商業(yè)用戶(hù)降低高額的費用。用戶(hù)可以看到使用空調的費用大約是每月200美元（使用價(jià)值），或者與中午使用干燥機而不是下午7點(diǎn)使用的費用差異（使用的時(shí)間價(jià)值）更可能改變他們的使用方式。

這些在以前只能通過(guò)昂貴高端儀表采集到的每個(gè)負載點(diǎn)數據現在只需要幾美元。功率因數（Power Factor:PF）和視在功率（apparent power:VA）信息可以很容易地獲得，這些參數能夠用于優(yōu)化功率分配預算，例如預測設備維護時(shí)間，以及理解陳舊系統的疲勞程度。

圖1描述了一臺使用兩種不同電源適配器供電的筆記本電腦的功率消耗。即使實(shí)際負載一樣，從電力線(xiàn)上供應的功率也有很大的不同。這些有價(jià)值的信息現在都可以非常容易地獲得。統計的結果可以用于調整設備的工作行為。在電壓或線(xiàn)路頻率上的微小降落都有可能預示著(zhù)某種供電故障，都會(huì )使設備進(jìn)入保護模式。

圖1 使用兩種不同電源適配器的筆記本電腦在上電、穩定工作和下電狀態(tài)下的功率曲線(xiàn)

交流電壓的過(guò)零信息也可以用于定時(shí)，這可以減少繼電器觸點(diǎn)分離和閉合時(shí)產(chǎn)生的電弧。當這些信息以低成本和低功耗的方式獲得時(shí)，就可以對設備進(jìn)行許多種改進(jìn)。當從定性評估過(guò)度到定量測量時(shí)，投資的回報也更容易量化和控制，因此精確測量就非常必要了。圖2描述了一個(gè)非常容易使用的數據采集系統。

圖2 一種使用78M6612 SoC芯片、基于USB接口的電源插座監視演示設備

準確度的重要性
智能功率管理算法的實(shí)現需要清楚描述實(shí)際功率消耗和實(shí)際的需要，這就要求測量具有相當高的精度。目前，片上系統已經(jīng)非常普遍，它使每個(gè)設備都具備了成為智能儀表的能力。例如，Teridian公司的78M6612交流功率監視SoC可以測量10mA～20A的電流，而且從-40℃～+85℃溫度范圍內的測量誤差低于0.5%。

達到很高的測量準確度需要高分辨率、高精度和很寬的動(dòng)態(tài)范圍。許多通用MCU在測量準確度方面受到限制，因為它們只有10或12位的ADC。而78M6612有一個(gè)22位的ADC，動(dòng)態(tài)范圍和準確度也非常高。動(dòng)態(tài)范圍影響的不僅僅是準確度?？缭胶軐拕?dòng)態(tài)范圍進(jìn)行測量允許相同的電路監視不同領(lǐng)域的應用，從而使成本更低。